自行车的受力分析课件
分析自行车上的摩擦力
分析自行车上的摩擦力作者：鲁明来源：《初中生世界·八年级物理版》2013年第03期摩擦力是一种常见的力，当两物体相互接触，相互挤压，并做相对运动或者有相对运动趋势时，在接触面会产生一种阻碍相对运动的力，这个力叫摩擦力.在日常生活和生产活动中，有些摩擦是有利的，有些摩擦是有害的.我们总是要增大有益摩擦，减小有害摩擦.下面就以自行车为例来加深对摩擦力的认识.一、自行车上的有益摩擦和有害摩擦自行车上的静摩擦都是有益的.各部件的固定和安装都要用到螺丝和螺帽，必须要把它们旋紧，主要目的就是增大部件之间的摩擦力.如前叉和龙头的固定、连接鞍座在车架上固定、前后轮在车架上固定、脚蹬在曲柄链轮上固定等；后轮胎和地面的摩擦也是静摩擦，因为它是驱使自行车前进的力，所以它也是有益的摩擦力；刹车时刹皮和车轮之间的摩擦能有效地控制车子的行进，所以它也是有益的.自行车上的动摩擦都是有害的.如中轴、前车轴、后车轴、前叉合件、脚踏轴等部件，同时包括刹车把手，它们在转动过程中极易使部件磨损，造成传动或转动障碍，所以它们之间的摩擦是有害的.二、自行车上增大有益摩擦和减小有害摩擦的部位和方法1.自行车的种类很多，不管是哪种自行车，增大和减小摩擦的方法都差不多.自行车上增大有益摩擦的方法有两种：一是增加接触面的粗糙程度来增大摩擦；二是用增大压力的方法来增大摩擦.（1）在自行车上有很多部位都是通过增大接触面的粗糙程度来增大摩擦的，具体见下表.（2）自行车也有一些地方是采用增大压力的方法来增大摩擦的，具体见下表.2.自行车上减少有害摩擦的方法有两种：一是利用滚动摩擦代替滑动摩擦来减少摩擦；二是给某些部件加润滑剂来减少摩擦.（1）以滚动摩擦代替滑动摩擦的部位和方法见下表.（2）自行车上也有通过给某些部件加润滑剂的方法来减少摩擦的，比如在链条和轴承处.三、车轮所受的摩擦力方向1.脚蹬自行车启动时车轮所受的摩擦力方向如果问自行车是怎样前进的？很多同学都会说这个问题太简单了，“因为人用力蹬，所以车向前进”.实际上如果找一辆可以三点支撑的自行车（如图1），支起它的后撑脚，用手摇动脚踏使后轮转动起来，发现自行车是丝毫不前进的.所以自行车后轮还必须与地面接触才能前进.那为什么后轮着地时蹬车车就能前进呢？当我们骑在自行车上时，由于人和自行车对地面有压力，轮胎和地面之间不光滑，因此自行车与路面之间有摩擦力.那么这个摩擦力的方向是什么呢？这里结合图示加以受力分析.首先，当脚对脚蹬施加向下的作用力F时，链条带动飞轮向前（本文中是以向右为前，向左为后）转动，从而带动后轮沿顺时针方向转动，如图2箭头所示.此时后轮相对于地面有向后的运动趋势，如图3的箭头所示.根据静摩擦力的方向与物体的相对运动趋势方向相反，所以地面对后轮产生了向前的静摩擦力f，从而推动自行车能够前进，这就是自行车前进的动力，如图4所示.所以我们把自行车的后轮称为主动轮，而把前轮称为从动轮，是“被迫”旋转的，起辅助行驶和辅助平衡的作用.那前轮此时是否受到摩擦力呢？答案是肯定的.因为此时地面对后轮产生了向前的静摩擦力，使自行车向前运动起来，此时前轮相对于地面向前滚动，如图5箭头所示.而且地面又是粗糙的，所以前轮受到了地面的滚动摩擦力.根据摩擦力的方向总是与物体的相对运动方向相反，所以地面对前轮产生的滚动摩擦力f的方向是向后的.如图6的箭头所示.那么前轮所受滚动摩擦力有什么用？是用来阻碍自行车的运动的，其方向与自行车前进方向相反.正是这两个力大小相等、方向相反，所以自行车能够做匀速直线运动.2.当停止踏动脚踏板时车轮所受的摩擦力方向当停止踏动脚踏板时，链条和外套都不旋转，但整辆自行车由于具有惯性仍然保持向前运动的状态，此时前轮和后轮都相对于地面向前运动，如图7箭头所示.因此地面对前轮和后轮都产生向后的滚动摩擦力f，如图8箭头所示.由于摩擦力的方向与物体的相对运动方向相反，根据力可以改变物体的运动状态，所以自行车处于减速状态.3.刹车时车轮所受的摩擦力方向刹车时，刹皮与车圈间的摩擦力属于滑动摩擦力，阻碍后轮沿顺时针转动方向转动.因为接触面所受压力越大，接触面越粗糙，滑动摩擦力就越大.如果此时手握刹车把手压力越大，刹皮对车圈的压力就越大，产生的摩擦力也就越大，后轮就转动得越慢.如果完全刹死，这时后轮与地面之间的摩擦就变为滑动摩擦（原来为滚动摩擦，方向向后），强大的滑动摩擦力f 的方向与自行车前进方向相反（如图9箭头所示），阻碍了自行车的运动，使自行车迅速减速（或迅速停止运动）.4.人通过走路推动自行车行驶时车轮所受的摩擦力方向当人们在地上推自行车前进时，前轮和后轮的摩擦力方向都向后.示意图如图8所示.那谁和这两个力平衡呢？脚对地面向前的摩擦力.通过对自行车上的摩擦现象的再认识，我们不但进一步巩固了物理知识，而且能够和实际生活相联系，运用已有知识分析、解决问题，体会到物理知识和社会生活有着密切的联系.。
初中物理自行车上的力学知识专题复习课件人教新课标版
摩擦
增大和减小摩擦的方法 运动和静止的相对性
运动和力 自 行 车 功和机械能 简单机械
压强
速度、路程和时间的计算 惯性
功和功率的计算
动能和势能的相互转化
杠杆、轮轴
增大和减小压强的办法
压强的计算p=F/S
课后请继续思考：自行车上还有哪些其他方 面的物理知识呢？ 提示：关于声的、光的、热的 声学知识 （1）自行车的金属车铃发声是由于铃盖在 不停的振动。 （2）自行车有些部位零件松动时，骑行时 引起振动发生。
自行车上的力学知识
摩擦
运动和力 自 行 车 功和机械些部位要减小摩擦，用什么方 法来减小？
答：所有车轴处均装有滚珠轴承，可变滑动摩 擦为滚动摩擦，来减小摩擦；加润滑油，可使 接触面彼此分离，也大大地减小了摩擦，从而 使自行车处于良好的运转状态。
2、骑自行车紧急刹车时，双手紧握刹车把 的力越大，车越容易停下来，这是为什么？
（课本图0.1－7）
F1 L1 L2 F2
杠杆原理：F1· L1=F2· L2
F2L2不变，L1越大F1越小，越省力
F2
L2
L1
F1
杠杆原理：F1· L1=F2· L2
费 与脚蹬一起转动的“牙盘”用的齿轮越大越 （选填“省”或“费”） 力
杠杆的分类: ①省力杠杆：F1＜F2，l1>l2，省力费距离 ②费力杠杆：F1＞F2，l1<l2，费力省距离 ③等臂杠杆：F1＝F2，l1=l2，改变方向
二、运动和力
3、人骑自行车在水平路面上前进的过程 中，停止蹬自行车后，自行车为什么还可 以继续前进？
人骑自行车前进时，自行车处于向前的运动状态， 不蹬脚踏板时，失去了前进的动力，但由于惯性，自行 车还会保持原来运动状态继续向前。
山地车几何尺寸受力分析
山地车几何尺寸受力分析大部分的骑车人或自行车族，都将车架的几何当成一种魔法妖术，里面充满了难以理解、永远都搞不懂的事实。
几乎所有的现代越野登山车只在几种角度内变来变去，两度的差异就可立判车架的高下。
二十年来的试验造就了一个放诸四海皆准的登山车车架几何:71°的头管角度、73°的座管角度、23英寸的上管长度、16.9英寸的后下叉长度及12英寸的BB高度。
车架尺寸配方上小小的更动，就能大大地改变车子的操控性。
MBA 每年都要试骑40台以上的登山车，而且没有例外的，我们发现，每一台车子都有自己的个性。
常识告诉我们，车架几何一小丁点的更动，对登山车的操控性似乎不会有什么大不了的改变。
但事情却不是想像的这样，车架各部份的长度、角度的不同，真的会让你现在看到外观大同小异的车子，骑起来是如此的不同。
像传奇性的感觉或完美的均衡这样的形容字眼，并不常出现于MBA杂志评比、试骑的车子上。
车架设计师完完全全地了解，我们所谓的车架几何，一只手就数得出来的角度关键点。
任何有经验的登山车骑士，大概踏曲柄转个三圈之内，也就能分辨出一台车子到底是什么牛鬼蛇神。
座管角度是指座管向后倾斜的角度，用以补偿骑士腿长。
当座垫在合适的高度时，也就是脚可以完美伸展的状态下，在大齿盘曲柄指向三点钟方向时，你的脚踝必须在你的膝盖之下。
一百年的车架制造史经验积累，设计师们发现，73°的座管角度，可以满足大部分的骑士。
这个角度可以弥补腿短的骑士，高个子的人拉高座垫时，座垫位置可以往后移一些，而小个子的人调低座垫，座热位置是稍微往前跑的。
当然有例外的身材，但是当73°座管角和座垫的前后调整配合时，几乎可以将所有骑士安置于和曲柄搭配好的正确、适当的位置。
当然，这是普遍情况。
有充分的理由驱使设计师们试着再将座管角度后倾或前挺一些。
座管角度同时也决定了骑士体重在前后两个轮子之间的均衡分配，也就是重心。
骑士愈高，那么他坐上车子后，大部分的体重会落在前轮。
自行车受到的摩擦力分析
自行车上的摩擦力研究报告认识了摩擦力，探究了影响滑动摩擦力大小有两个因素，并知道增加有益摩擦和减小有害摩擦的方法。
摩擦力通常分为滑动摩擦、滚动摩擦和静摩擦几种。
滑动摩擦力是一个物体在另一个物体表面滑动时，所受到的阻碍物体相对运动的力。
影响滑动摩擦力大小有两个因素： 1. 摩擦力的大小与接触面间的压力大小有关，接触面粗糙程度一定时，压力越大摩擦力越大。
2. 摩擦力的大小与接触面的粗糙程度有关，压力一定时，接触面越粗糙，摩擦力越大。
在日常生活中和生产活动中，有些摩擦是有利的，有些摩擦是有害的。
我们总是要增大有益的摩擦，减小有害摩擦。
增大有益摩擦的方法有两种：1增加接触面的粗糙程度来增大摩擦；2、用增大压力的方法来增大摩擦。
减小有害摩擦的方法有多种：1、减小接触面的粗糙程度来减小摩擦；2、用减小压力的方法来减小摩擦；3、利用滚动摩擦来减少摩擦；4、给某些部件加润滑剂；5使两个接触面彼此分开，如：气垫船、磁悬浮列车都是利用这种方法减小摩擦的。
生活中到处都有摩擦力，为了进一步了解摩擦力，锻炼自己理论联系实际能力，了解物理与实际生活的联系，我们对结构比较简单，应用比较广泛的自行车进行了研究。
研究方式：1、查阅教材进一部熟悉有关摩擦力的知识。
2、拆卸、观察自行车的结构。
找出与摩擦力有关的部分。
3、询问老师、家长和修车师傅有关自行车的一些问题。
4、亲自去骑不同类型的自行车，具体体会它的不同之处。
5、利用网络资源收集有关自行车的资料。
6、分组分析讨论，大家合作，形成实验报告。
研究内容：一、自行车上增大有益摩擦，减小有害摩擦的方法自行车的种类很多，不管是哪种自行车，增大和减小摩擦的方法都差不多。
自行车上增大有益摩擦的方法大抵有两种：1增加接触面的粗糙程度来增大摩擦；2、用增大压力的方法来增大摩擦。
自行车很多地方都采用了第一种方法来增大摩擦-----增加接触面的粗糙程度来增大摩擦的.例如：图1：自行车的把手做成有花纹的图2：自行车的踏脚有花纹图3：轮胎做有花纹自行车也有一些地方是采用第二种方法---增大压力的方法来增大摩擦，如：自行车上用来固定零件的螺丝和螺帽必须要悬紧，以增大压力，增大摩擦力，防止螺帽脱落（如图4）。
自行车受到的摩擦力分析
自行车上的摩擦力研究报告认识了摩擦力，探究了影响滑动摩擦力大小有两个因素，并知道增加有益摩擦和减小有害摩擦的方法。
摩擦力通常分为滑动摩擦、滚动摩擦和静摩擦几种。
滑动摩擦力是一个物体在另一个物体表面滑动时，所受到的阻碍物体相对运动的力。
影响滑动摩擦力大小有两个因素： 1. 摩擦力的大小与接触面间的压力大小有关，接触面粗糙程度一定时，压力越大摩擦力越大。
2. 摩擦力的大小与接触面的粗糙程度有关，压力一定时，接触面越粗糙，摩擦力越大。
在日常生活中和生产活动中，有些摩擦是有利的，有些摩擦是有害的。
我们总是要增大有益的摩擦，减小有害摩擦。
增大有益摩擦的方法有两种：1增加接触面的粗糙程度来增大摩擦；2、用增大压力的方法来增大摩擦。
减小有害摩擦的方法有多种：1、减小接触面的粗糙程度来减小摩擦；2、用减小压力的方法来减小摩擦；3、利用滚动摩擦来减少摩擦；4、给某些部件加润滑剂；5使两个接触面彼此分开，如：气垫船、磁悬浮列车都是利用这种方法减小摩擦的。
生活中到处都有摩擦力，为了进一步了解摩擦力，锻炼自己理论联系实际能力，了解物理与实际生活的联系，我们对结构比较简单，应用比较广泛的自行车进行了研究。
研究方式：1、查阅教材进一部熟悉有关摩擦力的知识。
2、拆卸、观察自行车的结构。
找出与摩擦力有关的部分。
3、询问老师、家长和修车师傅有关自行车的一些问题。
4、亲自去骑不同类型的自行车，具体体会它的不同之处。
5、利用网络资源收集有关自行车的资料。
6、分组分析讨论，大家合作，形成实验报告。
研究内容：一、自行车上增大有益摩擦，减小有害摩擦的方法自行车的种类很多，不管是哪种自行车，增大和减小摩擦的方法都差不多。
自行车上增大有益摩擦的方法大抵有两种：1增加接触面的粗糙程度来增大摩擦；2、用增大压力的方法来增大摩擦。
自行车很多地方都采用了第一种方法来增大摩擦-----增加接触面的粗糙程度来增大摩擦的.例如：图1：自行车的把手做成有花纹的图2：自行车的踏脚有花纹图3：轮胎做有花纹自行车也有一些地方是采用第二种方法---增大压力的方法来增大摩擦，如：自行车上用来固定零件的螺丝和螺帽必须要悬紧，以增大压力，增大摩擦力，防止螺帽脱落（如图4）。
自行车上的力学知识.ppt
航空都获得了一定程度的发展。
(2)近代中国交通业受到西方列强的控制和操纵。 (3)地域之间的发展不平衡。 3．影响 (1)积极影响：促进了经济发展，改变了人们的出行方式，
一定程度上转变了人们的思想观念；加强了中国与世界各地的
联系，丰富了人们的生活。 (2)消极影响：有利于西方列强的政治侵略和经济掠夺。
台湾 架设第一条电报线，成为中国自
出行 (1)新式交通促进了经济发展，改变了人们的通讯手段和 ， 方式 转变了人们的思想观念。
(2)交通近代化使中国同世界的联系大大增强，使异地传输更为便 捷。 (3)促进了中国的经济与社会发展，也使人们的生活
多姿多彩 。
[合作探究· 提认知]
电视剧《闯关东》讲述了济南章丘朱家峪人朱开山一家， 从清末到九一八事变爆发闯关东的前尘往事。下图是朱开山 一家从山东辗转逃亡到东北途中可能用到的四种交通工具。
依据材料概括晚清中国交通方式的特点，并分析其成因。
提示：特点：新旧交通工具并存(或：传统的帆船、独轮车， 近代的小火轮、火车同时使用)。 原因；中国民族工业的兴起与发展；
政府及各阶层人士的提倡与推动。
[串点成面· 握全局]
1.测量中的应用
在测量跑道的长度时，可运用自行车。如普 通车轮的直径为0.71米或0.66米。那么转过一圈 长度为直径乘圆周率π ,即约2.23米或2.07米， 然后，让车沿着跑道滚动，记下滚过的圈数n， 则跑道长为n2.23米或n2.07米.
2.减小和增大摩擦的应用
(1) 减小摩擦：车的前轴、中轴及后轴均采用滚 动以减小摩擦.为更进一步减小摩擦,常在这些 部位加润滑剂. （ 2 ）增大摩擦：多处刻有凹凸不平的花纹以增 大摩擦.如车的外胎，车把塑料套，闸把套等. 变滚动摩擦为滑动摩擦以增大摩擦 . 如在刹车 时，车轮不再滚动，而在地面上滑动，摩擦大 大增加了，故车可迅速停驶 . 而在刹车的同时， 手用力握紧闸把，增大刹车皮对钢圈的压力以 达到制止车轮滚动的目的.
自行车中的力学知识PPT资料优秀版
高一（1）班校本课题组
组长：夏普开提
车把
成员：卡力布努尔、迪丽达尔、
娜菲莎、艾娜扎尔、迪努拉、 吐尔逊阿依、西里浦江、祖力亚尔、 依力努尔、阿不力克木
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
前 叉
发言：卡力布努尔
自行车中 的 力学知识
课题：自行车中 的 力学知识
18世纪末，法国人西夫拉克发明了最早的自行车。 这样一来，人的双脚真正离开了地面，由双脚的交替踩动变为轮子的滚动。
谢谢大家
年12月21日
自行车中 的 力学知识
3:知识应用
c．压强知识的应用
(1)自行车车胎上刻有载重 量。如车载过重，则车胎受到 压强太大而被压破。
(2)座垫呈马鞍型，它 能够增大座垫与人体的接 触面积以减小臀部所受压 强，使人骑车不易感到疲 劳。
自行车中 的 力学知识
3:知识应用
d．简单机械知识的应用 龙轮用了车省的 头牙了省皮力车 与盘 轮 力 的 杠闸 自 转； 轴 或 拉 杆把 行 轴后 ： 省 力 ，与 车 等轮 脚 距 。 可连 制 。与 蹬 离 自 增杆 动 飞板，行大是系 轮与还车对一统 及链使为刹个中
前轴
自行车中 的 力学知识
e．功、机械能的知识运用
1840年，英格兰的铁匠麦克米伦，进过改进制造出了 前后轮都用铁制．前轮大，后轮小的自行车。
自世界上第一辆自行车问世至今已有200多年的 了。 自行车中 的 力学知识
前轮
(2)弹簧的减震作用
自行车中 的 力学知识
2:自行车结构
2:驱动系统
切记：
脚蹬、中轴、 1840年，英格兰的铁匠麦克米伦，进过改进制造出了 前后轮都用铁制．前轮大，后轮小的自行车。
自行车中 的 力学知识
初中物理自行车中的物理知识ppt课件
一、力学知识：
1、摩擦方面：
（1）车轮是园的：
。
(2)自行车车轮胎、车把套、脚踏板以及刹车块处均刻有
一些花纹：
。
(3)车轴处经常上一些润滑油：
。
(4)所有车轴处均有滚珠：
。
(5)刹车时，需要纂紧刹把：
。
(6)紧蹬自行车前进时，后轮受到的摩擦力方向 自行车前进的动力，前轮受到的摩擦力方向 是自行车前进的阻力；
各种开关：金属弹性形变。 液晶显示：液晶电励变态。 马达：电能转化动能。 变速箱：齿轮传动。 液压系统：液压传动。 玻璃：光线传播。 灯光：光线聚焦。 外型：流体动力学。
资 金 是 运 动 的价值 ，资金 的价值 是随时 间变化 而变化 的，是 时间的 函数， 随时间 的推移 而增值 ，其增 值的这 部分资 金就是 原有资 金的时 间价值
资 金 是 运 动 的价值 ，资金 的价值 是随时 间变化 而变化 的，是 时间的 函数， 随时间 的推移 而增值 ，其增 值的这 部分资 金就是 原有资 金的时 间价值
自行车中的物理知识
资 金 是 运 动 的价值 ，资金 的价值 是随时 间变化 而变化 的，是 时间的 函数， 随时间 的推移 而增值 ，其增 值的这 部分资 金就是 原有资 金的时 间价值
S=2×10cm×5cm=100cm2，当人骑自行车时，对
地面的压力大约为F=(500N+150N)=650N，对地面
的压强为6.5×104Pa。
(2)在螺母处要加一个垫圈：
。
(3)自行车的脚踏板做得扁而平：
。
(4)自行车的内胎要充够足量的气体，在气体的体
积、温度一定时，气体的质量越大，
越大。
(5)自行车的车座做得扁而平甚至用有海绵， 。
自行车的受力分析
目录
• 自行车的基本结构 • 自行车的运动原理 • 自行车受到的力 • 自行车的平衡分析 • 自行车的性能优化
01 自行车的基本结构
车架
01
02
03
受力分析
车架是自行车的主体结构， 承受骑行者的体重以及行 驶过程中的各种外力。
材质与构造
车架通常由铝合金、碳纤 维等轻量化材料制成，设 计上需满足强度和刚度的 要求。
静态平衡是自行车最基本的状态，也 是实现动态平衡的基础。在静态平衡 状态下，自行车的重心位置和支点位 置决定了自行车的稳定性。
动态平衡
动态平衡是指自行车在行驶过程中保持平衡的状态。此时，自行车受到的外力包括重力、地面给它的 支持力、摩擦力和空气阻力等。
动态平衡的实现需要骑行者的身体姿态和力量控制，以及自行车的悬挂系统和转向系统等机构的协同 作用。通过调整骑行者的身体姿态和力量控制，以及自行车的悬挂系统和转向系统等机构的参数，可 以优化动态平衡的表现。
详细描述
当地面反作用力大于自行车的驱动力 时，自行车将停止前进。地面反作用 力的大小取决于自行车的轮胎与地面 的摩擦力以及自行气阻力是自行车在空气中运动时受到的阻力，它阻碍自行 车的运动。
详细描述
空气阻力的大小取决于自行车的速度、形状和表面粗糙度。 为了减少空气阻力，可以采取减小自行车迎风面积、优化车 身设计以及使用低阻轮胎等措施。
03 自行车受到的力
重力
总结词
重力是自行车受到的主要力之一，它作用在自行车和骑行者的整体上，使自行 车和骑行者向地面方向沉降。
详细描述
重力是由地球吸引产生的力，它垂直向下作用在自行车和骑行者上。在平路上， 重力使自行车和骑行者向地面沉降，而在下坡路面，重力则帮助自行车加速。
自行车结构分析
应变片的主要位置以及杆件尺寸
4 2010-9-4
5 2010-9-4
上
下
6 2010-9-4
车把的加载方案
人扶把时应力的测量 利用砝码进行实验模拟
7 2010-9-4
人加载时车锁梁的承重 0 -10 应变值 -20 -30 -40 -50 次数 1 2 3 4 5 6 7 绿 红
人加载时车身左右摇晃，不利于静态实验进行， 因此不能证明车体是否垂直于地面。
24 2010-9-4
研究展望
车座设计在什么位置上生物能可以得到 最高利用
人能平稳地骑行前进，是依靠车把两端和车座 三个支撑点形成一个平面，来维持平衡的。在 这三个点中，车座是主要支撑点，它承受着大 部份身体的重量。除了掌握正确的骑行姿势 ， 我们是否可以从结构上考虑，进一步降低能量 的消耗。
25 2010-9-4
20 2010-9-4
斜梁
此梁也受弯距，但与主梁比较，显得很小。
21 2010-9-4
ε ε ε
22 2010-9-4
自行车的车座梁受弯最小，只受轴 向拉压，因此某些赛车将此梁设计 成为断梁的形式，并在此安装减震 器，从而达到较好的效果。
23 2010-9-4
自行车的车把 虽然车把受到弯扭组合影响， 虽然车把受到弯扭组合影响，可是扭矩的影 响很小。实际上，对于普通型自行车， 响很小。实际上，对于普通型自行车，人坐 在车上，由于车把受扭 很小，所以车把可以 在车上， 很小， 设计的尽量舒服，美观。 设计的尽量舒服，美观。但是车把受扭的考 验是在自行车行使中突然捏闸时， 验是在自行车行使中突然捏闸时，扭矩会突 然增大。 本实验受于静态的限制， 然增大。但是 本实验受于静态的限制，无 法对其状态进行模拟。 法对其状态进行模拟。
自行车所涉及到的物理知识
力学：自行车的运动受到牵引力、重力、空气阻力等力的影响。
力学原理用于描述自行车的运动和稳定性。
动力学：自行车的加速、减速和转向等运动是由动力学原理控制的。
例如，牵引力和摩擦力影响自行车的加速度和速度。
牵引力：骑手踩踏脚踏板时施加的力量会产生牵引力，推动自行车前进。
牵引力的大小取决于骑手的力量和脚踏板与轮胎之间的摩擦力。
摩擦力：自行车的运动受到多种摩擦力的影响，包括轮胎与地面的摩擦力、风阻等。
减小摩擦力可以提高自行车的运动效率。
惯性：惯性是物体保持原来运动状态的性质。
自行车在运动过程中具有惯性，需要施加力量来改变它的速度或方向。
力的平衡：当自行车处于匀速直线运动或静止状态时，牵引力、摩擦力和重力之间达到了力的平衡。
力的平衡是保持自行车稳定运行的重要条件之一。
动能和势能：自行车在运动过程中会转化动能和势能。
骑手施加力量给自行车增加了动能，而行驶过程中的重力势能会转化为动能。
有限元分析强度分析(自行车车架力学实验关键承力结构)
有限元分析强度分析(自行车车架力学实验关键承力结构)机械1202 马也 3120301052引言：自行车的车身主要有前车架和后车车架组成，为了对已经制造出来的自行车进行承受能力实验，设计师专门针对这个分析设计了一套夹具(工装)，以便于自行车车架受力试验的进行。
试验中关键的部位是两个轴（图1中A和C两个位置），这两根曲轴是车架的受压试验直接着力点，设计要求前后支架载荷比例满足：1:1.43，并且要求前后轴受力在1000N以上。
设计师在设计时根据设计经验设计了一套架子（图1），但是不能确保两根轴的强度是否满足要求，因此采用有限元ANSYS对车架进行了力学分析和强度计算，对这个设计方案的可靠性验证具有重要参考意义。
图1 自行车受力架三维图分析思路：整个支架主要有前支架和后支架构成，分析对象为支架上的两根不同跨距的支杆，而支杆的强度只与杆上的载荷和接触有关，从图上也可以看出杆才是整个结构强度最弱的部位。
两根支杆和整个支架均采用普通不锈钢材料。
影响计算精度的最大影响因素为材料、网格、接触和约束。
在网格达到一定数量后，由于有限元的网格无关系，这时可以不用考虑网格的影响了，同种材料下的强度计算时，杆的接触设置是关键，这里采用No separation进行接触设置。
载荷以坐标分量的形式在Y轴（重力方向）分别施加不同的载荷，直至达到材料的屈服强度位置（材料一旦进入屈服，就会发生永久性的变形，此处为杆的弯曲）。
为了计算出结构的最大安全载荷，也就结果从弹性变形过渡到塑性变形的临界载荷，下面对两杆和支架分别进行了载荷计算，因为试算的次数比较多，因此工作量非常大。
在分别求出各杆的最大临界载荷后在整个支架模型上分别添加最大临界载荷，最后考察总体受力情况。
具体实现步骤如下“1双击ANSYS workbench启动按钮，启动ANSYS workbench如下图所示：2.ANSYS WORKBENCH启动后弹出工具栏如下图，双击Static Structural3. 双击Engineering Data设定材料属性,从通用材料库中选择不锈钢(Stainless Steel)，材料参数结果如下图所示。
自行车中的杠杆PPT课件
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蛀牙的原因
1.蛀牙不是牙虫所引起的，是牙齿表面 不洁区残留著食屑，细菌使之腐败产生酸， 酸使牙齿脱钙而成蛀洞即是蛀牙。
2.肉类腐败发臭，米饭腐败发酸，酸才 会蛀牙，尤其是糖果糕饼等 最会蛀牙。
3.唾液过少过浓、易蛀牙。
4.饮水中含有氟素地区的人蛀牙较少。
5.遗传
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11
如何预防（1）
1、正确刷牙：这是去除牙菌斑的有效方法。先为孩子选购 一支刷头小巧、刷毛细软、毛端圆钝并富有弹性的儿童 保健牙刷，再选购一支含有氟化钠的单氟牙膏或兼含有 单氟磷酸钠的双氟牙膏。牙膏中的氟化物能增强牙面结 构、促进矿化，提高抗酸能力并能抑制牙菌斑。小儿一 次用量约豌豆大，年龄增长可适当增加用量，刷牙时应 避免咽下。孩子初学刷牙时，家长应作示范并耐心地教 会孩子如何正确刷牙。正确刷牙的要点是：刷毛与牙面 约呈45度，顺着牙缝竖刷。上牙往下，下牙往上，咬合 面前后来回刷。而不是拉锯式的横刷，那样会损伤牙齿 和牙龈。每次刷牙3分钟，早晚各刷一次，并持之以恒。
5、坚持使用含氟牙膏预防蛀牙的发生：如佳洁士防蛀修护牙 膏系列，含氟配方，特效修护早期蛀牙，坚固牙齿。
6、使用深层清洁功能牙刷，结合正确的刷牙方法，深层清洁 牙齿缝隙以及牙龈沟，防止蛀牙发生。佳洁士深层清洁牙刷系列 （超越深洁、先导超洁、名典洁净等牙刷），专业刷毛设计（交叉 刷毛，波浪刷毛，弧形刷毛），可以深层清洁牙齿） 如果成年 人因为唾液分泌不足而引起口舌干燥，患蛀牙的风险就比较大。口 舌干燥可能由疾病，药物，放疗或化疗引起，根据原因不同，可能 是暂时性的(持续数天或数月)或永久性的。
.
13
如何预防（3）
、生物治疗防治法:中医有句名言：“齿是骨之余”，非常精确的道出了牙齿 的本质和骨骼系统的关系。骨骼系统如同树干和树枝，牙齿就是树叶和果 实。树叶和果实的生长源于树干和树枝供给的养分，树干和树枝营养充足， 才能长出茂盛树叶、结出丰硕果实。牙齿往往是骨骼系统生命状态的标志 物，骨骼系统和生理状态发生变化，牙齿就会随之发生连锁反应的变化。 人体骨骼发育定型后，身体就停止对于骨骼系统供应生长素，牙齿的营养 供应链也就随之发生很大变化。因此牙齿是人体最早退化的器官之一，牙 体的某种物质随着骨骼生长素的停止供应而开始流失。人们会发现小孩子 的牙齿大多雪白透亮，而成年人的牙齿不管怎样保养都会发黄，或者牙齿 表面感觉像石头一样毫无光泽，牙医学上称为“牙齿矿化”就像由集中性 能不同的金属合成的不锈钢一样，当其抗氧的金属成分流失时，金属体抗 氧化的能力就会减弱，牙表变色，牙体过敏，蛀牙及各种牙体退化现象就 相继出现。生物科技疗法牙齿黄金中含有一种非常特殊的物质，能对牙体 进行一种介乎生理性和物理性之间的快速强力补充结合，能立即终止蛀牙， 并在蛀蚀处迅速生成保护层，牙体过敏（牙酸、牙倒）在10天内基本消除， 5~6天内，牙体会出现明显光泽，有效控制牙体矿化，10天内会看到前所 未有的牙齿增白。在儿童阶段开始使用牙齿黄金，对成年后的牙齿健康大 有益处。而且使用简单，无副作用。
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F1 F2
•
•
写在最后
• 篇一
•
我们已经分析了
自行几种基本运动状态
时的受力情况，有兴趣
的孩纸可对自行车转向，
圆周运动，腾空等等较
为复杂的运动进行分析。
•
写在最后
• 篇二
•
我们选取的自行车
动，补充方程为
•
F1 fN 1
(7)
•
F2 fN 2
0,1
(8)
• 引入参数 等式：
F1
fN
，则（3）可变为含参数的
1
• •
F1联立f（l1）a、1（ 8）G、/（l 9）fh，1（解9得）
F2 f a fh G /l fh1
具体受力分析
• 如把人看成一个系统，分析刹车瞬间的受力情况，
如和上摩图擦所阻示力。A、GB、两点分的别作N受1用N到。2地系面统支质反心力在F1C点F、，2
为 总X 质0 量，FxY为 0刹车时M系A统(F)受 0到的惯性力，则系统的
平衡方程为（1） • • F即1 F2 Fx 0
SUCCESS
THANK YOU
2019/8/31
滑下过程中
前后轮所受摩擦力均向后， 故整个车体受到的摩擦力为 与运动方向相反的阻力。
状态五：刹车
•
日常生活中，
常有骑自行车的人
在急刹车时车体出
现前翻、打横、或
前翻与打横的现象。
特别对刚学会骑自
行车的人在北方冬
天较光滑的冰雪路
面更是难于行驶。
这些现象是怎样产
，则（3）
• （4F）1 f l a1G /l fh1
• F fa fhG /l fh1
•
联立（1）、（2）、（4），解得
刹车前闸时，式（5）中分
母穷有大可，能所为以零骑，车从人F1而可以感觉到趋猛于烈无
的冲击。
•
若F1 , 必a fh
• 后轮作为主动轮， 是整个车体的驱动部 分。其受力分析如下 图所示：
图2
后轮在车轴的部分有一个经过 传导得到的来自于人的力偶M1； 地面对车轮的力系是一个平面 力系，可以简化为一个力偶M2， 以及滚动摩擦力FS，因为摩擦 力的方向是与物体相对运动趋 势相反,主动轮动起来时,轮子 最下面一点与地面接触.此点相 对于地面来说是向后运动的， 所以地面给后轮的滚动摩擦力 向前,这个滚动摩擦力FS就是推 动整个车向前的动力。
生的，又该怎样避
免呢？ 我们试图对
刹车时的现象进行
力学分析，希望对
不同刹车方式产生不同现象
•
在有摩擦的水平面上沿直线
行驶时。如果捏前闸，质心较高较
靠前，地面与车摩擦较大时．车较
易前翻；如果捏后闸．质心较低，
地面与车摩擦较小时，车不易前翻；
•
如果人体相对车不变位置时，
•
在摩擦较捏小前(如闸冰较雪捏路后面闸)车水更平易面前上翻，．且前后轮
•
在我们蹬
脚踏时，我们的蹬
力带动前齿轮转动。
前齿轮带动车链转
动，车链又带动后
齿轮转动，再由后
齿轮带动后轮转动。
后轮转动时，受到
向前的摩擦力作用，
推动自行车前进。
不同状态时的受力分析
状态一：静止
•
人与车的重力与地面对车的支持
力平衡。
•
自行车的前后轮都相对于
地面作纯滚动，但是它们受力情况
不同。
后轮
N1l Fx h Ga 0
N1 N2 G 0
刹车前闸
• 当刹车前闸时，假设前轮突然停止转动即产生滑 动摩擦，后轮仍转动，补充方程为：
• (2)
•
•
f
(3)
F1 fN 1
F2 fN 2
0,1
F2 fN 2
• 式中 为摩擦系数。引入参数
可变为含参数
的等式：
＜0，F2即 fN＜2 0，由N 2
F2
，
那么 ＜0，这意味着后轮不
着地，整个系统以A为支点转动，
则打横甩尾，人就有可能被甩出
• 从公式可以去看。出，若想刹前闸时比较平稳， 应h尽量减小•，l尽量增大，同时a也尽量增大。
所以设计自行车都是两轮间距l较大，坐垫高度
h不高，且坐垫靠近后轮，这样设计是合理的。
后轮刹车
•
刹车时，刹皮与车圈间的摩擦力，会阻碍后轮
的转动。手的压力越大，刹皮对车圈的压力就越大，
产生的摩擦力也就越大，后轮就转动的越慢。如果完
全刹死，后轮与地面之间的摩擦由滚动摩擦变为滑动
摩擦力，且方向向后，阻碍自行车的运动，因此自行
车会停下来。
刹车后闸
• 当刹车后闸时，后轮B处发生滑 析。如下图所示：
图3
•
•
前轮作为从动轮
本身不会自发 运
动,但后轮动了，整个
车身必然向前动起来
(包括不会自发运动的
前轮)。因为地面不会
动,那么前轮相对地面
来说向前运动，所以
地面给前轮的摩擦力
向后。
状态二：起动
•
•
起动（或加速）时，轮速大于车速，后轮是自
行车前进的动力来源，所以后轮是主动轮。在接触
不在一直线上前进，此时刹车易出现车打横．捏前
闸比捏后闸更易打横。前后轮轴速度方向的间距(车 与路面的摩擦力作用线之间间距)越犬，刹车时更易 打横、放平。
不同刹车方式产生不同现象
当需要紧急刹车时，如果刹车前闸，身体 会受到猛烈的冲击。若车速很快或者车较轻， 自行车还有可能猛甩一下。而刹车后闸则比 较平稳，震动不大。所以一般推荐使用后闸。
•
•
• 爬坡过程
性综合
匀速前进的水平方向
下坡的垂直斜面方向 选择
•
具体分析留给有兴趣滴孩纸~~
状态四：下坡
下坡不踩踏板 当骑行者不再踩踏板 的时候，后轮的速度小 于车速。因此，后轮随 车的向前运动而转动， 两个轮子都变成了“从 动轮”。在接触面，后 轮与地面相对向前运动， 所以摩擦力方向向后。 前轮始终向后。
面，后轮相对于地面向后运动，所以摩擦力向前，
后轮和车会做加速运动。前轮是从动轮，受到的摩
擦力向后。
状态三：匀速前进
•
匀速时，车受力平衡。人踩的力和车轮
与地面的摩擦力相互抵消。后轮与地面相对向
后运动，所以摩擦力向前。前轮作为从动轮，
摩擦力向后。
•
前后轮受到的摩擦力大小相等，方向相反。
状态三：匀速爬坡
自行车的受力分析
自行车与生活
•
自行车是我们日
常生活中极其 常见
的一种交通工具。
• 据统计目前中国有大约 七亿辆自行车。
• 骑自行车是当下户外活 动的热门交通方式，它不 仅有益身心健康，更体现 了环保、自然的生活理念。
• 简单的自行车中含有许 多的物理知识，现在我们 将对自行车做受力分析。
工作原理