自行车中的物理原理

彭雯倩：如今的2100年，纳米技术已经非常成熟， 可以控制单个原子的排列，做出各种材料，但尚 未成新一代超强的永久磁石就是纳米技术下的产 物，比现今的钕铁硼磁石强几十倍，永磁悬浮不 只是应用在火车上
Байду номын сангаас
磨擦力方面；永磁轴承也应用在自行车上，摩 擦力比现今的陶瓷轴承少几十倍，摩擦力接近零， 有极佳的吸收振动效果，使公路车也具有一定越 野能力。而且不用上油保养非常耐用。
如图所示，左边这种一个轮子大一个 轮子小的便是自行车鼻祖了，最开始 的自行车没有链条没有车蹬，只有两 个轮子和一个车架，人们骑在中间的 车架上靠双脚与地面搓动，产生静摩 擦力，“推动”自行车前行，这当然 是十分麻烦的。所以后来人们在一步 一步的实践与改进中发明了近现代的 自行车 现在，自行车已经成了一项运动，各种 不同的功能的自行车在不同的环境下应 运而生，如适合比较崎岖路况的山地自 行车，适合比较平直公路的公路自行车， 根据需要，增加一些附件，如支架、衣 架、保险叉、挡泥板、气筒等。另外， 装有变速机构的运动车、竞赛车、山地 车等还装有变速控制器和前后拨链器等。
2、外胎：分软边胎和硬边 胎两种。软边胎断面较宽， 能全部裹住内胎，着地面积 比较大，能适宜多种道路行 驶。硬边胎自重轻，着地面 积小适宜在平坦的道路上行 驶，具有阻力小，行驶轻快 等优点。 外胎上的花纹是为了增 加与地面的摩擦力。山地自 行车的外胎宽度特别宽，花 纹较深也是适应越野山地用。
研究总结部分(关于外胎)
外胎上的花纹是为了增加地面的摩擦力。 接触面积越大，摩擦力就越大，这样车轮 与地面之间才不会打滑，自行车才能向前 进。山地自行车外胎宽度特别宽，花纹较 深也是适应越野山地用。
3、脚蹬部件：脚蹬部件装配在中轴 部件的左右曲柄上，是一个将平动力 转化为转动力的装置，自行车骑行时， 脚踏力首先传递给脚蹬部件，然后由 脚蹬轴转动曲柄，牙盘，中轴，链条 飞轮，使后轮转动，从而使自行车前 进。因此脚蹬部件的结构和规格是否 合适，将直接影响骑车人的放脚位置 是否合适，自行车的驱动能否顺利进 行。 脚踏：可分为整体式脚踏和组合 式脚踏。无论什么款式的脚踏都必须 有脚踏面，必须安全可靠，具有一定 的防滑性能，可以选用橡胶、塑料或 金属材料制造。脚踏必须转动灵活。
但主体离不开其中的三角形的稳定性的原理，如 果哪辆自行车偏离了这个原理，那么，车架一定 会因为承受不住压力而变形，散架。一般辐条（. 车轮中连接车毂和轮圈的一条条直棍或钢条）是 等径的，为了减轻重力，也有制成两端大、中间 小的变径辐条，还有为了减少空气阻力将辐条制 成扁流线型 自行车的辐条是让钢圈尽可能各个地 方受力平衡，避免钢圈变形，一般断了辐条后钢 圈会很容易变形，而钢圈上的辐条数量越多，就 是为了更好地固定好钢圈的形状，以便于在花式 表演或者山地跋涉颠簸时受力更加均匀，展示出 更高的车技和车辆的抓地能力
课题的目的和研究意义
1.自行车发展史：原始自行车，上世纪的自 行车与现在的高科技自行车的相同的原理和 不同功能，给人们的生活带来的便捷。 2.自行车不同部位的不同功能，以及蕴 含其中的不同物理原理。（重点） 3.对自行车未来的猜想，构思，自己大 胆设计一辆能够在未来行驶的自行车。
研究方法；上网查找文献资料，实地研究 计划访问对象：学生，自行车爱好者 可行性分析；几十年前，中国便是有“自行车之 国”的称号，而现在的我们的同学也有不少是骑 自行车，也便于我们的研究。 预期成果；幻灯片，书面报告，论文。 表达形式；幻灯片
殷英：对未来自行车的构想：目前世界上已有科 学家研究出用电脑波控制机器，我想是否可以将 此项技术与GPS导航仪技术结合，可以用自己自 己的思维控制原本操作有些复杂导航仪。再将这 种导航仪安装到自行车，再加上一系列的自动刹 车、动能辅助系统，利用上太阳能等环保能源， 也许还可以适用于一些残疾人出行。但也不能失 去自行车运用人力制动的、健身环保的优点，要 能转换控制方法，在有时间和精力时可以靠自身 力量骑车。另外，可以在自行车上安装后视镜、 夜行灯等，兴建自行车专用车道，让骑车更加安 全便捷。随着科技的日新月异，希望这些构想能 够在低成本、节能环保的条件下实现。
陈仕云:1. 2100年纳米技术已经非常成熟，可以控制单个原 子 的排列，做出各种材料，但尚未成功利用纳米技术做出能活 的生命体。新一代超强的永久磁石就是纳米技术下的产物， 比现今的钕铁硼磁石强几十倍，永磁悬浮不只是应用在火车 上，永磁轴承也应用在自行车上，摩擦力比现今的陶瓷轴承 少几十倍，摩擦力接近零，有极佳的吸收振动效果，使公路 车也具有一定越野能力。而且不用上油保养非常耐用。 2.链条也淘太了，未来的自行车利用液压来传递动力，摩擦 力比链条低70%，静音，免维护。 3.置于车的骨架，全部采用中空骨的结构，和车胎一样其内 冲上比空气质量轻，且无污染的气体，来减轻车体的总重。
物理原理（研究结果）
1、车架部件是构成自行车的 基本结构体，也是自行车的 骨架和主体，其他部件也都 是直接或间接安装在车架上 的。 一般辐条（.车轮中连 接车毂和轮圈的一条条直棍 或钢条）是等径的，为了减 轻重力，也有制成两端大、 中间小的变径辐条，还有为 了减少空气阻力将辐条制成 扁流线型
研究总结部分(关于车架)
研究总结部分(关于链轮’飞轮)
链轮：用高强度钢材制成，保证其达到需要 的拉力。 其单级飞轮工作原理：当向前踏动脚踏是， 链条带动飞轮向前转动，这时飞轮内齿和千斤相 含，飞轮的转动力通过千斤传到芯子，芯子带动 后轴和后轮转动，自行车就前进了。 多级飞轮是在单级飞轮的基础上，增加几片飞轮 片，与中轴上的链轮结合，组成各种不同的传递 比，从而改变了自行车的速度。

万博： 首先，动力系统的改进是必须的。在降低磨损所 带来的消耗的同时，我们可以加一些辅助的动能。当然，一 定要环保，所以使用氢能或者太阳能是最好的。并且在改进 的同时不能削弱自行车原本的锻炼效果，所以可以设置辅助 动能开启的最低速度，并且开启后五秒不踩踏则自动关闭辅 助动能系统。 其次，在安全方面也可以改进下。可以在自行车上加一个保 护装置（折叠式的，减小占有空间），在自行车收到剧烈撞 击时自动保护骑行者。 在控制方面，也可以采用更为先进的电脑辅助控制。不想控 制时可以切换到电脑控制，利用GPS定位来到达想要到的地 方。
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研 究 内 容 范 围

谭楚嫣：我们只是想象在未来科技满足 我们的要求下设计出这些符合我们设计原 理和科技要求的设备，我们想的是：单车， 现在几乎我们平常看到的全部都有链条来 完成行驶，但 在这次研究时，出去观察不 同单车时，我们发现，株洲市现在正在普 及的动力单车就没有链条，（差张图）， 那么也就不存在在行驶过程中掉链的问题 了
活动步骤；分四个阶段实施
阶段一： 时间：8月3日 主要任务：确定研究方向 制定研究计划 阶段目标：制定完整研究计划
阶段二： 时间；8月5日 主要任务：进行研究，收集资料
阶段目标：为下一步整合分析准备 资料，完成大部分研究报告
阶段三： 时间：8月7日 主要任务；对调研报告做最终修改 同时制作课件 阶段目标；完成调研报告与课件 结束研究活动

陈自见：随着经济与高科技的发展，未来的自行车可 能成为“高科技大国”中又一大主力成员，或许现在用的 一些高科技设备在不久之后便能在自行车身上看到影踪 GPS导航仪、自动刹车、远程感应系统等等都会被应用。 亦或许，以后的自行车不再单单是双轮，可以变成有靠背 椅的自动平衡重力感应的单轮自行车，毕竟现在的自行车 在某些场合中仍显得不够轻盈。目前，对许多残疾人来说 自行车认识一个可望而不可即的梦想，说不定在以后的自 行车上能够安装一个有利于腿部残疾的残疾人的自动旋转 踩踏的平衡助推仪，只需要一点点的太阳能来发动仪器， 这样在未来，自行车能够更全面的帮助人们。
研究总结部分(关于转动车把和前叉)
转动车把和前叉，可以使前轮改变方向，起 到了自行车的导向作用。此外，还可以起到控制 自行车行驶的作用。车把这里，也采用了一个简 单的杠杆原理，我们实验过，如果手握住靠近前 叉的地方来转弯，是比较费力的，而且转弯幅度 也比较小，而如果手握车把两端来转弯，是比较 省力的，而且转弯幅度也比较大。前叉部件的受 力情况属悬臂梁性质，故前叉部件必须具有足够 的强度等性质。悬臂梁：梁的一端为不产生轴向、 垂直位移和转动的固定支座，另一端为自由端 （可以产生平行于轴向和垂直于轴向的力）。
-----------------小组成员；陈自见.陈仕 云.万博.谭楚嫣.殷英.彭雯倩
课题背景；自行车，这在生活中随处可见的便 捷的交通工具，给我们的生活带来了巨大的好 处，几十年前，中国便是有“自行车之国”的 称号，而现在的我们的同学也有不少是骑自行 车。一定有很多同学认为自行车就是两个轮子 一个车架的再简单不过的交通工具，但是又有 多少人知道自行车中的物理原理呢？随着时代 的发展，功能不断强化的自行车与我们见面了， “简单”的自行车变得不简单起来……

5、链条：链条又 称车链、滚子链，安 装在连轮和飞轮上。 其作用是将脚踏力由 曲柄、链轮传递到飞 轮和后轮上，带动自 行车前进。 链轮：用高强度 钢材制成，保证其达 到需要的拉力。




6、飞轮：飞轮以内螺纹旋拧固定在后轴 的右端，与链轮保持同一平面，并通过链 条与链轮相连接，构成自行车的驱动系统。 从结构上可分为单级飞轮和多级飞轮两大 类。 单级飞轮又称为单链轮片飞轮，主要 由外套、平挡和芯子、千斤、千斤簧、垫 圈、丝挡几钢球等零件组成。其单级飞轮 工作原理：当向前踏动脚踏是，链条带动 飞轮向前转动，这时飞轮内齿和千斤相含， 飞轮的转动力通过千斤传到芯子，芯子带 动后轴和后轮转动，自行车就前进了。 当停止踏动脚踏板时，链条和外套都 不旋转，但后轮在惯性作用下仍然带动芯 子和千斤向前转动，当反向踏动脚踏时， 外套反向转动，会加速千斤的滑动，使 “嗒嗒”声响得更急促。多级飞轮是自行 车变速装置中的一个重要部件。 多级飞轮是在单级飞轮的基础上，增 加几片飞轮片，与中轴上的链轮结合，组 成各种不同的传递比，从而改变了自行车 的速
研究总结部分(关于曲柄)
曲柄这里，运用了一个最基本的物理原理： 省力杠杆。力臂是整个曲柄，而阻力臂只 有轴承上的一点，也正是因为这样，人才 有力气踩动踏板，带动链条，让自行车前 进。
4、前叉部件：前叉部件 在自行车结构中处于前方 部位，它的上端与车把部 件相连，车架部件与前管 配合，下端与前轴部件配 合，组成自行车的导向系 统。 转动车把和前叉，可 以使前轮改变方向，起到 了自行车的导向作用。此 外，还可以起到控制自行 车行驶的作用。 前叉部件的受力情况 属悬臂梁性质，故前叉部 件必须具有足够的强度等 性质。