【正文】 行車時(shí)自行車要使用車燈。中華人民共和國的交通法規(guī)將自行車列為一種非機(jī)動(dòng)車。在香港， 山地 自行車屬于 “ 非機(jī)動(dòng)車輛 ” ，無須領(lǐng)有牌照，但在路上行駛時(shí)，須遵守和機(jī)動(dòng)車輛一樣的交通規(guī)則。 山地 自行 車 是一 中種 面 對(duì) 生活的 態(tài) 度，也 中種純真夢(mèng)想的執(zhí)著 。 一輛好的自行車首先要有 好的車架 、 好的零件組成， 然后還要有良好的 組裝技術(shù)。將這三個(gè)因素科學(xué)地加以組合后，才能算是一輛 好的自行車。由于各國生活水平的差異，使用自行車的目的各不相同，有些國家的騎行者以旅游、鍛煉身體以及少年兒童體育運(yùn)動(dòng)為主要目的，一般使用多速車、越野車和山地車；有些國家的自行車主要作為交通工具，多使用輕便車和多速車?？偟膩碚f，自行車是朝著美、輕、牢、新、廉方向發(fā)展。美是造型美觀、色彩鮮艷、華麗而不俗；輕是自重輕、騎行輕；牢是強(qiáng)度高；新是款式新、品種多；廉是成本低、競爭力強(qiáng)。 有目的的了解學(xué)習(xí)有關(guān)的 山地 自行車各部件之間的連接方式，一方面，在使用上能我們更清楚自行車本身的構(gòu)造，以便更好的、更安全方便的使用 山地 自行 車，也能更好的對(duì)他進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)。在一方面，對(duì)于一個(gè)從事學(xué)習(xí)工業(yè)設(shè)計(jì)的人來說，更多的了解一些機(jī)械構(gòu)造，內(nèi)部原理等知識(shí)，可以使我們?cè)谠O(shè)計(jì)產(chǎn)品的時(shí)候，形成一個(gè)完整的思路，是我們的美好的外 *觀造型構(gòu)思與事物本身的構(gòu)造形成一個(gè)完美的結(jié)合。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 第 1 章 山地 自行車設(shè)計(jì)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 山地 自行車設(shè)計(jì)的基本任務(wù)是根據(jù)使用者的要求結(jié)合制造部門的可能性，創(chuàng)造性地運(yùn)用有關(guān)科學(xué)技術(shù)和知識(shí)，設(shè)計(jì)出受用戶歡迎的產(chǎn)品。因此，設(shè)計(jì)自行車時(shí)，首先應(yīng)該選擇合理的結(jié)構(gòu)，同時(shí)還應(yīng)符合有關(guān)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的要求。社會(huì)對(duì)自行車使用的要求是多方面的， 因此，自行車的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)包括的內(nèi)容也較多，這里就提出下列最常用的若干內(nèi)容。 使用壽命 山地 自行車屬日用消費(fèi)品，不同類型的自行車均有相應(yīng)的使用壽命要求，因?yàn)?山地 自行車的易損零部件，在運(yùn)轉(zhuǎn)中要磨耗、變形或損壞，不但增加了維修工作量，甚至?xí)ナ褂脙r(jià)值。因此，設(shè)計(jì) 山地 自行車時(shí)應(yīng)根據(jù)不同的使用要求，對(duì)壽命問題予以重視。 行駛安全性 這是 山地 自行車設(shè)計(jì)者必須考慮的內(nèi)容，隨著車輛的增多和車禍的經(jīng)常發(fā)生，國內(nèi)外對(duì)自行車的行駛安全性越來越加重視，國際自行車標(biāo)準(zhǔn)已有明確的安全標(biāo)準(zhǔn)要求，不符合安全要求的自行車嚴(yán)格禁 止行駛。當(dāng)然，騎車事故的發(fā)生原因是多方面的，但首先要從產(chǎn)品設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上保證達(dá)到安全標(biāo)準(zhǔn)的要求。 產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化 這是指 山地 自行車產(chǎn)品的系列化，部件通用化和零件標(biāo)準(zhǔn)化。在各企業(yè)都在大力開展新品種的新形勢(shì)下，標(biāo)準(zhǔn)化工作就顯得更為重要了，目前我國自行車標(biāo)準(zhǔn)化主要存在二個(gè)問題，首先是國家標(biāo)準(zhǔn)未能完全很好的貫徹， 不少人認(rèn)為只要達(dá)到自行車質(zhì)量鑒定 40 項(xiàng)就行了，這是一種不全面的觀點(diǎn)，何況我國現(xiàn)行的 40 項(xiàng)內(nèi)容有其歷史和客觀的原因，從目前來看很有修改的必要。 因此，我國 山地 自行車首先應(yīng)當(dāng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)的要求，同時(shí)，要使新開發(fā) 的產(chǎn)品符合標(biāo)準(zhǔn)化要求， 標(biāo)準(zhǔn)要先行，如果各廠由于沒有明確標(biāo)準(zhǔn)就自行設(shè)計(jì)，待社會(huì)上形成一定數(shù)量后，再統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)就困難了。因此， 產(chǎn)品設(shè)計(jì)，首先要查找和依據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。 工藝性 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 山地 自行車設(shè)計(jì)時(shí)要考慮加工工藝的合理性，特別批量生產(chǎn)的品種， 工藝合理性顯得更為重要。所設(shè)計(jì)的自行車在保證使用要求的情況下，應(yīng)該能用最少的工時(shí)，材料和加工費(fèi)用制造出來。 山地 自行車的外形應(yīng)合乎比例、和諧平整、美觀大方，以增加使用者對(duì)自行車的美觀感。貼花、色彩等也是吸引消費(fèi)者的重要方面。現(xiàn)在消費(fèi)者購買 山地 自行車時(shí)，主要依據(jù)是牌號(hào)、價(jià)格、 外形和美觀程度。在自行車日趨飽和，市場競爭更加劇烈與的新形勢(shì)下，產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作對(duì)外形和美觀的考慮與研究就更加重要了。 強(qiáng)度和最大容許負(fù)荷 設(shè)計(jì) 山地 自行車中的每個(gè)零部件時(shí)，必須保證足夠的強(qiáng)度。任何一個(gè)零件在使用時(shí)都不應(yīng)產(chǎn)生斷裂損壞和發(fā)生的殘余變形， 否則將不能正常地使用甚至引起事故。自行車如有過大的允許負(fù)荷能力，雖然能擴(kuò)大其使用范圍，但將使自行車零件的尺寸和強(qiáng)度隨著增大，是不經(jīng)濟(jì)的，因此要合理選擇而設(shè)計(jì)。 成本 山地 自行車制造成本能綜合地表示出很多項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的結(jié)果。例如重量、自行車制造工藝性、新 工藝采用情況和標(biāo)準(zhǔn)化通用化程度等。成本的高低，表示了經(jīng)濟(jì)上是否合理，所以產(chǎn)品設(shè)計(jì)要有經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)，十分重視和努力降低自行車制度成本。 騎行輕快 和 舒適 山地 自行車既要有一定的剛度，也要有相應(yīng)的彈性，否則就會(huì)影響騎行性能和使騎行者容易產(chǎn)生疲勞，因此對(duì)架、前叉和鞍座等主要部件都要與人的體形結(jié)合起來考慮，使之達(dá)到騎行舒適的要求。 本設(shè)計(jì)所參照的山地自行車類型如圖 1 12： 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 圖 11 圖 12 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 第 2 章 自行車行駛阻力 分析 滾動(dòng)阻力 相當(dāng)于車輪在路面上滾動(dòng)時(shí)所引起的能量損失。它 由滾動(dòng)時(shí)輪胎斷面產(chǎn)生變形、胎面與路面之間相對(duì)滑動(dòng)、路面變形、由于路面不平而引起的振蕩損失等因素組成。 空氣阻力 自行車在空氣中運(yùn)動(dòng)，空氣本身也在流動(dòng)，兩者綜合形成的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，造成對(duì)自行車騎行阻力?？諝庾枇τ赡ゲ磷枇蛪毫ψ枇?gòu)成，磨擦阻力是空氣對(duì)車和人體表面的磨擦作用造成的阻力。壓力阻力有二種 :一種是車和人的前部氣流被緊擠，產(chǎn)生對(duì)抗車和人前進(jìn)的正壓；另一種在后部和拐角處空氣變得稀薄而引起渦流，產(chǎn)生將車和人吸住的負(fù)壓。構(gòu)成磨擦阻力的因素與車和人的表面平整、光滑度和外形大小有關(guān)，此外還與揮動(dòng)腳蹬時(shí)的 空氣阻力和車輪轉(zhuǎn)動(dòng)的空氣阻力有關(guān)。目前出現(xiàn)的高速自行車、避風(fēng)式自行車、流線型自行車以及采用“滴水管”和異徑輻條等，其目的均為了減輕空氣的阻力。 內(nèi)部阻力 騎車人驅(qū)動(dòng)中軸轉(zhuǎn)動(dòng)所做的功，在轉(zhuǎn)換成為有效的后輪推力過程，把動(dòng)力傳遞中所浪費(fèi)的部分稱內(nèi)部阻力。其中包括 : 1. 各轉(zhuǎn)動(dòng)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦力矩 :如果環(huán)繞中軸力矩，則其摩擦力矩 (公斤力厘米 )為 :若前后軸 :，則中軸 :，鏈輪和鏈條 :，飛輪和鏈條 :。如果環(huán)繞后軸，則其值進(jìn)一步減小到它的三分之一左右，與滾動(dòng)阻力、空氣阻力相比，僅為百分 之一左右。 2. 鏈傳動(dòng)的效率 :軸皮轉(zhuǎn)動(dòng)、鏈輪、飛輪和鏈條的嚙合，產(chǎn)生的摩擦洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 阻力并不大。 3. 由于車架的彎曲或扭曲等瞬時(shí)彎曲變形時(shí)變形產(chǎn)生的能量消耗 :由于大鏈輪和飛輪的旋轉(zhuǎn)與車架中心平面不重合，如果踏力較大，在強(qiáng)大的鏈條抗力作用下，使中接頭和后平立叉部分受彎曲而靠攏，曲柄每轉(zhuǎn)一周，這種現(xiàn)象在左右腳蹬各發(fā)生一次，使車架彎曲變形，并出現(xiàn)“抖動(dòng)”現(xiàn)象。不單是能量的損失，隨著車架的抖動(dòng)促成車輪安裝精度的破壞而增大滑角，從而引起滾動(dòng)阻力的增加。設(shè)計(jì)賽車等自行車時(shí)應(yīng)特別重視這一點(diǎn)。抖動(dòng)的能量損失很大，一般占內(nèi)部阻力的 10%左右。 4. 軸皮變速內(nèi)部阻力 :軸皮變速內(nèi)部的行星齒輪機(jī)構(gòu)是由很多零件組成的 :中心齒輪、行星齒輪、內(nèi)齒輪、撐牙等，但其摩擦阻力不大。外變速或變速器的鏈條中心線是偏斜的，但傳動(dòng)效率的降低也很小。 5. 騎車人身體的上下振動(dòng)的能量損失 :從帶有減震的車架和鞍座到騎車人身體的上下振動(dòng)，其能量的損失有時(shí)很大。為了騎行舒適，車架、前叉、鞍座的彈性要好，但設(shè)計(jì)時(shí)也要考慮保持其合理的剛性，以充分發(fā)揮騎車人輸出功率的實(shí)際效能。由于自行車內(nèi)部阻力的產(chǎn)生原因和性質(zhì)，與其它騎行阻力不同，設(shè)計(jì)時(shí)，可以傳動(dòng)效率的形式來處理。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 第 3 章 山地 自行車設(shè)計(jì)的要 點(diǎn) 材料因素 材料是實(shí)現(xiàn)自行車設(shè)計(jì)的物質(zhì)基礎(chǔ)，離開了材料及輔助材料的材性與工藝，其設(shè)計(jì)只能是一種抽象存在，無法體現(xiàn)其存在的意義和價(jià)值。就其主要構(gòu)件 —— 車架而言，自行車車架的材料有已往使用的鉻鋁鋼以外、還有鋁、鈦、碳纖、鎂等不斷出現(xiàn)新材料。其中鋼制的車架最便宜，不過重量也最重，表面的油漆脫落后便有生銹的危險(xiǎn)，所以平時(shí)在保養(yǎng)上要下功夫。再高級(jí)點(diǎn)就是鋁合金，重量較輕，但是需要較粗的管徑才能達(dá)到與鋼管相同的強(qiáng)度，為大部分登山車所采用。表面拋光后 整臺(tái)車呈現(xiàn)銀白色，很好看。碳纖維車架的特點(diǎn)是可以一體成型，不需要焊接，不過每個(gè)車架需要特殊的模具制造，成本也很高。鈦合金不但重量輕，不生銹，強(qiáng)度高，材料特性最佳，不過原料昂貴，加工困難。 下面就幾種材料做具體分析 1. 鉻鉬鋼 (Fe— Cr— Mo) 圖 31 鉻鉬鋼 車架 在自行車的 100 年歷史當(dāng)中，鐵素材是剛性與重量方面都均衡的理想素材。 (如圖 )鐵制車架的最大特征是可在各種成份，各種粗細(xì)厚薄的鐵管中，任意選擇所需要的鐵管進(jìn)行加快。因此可以選擇最適合于的尺寸、剛性、騎感的車架，這對(duì)于數(shù) 毫米的差異也敏感的老車手來說是很有好處洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 的。它的最大的缺點(diǎn)是比起其它的素材重 (過去 )。但是最近的鐵素材車架經(jīng)過熱處理，把薄的管道做成粗的管來使用，其重量不會(huì)輸給輕的合金。 2. 鋁合金 (A1MgSi， Al— Zn— Mg 一 (Cu)) 用鋁合金制作的車架。輕而價(jià)格低是它的優(yōu)點(diǎn)。但是從『輕 』 來說，當(dāng)前與鐵素材比較相差并不大。老車手對(duì)它的反應(yīng)是『雖輕但易彎曲 』 。雖然經(jīng)過多次改進(jìn)，但是始終克服不了楊氏彈性模量低的缺點(diǎn)。最近的鋁合金車架，為了提高楊氏彈性模量，加大管道外徑，使用扁平管，或者對(duì)鋁管進(jìn)行熱處理等，制造出輕而 有剛性的車架，這種最新的鋁合金車架對(duì)車手來說，具有足夠的輕量與剛性。 鋁合金是純鋁中加入 Mg， zn， si， cu 等金屬的合金。鋁本身具有輕量、可塑性好、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，加入其他金屬后顯著提高了機(jī)械性能。 ●鋁合金車架的優(yōu)點(diǎn) (1)可以制作重量輕的車架鋁的比重輕但不夠硬，為了增強(qiáng)強(qiáng)度把它制成合金并施予熱處理。熱處理采用時(shí)效析出增強(qiáng)法，簡單地說，在金屬內(nèi)形成一種妨礙金屬變形的物質(zhì)。在某種高溫下進(jìn)行熱處理時(shí)，會(huì)引起時(shí)效析出，若沒有經(jīng)過這個(gè)程序的車架，也會(huì)引起常溫時(shí)效。就是說把車架放置在房間內(nèi)也會(huì)逐漸變強(qiáng)。 有 7075 標(biāo)志的自行車零件 (如 XTR 曲柄等 )，嚴(yán)格來講沒有經(jīng)過熱處理。也就是說因沒有時(shí)效，因此是常溫時(shí)效。 7075 合金本來就必要進(jìn)行熱處理，通過熱處理其強(qiáng)度可以增加 5 倍。 (2)長時(shí)問使用外觀不怎么變化 鋁本身是很容易受腐蝕的金屬，在空氣中幾乎不存在沒有被氧化的鋁，放置在空氣中馬上被氧化而形成很薄的氧化膜。為什么不生銹昵 ?原因是該氧化膜達(dá)到一定的程度時(shí)防止繼續(xù)生銹。該氧化膜幾乎是無色因此外觀上不容易發(fā)現(xiàn)變化 (有時(shí)會(huì)發(fā)白 )。 ●鋁合金車架的缺點(diǎn) (1)鋁是彈性率及剛性低的材料。因此采用粗的管道，或者改變形狀如cross— over 管、 padded 管等。 (2)需要進(jìn)行熱處理必需進(jìn)行熱處理，否則強(qiáng)度不夠。因此一般的規(guī)模不大的工廠無能力購買熱處理設(shè)備。尤其是 6000 系的鋁合金管，多數(shù)情況洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 是管道廠家指定熱處理?xiàng)l件。 3. 鈦、鈦合金 (Ti， Ti— A— V) 美國在 60 年代首次使用鈦合金來制作白行車車架。鈦合金給人的印象是 輕而硬。早期的鈦合金車架，作為比賽用車，剛性不足，其車架不適合于長距離賽車，也不是適用于所有的比賽，只適合用在山岳，或者 Big reces，Time traial 等需要輕型車的特定的場合。鈦金屬給一些人錯(cuò)覺，貴而 稀有，實(shí)際上鈦是地球上埋藏量豐富的元素之一。只是由于合金的制作成本高，價(jià)格才較貴。 ●鈦合金車架的優(yōu)點(diǎn) (1)可以制作輕量而強(qiáng)度大的車架純鈦金屬的強(qiáng)度更高。在鈦金屬中添加鋁和釩，彈性更高 (和鋁比較 )，也有利于設(shè)計(jì)。 (2)不生銹：鈦在一般的環(huán)境下幾乎不會(huì)被腐蝕。但是它有另一種腐蝕現(xiàn)象即異種金屬腐蝕。例如，不同種類的合金接合在一起時(shí)，成為電極狀態(tài)，電位差使局部通電引起腐蝕。對(duì)此現(xiàn)象采取的措施是用脂膏等來絕緣(混有金屬粉末的脂膏，如商品名： Ti Plepu 等 )。這種金屬粉末防止脂膏流失，即使流失后也用來防止緊密 接觸。這種金屬粉末有導(dǎo)電性也不要緊，接觸后被較小的荷重破壞掉。這種現(xiàn)象稱為『粘住 』 ，它和『烘焙 』 是不同的。『粘住、咬合 』 ：金屬之間通過腐蝕來接合的現(xiàn)象。『烘焙接合 』 ：加工金屬時(shí)所產(chǎn)生的熱量來溶融接合。 ●鈦合金車架的缺點(diǎn) 價(jià)格高。鈦在自然界以二氧化鈦的形態(tài)存在，提練及加工過程復(fù)雜，技術(shù)要求高，并花時(shí)間因此成本高。再有溶接加工極為困難，因?yàn)殁伜脱醯挠H和力極強(qiáng)，和空氣接觸后馬上變成二氧化鈦，而二氧化鈦硬而脆，該部分的強(qiáng)度會(huì)不斷下降。因此用惰性氣體小心焊接。通常所說的 Tig 焊接是： (Tig：鎢、惰性氣體的略語 )用 鎢電極及氬氣體進(jìn)行弧焊接。鈦的焊接必需隔絕空氣下進(jìn)行。由于以上原因鈦車架價(jià)格很貴。 近來有些鋁合金車架比鈦合金車架價(jià)格貴，這說明鈦合金車架的價(jià)格下降了。其因是冷戰(zhàn)結(jié)束后軍費(fèi)縮小，鈦的用量少了；優(yōu)秀的技術(shù)員開始用鈦來制作車架：制作鈦車架的成本降低等原因