【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 。 4. 碳纖維 (CERP) 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 碳纖維車(chē)架的特征是輕、不彎曲、沖擊吸收性好，但是，充分發(fā)揮碳纖維的優(yōu)異性能，在技術(shù)上看起來(lái)不是那么容易，各碳纖維材料廠家之間的品質(zhì)差異也較大。自行車(chē)廠家考慮到成本問(wèn)題，不大可能使用高等級(jí)的碳纖維來(lái)制作車(chē)架。圖 32 COLNAGO 牌 的碳纖維車(chē)架碳纖維是把碳纖維用樹(shù)脂凝固成形的東西。 (如圖 32)非常輕，但它是具有方向性的材料 (拉伸強(qiáng)但容易斷 )，因此采用把薄料層層重疊的方法來(lái)解決缺點(diǎn)。但成本太高。 圖 32 碳纖維車(chē)架 ●碳纖維車(chē)架的優(yōu)點(diǎn) (1)可以制作重量輕的車(chē)架 碳纖維車(chē)架是把碳纖維對(duì)著發(fā)生應(yīng)力的方向?qū)訉盈B而得到強(qiáng)度。碳纖維車(chē)架非常輕，這是它的密度和強(qiáng)的拉伸強(qiáng)度構(gòu)成的。捷安特的碳纖維車(chē)架非常輕， 2020 年的型號(hào) 重。 (2)沖擊吸收性好 碳纖維用來(lái)制作殘疾者運(yùn)動(dòng)時(shí)用的假腿，或者特殊的彈簧等被用在各領(lǐng)域。利用它的吸收沖 擊力優(yōu)異的性能，制作不用避震器的自行車(chē)。如SCOTT 廠的 ELEVATED 車(chē)架是著名的。但是各個(gè)廠家之間的品質(zhì)差異較大，有的很硬，因此這種車(chē)架乘騎后才能知道好或者不好。 ●碳纖維車(chē)架的缺點(diǎn) (1)復(fù)雜的應(yīng)力計(jì)算 構(gòu)成碳纖維車(chē)架的是碳纖維，它的特點(diǎn)是拉伸強(qiáng)度強(qiáng)，但剪斷強(qiáng)度弱，洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 加工時(shí)需要進(jìn)行復(fù)雜的應(yīng)力計(jì)算 (縱剛性、橫剛性 )，根據(jù)計(jì)算把碳纖維片重疊成型。加工技術(shù)各廠家各異，應(yīng)選擇有經(jīng)驗(yàn)可靠廠家的是很重要的。 (2)老化 使用樹(shù)脂因此會(huì)不會(huì)老化 ? 這是一個(gè)存在的課題，它放置在陽(yáng)光下時(shí)會(huì)逐漸變白。當(dāng)然這種現(xiàn)象關(guān)系到廠 家的技術(shù)。最好不要放置在陽(yáng)光下。 5. 鎂合金 鎂的比重很輕 ()，約鐵的 1/5，鈦的 2/5，鋁的 2/3。它是不容易腐蝕的活性金屬。它廣泛用在各種領(lǐng)域里，如照相器及電腦的外框、車(chē)輛的車(chē)圈等配件。通過(guò)合金化耐腐蝕性也得到進(jìn)一步提高。 ●鎂合金車(chē)架的優(yōu)點(diǎn) (1)可以制造重量輕的車(chē)架 它比鋁密度低，可以制造輕的車(chē)架。楊氏彈性模量稍微低些，但是可以用加粗管直徑及橢圓化等方法來(lái)解決。使用鋁合金的目的僅僅是為了減輕重量，將來(lái)可能會(huì)被鎂合金取代 ? 鈦和鎂的研究課題稍不同，這兩種金屬今后仍然會(huì)活躍下去。 (2)加工性 好 鎂制車(chē)架加工不會(huì)差。切粉的燃燒、爆炸等能夠通過(guò)合金元素來(lái)回避的話(huà)，剪斷、溶接性可能不會(huì)差。和鈦比較起來(lái)加工性好。 ●鎂合金車(chē)架的缺點(diǎn) 生產(chǎn)鎂車(chē)架的廠商都說(shuō)耐腐蝕性好。但是這方面的資料當(dāng)前還很少，耐腐蝕性好到何種程度難于判斷。鎂是劇烈氧化的金屬，不小心操作錯(cuò)了很容易爆炸，純鎂一般不能使用，添加其他金屬 (鋁、鋅、錳等 )制成合金來(lái)使用，制成的鎂合金強(qiáng)度、機(jī)械性能都得到提高。有些人曾經(jīng)使用過(guò)鎂合金制用具，如摩托車(chē)的曲柄套等、他們說(shuō)：雖然用了很久，但是很好，不會(huì)象鋁般發(fā)白。 材料 的選擇 已經(jīng)介紹了幾 種自行車(chē)材料，總地來(lái)說(shuō)，騎感好的是鉻鉬鋼制的、要輕的是鋁制的，沖擊吸收性最好的是碳纖維。鈦合金制的上述各種性能都不是最好的，但是為什么對(duì)它感興趣呢 ? 因?yàn)樗怯星巴镜慕饘佟? 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 1．鉻鉬鋼已經(jīng)使用了很久，對(duì)它的研究也最多，除非有什么突破，鉻鉬鋼的前途可想而知的了。使用適正厚度的管道時(shí)重量是會(huì)增加，但是不容易引起金屬疲勞，這種車(chē)能帶給車(chē)手極佳的騎感。單純地追求薄壁的管道的現(xiàn)在，鉻鉬鋼應(yīng)該走自己的道路，充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，否則很可能被其他材料淘汰。 2．白行車(chē)用鋁管，當(dāng)前的設(shè)計(jì)方針很危險(xiǎn)，鋁是沒(méi)有疲勞極限，為了降低應(yīng)力 應(yīng)該增加厚度。但是為了單純地謀求薄壁，使用強(qiáng)勒的新合金來(lái)制作車(chē)架。從外觀來(lái)看這些制品使人引起很不錯(cuò)的錯(cuò)覺(jué)，但是疲勞壽命將是如何呢 ? 鋁管的薄壁程度已經(jīng)到了極限，不可能再薄下去。結(jié)果它的命運(yùn)將和鉻鉬鋼一樣。今后鋁制自行車(chē)向那一個(gè)方向發(fā)展 吶 ? 我認(rèn)為可能會(huì)成為比賽專(zhuān)用自行車(chē)的素材。若用鋁制自行車(chē)來(lái)練習(xí)，一定會(huì)感覺(jué)到性能的降低顯著。 3．碳纖維制自行車(chē) 是有前途的，通過(guò)應(yīng)力計(jì)算會(huì)找到最適合的加工條件。另外是信心問(wèn)題 。當(dāng)前尚存在各種問(wèn)題。 4．鈦管還有發(fā)展的余地，強(qiáng)度可能會(huì)超過(guò)鉻鉬鋼，現(xiàn)在己能制造 的車(chē)架，鈦必 定會(huì)奪去鋁的 “ 輕量王 ” 的寶座。另外，鈦不需要涂漆，可減少這部分的重量 (20～ 409)。 綜合種種因素，考慮到設(shè)計(jì)初衷的理念：娛樂(lè)、休閑、時(shí)尚、旅游、便攜，結(jié)合材料的特性，選擇鈦鎂合金材料作為其主要構(gòu)件材料。 結(jié)構(gòu)因素 本次自行車(chē)設(shè)計(jì)運(yùn)用圓形形態(tài)組合原則，受到“新鋒銳” (New Edge)理論及圓周運(yùn)動(dòng)規(guī)律的啟發(fā)，其整體構(gòu)架由平面倒角板材 (車(chē)身部位 )與直線金屬管材 (自行車(chē)車(chē)頭碗組、座桿等部件 )以及塑料、橡膠部件 (自行車(chē)坐墊、車(chē)把手、腳踏板 )(如圖 33)；車(chē)架分為前部和后部，前部為轉(zhuǎn)向部分，以簡(jiǎn)潔 的弧線為貫穿，后部為驅(qū)動(dòng) 部分，由于后部的特性 —— 受力較大，則對(duì)后半部分進(jìn)行加固；其傳動(dòng)方式仍然保留原有的鏈條式傳動(dòng)，配備單速或速度調(diào)節(jié)器。 為貫穿，其傳動(dòng)方式仍然保留原有的鏈條式傳動(dòng)，配備單速或速度調(diào)節(jié)器。就整車(chē)結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，以點(diǎn)、線、面式的組合結(jié)構(gòu)為主，洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 配上直線構(gòu)架、倒角支架板材以及富有動(dòng)感的弧線，整體造型圓滑、線條簡(jiǎn)潔，藉由連結(jié)中央圓盤(pán)組合，且車(chē)架鋼性強(qiáng)。另外，可利用在圓盤(pán)移動(dòng)時(shí)折疊整車(chē)，實(shí)現(xiàn)便攜的功能。 我所設(shè)計(jì)的自行車(chē)的造型設(shè)計(jì)如下圖 33： 圖 33 車(chē)體造型 車(chē)架 車(chē)架 是構(gòu)成自行車(chē)的 基體聯(lián)接著自行車(chē)的其余各個(gè)部件并承受騎者的體重及自行車(chē)在行駛時(shí)經(jīng)受各種震動(dòng)和沖擊力量，因此除了強(qiáng)度以外還應(yīng)有足夠的剛度，這是為了在各種行駛條件下，使固定在車(chē)架上的各機(jī)構(gòu)的相對(duì)位置應(yīng)保持不變，充分發(fā)揮各部位的功能。車(chē)架結(jié)構(gòu)可由設(shè)計(jì)人員創(chuàng)新，但與其他部件相關(guān)的安裝尺寸，應(yīng)嚴(yán)格控制。 在車(chē)架加工過(guò)程中，或多或少地存在加工精度問(wèn)題，從后視方向觀察車(chē)輪，兩輪也不在同一平面上，使騎行產(chǎn)生“沉重”的感覺(jué)。 車(chē)架立管與水平面之間的夾角稱(chēng)之立管 傾角。立管延長(zhǎng)線和鞍座上表面的交點(diǎn)為鞍座的位置。一般情況下，騎車(chē)人股關(guān)節(jié)的位置大致地 與鞍座位置一致。對(duì)于洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 騎車(chē)人來(lái)說(shuō)，下肢的關(guān)節(jié)相對(duì)中軸中心的位置，是決定下肢肌肉群的肌力有效利用的一個(gè)關(guān)鍵，即踏力和踏速能否獲得最佳的配合的一個(gè)關(guān)鍵。隨著踏速的提高，如果股關(guān)節(jié)的股骨運(yùn)動(dòng)角范圍不相應(yīng)地縮小，由于肌肉運(yùn)動(dòng)速度跟不上，下肢肌力就不能充分發(fā)揮。在膝關(guān)節(jié)也存在同樣情況。實(shí)驗(yàn)證明 :高速自行車(chē)股關(guān)節(jié)相對(duì)中軸的位置應(yīng)該前移，即立管傾角增大。反之，股關(guān)節(jié)位置后移，立管傾角減小。 如圖 34： 圖 34 車(chē)架 前叉 前叉 有三個(gè)作用。第一個(gè)作用是支承前輪所受的重量， 第二個(gè)作用是將車(chē)把轉(zhuǎn)向動(dòng)作傳送到前輪，使自行車(chē)能按騎者的意愿方向行駛；第三個(gè)作用是前義下端壓有彎度，能促使自行車(chē)有自己向前直駛的性能，減輕騎車(chē)者操縱強(qiáng)度，并起一些緩沖作用。前叉裝在車(chē)架前管內(nèi)，能在管內(nèi)靈活轉(zhuǎn)動(dòng)，前叉 的上端與車(chē)把緊固地連結(jié)在一起，下端與前軸連接，與前輪以前軸為中心自由轉(zhuǎn)動(dòng)，組成轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。 如圖 35： 圖 35 前叉 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 車(chē)把 及位置 車(chē)把是 連接著前叉，可轉(zhuǎn)動(dòng)前叉 ，在使用性能上主要是操縱自行車(chē)的行駛方向，并作為騎車(chē)者的扶手，支承著一部分騎車(chē)者的重量，在車(chē)把上安裝著制動(dòng)手把和車(chē)鈴，控制制動(dòng)和信號(hào)。車(chē)把因裝在自行車(chē)正前方，要求美觀合適，必須能承受一定的顛簸撞擊性能。 車(chē)把和鞍座的位置影響了騎車(chē)人上半身的姿勢(shì)。車(chē)把的水平位置離地高度約等于騎車(chē)人股骨的長(zhǎng)度。如果車(chē)把位置太高，會(huì)增加車(chē)架長(zhǎng)度；過(guò)低，將妨礙車(chē)把的轉(zhuǎn)向。車(chē)把的垂直位置應(yīng)略高放鞍座，如果長(zhǎng)期騎行車(chē)把位置低于鞍座位置的自行車(chē)，對(duì)身體是不利的。 如圖 36。 綜上所述，中軸、鞍座和車(chē)把三者的位置稱(chēng)為車(chē)架的三支點(diǎn)，支配著騎車(chē) 人的姿勢(shì)，對(duì)自行車(chē)的出力性能影響很大，是自行車(chē)設(shè)計(jì)工作的重要課題。關(guān)齡車(chē)架三支點(diǎn)的研究，除考慮出力性能外，還要考慮騎車(chē)人的疲勞程度、身體局部疼痛，駕駛方便程度和安全性能等因素。 如圖 37： 圖 36 車(chē)把 的位置圖 37 車(chē)把圖 前軸 、后軸和中軸 前軸 是承受由前叉?zhèn)鱽?lái)的自行車(chē)本身及騎車(chē)者的部分 (約 40% )重量，并通過(guò)前花盤(pán)、輻條、車(chē)圈及輪胎，將重量傳落地面和推動(dòng)前輪旋轉(zhuǎn)前進(jìn)的支承，必須有足夠的強(qiáng)度和轉(zhuǎn)動(dòng)的靈活性能。 如圖 38： 圖 38 前軸 后軸 有三個(gè)作用，第一個(gè)作用是承受由立管和平叉?zhèn)鱽?lái)的自行車(chē)本身洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 及騎車(chē)者的一大部分 (約 60％ )重量，并通過(guò)后花盤(pán)、鏈條、車(chē)圈及輪胎，將重量傳落地面；第二個(gè)作用是推動(dòng)前輪旋轉(zhuǎn)前進(jìn)；第三個(gè)作用是驅(qū)動(dòng)全車(chē)前進(jìn)的主動(dòng)軸承。因此，后軸必須具有比前軸更大的強(qiáng)度，并需保持軸承轉(zhuǎn)動(dòng)靈活。 同時(shí)為了調(diào)整鏈條的松緊度，后軸必須能前后調(diào)整，并能在合適的位置上緊固而保持不動(dòng)。 和前軸 一樣。 中軸是傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，承受騎車(chē)者的腳踏力量。傳動(dòng)力遙過(guò)腳蹬、曲柄、鏈條、鏈輪傳到后輪，驅(qū)動(dòng)全車(chē)前進(jìn)。 參照前軸。 腳蹬 腳蹬 是承受騎車(chē)者的蹬踏，然后通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)車(chē)前進(jìn)。在運(yùn)轉(zhuǎn)中腳蹬本身能自轉(zhuǎn)，以保持腳掌用力位置的不變， 腳蹬的結(jié)構(gòu)與規(guī)格是否合適，將直接影響到騎車(chē)者的放腳位置是否舒適，足脛關(guān)節(jié)和小腿肌肉的作用狀況是否最佳，這是設(shè)計(jì)者要考慮的因素。 如圖 39： 圖 39 腳蹬子 飛輪 飛輪 有兩個(gè)作用，一個(gè)是當(dāng)騎車(chē)者用力踏動(dòng)腳蹬時(shí)，飛輪能將踏力傳到后軸身上，推動(dòng)全車(chē)前進(jìn)；另一個(gè)作用是在行駛途中當(dāng)騎車(chē)者不踏動(dòng)腳蹬時(shí)，自行車(chē)因受慣性影響，仍繼續(xù)前進(jìn)，但飛輪外套并不隨著后軸身轉(zhuǎn)動(dòng)，腳蹬也不旋轉(zhuǎn)，可使騎行者獲得休息機(jī)會(huì)和便于上下車(chē)。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 圖 310 前飛輪 圖 311 后飛輪 變速器 自行車(chē)在行駛時(shí)遇到的道路情況是復(fù)雜的，有時(shí)風(fēng)速和風(fēng)向?qū)︱T行者影響也很大，因此，自行車(chē)在不同的行駛條件下，應(yīng)有不同的速比，就需要安裝變速器，變速器有內(nèi)、外變速兩種，內(nèi)變速器一般在后軸內(nèi)，也有利用中軸變速。 如圖 312： 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 圖 312 變速器 前后輪 前后輪總稱(chēng)車(chē)輪，一個(gè)作用是承受自行車(chē)本身和騎車(chē)者的全部重量，另一個(gè)作用是車(chē)輪旋轉(zhuǎn)推動(dòng)自行車(chē)前進(jìn)及轉(zhuǎn)向，因此必須具有足夠的強(qiáng)度，以免在行駛中受到震動(dòng)發(fā)生折斷，同時(shí)要求車(chē)輪須圓正，可保持在旋轉(zhuǎn)時(shí)平穩(wěn)，此外車(chē)輪結(jié)構(gòu)要有適當(dāng)彈性，以增強(qiáng)避震性，提高騎行者的舒適性。 胎冠的厚度和胎肩的厚度越大，滾動(dòng)阻力系數(shù)越大。胎冠的花紋呈線型、細(xì)條型 、簾線的支數(shù)細(xì)，其滾動(dòng)阻力系數(shù)往往較小，多用于運(yùn)動(dòng)車(chē)。普通車(chē)對(duì)路面的抓著力、雨天的剎車(chē)力、防止側(cè)滑能力、耐久性等有較高需求，往往采用塊形花紋和簾線支數(shù)粗的輪胎，而其滾動(dòng)阻力相應(yīng)也增大。因此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)具體的車(chē)型選用相應(yīng)的輪胎。 圖 313 輪子 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 鞍座 及高度 鞍座 是承受騎車(chē)者的體重作用，要有足夠的強(qiáng)度和彈性，不同型號(hào)的自行車(chē)對(duì)鞍座的要求也不完全一致， 對(duì)鞍座的要求是堅(jiān)固、舒適，既能使騎行者提高輸出功率的作用，同時(shí)減少騎行者的疲勞，提高行駛性能。 圖 314 鞍座 圖 315 鞍座的位置 鞍座的高度是指鞍座管延長(zhǎng)線與鞍座上表面的交點(diǎn)到中軸中心的距離。為了有效地產(chǎn)生必要的踏力和踏速，下肢骨骼應(yīng)保持合理的運(yùn)動(dòng)角范圍。鞍管高度是一個(gè)重要因素，騎行者雖然可適當(dāng)調(diào)整，但首先在設(shè)計(jì)時(shí)要合理確定。 有自行車(chē)旅游特別是長(zhǎng)途旅游，掌握好自行車(chē)技術(shù)是很重要的，目的是為了節(jié)省體力，保證安全。自行車(chē)車(chē)座的調(diào)整，是 自行車(chē)技術(shù)的一個(gè)重要方面。自行車(chē)車(chē)座應(yīng)調(diào)整到什么高度為最佳呢 ?一般說(shuō)來(lái)，以車(chē)座較低并有 510 度的后傾最便于長(zhǎng)途旅游。因?yàn)榈蛙?chē)座好處很多： 1. 低車(chē)座蹬車(chē)靈活，可用腳的不同部位輪流用力，這樣可使腳的各種肌肉輪流休息，延長(zhǎng)耐久長(zhǎng) ； 2. 車(chē)座低，人的位置相對(duì)降低，可減少空氣阻力，也便于伏在車(chē)把上，改進(jìn)空氣流張 ； 3. 車(chē)座低，微后傾，可使身體挺直，臀部受力均勻，減少疲勞感，同時(shí)又可減輕雙臂的負(fù)擔(dān)，保護(hù)手腕 。 坐墊前后位置的設(shè)定其實(shí)相當(dāng)簡(jiǎn)單：先在坐墊上坐好，將腳掌放在踏板上正確的位置，然后踩個(gè)幾下，接著將踏板 擺成水平，這是前腳的 “ 膝洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 蓋下點(diǎn) ” 所垂下的垂直線要?jiǎng)偤猛ㄟ^(guò)踏板的中心位置（也就是踏板軸），這樣就完成了 ！ 前后閘 前后閘 是保證騎行安全的關(guān)鍵部件，有普通閘、鉗形闡、觸閘、抱闡、漲閘、腳閘、盤(pán)閘等多種結(jié)構(gòu)、形式、但不管何種結(jié)構(gòu)，都要切實(shí)保證達(dá)到制動(dòng)性能的要求。 如圖 316： 圖 316 前后閘 曲柄 曲柄長(zhǎng)度決定了腳蹬軸的前后水平距離和上下垂直距離。由此也確定了大腿骨的運(yùn)動(dòng)角度和有關(guān)肌肉群的收縮程度。由于肌肉的收縮使兩個(gè)骨骼夾著關(guān)節(jié)而運(yùn)動(dòng)、