山地自行车的设计原理.ppt

山地自行车的设计原理,研究内容,山地车的简介山地自行车的特点山地自行车的各部分部件及其原理,Introduction,山地车，英文名叫“mountainbike”，源于美国，是美国青年为了寻求刺激，在摩托车比赛的越野场地上驾驶自行车进行花样比赛而派生发展起来的车型。细心的朋友会发现，山地车也有许多区别，比如：有的前叉是双肩，有的是单肩；有的用碟刹，有的用V刹；有的是硬车架，有的是全避震车架；再通俗点，有的车看起来很庞大，有的很纤巧其实，他们都是山地车，只是用途不同而已。,山地自行车的特点,刚度大，行走灵活具有新具有新颖的外形主要部件不同于普通自行车可以变速,山地自行车主要有四大特点,山地车，具有刚度大，行走灵活等特点，骑行时不必选择道路，无论街巷漫游还是休闲代步都获得了广泛的好评，骑车者可以在各种路面环境上尽情地享受舒适的骑行乐趣。,山地车，因其坚固、粗犷、新颖的外型、缤纷夺目的色彩、优越的骑行性能，很快成为都市青年追求的时尚。,山地车，各种部件均不同于普通自行车，具有缓冲作用、抗震性能好的轮胎，牢固结实、材料钢度大的车架，不易疲劳的手把以及即使在陡峻的坡道上也能够畅快地骑行的变速器等，都使山地车更加适合与爬山越野、郊游旅行。,山地车，车速一般有21速，24速以及27速(以及即将上市的30速）。正确运用变速器，能应付平路，上下坡，土路，顶风等复杂路况和气候，比普通自行车快速省力得多。,山地自行车的构造,山地自行车的构造主要包括：,车架,前叉,制动系统,传动系统,变速系统,车轮,车架,车架是一辆车的灵魂，各配件都是在车架基础上装起，一般市场上出现的车架主要有钢、铝合金、钛合金和碳纤维等。车架材质从最早的铬钼钢、进化到铝合金、然后是复合材料的运用如碳纤维，其他还有钪合金、镁合金、钛合金等，业者不断研发新材料配方，提升管件与结构设计能力并创新加工技术，只为了让车架更轻、更强、更舒适且更流线美观。密度是决定车架重量的关键因素之一，密度愈低，车架可以做到愈轻。我们知道铬钼钢的密度最高，碳纤复材最低。然而车架除了重量外，还要考虑拉伸强度，弹性系数等，所以虽然密度低，但强度不够也不行。,以下将介绍各种材质的特点：（铬钢）,铬钼钢车架90年代以前，自行车车架以铬钼钢制的为主流。它的扭曲性能及拉伸性能好，焊接时高温也不会影响素材，价格便宜。但重量重，容易被氧化。近年来出现克服了它的欠点，发挥优点的新素材，铬钼钢车架再次受到注目。,钢材是使用在自行车上最久的车架材质，主要优点包括长时间骑乘的刚性佳、管材有弹性（吸震）、管材接合方式多且加工性佳、易焊接且不需要热处理，因此成本与价格相对较低。缺点则是重量过重，保养不当容易生锈，管材塑形较不易且有金属疲劳的问题。然而现今许多合金钢材已可在刚性、弹性系数、传动性、稳定性上得到很好的效果，唯一美中不足的依旧是重量较重。钢材中以铬钼钢最普遍，其强度高且易于抽管加工。钼可使钢的强度提高、防止回脆性；铬可使钢耐腐蚀、抗锈及防止高温氧化。,以下将介绍各种材质的特点（炭钎车架）,碳纤车架碳纤维强度高，质轻，是新生的材料，严格来讲是复合材料，其并非单一材料组成，其他树脂，玻纤，铝合金等，可依特性混合或搭接使用，是目前重量最轻的车架材料，碳纤维管是由一丝丝纤维线织成碳纤布后，一层层锩管而成再经加工处理搭接组成。碳纤维不是金属，而是一种复合材料，利用碳纤丝编织成布，经过预浸树脂的过程成为预浸布，再将预浸布裁型然后叠层并入模式加热成型，可依需求制成各种形状的车架。其特性是轻量、较具弹性（吸震佳）、骑乘感稳定、长途循迹持续感佳、舒适性高、工艺变化多，但表面硬度不佳，当施予之外力高于其破坏强度时，会造成断裂。再者，近年来由于碳纤纱需求大增，造成材料短缺，因此价格居高不下。轻、能吸收地面的冲击、素材的反拨力快等，是理想的自行车车架素材。碳纤维的等级，吨数越高弹性也越高，价格也贵。制造方法有几种，例如在模具上沾上粘合剂，重叠碳纤维，热处理、凝固、成型等。,以下将介绍各种材质的特点（铝制车架）,铝制车架铝合金是目前市场上使用最普遍的材质，优点在于重量轻、短时间的硬度和刚性表现最佳、塑形加工容易、不会生锈，要轻可以把管材抽得极薄，要强也可利用CNC模具切削做出夸张的外型和惊人的强度。缺点是几乎没有弹性可言、会累积金属疲劳，也由于其灵敏轻巧、高刚性的特性，因此很容易传达地面的振动，造成骑乘舒适性不佳。铝管道趋向大口径化，为了缓和过于强的刚性，目前座管及车叉采用吸收冲击力强的碳纤等的受人注目。,以下将介绍各种材质的特点（碳钢、镁合金）,碳钢：未故意添加任何合金元素的铁（Fe）-碳（C）合金为碳钢，碳在钢中有提高强度的作用，含碳量越高，强度越好，但含碳量高于0.8%时，含碳量越高，钢越脆，因此在车架及前叉的材料为强度适中，塑性佳，易加工的中低碳钢，碳含量约0.25%-0.35%。,镁合金：镁是极易燃烧的金属，早期摄影用镁光灯，即燃烧镁粉所造成强光，镁合金的重量及强度约为铝合金的2/3，虽然轻，但不易加工，且较脆，所以目前除ROCK-SHOX避震前叉外壳使用镁合金外，一般车架，极少使用。,前叉,前叉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。,前叉的类别（2种）,1.弹簧应用在山地自行车上历史最久，也是最普遍的一种弹簧。弹簧的硬度，所谓弹性系数，代表受力与变形程度的比例。在不超过负荷的原则下，单纯的线圈弹簧在不同受力的状态，弹性系数是固定的，不会受环境温度的影响，再经过过喷漆或润滑,稳定度和耐用度都很高。但线畔弹簧唯一的缺点是重量，于是较高级的前叉已开始采用重量较轻，但比较昂贵的钛合金弹簧。,2.气压因为空气轻，利用空气作弹簧，应该是很最适合自行车的，而且如果需要不同的硬度，不必更换弹簧，只需要增加或减少气压高低就可以了。不过，利用气压弹簧必须要有比较精密的科技，高压气体必须完全的密封，一旦失去气压，就完全不能作用。所以早期气压弹簧有密封的问题，在使用中甚至有突然失去全部气压的情形发生，这种个问题几乎不再发生。不过就像轮胎一样，没有说完全不需要偶尔打气的。=气压弹簧在中行程避震前叉上的运用已经得到相当的肯定，但是在长行程式前叉上还无法取代线圈弹簧。,制动系统,制动系统主要包含刹车、刹把、刹车线等组件，保证山地车能够在快速行驶中停止。制动系统分成V刹和碟刹两种，碟刹分线碟和油碟，制动效果好；V刹没有碟刹效果好，但是更易保养。,刹把,碟刹,V刹,制动系统（V刹）,V刹：力量很大，因为是靠摩擦轮圈制动，所以轮圈一定要调整到位，且不容易形变。V刹分两种：油压V刹和机械V刹，压刹车皮原理分别和两种碟刹一样。只是油压V刹不怎么常见，太容易抱死了，所以几乎没有车子用，但09款的GIANTATX850用的就是油压V刹。,V刹,制动系统（碟刹）,碟刹：比起V刹，更不容易把轮胎抱死，高速行驶的时候，抱死很危险，会导致侧滑和翻车。碟刹分两种：油压碟刹和机械碟刹，油压碟刹靠油去压刹车片，获得巨大的刹车力，这种刹车在速降车上很常见；线拉碟刹靠手指的力量去制动，其实用在变速车上绰绰有余了。,碟刹,传动系统,主要分为牙盘、中轴、链条、飞轮等组件，是使山地车能够正常运转的一套组件。,牙盘,飞轮,中轴,链条,牙盘、链条和飞轮,牙盘,牙盘的构造及工作原理自行车中，和曲柄相连的部分。运动员通过蹬踏带动曲柄，进而带动牙盘的转动，最终通过链条和飞轮，驱动后轮转动，提供动力，完成自行车的整个传动链。牙盘上齿轮片数：有单片、2片、3片共三种。四片几乎没有，因为技术上有难度，现实上没有意义。,中轴：有一体中轴，梅花孔中轴和方孔中轴三种，长度和直径也有不同的标准。,中轴,一体中轴,梅花中轴,三角中轴,链条,飞轮,有8飞24速的，有9飞27速的，还有10飞30速的，现在更是出了11速的飞轮。其实车手是不会把所有档用遍的，80%的时间只用一个档，这个档一定是最适应车手蹬踏力度和频率的。由此可见，档数越多的变速系统，车手选择适合自己的档位就越精确。27速的比24速的多3个档，让车手有更多的选择。而且档越多，换挡越顺畅,变速系统,变速系统主要包含变速器（指拨或转把）、前拨链器、后拨链器、变速线等组件。山地车变速系统的作用相当于汽车的变速系统，通过搭配不同的档位，并根据档位的变化改变骑行速度，以应付上下坡、逆风这样的骑行环境。,自行车变速系统作用是“将车手踩踏的能量（马力）转换成轮胎的扭力”。“速度”由最大齿比（前大盘最大齿片对应后飞轮最小齿片）决定，在同样踩踏回转数时，齿比越大，速度越快。“爬坡”时用最小齿比（前大盘最小齿片对应后飞轮最大齿片），爬坡的时候，车手不但要维持车子前进，同时还要上升高度，这个时候需要增加扭力，在维持同样踩踏回转数的前提下，降低齿比有提高轮胎扭力。齿数落差除了齿比外，另一个值得探讨的是齿数的落差。常听到的“齿比绵密”就是指齿数落差小。齿数落差意味着换档时，车手出力与轮胎扭力间变化的差距大小，差距太大时，可能突然变太重或变太轻，导致回转数不定。对车手来说，突然太重要突然用力，突然太轻会有踩空的感觉，这两种情形会有伤害膝盖、影响操控的可能。,变速系统,前拨链器,后拨链器,指拨变速器,转把变速器,车轮系统,车轮系统由花毂（车轴）、辐条、轮圈、内胎、外胎组成。花毂、辐条、车圈构成轮组，轮组是决定一辆车滚动顺畅与否的关键。粗大的轮胎和良好的抓地能力是山地车主要特征。,友情提示,长距离的骑行对男女生身体都不好。所以在骑车过程中要注意定时进行休息与调整，顺便检查车辆的各项性能是否还能继续下段路程的骑行。骑行的长度要根据各己身体的适应程度而定，不可一味的只图距离、速度和海拔。,谢谢观赏,孙美茹杨晓霈盖梓育丁忆哲唐浩翔李康钰秦玺雅,