用LD7575设计的自行车充电器原理

用LD7575 设计的自行车充电器原理

一、PWM控制芯片LD7575简介

是一款具优秀节电运行的电流模式PWM控制芯片。利用取自BULK电容的高压电流源提供启动电流（1mA,大部分用于给Vcc电容充电,因IC内的其它电路尚处于UVLO状态），随后提供无耗电的启动电路（高压电流源关断）。

如上，与IC HV Pin外接的10k限流电阻，由于阻值较384x 系列所用的电阻小很多，另外VCC充电到UVLO(on)的时间较短，这样耗能很少，达到节能的设计目的。

二、原理分析

1、开关频率设定：

Pin1(RT)接56K 1% 电阻到地，设定开关频率100KHz；

2、LVLO和OVP:

LVLO：Pin6(Vcc)外接辅助供电电路，当Vcc电压因电源故障（如反馈网络故障、输入交流电压低于电源line regulation范围等）下降到10V(UVLO(off))时，触发UVLO,高压电流源打开，给Vcc电容充电到16V(UVLO(on))时，UVLO解除，高压电流源关闭，恢复起振。

如果电源电压恢复正常，起振得以持续，反之，当Vcc电容放电到使Vcc电压下降到10V(UVLO(off))时，触发UVLO,……周而复始，呈Hiccup状态。

3、OVP: 当Vcc电压因电源故障（如反馈网络故障、输入交流电压

高于电源line regulation范围等）达到27.5V(OVP)时，触发OVP,关闭PWM输出门,停振。

Vcc电容放电到电压下降至10V时，触发UVLO,高压电流源打开，给Vcc电容充电到16V(UVLO(on))时，OVP解除，高压电流源关闭，恢复起振。

如果电源电压恢复正常，起振得以持续，反之，再次触发OVP,……周而复始，呈Hiccup状态。

4、Current sensing和OCP

电流模式PWM控制器既反馈电压信号，也反馈电流信号，以获得输出调制。

此芯片Pin3(CS)检测初侧MOSFET流过的电流,一方面用于regulation：若输出电流变大，则此Pin电压升高，占空比变大。

另一方面用于OCP：当R3上的电压达到0.85V的OVP阈值时，触发OCP。

5、OLP和短路保护

过载和短路可导致功率器件的损坏。当过载或短路发生时，反馈电路将COMP Pin电压拉高到OLP阈值5V且维持30ms(随开关频率不同)时，触发OLP,关闭PWM输出，停振，计数器开始计数UVLO 的次数。

Vcc下降到10V(UVLO(off))时，触发UVLO, 计数器计数1次，高压电流源打开，Vcc电容充电到16V(UVLO(on))时，高压源关闭，Vcc电容放电到10V(UVLO(off))时, 计数器计数2,发

出reset信号解除OLP LATCH,同时高压电流源打开，Vcc电容充电到16V(UVLO(on))时，UVLO解除，高压源关闭，打开PWM输出，起振。

若此时外部过载或短路状况消除，则维持振荡。否则，再次触发OLP,如上周而复始。

与OVP不同的是，OLP须通过COUNTER RESET 来恢复。OLP 通过COUNTER 两次计数的时间间隔，等待外部电路的过载状况消除再恢复起振，可避免多次试起振而带来的电能消耗，也减小了功率器件的热应力。

6、PWM输出级和最大占空比限制

由CMOS缓冲器构成输出级，增大了驱动能力，可直接驱动功率开关管（500mA的驱动能力）。

限制最大75%的占空比，以防过大的占空比导致变压器饱和。

7、其它的故障保护

以上故障状态，PWM输出均会立即关闭。

8、下拉电阻和限流电阻

为避免因PWM输出门悬浮导致的电压不确定而引致开关MOSFET工作异常或误触发，此PWM IC内置了下拉电阻。为覆盖门

电阻断开的状况，建议在开关MOSFET的门极也加下拉电阻。此外，开关MOSFET的门极的下拉电阻也可泄放从Cgd电容流到门极的电荷，不致积聚误触MOSFET非预期的导通。

HV Pin上外接限流电阻R4的目的是防止IC内部短路引致IC 烧坏。

9、ON/OFF控制

将Vcomp拉低到1.2V以下，可关断PWM输出门；当拉低移除后可恢复。

10、周边电路

1）、本电源为单端反激式220/3A输入，68V/0.96A输出，开关频率100KHz开关电源。

2）、交流输入部分：

AC INPUT: 110V-240V FUSE: 250V/3A

RT为NTC型热敏电阻，通电时防浪涌电流;

RV为压敏电阻，防电网突波对电路的损坏。

C1为X电容，抑制差模干扰；

R1、R2串联作为C1、CY1、CY2的静电荷泄放通路；

L1为共模电感，抑制共模干扰；

CY1、CY2为Y电容，中间接交流地，配合共模电感抑制共模干

扰；

BR1(800V/4A)桥式整流。

3）、初级

C13为输入端滤波电容；

R5//C3串联IN4007与初级线圈并联，减小开关管关断期间，初级线圈反向感生电动势以及漏感对开关管的冲击。

开关管Q01为800V/4A,满足耐反压（约600V多的反压）和初级最大电流（最大1.1A左右）要求。

R3（0.71R,1W）为电流反馈和过流保护检测电阻,过流设置点电压为0.85V,峰值Ipeak=0.85V/0.71R=1.2A.

T1初级除Pin 1、2、3间线圈构成的功率绕组外，还有Pin 4、

5、6间线圈构成的辅助绕组，用于给U1工作电压。需要特别

说明的是，R14(10R,5%)用于给U1内部ZENER管提供上拉电阻。

探讨：

1、ZD1的使用

由于U1的Vcc Pin有OVP作用，故原电路图中在C5上并ZD1(20V)可能会使OVP失效。

原因（前面介绍LD7575时有涉及）：

当Vcc电压因电源故障（如反馈网络故障、输入交流电压高于电源line regulation范围等）达到27.5V(OVP)时，触发OVP。

故建议将去掉ZD1,同时C5容值增大或增加并联E-CAP。D2使用肖特基二极管。将辅助绕组相位反转，以便让辅助绕组在开关管导通期间有输入供电，而非由释放储能供电。

2、Q01门极下拉电阻R12(20K,1%)的接法

原电路图R12一端与R3一端相接，会有约0.5A电流流入R3,一方面会导致OCP提前到来。也会影响脉宽调节。

故建议将R12接地。

11、功率变换

为反激式变换。其优点：

1、比正激式变换电路少用一个大的储能电感和一个续留二极管；

2、输出电压受占空比的调节幅度相对于正激式变换电路要高很

多；

3、开关管关断期间，变压器储能向负载释放，磁芯磁通自然复

位，不需要加磁复位绕组。

4、由于反激式的占空比取得比正激式小（正激式一般在0.5左

右），故反激式的开关管漏极承受的反压较小。

缺点：

输出电压的瞬态控制特性比正激式差；纹波较大。

12、次级

半波整流、滤波。

次级绕组在开关管截止期间将导通期间储存在变压器中的能量向负载释放。

C6-C16-R13构成整流二极管D3的保护电路和反向恢复电路。

C10//C15//C9是滤波电容。C15、L2、C9构成输出端PAI型滤波器，用于纹波抑制。

ZD3有输出过压保护作用。

13、反馈环路

R16、R10、R17接在输出滤波器前作为输出电压取样，可以计算

R17上分压约为2.5V,与TL431调节端相接，作为输出SENSING信号：这个电压与TL431内部的2.5Vref比较，压差控制其阴阳极通过的电流量，这个电流控制光耦U3初级的光强，此光强控制光耦U3次级电阻值，光耦U3次级上接LD7575的COMP脚，此脚通过内部的上拉电阻分压，其值随光耦初级反馈量的不同而变化：当电源输出电压偏高时，分压取样电压大，TL431电流增大，光耦光强增大，光耦次级电阻变小，分压变小，占空比调大，输出电压增大。

另外，接于输出负载回路中的Isense电阻R18(0.1R)取样负载电流的值，将这个Vsense通过R9接到运放U5的A单元的同相输入端，U5A，放大约120倍后，接到U5的B单元的反向输入端：随充电电流变化，U5B的输出电压相应变化，与U5B输出相接的二极管D1流过的电流也相应变化，光耦初级的电流也相应变化，以此来调节占空比，不至因负载（电池）电压低时，脉宽调节超过调节范围而使电源啸叫，最终烧坏。

具体调节过程：当电池电压低于68（1+5%）V时，R18上的Vsense 增大，运放输出减小，通过二极管D1的电流增大，补偿光耦初级的因输出电压下降减少的电流，使脉宽不至于加大到超出调节范围。

14、建议：

a)去掉输出滤波电容C9,同时增大电感前的滤波电容的容值；

b)将R18的Pin2接到R9的Pin2;

c)增加一个三端稳压器7805，从输出整流二极管和输出滤波电感

之间接线到其输入端，稳压得到5V供运放作为工作电压；

d)变压器初级的漏感电流泄放网络修改：改二极管与阻容网络

（R5//C3）串联为并联，断开下端与初级功率绕组的连接，而与一次测的地相接；再在开关管的漏极和地之间接一阻容串联电路（R:10R, C: 330pF）。

修改原因：原泄放网络在开关管截止期间，漏感磁能通过二极管与电阻的串联直流网络泄放，一方面导致R5过热（约300V加在R5上，功耗为300*300/100，000=0.9W）,更重要的是将导通期间储存在变压器中的能量部分浪费掉，导致电源向负载供应能量减少，甚至导致输出电压下降。

黄远哲

2011-1-28

山地自行车道工程设计初探

“山地自行车道工程设计”初探 两个月前，接河南驻马店市艾森集团老总来电，他们在驻马店东南40公里的千年岭开发了一处约80平方公里、以山地自行车运动为亮点的“低碳生态休闲度假旅游区”，拟建各类山地自行车道约80公里。要求我帮助设计。对于这类带有探索性的工作，我十分感兴趣。虽然具体设计还没开始，但准备工作已足以花去我两个多月时间，在多位同仁帮助下写了一篇论文，因为过长，分两篇先发表在我这博客上吧！ 作为山地车比赛不同于公路或其它自行车比赛，它并不是单一的要求速度，而更重要的却应该是考验运动员的自行车骑行技巧及越障能力。因此山地自行车道与其它道路、包括其它自行车道不同，它应尽量避免过于平整，而应具有一定数量的各类路障，甚至是艰险崎岖的山路。纵观国内外众多的山地车比赛，其自然或人为的路障，千奇百怪，不下数百种之多。 就目前所得资料看来，国内外山地自行车道的建设并不像通常的公路建设那样具有工程设计的内容，也就是说，欠缺正规的勘测、可研及必要的若干设计阶段，没有明确的“规范”。以国内一些曾举办过山地车比赛的赛道为例： 据称按照国际标准进行打造的厦门仙岳山山地自行车赛道全程5.8公里，整体为循环车道，赛道起点和终点都在天竺岩寺的广场。一路上还设置了沟、坎、山坡等多重障碍，在仙岳山南麓的道路上还有很多天然路障，比较适合打造成山地自行车运动的经典赛道（如下图）。可是，它其实只是选择了一条比较符合山地自行车运动的原有山路，适当加以改造而成，除了平面布置规划图以外，似乎并没有专业的工程设计和图纸。

再如广东天鹿湖森林公园凤凰山自行车营地设计，其内容主要局限于自行车道平面布置和各种休闲娱乐、科普教育等营地设施，从而在原有道路的基础上，完善自行车道的网络，以形成自行车道系统；作为山地自行车比赛线路虽是单独设计，要求能有能力举办国际比赛

自行车结构的创新设计说明

车辆结构与原理 课程设计 题目自行车结构的创新设计（女）专业 年级 姓名 学号 同组成员 指导老师

目录 任务书................................................................................ 错误!未定义书签。第一章绪论 (2) 1.1 研究背景及意义 (2) 1.2 自行车的发展现状 (2) 1.2.1 自行车的发明与演变 (2) 1.2.2 自行车交通发展现状 ................................. 错误!未定义书签。 1.3 折叠自行车的优点和前景 (3) 1.3.1折叠自行车的优点 (4) 1.3.2折叠自行车的市场前景 (4) 第二章设计方案的确定 (5) 2.1 自行车结构创新来源 (5) 2.2 主要技术要求 ...................................................... 错误!未定义书签。 2.3 研究方法 .............................................................. 错误!未定义书签。 2.4 设计过程 .............................................................. 错误!未定义书签。 2.4.1确定设计纲要 (6) 2.4.2确定折叠方式 (7) 2.4.3确定传动机构 (8) 第三章折叠自行车结构设计 (9) 3.1 结构分析 (9) 3.1.1设计中的不同点 (9)

用所学的物理知识分析自行车的力学问题

用所学的物理知识分析自行车的力学问题 自行车的结构： 工作原理：自行车以轻巧方便，造价低廉等特点获得人们的青睐，成为人类生活中普遍使用的交通工具。自行车上的许多构造运用到物理学的力学知识。可将其分为：摩擦力、压强、机械知识和力与运动的应用。 一．摩擦力：①增大摩擦力的运用： （1）刹车皮：通过刹车皮与车圈的摩擦（此时的摩擦为滑动摩擦）。因为滑动摩擦力的大小与压力的大小和粗糙程度有关，又因为刹车皮的平面粗糙 不平，所以滑动摩擦力很大，可以使自行车很快停止运动。 （2）外胎表面的花纹：与刹车皮相同，都是通过增大物体表面的粗糙程度，以获得一个较大的摩擦力，但增大摩擦有什么好处呢？试想雪天汽车打 滑，而在轮胎上加链条增大摩擦力之后就不打滑了，所以自行车外胎表 面上的花纹是为了防止自行车打滑，更好地“抓住”地面。 ②减少摩擦力的运用：自行车转动部分加润滑剂，减少摩擦力。二．压强：①增大压强的应用： 给轮胎充气：人们常说自行车轮胎气要充足，它利用了压强的原理。做

一个小实验：如果将充足气的轮胎的打气孔打开，就会发现气从内向外 喷出。说明了轮胎内部的气压比外界大气压大。所以给轮胎充气，是为 了轮胎内部有大的压强，有向外的压力，使轮胎在重力的作用下不易变 形（即发生形变）。当然不能充太多气，因为如果重力太大，就会使其形 变过大，导致其体积变小，压强变大导致压力变大，最终使轮胎爆裂。 ②减少压强的应用： 坐垫呈马鞍形：为了增大身体的臀部与坐垫的接触面积，由P=F/S得，当F不变时，S越大，P越小，所以坐垫呈马鞍形，可以减少臀部所受到的压强，使人骑车舒适。 三．机械知识：①省力杠杆：前刹示意图 （1）前刹：因为L1＞L2，且此杠杆是绕O转动的 所以有L1*F1=L2*F2知F1＜F2 所以前刹是一个省力杠杆,可以用很小的力使自行车很快刹住.同 理,后刹也是一个省力杠杆. 注:前刹也利用了增大摩擦力的原理。通过增大压力(通过杠杆用 很小的力而产生的)来增大摩擦力，使自行车很快刹住。

小学科学五年级下册自行车的科学教学设计

青岛版小学科学五年级下册《自行车的科学》教学设计【教学内容】青岛版五年级下册第五单元第二十二课。 【教学目标】 1.能在观察中发现和提出问题，在交流动手中探究并想办法解决问题;能搜集、整理各种信息资料。能对所提出的问题进行科学的解释和比较。 2.知道科学技术是不断发展的；干预大战，大胆设想，勇于改革创新，善于观察，愿意合作与交流。 3.了解自行车的发展史；知道自行车中综合运用了简单机械的原理；了解新型材料在自行车中的运用。 【教学重难点】 教学重点：通过小组合作发现自行车的结构功能及简单的机械原理。 教学难点：会选择适合自己的问题进行研究。 【教具、学具】 教师准备：课件(有关自行车的图片、视频资料)、实验记录表。轻便车、山地车、电力自行车、变速车、折叠自行车各一辆。螺丝刀、钳子、锤子、扳手若干。 学生准备：课前了解自行车的发展史,收集各种自行车的图片资料。 【教学过程】 一、创设情境提出问题 1.教师谈话：今天老师给你们带来了一场精彩的自行车比赛，想看吗？(想！) 2.教师播放自行车比赛视频资料，学生观赏。 3.教师：看到这场比赛你有什么感受? 4.学生交流。 预设： ①这场比赛真激烈呀！ ②想不到自行车能骑这么快！ ③选手们的车技真好呀！ ④想不到自行车骑起来这么灵便？ ……

预设4. 学生发现自行车车身喷漆,车圈镀铬、锌等金属材料不仅能防锈，而且美观。 1.学生汇报交流自己的发现。(车架涂漆是为了防锈美观。) 2.教师引导：除了漆之外还有哪些地方有保护作用?(学生交流：链条、齿轮抹油等。) 3.教师展示课件并提出问题引导学生思考：反光镜、车铃、轮胎等又有什么作用呢？（学生讨论交流：为行驶安全设计。） 此处，教师适时对学生进行自行车行驶安全教育。 3.教师小结：看来，自行车的设计,不但讲究科学美观，还要安全实用。 预设5. 学生发现自行车轮胎表面、橡胶紧套车等表面有花纹，目的是增大摩擦力。 1.学生汇报自己的发现。 2.引出问题让学生思考:车轮设计成圆形，各转动部件加润滑油的目的是什么?引导学生思考交流,理解是减小摩擦。 3.教师小结：设计师对自行车的设计非常科学，增大有益的摩擦，减少有害的摩擦。 （二）了解自行车的发展 教师：真是人多力量大！大家竟然从平平常常的自行车里发现了这么多的科学原理。看来，你们都是爱观察、善动脑筋的好学生。现在，让我们追溯历史，看看自行车又是怎样发展的呢？课前你们一定搜集了许多相关资料。来，与全班同学一起分享吧！ 学生运用多种形式展示自己所搜集的有关自行车发展史的图片、录像或文字资料。 教师:同学们真了不起，自己动手搜集了这么多丰富的资料。我也搜集到一些资料，跟大家一起交流交流好吗？ 课件播放有关自行车发展的历史资料。 让学生观看之后谈感想，激发学生用学到的知识改善生活的热情。

高中物理 自行车的力学原理素材 新人教版必修2

自行车的阻力来源 自行车是我们日常生活中极其常见的一种交通工具。中国作为世界上的一个“自行车大国”，与自行车更过着不解的情缘。自行车的出现距今已有百余年的历史。最早的自行车是由法国人西夫拉克发明的，它没有传动系统，靠两脚蹬地向前滑行，最快只能达到时速20公里。后来苏格兰人皮埃尔发明了前轮带脚蹬的自行车。第一辆现代意义的自行车出现在19世纪末的英国，后由传教士带入中国。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，我们通过研究自行车来学习更多的物理知识。 摩擦力的大小跟两个因素有关：压力的大小、接触面的粗糙程度。压力越大，摩擦力越大；接触面越粗糙，摩擦力越大。自行车外胎有凸凹不平的花纹，这是通过增大自行车与地面间的粗糙程度，来增大摩擦力的，其目的是为了防止自行车打滑。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，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，后轮与地面相对向后运动，自行车就前进 在自行车的前轴、中轴、后轴、车把转动处，脚蹬转动处等地方，都安有钢珠。人们骑自行车总是希望轻松、灵活、省力。而用滚动代替滑动就可以大大减小摩擦力，因此要在自行车转动的地方安装钢珠，我们可以经常加润滑油，使接触面彼此离开，这样就可以使摩擦力变得更小。 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，这时后轮与地面之间的摩擦就变为滑动摩擦力（原来为滚动摩擦，方向向前），方向向后，阻碍了自行车的运动，因此就停下来了。 把自行车的后轮看成是一个杠杆，轴心是定点，很明显，轴刹的力臂比轮刹的力臂短，所以作用在轮刹上的力可以更轻易使车轮停止转动。但是，轮刹和轮框的接触只有两个面，只能产生两个摩擦力；而轴刹带和车轴的接触面类似于一个3/4优弧，可以产生多个摩擦力。这样，即使是在轴上刹车，也不用担心摩擦力过小而使不了车轮停止转动。 但是，在车速较快时使用轮刹刹车对轮刹伤害很大，因为轮刹刹车时与轮框上的刹车点是相对静止的，车速较大时自行车难以瞬间停下来，轮刹会随刹车点向前运动，容易造成歪曲变形。然而，轮刹却拥有类似与汽车ABS系统的点刹效果，且瞬间制动力好。 综上所述，在车速较慢时使用轮刹，能使自行车在最短时间内停下来，使用轮刹点刹，能使车速在较快的速度下迅速慢下来；而在车速较快时，使用轴刹能使自行车短时间内安稳地停下来，且不会损坏自行车零件。 自行车行进时轮胎与地面的摩擦力如何? 无论什么情况，前轮都是从动轮，摩擦力方向都是向后。 1、加速时，轮速大于车速，后轮是自行车前进的动力，所以后轮是主动轮。在接触面，后轮与地面相对向后运动，所以摩擦力向前，后轮速度大于车速，所以车会做加速运动。 2、减速时（不踩动），后轮的速度小于车速，因此后轮随车的向前运动而转动，所以后轮是从动轮。在接触面，后轮与地面相对向前运动，所以摩擦力方向向后。 3、匀速时，车受力平衡，人踩的力和车轮与地面的摩擦力抵消，车轮与地面相对向后运动，所以摩擦力向前。 为什么自行车的链条会带动后轮转动，而后轮不会带动链条转动？ 当向前踏动脚踏时，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

自行车创新设计

机械械创新设计案例 新型自行车的开发 随着科学技术发展，人们生活水平不断提高，发现原有自行车有不少缺点，同时也根据需要提出一些希望点，在此基础上开发了多种新型自行车。 1)助力车 为省力开发出多种助力车，为避免对环境的污染，电动车较受欢迎，小巧的电机和减速装置放于后轮毂中，直接驱动车轮，电源则采用干电池。 2)考虑宜人性的新型车 英国发明家伯罗斯发明躺式三轮车(图例10—2)，车上座位根据人体工程学设计，躺式蹬车省力，时速可达50km。 摇杆式自行车(图例10—3)将回转蹬踏变为两脚往复蹬踏，这样能充分使人蹬车时在90°-120°范围内做有用功，而去除做无用功的动作。两摆杆通过链条分别带动超越离合器使后轮转动。

3)传动系统的变异 链传动易磨损掉链。新开发的齿轮传动自行车(图例10—4)脚蹬带动齿轮通过传动轴将运动传至后轮，提高传动效率。传动体包覆，无绞人裙摆、裤脚之忧。上海凯瑞驰自行车公司已生产这种自行车系列。 根据需要将单速车改型为变速车，最多可达15种变速。开发自适应调速装置，在上坡或蹬踏阻力大处自动调至低速挡。

4)塑料自行车 工程塑料的引入对自行车性能有很大改进。碳纤维自行车采用碳纤维模压做成整体无骨架式车身(图例10—5)。其特点是强度高，避免有焊接薄弱点；无横梁，重心低，行车便于控制；流线外形，风阻小；重量轻(约11kg ，比金属架车轻1.5kg)；速度快(比金属架车每公里快3s)。

在巴塞罗那奥运会，一名美国车手骑着定做的一辆碳纤维自行车取得金牌并破世界纪录。 全塑自行车 图例10—6所示为，其车架、车轮皆为塑料整体结构，一次模压成型；车把为整流罩式全握把，整车呈流线型。日本伊嘉制作公司开发的全塑自行车整车重量仅7.5kg。 高速自行车 美国加利福尼亚大学学生弗朗斯等人设计的半躺式Dexter Hysol“猎豹”自行车车速达68．73mi1e／h，创世界新纪录。(猎豹奔跑时速可达68mi1e／h。 图例10—7所示的这种高速自行车具有以下特点： (1)采用“躺式”，骑车者能发挥最大动力，并减小风阻面积； (2)双级链传动升速； (3)以高强度碳纤维复合材料注塑整体车座和大梁。采用碳纤维车把和立柱，铝制链套和中轴套，连同碳纤维车外罩，全车总重量只有29.5lb(约13.4kg)。 (4)采用Hysol宇航粘合剂取代传统紧固件,既减轻重量，又使载荷和应力均布在更大面积上，

自行车的结构和它的力学原理

自行车的结构和它的力学原理 一、课题研究目的 自行车是人们普遍使用的“绿色”交通工具，通过研究自行车上的力学知识，了解自行车的结构，以及每一个零件的作用，使人们更好的认识、利用自行车，让自行车更好的为人类服务。 二、课题操作过程：（简略提纲） 步骤1：了解自行车的具体构造，包括：车架、导向系统、驱动系统，及制动系统。 山地车的基本结构的图示: Headset:车头碗组 Shifters:变速把 Brakes:刹车 Suspension:避震 Seat Post:座杆 Wheels:车轮 Tires:车胎 Bottom Brackets:中轴 Cranksets:大齿盘 Pedals:脚踏 Rims:车圈 步骤2：通过走访自行车厂，自行车专卖店和自行车修理摊，逐步分析自行车上的力学知识涉及到的力学原理（如静摩擦、滑动摩擦、滚动摩擦、杠杆等），并作好具体记录。 步骤3：对研究成果进行总结。 三、课题正文 自行车的车架、轮胎、脚踏、刹车、链条等25个部件中，其基本部件缺一不可。其中，车架是自行车的骨架，它所承受的人和货物的重量最大。按照各部件的工作特点，大致可将其分为导向系统、驱动系统、制动系统： 1、导向系统：由车把、前*、前轴、前轮等部件组成。乘骑者可以通过操纵车把来改变行驶方向并保持车身平衡。 2、驱动（传动或行走）系统：由脚蹬、中轴、链轮、曲柄、链条、飞轮、后轴、后轮等部件组成。人的脚的蹬力是*脚蹬通过曲柄，链轮、链条、飞轮、后轴等部件传动的，从而使自行车不断前进。 3、制动系统：它由车闸部件组成、乘骑者可以随时操纵车闸，使行驶的自行车减速、停使、确保行车安全。 此外，为了安全和美观，以及从实用出发，还装配了车灯，支架等部件。 下面来具体介绍一些与力学知识有关的自行车部件：

自行车中的力学原理

自行车中的力学原理 00班王高旻 PB05000608 自行车是我们日常生活中极其常见的一种交通工具。它的出现距今已有百余年的历史。最早的自行车是由法国人西夫拉克发明的，它没有传动系统，靠两脚蹬地向前滑行，最快只能达到时速20公里。后来苏格兰人皮埃尔发明了前轮带脚蹬的自行车。第一辆现代意义的自行车出现在19世纪末的英国，后由传教士带入中国。据统计目前中国有大约五亿辆自行车。 左图为自行车的基本结构 1:前轮 2:辐条 3:花鼓 4: 前叉 5:前刹 6:钢索 7: 刹车及变速把手 8:车把 9:竖杆 10:车架 11:前变 速 12:车座杆 13:车座 14:后刹 15:货架 16:飞 轮 17:反光镜 18:后轮 19:后变速 20:脚撑 21: 气门 22:后轮 23:链条24: 轮盘 25:脚踏 26:曲柄*几个重要的概念： 传动装置：包括主动齿轮（轮盘）、被动齿轮（飞轮）、链条及变速器。 齿轮比：主动齿轮（轮盘）与被动齿轮（飞轮）的齿数之比； 传动比：齿轮比乘以后轮的直径； 传动行程：传动比再乘以圆周率即为传动行程，即每蹬踏一周单车前进 的距离。 *自行车运动力学 自行车运动是一种半机械化运动。人们应掌握一定的机械原理和力学知识，有效地利用传动速比，合理掌握运动强度，巧妙节省体能消耗，从而以充沛的体力，达到高效的运动 ·自行车传动 自行车是传动式机械，它的传动装置包括主动齿轮、被动齿轮、链条及变速器等。齿轮比与传动比关系着自行车的使用效率。后轮运转实质在于：在链条传动下的飞轮带动后轮转动，飞轮与后轮具有相同的角速度，而后轮半径远大于齿轮半径，由线速度增大，提高了车速。 齿轮比:主动轮对被动轮的齿数之比为齿轮比。如果两个齿轮的齿数相同，那末踏蹬一周，两个齿轮和后轮都各旋转一周。假如主动齿轮的齿数大于被动齿轮的齿数，那么每踏蹬一周，被动齿轮转的圈数就大于一周多，速度加大。因此，齿轮比与主动轮的齿数成正比，与被动齿轮的齿数成反比。 以g代表齿轮比，c代表主动齿轮的齿数，f代表被动齿轮的齿数，它们之间的关系用公式表示，即：g=c/f 例如：赛车轮盘为49齿，飞轮为14齿，即可求出齿轮比为: g=c/f=49/14=3.5 也就是说蹬踏轮盘一周，飞轮转三周半。

自行车的力学原理

机设10-3班 黄思博 李达 刘春阳 李育辉

【摘要】依据自行车的行驶原理，从力学角度分析骑自行车遇到的如何省力、刹车问题，并对自行车的设计进行了讨论。1自行车行驶原理 自行车为后轮驱动，骑车人脚蹬踏板在后轮上产生力矩M。在M的作用下产生一车轮对地面的圆周力F o，而地面对车轮的反作用力F t即为驱动力，F t＝M／R，R为车轮半径，如图1示。 车子在水平道路上等速前进时，必须克服滚动阻力F f和空气阻力Fω，所以自行车的行驶方程为F t=F f+Fω。它的驱动条件是F t≥F f+Fω。同时，车要有效前进还必须满足附着条件F t≤Fψ，Fψ=Gψ，ψ为附着系数。一般自行车的设计都采用后轮驱动，从行驶条件看是合理的。因为人车系统质心的位置偏于后侧，则后轮承受较大的荷载能产生比较大的附着力，有利于满足附着条件。 2骑车省力技巧

当自行车在平坦的路面上沿直线匀速前进时，根据行驶方程式F t=F f+Fω，驱动力应与行驶阻力相等，则骑车人蹬踏板的力F应保持不变。但用前脚掌蹬车时感觉比用后脚跟蹬车费力。这是什么原因呢 原来，骑车时上半身基本保持不变，只有脚和腿在周而复始地运动。如图2（a），当用前脚掌蹬踏板时，脚以踝关节为支点摆动c设静坐标系固定在大链轮中心O处，动坐标系固定在踏板轴中心口处，则相对运动是脚的摆动，牵连运动是踏板相对大链轮作圆周运动。此时小腿肌肉收缩做功，大腿仅以较小幅的动作上下随动。而用脚后跟蹬踏板时，力的作用线沿小腿过膝关节，如图2（b）所示。设坐标系位置不变，牵连运动仍为圆周运动，但相对运动变为大腿绕髓关节摆动。此时，大腿上肌肉群收缩做功，大腿运动幅度较大。固为肌肉产生的力与肌肉的生理横截面积成正比，栩比之下，大网肌肉的生理横截面积远比小腿肌

浅谈自行车中的力学修订稿

浅谈自行车中的力学 WEIHUA system office room 【WEIHUA 16H-WEIHUA WEIHUA8Q8-

论文题目： 浅谈自行车中的力学知识 单位：周口市十九中 姓名：王学伟 电话：

浅谈自行车中力学知识 初中生刚接触物理知识，课程内容要紧贴现实生活，生产实际。平时的教学中要注意培养学生把所学的物理知识应用于分析社会生活中的实际问题的能力，促进学生对物理知识的掌握和学习水平的提高。 自行车是我们日常生活中一种普遍的交通工具，它结构简单，价格低廉，方便实用，为每一位同学所熟悉。然而，在一辆普通的自行车中，却涉及到很多初中物理力学知识。以此为切入点，如果运用得当，对同学们力学知识的掌握和学习兴趣的培养非常有帮助。下面来简单谈一下自行车中的物理知识。 一、摩擦力方面 1、自行车的行驶：紧蹬自行车前进时，后轮受到的摩擦力方向向前，是自行车前进的动力，前轮受到的摩擦力方向向后，是自行车前进的阻力；自行车靠惯性前进时，前后轮受到的摩擦力方向均向后，这两个力均是自行车前进的阻力。 2、增大摩擦力： a.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，增大接触面粗糙程度．增大摩擦力。 b.刹车时，需要纂紧刹车把，以增大刹车块与车圈之间的压力，从而增大摩擦力。 3、减少摩擦力： a. 所有车轴处均有滚珠，变滑动摩擦为滚动摩擦，来减小摩擦，转动方便。

b. 车轴处经常上一些润滑油，在接触面间形成一层油膜以使接触面分离度，来减小摩擦力。 二、压强方面 1、自行车车胎上刻有载重量。如车载重过量，则车胎受到压强太大而被压破。一般情况下，充足气的自行车轮胎着地面积大约为S=2×10cm×5cm=100cm2，当一普通的成年人骑自行车前进时，自行车对地面的压力大约为 F=(500N+150N)=650N，可以计算出自行车对地面的压强约为×106Pa． 2、坐垫呈马鞍形，它能够增大坐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。 3、在车轴拧螺母处要加一个垫圈，来增大受力面积，以减小压强。 4、自行车的脚踏板做得扁而平，来增大受力面积，以减小它对脚的压强。 5、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，压强越大。 6、气门芯的作用：充气内胎上的气门芯，起着单向阀门的作用，只让气体进入，不让气体外漏，方便进气，保证充气内胎的密封。 三、惯性方面 1、当人骑自行车前进时，停止蹬自行车后，自行车仍然向前走，是由于它有惯性。 2、质量越大惯性越大，运动状态不易改变，因此自行车不宜超载以免影响制动，发生事故。 3、快速行驶的自行车，如果突然把前轮刹住，后轮会跳起来。这是因为前轮受到阻力而突然停止运动，但车上的人和后轮没有受到阻力，根据惯性定

山地自行车的优化设计

山地自行车的优化设计 摘要：现代社会对自行车的需求已是必然，汽车已逐步替代了自行车出行方便的功能，而自行车则逐渐发展成了一种娱乐、寻求刺激的工具----山地自行车。山地自行车是专门为越野(丘陵,小径,原野及砂土碎石道等)行走设计的自行车，山地自行车也分为很多种类，每种的功用和性能也根据需要有较大的差别。下面就是从传统设计和优化设计的各个方面介绍了山地自行车的设计要求，作用和其独特的结构特点。 关键词： 在当代社会，汽车已逐步替代了自行车作为了代步工具。普通的自行车已经逐步走出了我们的视线。但是随着生活水平的提高，更多的人为了追求刺激，寻求极限运动，山地车小轮车也走进了我们的生活。并且被广大活泼青年所喜爱。 山地自行车作为一种产品，也经历了从传统设计到优化设计的过渡。在此简单从传统设计和优化设计的角度分析介绍它的结构设计特点，以及与其他自行车相比它的优化性特点。 山地自行车主要有普通型，双人竞速型，自由骑型，飞跃型，速降型。普通型是山地自行车的最基本型，用于普通的山地越野，也是山地车中最轻便最实用的车型，因强度适中，可以追求轻量化。但因强度不高，不适合更高强度的越野，因此随着人们的需求，发展出了更高强度的飞跃型，速降型，双人竞速型等适合在野地丛林越野的山地自行车。 山地自行车整体具有刚度大，行走灵活等有特点，适于在山地，土路，非人为环境中骑行。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。 (1)山地自行车与普通自行车有哪些不同？各有什么特点？ 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，不易疲劳的把手以及即使在陡峻的坡道上也能够畅快地骑行的变速器等，都使山地车更适合与爬山越野、郊游旅行。 山地车，车速一般有10速，12速，15速，18速，21速，24速及27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。车架一般采用普通碳素钢管是经过焊接、组合而成。为了减轻管重量，提高强度，较高档的自行车采用低合金钢管制造。为了减少快速行驶的阻力，有的自行车还采用流线型的钢管。车架结构比较结实，刚性要求比较强，有前避震，或软尾，外胎花纹较粗，具备很灵活的操控性。 (2)山地自行车与公路自行车有哪些不同？各有什么特点？ 山地车一般使用26的车轮，轮胎较宽，通常具有减震系统和变速系统。山地车的齿数比变化范围比较大，便于爬山和下坡。山地车对强度的要求很高。最早的山地车使用吊式刹车系统，后来出现的V型刹车提供了更好的制动性能，现在最好的制动系统是从摩托车引进的盘式制动器，或者说是碟刹。山地车通常使用3片牙盘。山地车通常使用直把和燕尾把。 公路车应该使用弯把（羊角）或者记时把（牛角），具有变速功能。其后飞变化范围很小，大盘齿数很多。大盘通常为两片，最近有流行3片的趋势。公路车注重的是速度，追求轻量化。公路车的刹车系统是很古老的夹器，只有一个固定轴。山地车一般使用26的车轮，轮胎较宽，通常具有减震系统和变速系统。山地车的齿数比变化范围较大，便于爬山和下坡。就区别而言，山地车比较结实，而公路车通常比较纤细（近年基于空气动力学设计的车架比较粗壮）。山地车的车架角度很有讲究，而公路车的角度是差不多的。山地车的车轴比较粗壮，而公路车的车轴比较精致。山地车的轮胎通常在1.9"以上，而公路车的轮胎宽度多在20毫米上下。 下面具体分析一下山地车几个重要部件的特点以及性能。

《前驱无链条老人自行车》设计报告

《前驱无链条老人自行车》设计报告 1

<机械创新设计方法>结课报告设计题目: 前驱无链条老人自行车 学生姓名: xxx 学号: xxxxxxxxxx 班级: 机械本科0804 任课教师:xxx 年 6 月 6 日

一．设计任务书(设计原由,设计技术条件,设计内容,设计对象说明)现在市场上的自行车种类繁多,可是适合年纪大的人的缺很少。于是,我就想设计一种自行车,能够适合年纪大的人代步用,有时候出去购买生活用品和买菜的时候骑,外出散步的时候骑,方便老人们的日常生活。这款自行车名字为前轮驱动老人自行车。 这次设计是经过solidworks制图软件绘制出来。该设计改变了以往自行车的后轮链条驱动和三角鞍坐垫,改为前轮无链条驱动和背靠座椅,增加了传动效率和行驶时的舒适性。该自行车使用3个轮子,增加了行驶时的平稳性。 二．功能原理与工作原理分析 功能原理:脚踩前轮驱动,驱动自行车行驶。 工作原理:靠背式座椅借助椅子的反作用力,可全身发力,脚踩前轮的踏板,驱动前轮运动,带动自行车向前行驶。 三．国内外同类产品现状 近年来,自行车创新以人机工程学为出发点,主要集中在生物力学特性的研究方面对骑行中的自行车做了受力分析,指出骑行开始时蹬踏力可达到人体体重的三倍。国外研究人员HILL等研究了骑行生物力学,用五杆平面机构模拟具有圆链轮驱动的脚蹬自行车系统,探讨了脚蹬力和脚蹬速率如何影响骑行过程以及铰链力矩节奏的关系。国内研究人员邓国光从力学角度较为详细地研究了自行车运动员的蹬踏方式, - 1 -

并用微机控制闭环系统—自行车运动训练测试台得出的数据,研究出曲柄旋转角与蹬踏角的关系。 在能源驱动方面,出现太阳能驱动、蒸汽驱动、夜光型、以及很有发展前景的电力驱动自行车。电动自行车作为一种有效替代燃油汽车的绿色环保交通工具,在减轻或消除城市环境污染方面发挥作用。 在传动方面,非圆链轮传动以其在大中心距传动和绕性传动上比变速齿轮传动更具独到特性而运用于自行车上。国内外自行车大赛上常能欣赏到以带传动、圆锥齿轮传动、轴传动、棘轮棘爪传动、无链传动等多种传动形式设计的新型自行车。 在材料方面,碳纤维、复合材料、镁合金、铝合金等新型材料因其优良的材料特性而被有效地运用到自行车特别是赛车上。开发生产碳纤维自行车和镁铝合金自行车是当今自行车工业领域致力研究的课题。 国内外各种企业机构都在开发新型自行车,可是面向的都是中青少年,各种高效率、高舒适性、高稳定性的自行车,适合年轻人去使用的,对于老年人这方面还属于一个不大不小的空白,如果能够多研究适合年纪大的人使用的新型自行车,我觉得还是很有市场前景的。 四．机构方案评价 - 2 -

自行车设计报告

自行车设计报告 学院：机电工程学院 专业班级：工业设计 学生姓名：张三 指导教师：姜大 （课程设计时间：2014 年11 月——2015年1月） xx大学

目录 1．设计目的 (3) 2．产品背景 (3) 3．产品介绍 (3) 4. 系统结构 (3) 5. 品牌调研 (4) 6 .消费人群 (5) 7. 发展趋势 (5) 8. 设计展示 (6)

一、设计目的 通过这次设计作业，熟练掌握SolidWorks的建模方法，设计自行车是可以充分利用该软件的装配图，实现零件的模拟连接。同时通过课题设计进一步训练设计过程，掌握专业知识。自行车尤其是山地自行车会在崎岖不平的山路上使用，面对这样的地形添加减震器就会舒服很多，同时将减震器作为车框架也会提高抗冲击力对自行车进行保护，延长使用寿命。 二、产品背景 生活中由于工作压力大，很多人都会选择一种运动来释放自己，自行车恰好就是这样一种完美的运动。既可以释放压力，也锻炼了身体。自行车在生活中还扮演了环保的角色，是倡导无污染出行的主力。自行车爱好者越来越多，自行车种类也越来越多。 三、产品介绍 自行车，又称脚踏车或单车，通常是二轮的小型陆上车辆。人骑上车后，以脚踩踏板为动力，是绿色环保的交通工具。自行车种类很多，有单人自行车，双人自行车还有多人自行车。 四、系统结构 系统结构分为自行车的车架、轮胎、脚踏、刹车、链条等25个部件

中，其基本部件缺一不可。其中，车架是自行车的骨架，它所承受的人和货物的重量最大。按照各部件的工作特点，大致可将其分为导向系统、驱动系统、制动系统。 导向系统：由车把、前叉、前轴、前轮等部件组成。改变行驶方向并保持车身平衡。 驱动系统：由脚蹬、中轴、牙盘、曲柄、链条、飞轮、后轴、后轮等部件组成。 制动系统：它由车闸部件组成、乘骑者可以随时操纵车闸，使行驶的自行车减速、停驶,确保行车安全。 五、品牌调研 品牌主要有捷安特、永久、美利达、凤凰、喜德盛等一大批高质量自行车生产商。重要的配件生产商有西玛诺、捷安特等。捷安特自行车代表了行业的最高标准，开发了很多工艺，拥有一系列技术专利，自行车永远需要的是简洁方便以及框架结构，也是我们了解一目了然的结构，自行车的外形突破在现有生产而非概念设计中仅局限于框架结构以及连接工艺，结构设计的巧妙性、框架素材的形状是主要目标，就仿佛是自行车的设计（人力作用，非电动）已经达到发展的最高峰，再也难以前进一样。但是一旦有了发展，那么就会是在自行车产业中像蒸汽机一样产生深远的影响。

第三课自行车中的物理知识

第三课 自行车中的物理知识 自行车是我们日常生活中一种普遍的交通工具，常见的有普通载重自行车、轻便自行车、山地自行车、童车、赛车、电动自行车等．它结构简单，方便实用，下面分别介绍自行车的有关原理和其中涉及到的相关物理知识。 （一）自行车的有关原理 一、 车体设计原理 Ａ：手把连接前轮的转向机制是轮轴的运用，一般女装车手把大多比较宽，就是因为把“轮”的半径加大，可以更省力，骑起来很优雅． Ｂ：剎车把手是一个简单的杠杆，使用者用很小的力就可对剎车片产生很大的压力． Ｃ：前剎片是利用摩擦力使车轮减速，同时在 接地点产生向后的摩擦力来使车体减速．以前轮夹 式剎车和传统后轮轴心的盘式剎车来比较，对同样 大小的剎车压力而言，前者因力臂较长，会比后者 有较大的力矩，效果较佳． Ｄ：接地的轮胎也是靠摩擦力使车子前进，剎 车也是同样道理． Ｅ：轮轴中央用滚珠轴承加黄油来减少摩擦， 提高传动效率． Ｆ：踏板是轮轴的运用． Ｇ：前后齿轮是利用链条传动的齿轮系统， 因为前大后小，所以费力而省时，可以把车子加 速到很快． Ｈ：后齿轮传动给后轮是一种作用力施在轴 上的轮轴系统． Ｉ：有些座垫下方是以弹簧为避震器，是弹 簧在日常生活中除了做为弹簧秤外，另一大用途． 夷陵中学 校本课程

Ｊ：新型自行车有些装上油压避震器，是帕斯卡原理的运用． 二、为何自行车刚骑动时手把会不自觉转动？ 自行车基本上是两点着地，骑动时可以不倒下是因为两轮滚动时产生水平方向的角动量；当车子几乎静止时角动量消失了，质心要通过底座(人和车体在地面的投影)的机会非常少，不可避免就要倒下，此时若转动手把就会产生垂直方向的角动量，使车子保持平衡，这点和飞盘转动时可以保持平稳飞行有异曲同工之妙，但因为转动不是很完整，方向又一再改变，所以一般不能撑很久． 三、变速原理 设前齿轮半径a、后齿轮半径b，a/b的比值愈大，可以愈省力，但省力一定较费时，所以车骑得不快，一般在起动时会把a/b调小一点，比较容易克服最大静摩擦力，之后再把比值变大．一辆十段变速的自行车有两个不同半径的前轮，后面有五个，以共有十种组合．四、剎车原理 从运动学的角度来看，急剎车车子可能向前翻倒．先考虑前轮剎死的情形：此时以前轮着地点为支点，因车子有向前的惯性(人车的质心明显在支点右上方)，很容易有向前翻的情形发生；那后轮剎车的情形又如何呢?如果后轮剎死了车子的惯性一样向前，但此时前轮对地面的压力会增大，相对减少后轮的下压力，所以翻车的机会较少，当然若是向前的惯性实在太大，车子一样会以前轮为支点旋转而使后轮会上跷． 综合以上可知：自行车最好不要单独剎前轮，若只有一个剎车系统应装在后轮，当然两轮一起剎车最理想．不论用那一轮剎车，前轮的下压力一定会增大，后轮的一定减少，所以前轮的剎车摩擦力比后轮的大．所以在机车或汽车上，效果较佳(当然也较贵)的碟式剎车装在前轮，后轮再装鼓式剎车，此即常在汽车广告中听到的”前碟后鼓”，但注意使用的前提是前后剎车一定同时作用，以免翻车． （二）自行车中的物理知识 图1和图2是两种常见的自行车，在其中涉及到很多物理知识，包括杠杆、轮轴、摩擦、压强、能量的转化等力学、热学及光学知识，下面具体来分析一下． 一、力学知识 1．摩擦方面

自行车上的力学知识的调查研究报告

自行车上的力学知识的调查研究报告 文件排版存档编号：[UYTR-OUPT28-KBNTL98-UYNN208]

关于自行车上的力学知识的调查研究报告 课题组：万丽云（组长）、辛勇鹏、尹冰冰、张麒麟、贺龙、薛跃 指导老师：周伟老师 摘要：通过研究性学习，我们自己发现问题自己解决问题，大大丰富了我们的思维方法。通过研究开拓自己的见识，增强团结互助的意识。我们为了了解自行车上的力学知识，以及解决方法，采用了上网查询，实验观察等诸多方法来了解自行车上的力学知识。 关键词：自行车力学知识、减小和增大摩擦、弹簧的减震作用等 前言 1课题背景：自行车是我们日常生活中极其常见的一种交通工具。它的出现距今已有百余年的历史。据统计目前中国有大约五亿辆自行车。自行车运动是一种半机械化运动。人们应掌握一定的机械原理和力学知识，有效地利用传动速比，合理掌握运动强度，巧妙节省体能消耗，从而以充沛的体力，达到高效的运动 我们这个研究性小组想要通过对“自行车上力学知识的调查”，从而可以更深刻地了解自行车存在哪些力学知识，方便对物理学的研究。 2研究分工：万丽云（组长）制作ppt、尹冰冰写调查研究报告、张麒麟和辛永鹏拍照记录、贺龙和薛跃搜集资料 3研究方法：上网搜集资料、小组实践讨论 4研究地点及范围：校园停车场的各式自行车 5研究过称及阶段： （1）上网查询该课题相关资料，对其有所了解。 （2）对相关知识的讨论与研究。 （3）针对课题对自行车上的力学知识展开研究。 （4）针对课题写研究报告 （5）制作本次课题ppt演示文稿

（6）小组总结 正文 （一）自行车在我国是很普及的代步和运载工具。在它的“身上”运用了许多力学知识， 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n×2.23米或n×2.07米。 2．力和运动的应用 (1)减小与增大摩擦。 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，人们常在这些部位加润滑剂。 多处刻有凹凸不平的花纹以增大摩擦。如车的外胎，车把手塑料套，蹬板套、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，手用力握紧车闸把，增大刹车皮对钢圈的压力以达到制止车轮滚动的目的。 (2)弹簧的减震作用。 车的座垫下安有许多根弹簧，利用它的缓冲作用以减小震动。

基于人体工程学的自行车设计改进

基于人因工程学的自行车设计改进 姓 名：张海青 学 号：05083008 班 级：工硕51 指导老师：孙林岩 2007年11月

摘要：自行车设计在以往只是从满足人的使用功能出发，而忽视了骑乘者是否感到舒适。本文从人因工程学角度，运用人体测量学、身体运动学的理论，对自行车设计上长期存在的一些不符合人体工效学要求的缺陷提出了改进建议。 关键词：人因工程学设计鞍座腰靠 一、引言 人因工程学（Human Factors or Human Factor Engineering）,又称工效学（Ergonomics），是近几十年发展起来的一门边缘性应用科学。它综合应用生理学、心理学、医学、卫生学、人体测量学、劳动科学、系统工程学、社会学和管理学等学科的知识和技术，在对人、机器、技术和相关环境的深入研究的基础上，发现并利用人的行为方式、工作能力、作业限制等特点，以提高生产（包括日常生活中人的活动）的效率、安全性、健康性、舒适性和有效性。现代人因工程学的落脚点不仅在于工厂生产现场的布置与设计，还在于人们日常生活随处可见、随时接触的日常用品当中。 真正具有现代形式的自行车诞生于1874年。如今自行车在很多国家只是作为运动健身的工具，但是从上世纪20年代自行车传入我国以来，由于经济、人口状况与地理条件等方面的原因，自行车在一个很长时期内一直作为中国百姓的主要交通工具。当前我国自行车产量、出口量均占世界总量60%以上，国内消费量也居世界第一。自行车的历史已经超过了一百年，但是从人因工程学的角度进行分析，我们可以发现，现在的自行车设计仍然存在缺陷，需要改进。 二、问题及改进 2.1 鞍座设计不合理——鞍座太平坦，太窄，太硬 根据一家国外研究机构的统计，在他们调查的人群中有90%骑自行车男士的睾丸存在畸形。有一半的被调查人群会感到阴囊不适或存在勃起障碍。另据我国的男性学医学报告，骑行自行车在我国前列腺炎的发病诱因中占很大比重。 鞍座设计要素分析 尺寸 决定鞍座宽度的因素主要是人体的生理结构，如坐骨结节的距离、骨盆的大小等等。其中起关键作用的是坐骨结节间的距离。这段距离基本上决定了鞍座后部的宽度，它的宽度保证人体坐骨结节在鞍座上时的距离位置：过小容易使结节间软组织受到挤压，过大容易影响鞍座的的平衡。坐骨结节一般9—12厘米。因为女性的髋骨要宽于男性，在设计时鞍座宽度要比男性的宽一些。 弧度 弧度是指从鞍座后部过渡到鞍座鼻部弧线的弯曲程度。由鞍座的宽度、长度以及骑乘者大腿内侧的脂肪厚度、髋臼窝的深浅和鞍座的用途等决定。 垫料 垫料是自行车鞍座舒适与否的一个重要因素。它决定了鞍座的变形程度。如果垫料过软，坐骨结节就会陷入到鞍座中，导致人体组织的麻木和缺血：如果垫料太硬，将会导致人体组织的疼痛。所以，垫料的柔软程度和大小是设计中一个非常重要的因素。另外，包覆材料的透气性、防水性、防变形性等也是应该考虑的因素。 当人骑在鞍座上时坐骨生殖区（位于坐骨结节和耻骨联合部之间，分布有大量的血管、神经和软组织）靠在平坦的座面上（如图1），鞍座会压迫到坐骨神经区的组织和脂肪；坐骨神经区的组织里含有丰富的血管、软组织和大量的神经及神经末梢，在骑行时，上躯体

山地车硬件结构图解

山地车主要用于山地越野，可以在崎岖不平的山路上行驶，享受颠簸起伏的快感，以及一种野性的征服感。它通常使用24or27段变速器，26的轮胎，15-18的车架，和带减震器的前叉。 山地车，仅仅是个总称，凡是没有公路弯把的，没有小轮子小坐垫的车，老百姓都叫做山地车。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。 山地车又分为五类： 1、 普通越野XC(Cross Country) 50%上坡、50%下坡：用于普通的山地越野，也是山地车中最轻便最实用的车型，因强度适中，可以追求轻量化。 2、 双人竞速DS(Dual Slalom) 70%上坡、30%下坡：适合竞赛级的高强度越野，但造价过高，都在万元左右。 3、 自由骑FR (Free Ride) 40%上坡、60%下坡：野地丛林里玩，也可以飞台阶，高强度要求，部分装备接近DH。 4、 飞跃DJ (Dirt Jumping) 30%上坡、70%下坡：飞土包的车，腾越空中，需要很重的高强度车架，前叉也不便宜。 5、 速降DH (Down Hill) 0%上坡、100%下坡：从山顶以60公里/时的速度冲下，拥有巨长的双肩前叉，超高强度要求，一般造价在3-5万元左右，重心后移，不适合爬坡；又因重量过重，不适合一般的骑行越野。 前四种用于一般的骑行越野很容易，速降车因重量等因素，所以较困难。 这里重点写入门级别的第一种。 XC越野车，

是最常见也是最实用的山地车，满大街跑，下面这张图，帮你认识车上的各个部件。随后，将对各个部件做解释。 1、车架 一部山地车，是否骑的舒适，是否轻巧易控，能承受多高的强度，能用多长的时间，能否升级等，关键就是看车架了，如同电脑上的主板，攒机高手对主板的要求超过了对CPU的要求。 车架大致分为两种：硬车架、全避震车架。 硬车架：骑起来更省力，更轻巧，价格低廉，1000左右的架子就不错了。 全避震车架：更舒适，过颠簸的山路时不用减速，通过性更强，车轮的抓地性更好，可以在山路上更快的飞驰。价格较高，台湾品牌在5000员以上，欧美品牌都在万员以上了。