自行车力学研究内容摘要：本文通过对平日里生活中最常见的交通工具自行车的观察，通过公式推导，对其行进运动和传动方式进行了理论力学方面的分析。正文：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。自行车是人类发明的最成功的一种人力机械，是由许多简单机械组成的复杂机械。1791年，一位名叫西夫拉克的法国人最先创造出了现代自行车的原型“木马轮”，虽然它没有驱动装置也没有转向装置，骑车人靠双脚用力蹬地前行，改变方向时也只能下车搬动车子。经过近一百年的发展，在1874年诞生了真正具有现代形式的自行车。英国人罗松在这一年里，别出心裁地在自行车上装上了链条和链轮，用后轮的转动来推动车子前进。又经过不断地发展、改进，才逐渐演变出了现在随处可见的自行车型。在本文中涉及的几个重要的自行车概念：1）、传动装置：包括主动齿轮（轮盘）、被动齿轮（飞轮）、链条及变速器。2）、齿轮比：主动齿轮（轮盘）与被动齿轮（飞轮）的齿数之比。3）、传动比：齿轮比乘以后轮的直径。4）、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。自行车上的力学原理自行车作为一种复杂机械，其涉及很多理论力学方面的原理，如：减小与增大摩擦车的前轴，中轴及后轴均采用滚动轴承以减小摩擦。为更进一步减小摩擦，人们常在这些部位加润滑剂。多车身多处刻有凹凸不平的花纹以增大摩擦，如车把、脚踏板。而在刹车的同时，手用力握紧闸把，增大刹车皮对钢圈的压力以达到制止车轮滚动的目的。弹簧的减振作用车的坐垫下安有许多根弹簧，利用它的缓冲作用以减小振动。压强知识的运用坐垫呈马鞍形，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。简单机械知识的运用自行车制动系统中的车闸把与连杆是一个省力杠杆，可增大对刹车皮的拉力。自行车为了省力或省距离，还使用了轮轴：脚踏板与链轮牙盘；后轮与飞轮及龙头与转轴等。运动与传动原理接下来，笔者就要以其自行车大行sp8为例，对自行车的运动和传动进行一个浅析。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。如果两个齿轮的齿数相同，那么踏蹬一周，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：大行sp8传动与变速系统配置中，牙盘为53齿，飞轮有八级变速，为11—32齿，则可以算出最大齿比5311＝4.818，最小齿比5332＝1.656。大小齿轮之间用链条相连，则大小齿轮盘沿线速度大小相同，，而小齿轮和后轮之间通过轮轴相连，他们的角速度相同则由，设后轮外沿线速度为，则有：笔者通过进一步计算可知人踩踏板的速度和后轮转动速度之间关系，踏板和大齿轮盘同轴，则有又因为所以齿轮比乘以后圈直径即为传动比。以d代表传动比，b代表后圈直径，它们之间关系用公式表示，即：d=c/f×b=gb由此可见，齿轮比确定之后，传动比是与后圈直径成正比的。后圈越大，传动比越大。例如，在大行sp8的后圈直径为20寸（自行车轮圈直径习惯用寸表示），约为0.67m。代入公式：==每踏蹬一周，车子向前运动的距离则为传动行程，也叫速比行程。其计算方法是传动比乘以圆周率。以m代表传动行程，代表圆周率（此为常数，取＝3.14），它们之间关系用公式来表示，即：所以大行sp8的传动行程：因为变速自行车的齿轮比可变，所以其传动行程也可变。当在顺风、下坡时，可使用大齿轮比，达到大的传动行程，便于加快车速；当在逆风、上坡时，可调节至较小齿轮比，减小传动行程，从而达到省力的效果。随着人类科技的发展，越来越多的新技术、新方法被用到了自行车制造中，如变速装置的出现，轻便的碳化车身的使用等。随着科技的发展，总有一些过时的机械设计会被淘汰。但是作为人类所发明的最成功的人类机械之一的自行车，也一定会在不断进步的世界中，留有它不可或缺的一席之地。参考文献：[1].百度百科.自行车[OL].http://baike.baidu.com/v