自行车中的力学原理

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1、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

2、: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

3、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

4、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。小齿轮盘踏板大齿轮盘后轮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，他们的角速度则由，设后轮沿速度为，则=我们通过进一步研究可知人踩踏板速度V和后轮转动速度之间关系，踏板和大齿轮盘同轴，则则由故    传动比（传动系数）：齿轮比乘以后圈直径即为传动比。以d代表

5、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。例如：轮盘为49齿，飞轮为14齿，后圈直径为27寸（一般习惯用英寸），代人公式即可求出传动比：d=c/f×b=49/14×27=3.5×27＝94.5    传动行程: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，π;代表圆周率（此为常数，π＝3．14），它们之间关系用公式来表示。即m=c/f×b×π    例如，赛车轮盘为49齿，飞轮为14齿

6、,后轮真径为27寸,求它行程距离时,代人公式：  m=c/f×b×π=49/14×27×3.14×2.54=754CM    以上数据是自行车每踏蹬一周，车子向前行进行745cm,即7.54m.变速自行车是通过调整齿轮比来达到变速目的。·速度计算V=S/T  S=V×T  T=S/V  ·空气阻力　车子向前进,必须借助于一定的力量。人每踏蹬一周的力量，叫前进力，也叫向前推力。前进力与用力、传动比、曲柄（即中轴到脚蹬的连杆）长有关。以Y代表前进力，Q代表踏蹬力量，I代表曲柄长度，D代表传动比，它们之间的关系用公式表示则为  Y＝

7、Q×I/D前进力（Y）与踏蹬力量（Q），曲柄长度（I）成正比,与传动系数（D）则成反比。例如：传动系数为94.5，曲柄长度为7英寸，踏蹬力量为25公斤力，前进力则为：Y=Q×I/D=25×7/94.5=1.85公斤力　人们骑车向前进时，必须突破空气阻力，这就需要力量。不同风级所产生的风速，和垂直风向每平方米所受到的压力均不相同，只有克服这些因素，车子才能向前行驶。如：无风骑行时受风面积为0.5平方米，自行车前进速度为每小时40公里，空气对人们的压力为5.5公斤力。因此，人们必须用大于5.5公斤的前进力才能使车子前进。当运动员以

8、自己全部体重在踏蹬点上，那么所产生的前进力是多大呢（暂不计算车子摩擦部分所消耗的力量）？例如：一运动员体重70公斤，自行车曲柄长度7寸，传动比为94.5，所产生的前进力是：Y=Q×I/D=70×7/94.5=5.19公斤。前进力是5.19公斤力，遇到六级风的阻力是0.5平方米