真正的省力自行车.docx

杠杆撬动自行车？一种非常省力的自行车-靠杠杆来撬动的自行车，为了说明其结构，就要先了解一下传统自行车的驱动构造。 传统自行车的驱动构造传统自行车的驱动构造如下图：传统自行车的驱动构造是：在自行车后轮轮毂上安装有飞轮，链条带动飞轮转动，飞轮带动轮毂转动，使车辆前进。车轴在车轮的正中心。根据上图的结构可知：链条对飞轮的拉动力为： 链条拉力（F）地面阻力(F阻)车轮半径(R)飞轮半径（r）设定: 车轮半径R=300mm, 链条距离车轮中心O的距离为50mm (即飞轮半径r=50mm)地面阻力为2kg 链条的拉力F 为: F=2kg300mm50mm=12kg 也就是说, 若要使车轮转动，车辆前进，链条拉动车轮旳力不小于12kg仔细分析一下，传统自行车也是利用了杠杆原理的杠杆的平衡公式为：动力动力臂= 阻力阻力臂即 链条拉力（F）飞轮半径（r）= 地面阻力（F阻)）车轮半径（R） 则有 链条拉力（F）地面阻力(F阻)车轮半径(R)飞轮半径（r）二省力自行车的结构创新省力自行车改进了传统自行车的驱动结构，其构造有多种，现仅举一具体构造实例做说明：把传统自行车轮毂上的飞轮改为齿轮,称其为轮毂齿轮，带动这个轮毂齿轮转动的不是链条而是双环齿轮，双环齿轮由直径不同而轴向中心线重合的两个圆环组成，外环的内侧有轮齿，轮齿与轮毂齿轮相啮合。内环的内侧有轴承，轴承内侧安有定位环，定位环上有圆孔。车轴上安装一个偏心块，偏心块和车轴共同组成支点轴，支点轴的轴向中心线偏离车轴的轴向中心线。车轴和偏心块共同组成的支点轴穿过定位环上的圆孔，且能在圆孔内灵活转动。双环齿轮外环外侧有轮牙，轮牙上安链条。车辆前进时，链条带动轮牙和双环齿轮转动，双环齿轮和轮毂齿轮相啮合，因而带动轮毂齿轮和轮毂转动。如下图： 三.这种结构为什么会省力呢?对两张图做一下比较：在第一张图中，如果使车辆前进，链条拉动飞轮的力不能小于12kg。在第二张图中，仍然引用第一张图的设定数字：即轮毂齿轮（相当于飞轮）的半径为50mm，车轮半径仍为300mm，地面阻力仍为2kg，那么，要使车辆前进，使轮毂齿轮转动的力也应为12kg。那么，此时链条的拉动力是多少呢？假设双环齿轮外环的直径为135mm，支点轴的中心点到双环齿轮轮齿与轮毂齿轮的啮合点的距离为45mm，则链条的拉动力为：12kg45mm （135mm-45mm）=6.0kg也就是说，链条用略大于6.0kg的力就可以使自行车前进了，而一般自行车则需要12kg的力才能使自行车前进。就是说用上这个简单装置后，省了一半的力！（此处不计摩擦力）。四省力不省功？我们的常识是：杠杆省力不省功，这种结构会不会也省力不省功呢？从图上可以直观看出，作用点处（链条拉动双环齿轮处）双环齿轮外环内侧轮齿转过多少个，轮毂齿轮的轮齿也必定转过多少个。也就是说，链条走过多少长度，飞轮应该转几圈和一般自行车没有区别。杠杆省力不省功是因为它的支点是固定不动的，因而省力不省功。例如向高处撬动物体时，由于支点固定不动，所以只有增加作用点的移动距离，才能把物体撬得更高。省力自行车结构和一般杠杆不同之处在于：支点轴总是处于自我调整位置的状态，总是在随着轮毂齿轮的转动而及时“调整、跟进”，因而车轮总是处于省力的状态。支点轴相对于双环齿轮的位置是怎样实现自动调节的呢？从上图构造可知，轮毂齿轮是安装在轮毂上的，轮毂、轮毂齿轮、车轴的轴向中心线重合。而车轴和偏心块共同组成的支点轴的轴向中心线和车轴的轴向中心线是偏离的，支点轴穿过定位环的圆孔，定位环安装在双环齿轮的内环上（定位环和双环齿轮内环之间有轴承）。支点轴的中心点到轮毂齿轮边缘最短处的点就是双环齿轮外环轮齿和轮毂齿轮的啮合点，这个距离也等于双环齿轮轮齿到支点轴中心点的距离，又由于偏心块是固定在车轴上的，所以双环齿轮外环轮齿和轮毂齿轮的啮合点的位置永远不会变（轮毂齿轮和双环齿轮外环内轮齿的啮合是一般齿轮和内齿轮圈的啮合，轮毂齿轮的齿顶和齿轮圈有顶力，这个顶力可以使双环齿轮外环轮齿和轮毂齿轮的啮合点的位置不会变）。轮毂齿轮和双环齿轮外环的轮齿啮合时，就自动调节了支点轴位置。五该结构的优点由上图就可以看出，这种省力自行车结构非常简单，仅仅加了一个轴承、一个双环齿轮和一个偏