自行车的创新

1、摘要摘要：自行车是人类常见的代步工具，被人们广泛使用。本文就自行车的发展历 程做简要概述，针对自行车传动方式的改进做简要分析，并归纳在传动方式改进 过程中创新原理的应用。 关键词：关键词：自行车；发展；传动方式；创新原理 Abstract:Abstract: Bicycles are common human means of transport, widely used by people.This paper gives a brief overview of the development process of the bicycle, analyzes the improvement

2、of the bicycle transmission mode, and summarizes the application of the innovation principle in the improvement of the transmission mode. KeyKey words:words: bicycle;development;transmission mode;innovation principle 自行车是由人力脚踏驱动的、 至少有两个车轮的陆地交通车辆， 俗称自由车、 脚踏车或单车。自行车拥有无噪声、无污染、重量轻、结构简单、造价低廉、使 用和维修方便等特点，

3、既能作为代步和运载货物的工具，又能用于体育锻炼，因 而为人们所广泛使用。 1.自行车的发明 人类使用车轮的历史大约有 5000 年之久了，但直到 17 世纪人们才开始研究 用人力驱动车轮的交通工具。在 1791 年，法国人西夫拉克发明了第一架“木马 轮”小车，如图一所示。这辆小车前后有两个木质小轮，上面安装了一条板凳， 像一个玩具。他的木马自行车在 1818 年正式取得德国及法国的专利，成为自行 车的开山鼻祖，这辆自行车是以木头制造，这台车就是靠人的两只脚在地上蹬， 以现今来看就像是木造的玩具木马，比现在的铁马重好几倍，这台木马自行车的 发明对人类有极大的贡献。 图一：“木马轮”小车 2.自行

4、车的发展 2.1 铁质自行车 1839 年英国苏格兰的冶铁匠麦克米伦将自行车改良， 他不断思考如何能坐在 车上，脚能不著地还能使车子前进。最后他终於设计了一辆前轮大后轮，并加上 踏板及曲柄连杆机构在后轮来驱动车子的自行车， 骑乘时不需再以脚踩地面去转 动轮子前进，这也是自行车发明的一大进步。如图二所示。 图二：麦克米伦自行车 2.2“高位”自行车 为了提高自行车的速度，在 1861 年，法国的米肖父子发明前轮大、后轮小、 在前轮上装有曲柄和能传动的踏板的自行车，如图三所示。该自行车前轮装在车 架前段可转动的叉座上，能较灵活的把握方向，后轮上有杠杆制动。由于自行车 速度和前轮周长成正比， 所以为

5、了提高自行车的速度， 米肖父子把前轮做的很大， 同时也缩小了后轮的直径。 2.3 安全型自行车 高位自行车提高了自行车的速度，但是由于座位太高，在急转弯的时候自行 车容易侧翻，在急刹车的时候自行车容易往前翻到，安全性得不到保障。在这种 情况下，1874 高度上，即使急刹车也不会翻过车把。骑车者的安全得到极大的 提高，所以人们称之为“安全型自行车”，如图四所示。 图四：安全型自行车 2.4 现代自行车 人们改进创新的高自行车的强度，同时进一步减小自行车的重量。这个时候 的自行车和现代自行车已经非常相近了，如图五所示。在后期，邓洛普成功把充 气轮胎应用在自行车上，使得自行车的骑行性能和舒适性得到提

6、高。 图五：现代自行车 3.自行车在驱动方式上的创新 自行车的创新是非常宽泛的，比如在原理上、能源上、结构上、外形上都有 创新。 本文主要是针对自行车发展过程中的传动方式创新加以分析，并通过创新 原理加以解释。 3.1 曲柄连杆机构传动 在 1839 年时，苏格兰的麦克米伦发明出第一辆由曲柄连杆机构驱动后轮的 铁质自行车。 这种自行车在后轮上装有曲柄， 曲柄和脚踏板之间用两根连杆联结， 骑行者反复蹬踏悬在前支架的踏板就能让车子前进。 自行车图片和驱动方式如图 六所示。 图六：曲柄连杆机构传动 3.2 前轮直驱 为了获得更大的速度，法国的米肖父子发明了前轮大后轮小的高位自行车。 这种自行车直接在

7、前轮轮轴上安装了脚踏板，骑行者直接踩脚踏板使前轮转动， 驱动整个自行车前进。其驱动方式如图七所示。 图七：前轮直驱传动 3.3 链传动 为了保证自行车较快的同时，提高自行车的安全型，劳森在自行车上使用链 传动的方式周，进而驱动后轮转动，使得自行车前进。由于链传动具有造价低， 容易生产和维修，能在恶劣的环境下工作等特点，一直沿用至今。目前我国大部 分自行车都是采用链传动。 图八：链传动 3.4 轴传动 虽然链传动造价低，但是它速度稳定性比较差、有冲击、效率低、容易掉链。 如今人们对生活的品质要求越来越高，人们希望能有更好的驱动方式代替链传 动， 轴传动自行力矩由横向转换为纵向，然后通过传动轴将力

8、矩传动到传动轴的 后部分，再由一对锥齿轮将纵向的力矩转变为横向，最后通过花鼓将力矩传动至 车轮上实现驱动车辆。这原理类似于汽车的传动原理，但是结构上要相对简单得 多， 所以这个传动过程中功率的损失相当小。轴传动自行车传动原理图如图九所 示。 4.创新原理应用 4.1 改进动力 从自行车的发明、发展过程中，传动方式一直在创新，经历了曲柄连杆机构 传动、前轮直驱、链传动以及轴传动等过程。创新发展总是想着人们需求的方向 进行的。对于自行车传动方式而言，由曲柄连杆机构传动改进为前轮直驱，主要 是要提高自行车的速度； 由前轮直驱改进为链传动， 主要是提高自行车的安全型； 由链传动改进为轴传动，主要是提高

9、自行车的平稳性。 4.2 创新原理 传动方式对于自行车而言，无疑是最本质的要素。在自行车传动方式的改进 过程中，主要是使用了还原原理。我们对自行车基本功能的要求是唯一的 行驶功能。但是实现自行车的行驶功能，方法却多重多样。想要改变自行车的行 驶方法，改进传动方式，就必须追根溯源深入到它的创造原点，从原点上另辟蹊 径，用新思想创造自行车。具体来讲，为了让自行车前进，思考这一问题的创造 原点，就是在需要上面装上一套传动机构，把人体腿部的运动传递到车轮上。于 是人们就想到了曲柄连杆机构传动，先驱动后轮再驱动前轮。在此基础上，人们 使用前轮直驱、链传动以及轴传动等方式来加以改进。这些方式，都是在驱动原