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1、山地自行車的設計原理,研究內容,山地車的簡介 山地自行車的特點 山地自行車的各部分部件及其原理,Introduction,山地車，英文名叫“mountainbike”，源于美國，是美國青年為了尋求刺激，在摩托車比賽的越野場地上駕駛自行車進行花樣比賽而派生發(fā)展起來的車型。細心的朋友會發(fā)現(xiàn)，山地車也有許多區(qū)別，比如：有的前叉是雙肩，有的是單肩；有的用碟剎，有的用V剎；有的是硬車架，有的是全避震車架；再通俗點，有的車看起來很龐大，有的很纖巧其實，他們都是山地車，只是用途不同而已。,,山地自行車的特點,剛度大，行走靈活 具有新具有新穎的外形 主要部件不同于普通自行車 可以變速,山地自行車主要有 四大特

2、點,,山地車，具有剛度大，行走靈活等特點，騎行時不必選擇道路，無論街巷漫游還是休閑代步都獲得了廣泛的好評，騎車者可以在各種路面環(huán)境上盡情地享受舒適的騎行樂趣。,,山地車，因其堅固、粗獷、新穎的外型、繽紛奪目的色彩、優(yōu)越的騎行性能，很快成為都市青年追求的時尚。,,山地車，各種部件均不同于普通自行車，具有緩沖作用、抗震性能好的輪胎，牢固結實、材料鋼度大的車架，不易疲勞的手把以及即使在陡峻的坡道上也能夠暢快地騎行的變速器等，都使山地車更加適合與爬山越野、郊游旅行。,,山地車，車速一般有21速，24速以及27速 (以及即將上市的30速）。正確運用變速器，能應付平路，上下坡，土路，頂風等復雜路況和氣候，

3、比普通自行車快速省力得多。,,山地自行車的構造,山地自行車的構造主要包括：,車架,前叉,制動系統(tǒng),傳動系統(tǒng),變速系統(tǒng),車輪,車架,車架是一輛車的靈魂，各配件都是在車架基礎上裝起，一般市場上出現(xiàn)的車架主要有鋼、鋁合金、鈦合金和碳纖維等。車架材質從最早的鉻鉬鋼、進化到鋁合金、然后是復合材料的運用如碳纖維，其他還有鈧合金、鎂合金、鈦合金等，業(yè)者不斷研發(fā)新材料配方，提升管件與結構設計能力并創(chuàng)新加工技術，只為了讓車架更輕、更強、更舒適且更流線美觀。密度是決定車架重量的關鍵因素之一，密度愈低，車架可以做到愈輕。我們知道鉻鉬鋼的密度最高，碳纖復材最低。然而車架除了重量外，還要考慮拉伸強度，彈性系數(shù)等，所以雖

4、然密度低，但強度不夠也不行。,以下將介紹各種材質的特點：（鉻鋼）,鉻鉬鋼車架 90年代以前，自行車車架以鉻鉬鋼制的為主流。它的扭曲性能及拉伸性能好，焊接時高溫也不會影響素材，價格便宜。但重量重，容易被氧化。近年來出現(xiàn)克服了它的欠點，發(fā)揮優(yōu)點的新素材，鉻鉬鋼車架再次受到注目。,鋼材是使用在自行車上最久的車架材質，主要優(yōu)點包括長時間騎乘的剛性佳、管材有彈性（吸震）、管材接合方式多且加工性佳、易焊接且不需要熱處理，因此成本與價格相對較低。缺點則是重量過重，保養(yǎng)不當容易生銹，管材塑形較不易且有金屬疲勞的問題。然而現(xiàn)今許多合金鋼材已可在剛性、彈性系數(shù)、傳動性、穩(wěn)定性上得到很好的效果，唯一美中不足的依舊是

5、重量較重。鋼材中以鉻鉬鋼最普遍，其強度高且易于抽管加工。鉬可使鋼的強度提高、防止回脆性；鉻可使鋼耐腐蝕、抗銹及防止高溫氧化。,以下將介紹各種材質的特點（炭釬車架）,碳纖車架 碳纖維強度高，質輕，是新生的材料，嚴格來講是復合材料，其并非單一材料組成，其他樹脂，玻纖，鋁合金等，可依特性混合或搭接使用，是目前重量最輕的車架材料，碳纖維管是由一絲絲纖維線織成碳纖布后，一層層錈管而成再經加工處理搭接組成。碳纖維不是金屬，而是一種復合材料，利用碳纖絲編織成布，經過預浸樹脂的過程成為預浸布，再將預浸布裁型然后疊層并入模式加熱成型，可依需求制成各種形狀的車架。其特性是輕量、較具彈性（吸震佳）、騎乘感穩(wěn)定、長

6、途循跡持續(xù)感佳、舒適性高、工藝變化多，但表面硬度不佳，當施予之外力高于其破壞強度時，會造成斷裂。再者，近年來由于碳纖紗需求大增，造成材料短缺，因此價格居高不下。輕、能吸收地面的沖擊、素材的反撥力快等，是理想的自行車車架素材。碳纖維的等級，噸數(shù)越高彈性也越高，價格也貴。制造方法有幾種，例如在模具上沾上粘合劑，重疊碳纖維，熱處理、凝固、成型等。,以下將介紹各種材質的特點（鋁制車架）,鋁制車架 鋁合金是目前市場上使用最普遍的材質，優(yōu)點在于重量輕、短時間的硬度和剛性表現(xiàn)最佳、塑形加工容易、不會生銹，要輕可以把管材抽得極薄，要強也可利用CNC模具切削做出夸張的外型和驚人的強度。缺點是幾乎沒有彈性可言

7、、會累積金屬疲勞，也由于其靈敏輕巧、高剛性的特性，因此很容易傳達地面的振動，造成騎乘舒適性不佳。鋁管道趨向大口徑化，為了緩和過于強的剛性，目前座管及車叉采用吸收沖擊力強的碳纖等的受人注目。,以下將介紹各種材質的特點（碳鋼、鎂合金）,碳鋼： 未故意添加任何合金元素的鐵（Fe）--碳（C）合金為碳鋼，碳在鋼中有提高強度的作用，含碳量越高，強度越好，但含碳量高于0.8%時，含碳量越高，鋼越脆，因此在車架及前叉的材料為強度適中，塑性佳，易加工的中低碳鋼，碳含量約0.25%--0.35%。,鎂合金： 鎂是極易燃燒的金屬，早期攝影用鎂光燈，即燃燒鎂粉所造成強光，鎂合金的重量及強度約為鋁合金的2/3，雖然輕

8、，但不易加工，且較脆，所以目前除ROCK-SHOX避震前叉外殼使用鎂合金外，一般車架，極少使用。,,前叉,前叉在自行車結構中處于前方部位，它的上端與車把部件相連，車架部件與前管配合，下端與前軸部件配合，組成自行車的導向系統(tǒng)。,前叉的類別（2種）,1.彈簧應用在山地自行車上歷史最久，也是最普遍的一種彈簧。彈簧的硬度，所謂彈性系數(shù)，代表受力與變形程度的比例。在不超過負荷的原則下，單純的線圈彈簧在不同受力的狀態(tài)，彈性系數(shù)是固定的，不會受環(huán)境溫度的影響，再經過過噴漆或潤滑, 穩(wěn)定度和耐用度都很高。但線畔彈簧唯一的缺點是重量，于是較高級的前叉已開始采用重量較輕，但比較昂貴的鈦合金彈簧。,2.氣壓因為空氣

9、輕，利用空氣作彈簧，應該是很最適合自行車的，而且如果需要不同的硬度，不必更換彈簧，只需要增加或減少氣壓高低就可以了。不過，利用氣壓彈簧必須要有比較精密的科技，高壓氣體必須完全的密封，一旦失去氣壓，就完全不能作用。所以早期氣壓彈簧有密封的問題，在使用中甚至有突然失去全部氣壓的情形發(fā)生，這種個問題幾乎不再發(fā)生。不過就像輪胎一樣，沒有說完全不需要偶爾打氣的。=氣壓彈簧在中行程避震前叉上的運用已經得到相當?shù)目隙ǎ窃陂L行程式前叉上還無法取代線圈彈簧。,,制動系統(tǒng),制動系統(tǒng)主要包含剎車、剎把、剎車線等組件，保證山地車能夠在快速行駛中停止。制動系統(tǒng)分成V剎和碟剎兩種，碟剎分線碟和油碟，制動效果好；V剎沒

10、有碟剎效果好，但是更易保養(yǎng)。,剎把,碟剎,V剎,制動系統(tǒng)（V剎）,V剎：力量很大，因為是靠摩擦輪圈制動，所以輪圈一定要調整到位，且不容易形變。 V剎分兩種：油壓V剎和機械V剎，壓剎車皮原理分別和兩種碟剎一樣。只是油壓V剎不怎么常見，太容易抱死了，所以幾乎沒有車子用，但09款的GIANT ATX850用的就是油壓V剎。,V剎,制動系統(tǒng)（碟剎）,碟剎：比起V剎，更不容易把輪胎抱死，高速行駛的時候，抱死很危險，會導致側滑和翻車。 碟剎分兩種：油壓碟剎和機械碟剎，油壓碟剎靠油去壓剎車片，獲得巨大的剎車力，這種剎車在速降車上很常見；線拉碟剎靠手指的力量去制動，其實用在變速車上綽綽有余了。,碟剎,,傳動系

11、統(tǒng),主要分為牙盤、中軸、鏈條、飛輪等組件，是使山地車能夠正常運轉的一套組件。,牙盤,飛輪,中軸,鏈條,牙盤、鏈條和飛輪,牙盤,牙盤的構造及工作原理 自行車中，和曲柄相連的部分。運動員通過蹬踏帶動曲柄，進而帶動牙盤的轉動，最終通過鏈條和飛輪，驅動后輪轉動，提供動力，完成自行車的整個傳動鏈。牙盤上齒輪片數(shù)：有單片、2片、3片共三種。四片幾乎沒有，因為技術上有難度，現(xiàn)實上沒有意義。,中軸：有一體中軸，梅花孔中軸和方孔中軸三種，長度和直徑也有不同的標準。,中軸,一體中軸,梅花中軸,三角中軸,鏈條,飛輪,有8飛24速的，有9飛27速的，還有10飛30速的，現(xiàn)在更是出了11速的飛輪。其實車手是不會把所有檔

12、用遍的，80%的時間只用一個檔，這個檔一定是最適應車手蹬踏力度和頻率的。由此可見，檔數(shù)越多的變速系統(tǒng)，車手選擇適合自己的檔位就越精確。27速的比24速的多3個檔，讓車手有更多的選擇。而且檔越多，換擋越順暢,,變速系統(tǒng),變速系統(tǒng)主要包含變速器（指撥或轉把）、前撥鏈器、后撥鏈器、變速線等組件。山地車變速系統(tǒng)的作用相當于汽車的變速系統(tǒng)，通過搭配不同的檔位，并根據(jù)檔位的變化改變騎行速度，以應付上下坡、逆風這樣的騎行環(huán)境。,自行車變速系統(tǒng) 作用是“將車手踩踏的能量 （馬力）轉換成輪胎的扭力”。 “速度”由最大齒比（前大盤最大齒片對應后飛輪最小齒片）決定，在同樣踩踏回轉數(shù)時，齒比越大，速度越快。“爬坡”時

13、用最小齒比（前大盤最小齒片對應后飛輪最大齒片），爬坡的時候，車手不但要維持車子前進，同時還要上升高度，這個時候需要增加扭力，在維持同樣踩踏回轉數(shù)的前提下，降低齒比有提高輪胎扭力。 齒數(shù)落差 除了齒比外，另一個值得探討的是齒數(shù)的落差。常聽到的“齒比綿密”就是指齒數(shù)落差小。齒數(shù)落差意味著換檔時，車手出力與輪胎扭力間變化的差距大小，差距太大時，可能突然變太重或變太輕，導致回轉數(shù)不定。對車手來說，突然太重要突然用力，突然太輕會有踩空的感覺，這兩種情形會有傷害膝蓋、影響操控的可能。,變速系統(tǒng),前撥鏈器,后撥鏈器,指撥變速器,轉把變速器,,車輪系統(tǒng),車輪系統(tǒng)由花轂（車軸）、輻條、輪圈、內胎、外胎組成?；ㄝ?、輻條、車圈構成輪組，輪組是決定一輛車滾動順暢與否的關鍵。粗大的輪胎和良好的抓地能力是山地車主要特征。,友情提示,長距離的騎行對男女生身體都不好。 所以在騎車過程中要注意定時進行休息與調整，順便檢查車輛的各項性能是否還能繼續(xù)下段路程的騎行。騎行的長度要根據(jù)各己身體的適應程度而定，不可一味的只圖距離、速度和海拔。,,謝謝觀賞,孫美茹 楊曉霈 蓋梓育 丁憶哲 唐浩翔 李康鈺 秦璽雅,