单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,自行车结构vs,材料工艺,工业设计,自行车概论,目 录,自行车结构,自行车原理,自行车组成零件,材料运用与工艺,重点零件材料分析,选择加工工艺,最早的单车是由法国人雷斯发明的，当时叫做,木马,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,早期自行车模型,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1886年，英国的斯塔利是一位机械工程师，他所设计的自行车车型与今天自行车的样子基本一致，因此他被后人称为“自行车之父”这种自行车后由传教士带入中国现代自行车,目前自行车在地势平坦的荷兰最为普及，中国是自行车王国，据统计目前中国有大约五亿辆自行车自行车不仅为我们的生活提供了方便，而且骑自行车还成为一项流行的的竞技运动多骑自行车还能为环保做贡献！,笼统的来讲，自行车按用途可以分为五大类别，山地车、公路车、城市车、沙滩车、小轮车第一类-,山地车,（ATB,All-Terrain Bike 或者MTB,Mountain Bike,),特点：车身较轻，轮胎较宽，适应山地，复杂地形，带前避震或者前后避震，车架材质一般为铝合金或者碳纤维,特点：车身超轻，多用于公路比赛，速度快，风阻小，著名的环法比赛都是用的公路车，车架材质一般都为碳纤维,第二类-,公路车,（Road Bike,俗称跑车）,特点：车身轻，速度快，骑行舒适，很多坐垫杆带避震，车架材质一般为铝合金。
第三类-,城市车,（City/Urban Bike),第四类-,沙滩车,（Cruiser),特点：车身较重，超级舒适（有点象哈雷），适合在海滩边骑行，城市漫游第五类-,表演车/小轮车,（BMX，Bicycle Motocross),特点：车身重，但结实，小轮车比赛用，极限运动表演，车架材质为铁质,自行车的车架、轮胎、脚踏、刹车、链条等25 个部件中，其基本部件缺一不可其中，车架是 自行车的骨架，它所承受的人和货物的重量最大自行车的,结构,一架简单的自行车有许多零件组成,，现在展示一下主要的零件：,1.车架,（,车架的一般材质有：铁，铝合金，钛合金，碳纤维）,2.车轮,（车轮由,车轴（花鼓），辐条，金属轮圈和橡胶外胎构成,，一般轮圈和辐条都是采用不锈钢或铝合金，车轴用镀镍黄铜，外胎一般是橡胶、轮聚氨酯泡沫等）,4.前叉,前叉材质也有铁的，铝合金，或者碳纤维一般山地车都是带避震的3.齿盘、曲柄,（,铝合金、,钢是常见的材料，一般表面都有抛光，喷砂处理，高级的还有烤银）,5.横把、,竖杆,（竖杆是连接前叉和横把的零件，,铝合金、碳纤维也是横和竖杆最常用的材质,）,6.把套,（,舒适，防滑是把套做基本的特性，材料用镀铬钢管橡胶做成）,8.脚踏,（,脚踏防滑脱很重要，材料有,玻璃钢、塑料、铝合金、镁合金、钢、碳纤维等）,7.坐垫,（,由四部分组成（1）表面材料一般用布料、人造革、碳纤、,真皮（2）填充及减震材料有泡沫、硅胶、气垫、弹簧（3）,底板用铁板、塑胶、碳纤,（4）,座弓 一般用普通钢、铬钼钢、钛合金、镁合金、碳纤维）,9.刹车系统,（,刹车内垫以前一般用石棉，不过现在因为有致癌因素被禁止了，一般是塑料加入各种金属沫陶瓷沫的复合材料。
刹车方式分为V刹和碟刹两种，碟盘材质多为不锈钢刹把,碟盘,10.变速转动系统,（,链轮采用高强度钢材制成，保证其达到需要的拉力前变速,后变速,按照各部件的工作特点，大致可将其分为导向系 统、驱动系统、制动系统，通过这些系统简单介绍 自行车的,工作原理：,1、,导向系统,：由车把、前叉、前轴、前轮等部件组成乘骑者可以,通过操纵车把来改变行驶方向并保持车身平衡2、,驱动（传动）系统,：由脚蹬、中轴、链轮、曲柄、链条、飞轮、后轴、后轮等部件组成人的脚的蹬力是靠脚蹬通过曲柄，链轮、链条、飞轮、后轴等部件传动的，从而使自行车不断前进3、,制动系统,：它由车闸部件组成、乘骑者可以随时,操纵车闸，使行驶的自行车减速、停使、确保行车安全单级飞轮又称为单链轮片飞轮，主要由外套、平挡和芯子、千斤、千斤簧、垫圈、丝挡几钢球等零件组成自行车,飞轮,是驱动系统当中重要的零部件,当停止踏动脚踏板时，链条和外套都不旋转，但后轮在惯性作用下仍然带动芯子和千斤向前转动，这时飞轮内齿产生相对滑动，由此将芯子压缩到芯子的槽口内，千斤又压缩了千斤簧当向前踏动脚踏是，链条带动飞轮向前转动，这时飞轮内齿和千斤相含，飞轮的转动力通过千斤传到芯子，芯子带动后轴和后轮转动，自行车就前进了。
其单级飞轮工作原理：,当千斤齿顶滑到飞轮内齿顶端时，千斤簧被压缩得最多，再稍微向前滑一点，千斤被千斤簧弹到齿根上，发出“嗒嗒”的声响芯子转动加快，千斤也很快在各个飞轮内齿上滑动，发出“嗒嗒”的声音当反向踏动脚踏时，外套反向转动，会加速千斤的滑动，使“嗒嗒”声响得更急促多级飞轮是自行车变速装置中的一个重要部件,多级飞轮,是在单级飞轮的基础上，增加几片飞轮片，与中轴上的链轮结合，组成各种不同的传递比，从而改变了自行车的速度多级飞轮,重点分析自行车车架的,材料选择,由于自行车是依靠人体自身的驱动力和骑车技能而行驶的，车架便成为承受自行车在行驶中所产生的冲击载荷以及能否舒适、安全地运载人体的重要结构体，车架部件制造精度的优劣，将直接影响乘骑的安全、平稳、和轻快因此说自行车,车架是,一辆自行车的,灵魂,，这种说法一点都不过分车架要承受重量，这就要求材料具备一定的,强度、刚度,在工艺上面对材料的,可塑性能,有一定的要求，还有实际中环境中自行车在户外要风吹日晒雨淋，要求,耐腐蚀性的材料,说了车架的重要性和车架材料的要求，让,我们来看看几种车架材料的性能：,弹性率决定材料的,刚度，,以,杨氏弹性模量（GNm）,来表示,。
铬钼钢,200207,铝合金,6979,钛,116,钛合金,80130,碳纤,70-200,镁合金,4147,左表列出了传统使用的铬钼钢材料和近些年出现的新型材料，可以看出铬钼钢的弹性率最高，镁合金的弹性率最低，,弹性率越大,，材料的,刚度越好,用在自行车上的材料,拉伸强度,SCM415铬钼钢,834以上,6061（6000系铝合金）,无热处理场合,100以上,无热处理场合,246以上,7005(7000系铝合金）,有热处理场合（T6),345以上,7075（特超硬铝，飞机合金）,无热处理场合,230以上,无热处理场合,597以上,CPTi（纯钛)有热处理的场合（T6）,597以上,3-2.5Ti（3%Al2.5V钛合金）,685以上,6-4Ti（4%Al6V钛合金),有热处理场合(实效）,1160,无热处理场合,980,下表给出了一些材料的,拉伸强度,（MPa，N/mm ),金属材料的,抗变形和断裂的能力,称为金属材料的,强度,，,拉伸强度,是指材料被拉断前承受最大载荷时的应力在这里铬钼钢、超硬铝、钛、钛合金的拉伸强度都比较好用在自行车上的材料,密度（g/cm）,铬钼钢,7.9,铝合金,2.62.9,钛,4.5,钛合金,4.35.1,碳纤,1.51.6,镁合金,1.7,密度,是决定自行车,重量,的重要因素之一。
密度低就可以做轻的车架，但是还要考虑到拉伸强度、弹性率等因素，并不是说密度低1/3重量也低1/3这里面属铝合金、碳纤和镁合金的密度较低从以上三个表格看来，各个材料各有优缺点，那么这里逐个分析各种材料的优缺点，以确定材料的选择3).焊接容易,铬钼钢比起钛、铝焊接容易可以设计成名种形状另外，焊接后也不需要热处理，因此不需要大型的热处理设备，成本低1).加工性好,铬钼钢的车架是历史最久的车架，因此对它的研究时间也最长现在能做到车架所需强度的极薄的管道2).冲击的吸收性能好,骑感极好，如像弹簧般的骑感构成车架的铬钼钢管道有优异的吸收冲击的性能4).价格便宜,虽然有些高挡次的铬钼钢车架价格贵，但一般价格便宜也可以说，用便宜的价格买到高挡次的车架,铬钼钢,车架的优点,(1).,容易生锈,车架用的铬钼钢含有铬，但是添加量少(不锈钢含有12%的铬)的铁系合金若没有施有表面处理的话，有伤口时容易生锈但是一般都有进行防锈加工自行车的场合，管道的肉压薄，生锈后的影响将会非常大生锈肉压减少强度下降(应力集中)铬钼钢,车架的缺点,(2).,金属的疲劳显著,(应力集中引起的金属疲劳),同样的冲击力加在各种材料上，铬钼钢薄管所发生的应力最大(容易发生疲劳而引起的破坏),。
3).,笨重,在极度追求器材轻量化的今天，钢78/立方厘米的质量让所有人对他望而却步虽然可以使用轻量化的钢材，并且用抽管技术把管壁抽得极薄，可是还是很难把钢架的重量减到1600克以下1).,制作,质量轻的车架,铝作为一种在运动自,行车上使用最广泛的材料，最大的优点就是他,的重量铝的刚性和强,度都很低，但是铝可以,通过增加单位体积上的,材料来弥补这一缺憾，,而重量仍然不大另,外相对于其他的运动,自行车的高级材料，,铝的价格很低2),长时间使用,外观不怎么变化,铝本身是很容易受腐蚀的金属，在空气中几乎不存在没有被氧化的铝，放置在空气中马上被氧化而形成很薄的氧化膜该氧化膜达到一定的程度时防止继续生锈该氧化膜几乎是无色因此外观上不容易发现变化铝合金车架的优点,(3).,需要进行热处理,必需进行热处理，否则强度不够因此一般的规模不大的工厂无能力购买热处理设备尤其是6000系的铝合金管，多数情况是管道厂家指定热处理条件1).,铝是弹性率及刚性低的材料，它的,金属疲劳性很差,因此采用粗的管道，或者改变形状如cross-over管、padded管等2).铝没有弹性，无法吸收骑行的震动用铝材制作的硬尾车架会把绝大多数的震动直接传递到骑手的身体上。
这就使铝车架坐起来相当的颠簸，,乘骑的舒适感很差,铝合金车架的缺点,(3).,接触性、生物相容性好,镁合金在生物领域的应用日益广泛，舒适的接触性，使其非常适合用于与人体紧密接触的零部件镁合金车架的优点,(1).,高的比强度、比刚度,镁合金的抗拉强度，弹性模量低于铝合金和钢，但是镁合金的比刚度与钢、铝合金几乎相同，比强度更是优于铝合金，几乎是钢的2倍因此，镁合金在进行自行车架设计时，通过截面变化及表面处理等手段，可以减轻镁合金性能低的不利因素，改善镁合金的使用性能2).许多镁合金都具有,优异的减振性能,，能吸收冲击与振动镁合金的单位减振性能比硬铝高100倍，比合金钢高20倍，比钛合金高300500倍这一特点使以镁合金为车架的自行车具有更好的骑行舒适性2).,压铸镁合金同时具有以下一些缺点：,镁合金车架的缺点,(1).,镁的标准电极电位是-2.37V，电负性很强，,耐蚀性很差,在潮湿的空气中会发生腐蚀，生成氧化膜薄层这种薄层脆性大，疏松，耐蚀性很差，在使用过程中需要增加工艺来对其进行防护,体积收缩率大纯镁在结晶凝固时，体积收缩率为4.2，从熔点923K降温至室温时，体积收缩率约为5镁合金的收缩率与纯美极为接近。
由于镁合金的铸造及冷却收缩率很大，铸造镁合金会产生微孔，铸件具有低韧性和高缺口敏感性压铸镁合金的试模成本较高，试模时间较长大多数镁合金零件的原始设计不是镁合金,而是铝合金、钢板冲压和塑料件,(2).,不生锈,：钛在一般的环境下几乎不会被腐蚀但是它有另一种腐蚀现象即异种金属腐蚀例如，不同种类的合金接合在一起时，成为电极状态，电位差使局部通电引起腐蚀对此现象采取的措施是用脂膏等来绝缘(混有金属粉末的脂膏，如商品名：Ti Plepu等),钛合金车架的优点,(1).,可以制作轻量而强度大的车架,纯钛金属的强度更高在钛金属中添加铝和钒，弹性更高(和铝比较)，也有利于设计3).,骑感好,钛也用在避震器的弹簧上现在用钛制成的车。