变速自行车

组成
在自行车的车架、轮胎、脚踏、刹车、链条等25个部件之中，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是最大的。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：
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（传动或行走）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、停驶、确保行车安全。
此外，为了安全和美观，以及从实用出发，还装配了车灯、支架、码表、指南针等配件。
部件
下面来具体介绍一些与力学知识有关的自行车部件：
车架部件
车架部件是构成自行车的基本结构体，也是自行车的骨架和主体，其他部件也都是直接或间接安装在车架上的。
车架部件的结构形式有很多，但总体可以分为两大类：即男式车架和女式车架。
车架一般采用普通碳素铜管经过焊接、组合而成。为了减轻管重量，提高强度，较高档的自行车采用低合金钢管制造。为了减少快速行驶的阻力，有的自行车还采用流线型的钢管。
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。一般辐条是等径的，为了减轻重力，也有制成两端大、中间小的变径辐条，还有为了减少空气阻力将辐条制成扁流线型
链条
链条又称车链、滚子链，安装在连轮和飞轮上。其作用是将脚踏力由曲柄、链轮传递到飞轮和后轮上，带动自行车前进。
链轮：用高强度钢材制成，保证其达到需要的拉力。
外胎
分软边胎和硬边胎两种。软边胎断面较宽，能全部裹住内胎，着地面积比较大，能适宜多种道路行驶。硬边胎自重轻，着地面积小适宜在平坦的道路上行驶，具有阻力小，行驶轻快等优点。
外胎上的花纹是为了增加与地面的摩擦力。山地自行车的外胎宽度特别宽，花纹较深也是适应越野山地用。
脚蹬部件
脚蹬部件装配在中轴部件的左右曲柄上，是一个将平动力转化为转动力的装置，自行车骑行时，脚踏力首先传递给脚蹬部件，，然后由脚蹬轴转动曲柄，中轴，链条飞轮，使后轮转动，从而使自行车前进。因此脚蹬部件的结构和规格是否合适，将直接影响骑车人的放脚位置是否合适，自行车的驱动能否顺利进行。
脚踏：可分为整体式脚踏和组合式脚踏。无论什么款式的脚踏都必须有脚踏面，必须安全可靠，具有一定的防滑性能，可以选用橡胶、塑料或金属材料制造。脚踏必须转动灵活。
前叉部件
前叉部件在自行车结构中处于前方部位，它的上端与车把部件相连，车架部件与前管配合，下端与前轴部件配合，组成自行车的导向系统。
转动车把和前叉，可以使前轮改变方向，起到了自行车的导向作用。此外，还可以起到控制自行车行驶的作用。
前叉部件的受力情况属悬臂梁性质，故前叉部件必须具有足够的强度等性质。
飞轮
飞轮以内螺纹旋拧固定在后轴的右端，与链轮保持同一平面，并通过链条与链轮相连接，构成自行车的驱动系统。从结构上可分为单级飞轮和多级飞轮两大类。
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。
其单级飞轮工作原理：当向前踏动脚踏时，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。
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。
使用
一、从踏频分析山地车变速器的正确使用
教你如何合理的使用山地车变速器，不过在这不得不说的一个名词就是踏频，踏频的意思是用脚蹬脚踏的频率。踏频是以一分钟为计量单位的，踏频为90的意思就是一分钟蹬脚踏转90圈。有专门的踏频计，跟码表的工作原理是一样的，可以计算你蹬车子的踏频。但是一般骑友不会装备踏频计的，没有码表使用率高。随后可以给大家附上踏频表，可以根据码表的时速来合理的使用变速器的档位。
变速器的使用方法是先使用低档，以24速变速器为例，如果前拨使用2档，后拨使用的是4档，在此缩写为2-4档。一般情况下，变速器是不使用后拨的7档和8档的，齿轮太小，影响链条寿命。并且变速器最好不要挂1-8档的，1-8档牙盘是最小齿轮，飞轮是最小齿轮，链条不是直的，是斜的，这样对链条不好，会加速影响你链条的寿命，对变速器也不好。同理，3-1档也不行，因为链条也是斜的。二长时间不骑行，停放车子的话，可以换成1-8档，这样前后都是最小的齿轮，能使你的后拨弹簧放松，延长你的后拨寿命，但是1-8不是骑行用的档位，骑行之前，也就是人上车子之前，最好先换成2-4档。如果使用24速变速器，建议按速度快慢从低速往上顺序挂档组合是1-1档，1-2档，1-3档,1-4档,2-2档,2-3档,2-4档，2-5档，2-6档，3-5档，3-6档，3-7档，3-8档。正常情况下，2-4档，2-5档和2-6档能应付绝大多数路况，不发力的话速度范围在每小时15公里到每小时22公里之间。
起步最好是2-4档，和汽车停车再起步时候要用1档一样的道理，2-4档起步最省力，提速相对也快。如果极短时间停车或者等红灯，车速高时，在车子减速过程中不断降档至2-4档，起步时候就可以用2-4档起步了。骑行中，如果你觉得蹬车子很轻，并且腿转的很快，你的踏频超过90的话，就换成2-5档，同理，继续把踏频踩到90，如果还感觉很轻，踏频还是很轻松超过90的话，再换成2-6档。如果你用2-6档踩车子觉得腿很累，蹬不动，体力不足以维持90的踏频，那就降一档，如果还觉得踏频维持不了90就再降档。这就是最简单的变速方法。可以通过转算，还是以24速变速器为例，踏频为90使用2-5档，速度约在每小时19.5公里左右，适合大家平时的骑行，这个档位和速度比较适合休闲骑。如果想提速，可以把踏频踩到100左右，速度就到23了，这个时候换成2-6档，可以继续用90的踏频去蹬车，因为维持90的踏频使用2-6档速度刚好是23左右。记住，想提速，得靠蹬车子的踏频，也就是腿转的圈数，而不是使用高档，高档只会减慢你的提速。平时骑车的时候也是一样的，原来使用的2-4档，跑每小时16.5公里的速度，踏频刚好是90，加速的话不要换挡，直接加快蹬车子的速度，速度到每小时19.5公里的时候，换成2-5档，这时候你只用2-5的档位维持19.5的速度就可以了，因为这时候踏频刚好是90。如果还想提速，那还是不换挡，直接加快蹬车子的转速，把速度提到23然后再换挡，换2-6档就可以了。依次类推，想加速就直接蹬车子，基本上时速每增加4公里左右换一次档。当然，如果你发现蹬车子累了，维持不了90的踏频，那就就降档，以维持90的踏频。
上下坡之前要有判断的提前换挡。换挡也是有技巧的，换挡时候蹬车子的力量要适当减小，不要发力，腿随着脚踏转动，拨指拨换挡即可。这样换挡对变速器和链条的损害小。如果你是上坡路段，踏频还特别低，那时候换挡你会发现链条发出的咔嚓声，听那咔嚓声你就知道益害了。路况允许的情况下，并且能保证安全，可也先加速，靠惯性上坡，提速时候用超过110的踏频，爬坡时候也尽量维持100以上的踏频，可以快速的爬坡，如果真爬不上去，需要换挡，那就先换挡，再减小蹬车子的力度，这两项几乎是同时进行的。如果你能在爬陡坡的时候还能换挡，并且你的变速器不发出咔嚓声，就说明你运用变速器很熟练了。如果上陡坡踏频很低，硬发力换挡的话，链条有断裂的危险。
再次重申，想跑的快还省劲的话，使用高踏频是最合理的方式。如果不想你的膝盖生病，以后就不要再用3-8档骑车了，3-8是给每小时能骑到50公里速度的人用的。
下面附表一张，有80的踏频，有110的踏频，对应的有使用这两个踏频，对应的档位和时速。维持80的踏频是给新手初学用的，长时间使用110的踏频是给竞赛和专业车手用的。举例，新手可以用2-5档骑行每小时17.7公里的速度，比较轻松，很休闲，想快点可以换2-6档，用80的踏频骑行每小时21.2公里的速度，这个速度是市区骑行经常用的速度。再想快了就用3-5的档位，80踏频可以骑23.2公里的速度。高手可以参考110踏频对应的速度。新手可以先用2-5维持18公里的时速来体验及锻炼自己的踏频感觉。
以24速变速器为例，档位3-8，踏频80的话时速是38公里，踏频为110的话时速为52公里。以下是24速变速器对应的踏频表，80踏频适合新手初学，110踏频适合老鸟和专业骑友。
档位 80踏频 110踏频
3-8 时速38公里 时速52公里
3-7 32.1 44
3-6 28 38
3-5 23.2 32
2-6 21.2 28
2-5 17.7 24
2-4 15.2 21
2-3 13.3 17.5
1-4 11 14
1-3 9.1 12
1-2 8 10
1-1 7 8
二、从路面路面情况分类，分析变速器的正确使用
1、公路(直行，障碍物少，能见度高)这里是公路车的天堂，但并不是山地车的地狱，一般采用前2后4的档位来加速，然后逐步前2后5-6，这时候换成前3后5，换档的时机根据目测路面的略微坡度来决定；
2、坡道(上坡和下坡)这里有个技术关键要讲一下，就是不要到坡道上换档，一定要在进入坡道之前换好档，尤其是上坡，不然中途换档可能会因为变速器的换档过程还未完成而失去动力，那样就会很麻烦了，上坡理论上采用前面最小，也就是1档，后面最大，也是1档的原理来换档，但实际的后飞轮档位可根据实际坡度来决定，推荐前1后3的档位，下坡理论上采用前面最大，也就是3档，后面最小，7档的原理来换档，但也需要根据实际坡度和长度来决定，推荐前3后5，由于坡度大小而造成的重力加速度，其实基本上我用滑行通过；
3、复杂路面(障碍物多，弯道多，路面状况差，能见度低)最大的特点就是没办法匀速行径，走走停停，所以我们应该选择一个比较折中的档位行径，推荐前2后4，既方便加速，骑起来又很轻松。
在城市里骑山地车，很少能发挥出山地车的全部性能，山地车追求的毕竟不是速度，而是在各种复杂和恶劣的路面情况下可以安全的通过，这才是最大的乐趣。
三、变速时手指与脚的技巧
变速时，为了减少对传动系统的磨损，以及提高顺滑度，通常脚下先猛踩几下，然后双腿只是跟着车轮转而不施力，此时手指按下变速拨杆或者转动变速把手。当然在爬坡坡度很大时，你会发现这招是行不通的。若你的变速器比较高档，那么直接动手就好了，同样可以十分顺利的的进行变速，毕竟是钢铁的东西，偶尔一下的暴力使用不会有什么问题的。若你的变速器比较低端，那么你不妨停下车来休息一下，把后轮悬空变好速了再上车，否则你可能会发现在你手部动作完成后，链条嘎嗒响了半天变速也没有完成。
个人有个方法，在爬坡坡度不是很大的时候中途需要变速，可以横向骑行两三米，这个过程中，车相当是平路行进，在期间迅速变速，因为载荷不大不会听到咔咔的声音，但是这个只能用于路上车辆很少的情况，而且之前要观察是否有车辆，不然你横在路中间变速突然杀过来一辆车，双方都躲闪不及。
搜集整理的，其中也有相互矛盾的地方，比如合理档位选择，前中盘后对应飞轮档位就说法不一。（个人认为2—3456比较合理和常用）。这里需要说明的一点是，虽然绝大部分变速都是喜马诺的但每个车的变速的调节都不一样，所以自己的车适合哪些档自己留心观察，不必硬套别人的说法，在不违背大的前提下。自己注意观察，因为变速比较难调整的每个档都很精准，常用的几个调整好就是了。