山地车如何运作

swann · 发表于 2007-11-12 23:41:50

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看到一篇古老的扫盲文章甚好转来发挥下余热普及一下基础知识...

注：本文写于2001，山地车产业的发展的确很快，其中的很多细节技术已经完全改变，但大部分基础设计仍然没有多少改变。请读者注意的是，本文对前叉的描述已经和现在的实际情况了有很大的出入，读者大可绕过。为尊重本文作者，我还是将这部分翻译发布了出来。

如果你在最近几年关注着山地车越野的话，你肯定看到许许多多样子极酷的山地车。如果你已经阅读了《自行车如何运作》这篇文章的话。你已经知道了山地车的基本知识。那么在这篇文章中我们将来看看今天的山地车中的一些新玩意儿。他们是：
1.更多的档位（齿轮比）——有些山地车拥有27个档位
2.先进的扣链技术使换档更容易
3.换档拨杆能轻松将链条换上或换下齿轮
4.前后避震的引入
5.车架的设计与材料
6.刹车，液压刹车

Gears
齿轮组（档位）
山地自行车一直在增加齿轮组（档位）。今天许多的山地车都拥有了27级的齿轮比。即前端3种不同尺寸的齿轮和后面9种不同尺寸的齿轮所组合的齿轮比。
在拥有如此多的齿轮比的背后是，骑手无论在何种倾斜角度上都保持同一踩踏频率。你可以想像一下，只有一个档位的自行车。使用这一个档位，你踩踏一周，同时后轮转动一周（1：1齿轮比）
如果后轮的为26英寸，直径为66厘米，那么1：1的档位下，踩踏一周能使轮子在地面上前进26*3.14=81.6英寸（207厘米）。如果你以50RPM的踩踏频率，那自行车能够每分钟行进81.6*50=4080英寸（103米）。那才3.8英里/小时，6.2公里/小时，即我们所说的步行的速度。如果是爬陡峭的山坡，当然是很好的选择，但是下山就是很糟糕的齿轮比了。
为了跑的更快，你需要不同的齿轮比（档位）。例如，在下山时，以50RPM的频率，达到25英里/小时（40公里/小时），你需要6.5:1的齿轮比。一个有许多齿轮比的自行车，拥有从1：1到6.5：1的齿轮比，你可以始终以50RPM（或者你觉得舒服的频率）的频率，获得更大范围的速度需要。
The Derailleurs
变速器（前、后拨链器，前、后拨）
变速器是引导链条到不同的齿轮上，从而获得不同的齿轮比的装置。一辆车上有2个变速器，一个位于前面——前变速器（又称前拨链器，前拨），一个位置后轮——后变速器（又称后拨链器，后拨）。最大的齿轮比（自行车能跑到最快速度）是将链条定位在牙盘最大齿轮上，后面使用最小的齿轮。最小的齿轮比（自行车能跑到的最慢速度，容易爬山，但很慢）是将链条定位于牙盘的最小齿轮上，后面使用最大齿轮。
Rear Derailleur
后变速器（后拨链器，后拨）
后变速器有2个主要功能：收紧链条，换档

后变速器能自动调整自己的位置，使链条在任何齿轮上保持收紧。如果链条扣在前后齿轮组的最大齿轮上，后变速器就会完全甭紧；如果链条扣在前后齿轮组的最小齿轮上，后变速器会完全收缩，以收紧链条。



后变速器将底部的链条从一边引导到另一边。当你骑车的时候，上部的链条处于紧拉状态，因为你的腿踩动踏板将链条拉紧。这是链条将力量从一个齿轮传递到另一个齿轮。而底部的链条由于后变速器的作用，则保持轻度的收紧。一旦底部链条没有受到那么大的拉力，你无须费力蹬踏，后变速器就可以将链条从一个齿轮上转移到另一个齿轮上。



扣链技术改进了自行车在受力时换档的能力。图中的齿片是9级飞轮中的一片。其中的一些齿要比其他短小、宽大，这些是用来抓住链条，并将链条拉上齿轮的。齿上还有斜面，他们是特别开槽出来帮助齿轮拉上链条而设计的。

前变速器将链条在3个齿轮之间拨动。与后变速器不同，前变速器拨动的是链条的上面的部分，当你蹬踏自行车时，链条是处于紧拉状态的。这就是说，当你需要转换前齿轮时，你必须放松链条，减轻踩踏的力度。



某些前齿轮也拥有了相当聪明的设计，来应付受力时的换档。下面图中的这个齿轮是牙盘中间的一片。注意那些从另一边突出来的椿，他们抓住链条，并将链条拉上齿轮。和后齿轮一样，这片前齿轮的齿上同样拥有斜面，来帮助挂上链条。

我们来看看，这些齿轮组是如何被使用的。
使用齿轮组
Gears
在典型的27速山地自行车中，大概有6个齿轮比非常的相似，你可能从来都没有注意到他们的不同，那为什么还会允许有这么多的档位呢？
在实际使用中，骑手在骑行时倾向于使用前齿轮来对付斜坡并保持这样的节奏。前齿轮在链条受力的情况下很难被引导到另一个齿轮上。但是链条在后齿轮上却能够轻易的被引导到位。如果一个骑手爬山，他很可能会使用最小的前齿轮，来对应后面的9个齿轮，而不需要降低踩踏的力量。所以，后轮设计更多的齿轮是很有原因的。

Shaft
拨杆
今天的山地车换档器（变速拨杆）的设计是为了保持固定踩踏频率。这意味着，多数情况下，你换档的目的是为了增加或者减少你的频率，并且前后的变速器可以同时运作。

剪刀式变速拨杆

每个换档拨杆调整着钢线的长度，从而决定变速器的位置。前后变速器都拥有强力的弹簧使他们回到一边。换档拨杆拉动方向与变速器弹簧相反，它使变速器被拉动到一边，或者让弹簧将钢线拉回，使变速器到另一边。
现在我们来看看山地自行车的避震系统。
Suspension
避震
许多山地车都拥有了前后避震系统。避震系统可以使轮子上下移动，从而吸收颠簸，使轮胎保持与地面的接触，提供更好的抓地力。它同样帮助骑手和自行车吸收飞跃落地时的大冲击。

一辆速降山地车

前后避震都有2个重要的构件：减震介质和阻尼。有时候这些部件会被共同称为避震器。
Spring
减震介质（弹簧）
弹簧能使避震在遇到颠簸时收缩，在越过颠簸后弹出。
弹簧可能是钢的圈状弹簧，和许多我们熟知的弹簧一样。或者一个装满压力气体的气缸。无论什么情况，弹簧压缩的越多，需要的力量就越大，这也是我们在山地车避震上想要的。你可不想在飞跃落地的时候，弹簧触底吧。
Damper
阻尼
如果避震只是装配了一个弹簧,那么在每次减震时就会来回弹跳好几次。当弹簧被颠簸压缩时，避震系统需要一个办法，来消散聚集在弹簧内的能量。阻尼装置便能解决这个问题，使避震不会弹跳的失去控制。
大部分普通的阻尼是注满油的。这种阻尼被使用在汽车上，同时也使用在自行车避震上。当避震被压缩时，一个内部活塞迫使油从小孔流过，这称为孔口。迫使油从孔口流过的时候需要花费能量，这些能量被转化成了油的热能。很酷的是，注油阻尼消散越多的能量，就会为运作提供更高的阻力，避震在压缩时则会更快。
当避震压缩更快后，更大容量的液体从孔口流过，更多的能量被消散。增加的流量做到了2件事：增强了避震的刚性，并消散了更多的能量。（现在的前叉已不再是如此的结构了。）
设计一个好的避震，其实是在寻求弹簧弹性系数和阻尼之间的平衡。为这个原因许多避震都能调整弹性系数和阻尼。一些气压弹簧则通过调整气压达到目的。
现在我们来看看阻尼如何参与山地车避震运作的。
Front Suspension
前避震（前叉）
好的前避震就是减震前叉，他的运作方式和摩托车前叉的运作方式类似。

前叉的底部控制着前轮，上部与车架相连接。当前叉收缩向上，弹簧压缩并且活塞迫使油流过孔口。
Rear Suspension
后避震
后避震的设计就和成车制造商一样多。他们许多也和图中的类似，有的甚至使用更大的弹簧。他们大多使用不同的车架设计和连杆设计来区别彼此。

后避震通常需要更大的弹簧，因为连杆系统在弹簧系统的帮助下使后轮具备了更好的机械特性。后轮移动3英寸（7.62厘米），避震压缩1英寸（2.54厘米）。这就是说避震上的压力是轮胎压力的3倍。对前叉来说，有2个避震器，各自分担一半来自轮胎的力量。

车架设计离不开对避震系统的考虑，他们是共同影响发展的。
Frames
车架
前后避震使骑手对车有了更大范围的使用，有时甚至是滥用。他们在碎石间，林间和小峡谷间高速狂飙。
越来越多的滥用和后避震系统的引入，使山地车车架开始承受更多的压力。车架简单说来是由钢或者铝管焊接而成，但他们很快被更复杂的结构所代替。

圆形管不是山地车车架上最有效的管型。一个圆形管在两边和上下所受到的弯曲力量是同样的。但在车架上，上下方向所受的弯曲力量比左右高的多。房屋的矩形横梁和托梁用来支持上下方向的重量，没有多少弯曲。但如何你将他们平放，他们则不能承受任何重量。
如果车架上使用更多的矩形，高度大于宽度，那么你就能获得上下方向的强度，牺牲了左右方向的强度，不过需要的也不多。
制作这些复杂形状的管型需要些很高级的材料成型技术。一些部件是金属液压成型的。这是一个将金属管和金属片放在模具里，通过水的压力迫使金属变化成模具的形状。这样的技术可以做出复杂的金属形状。
一些自行车车架是由碳纤维构成。这是一种由多张碳纤维布与环氧基树脂在发泡模具上结合而成的材料。它非常的轻，结构强度高，并可以做成任何形状。
这些非圆形截面的车架结构使后避震设计成为可能。例如摩托车式避震系统，在车架中就没有没有垂直管。

图中的避震就很难安装普通的刹车。原因是这些车已经使用了碟刹，下面将提到。
Brakes
刹车
山地自行车中的刹车已经改进了许多年。最经典的悬臂刹已经在十分普遍了。

一根钢线从车把的刹车杆将两刹臂拉到一起。挤压使刹车块与车圈相摩擦。
一些车，特别是有避震系统的，使用碟刹。它的运作方式和汽车碟刹类似。

刹车杆利用液压传递力量，把手的力量传递到刹车块上。刹车杆挤压一个小活塞，在油路管线中产生压力。在另一端，一个大的活塞挤压刹车块接触碟片。活塞越大，轮上受到的刹车力量越大。
刹车杆拥有一个小装置，它和汽车上的主油缸类似。当刹车块磨损，或者油膨胀、收缩时，它能保证储油槽中有足够的油，提供给刹车系统。

Source: http://travel.howstuffworks.com/mountain-bike.htm
Author: Karim Nice
Translated by:gem4bike

本文地址：  http://www.gem4bike.com/article_view.asp?id=12

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