06.13 聊一聊共享单车中应用的的机械知识以及设计和原理

今天聊点轻松的,共享单车作为新中国的“四大发明”,确实在一定程度上缓解了城市交通拥堵的压力。不得不为共享单车点赞。

据《2017年共享单车与城市发展白皮书》统计数据,智能共享单车的崛起,让小汽车短途出行减少了55%;70%“黑摩的”司机选择转行;节约了大量城市小汽车停车面积,相当于60万套学区房;过去一年中,智能共享单车全国骑行总距离超过25亿公里,相当于往返月球3300次;累计节约4.6亿升汽油;减少碳排放54万吨;减少45亿微克PM2.5物质排放……

首先OFO,作为共享单车的原创者和领骑者,号称现已在全球连接了超过800万辆共享单车,日订单超2500万,为全球8个国家超170座城市上亿用户提供了超30亿次出行服务。数据真伪我们不去探究,应该不虚,我们只是从我们专业角度来闲聊一下。

聊一聊共享单车中应用的的机械知识以及设计和原理

传动系统原理是:链传动;锁为机械锁

链传动自行车的优缺点

在各种传动方式中,大家最为熟悉的,也是目前运用最为广泛的理当属于链传动自行车了。链传动以其准确的传动比,较高的传动效率,低廉的制造成本称霸自行车传动系统已多年,但同样它也存在着自身的一些缺点。

由于链传动系统本身的结构原理,链传动在工作是也存在着一些缺点,比如运转时会产生附加的动载荷,传动平稳性较差,会产生振动、冲击现象,能承受的扭矩小,所以易磨损、易伸长,因此链传动的自行车在行驶的过程中易产生链条脱落、链条断裂以及行驶噪音大等现象。由于自行车链条的生产成本低,技术含量低,生产门槛也低,所以市面上销售的链条质量参差不齐,相信众多骑友在骑行的过程中都有过链条断裂和脱落的经历。

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抱刹系统,实心轮胎

抱刹(V刹)系统:

是自行车上的一种非常常见的刹车制动装置,由两块刹车皮对车圈互夹产生摩擦力,从而 达到制动的效果。因其形状酷似“V”字,所以称为V刹。V刹广泛用于各种自行车和电动车。它的成本低低便于维修,但是雨天、泥地或涉水路面易打滑。

结构简单,维护方便,重量轻。

刹车作用力不易传导,长时间刹车易烧焦刹车块致使刹车失灵。

V刹最好只用于低强度的骑行当中,如城市休闲骑,或者公路路面赛,以保证足够的刹车性能、减轻车子重量、提高骑行乐趣。但是在复杂的道路上,比如山地、湿地等,V刹的弱点就暴露无遗了。长时间的使用刹车,造成刹车块焦糊因其刹车失灵;雨天泥地中因车圈沾有泥沙和水造成刹车失灵,等等。

V刹是刹的轮边,碟刹是刹的轴心。刹车位点到轴心的距离也就是刹车的动力臂长度,我想上过初中,学过物理的人都知道动力臂越长,动力越大(杠杆原理)V刹的位点在轮边上。

在行驶时候,一个人以同样的力量去捏刹车,装V刹的车子要比装碟刹的车子刹车更灵敏,更容易停住。

但有时由于V刹制动力过大,新手骑车时容易轮子抱死、翘尾、后轮打滑等情况。其实那是对车子的操控不好造成的。

充气轮胎和实心轮胎

这个学过物理的都知道。

充气的充气轮胎,轻便,稳当,骑行感觉舒服,价格便宜。

实心的骑起来吃力,价格贵,不能修补

实心唯一的好处就是不会爆胎,这对于共享单车为什么有一些款采用实心的真正原因吧,没那么多人力去专门给自行车打气,充气轮胎容易被破坏。这样人工成本太划不来了,比起实心轮胎多出的成本贵多了。

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聊一聊共享单车中应用的的机械知识以及设计和原理

再来讲讲摩拜单车,后起之秀,得到腾讯系的投资和支持,发展迅速。

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鼓刹

鼓刹:

鼓刹采用机械传动,刹车阻力臂较碟刹小,价格低廉,刹车效果良好。

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碟刹系统

碟刹系统:

碟刹是通过夹器作用在固定在花鼓上的钢制盘片制动的;V刹是通过V刹夹器抱紧车圈来制动的。相对而言,车圈半径要比碟刹碟片半径大太多了,因此碟刹的制动力臂要小的多,因此理论上更加不容易抱死。

强度大,更能适应各种骑行环境

重量上不可避免的会重一点,结构复杂

安装碟刹之后,不可避免的就会比V刹重。但是牺牲重量的同时,你却得到了足够的刹车保障。碟刹对环境的要求几乎没有,唯一需要注意的就是对碟片的爱护。千万不能让你的碟片上沾有油污,同时也要保证你碟片的形状不能变形。

采用液压传动,刹车阻力臂较大,刹车效果良好,高档车选用,而且使用会越来越普遍。

碟刹通过卡钳夹紧固定于花鼓上的钢制盘片来进行制动的。与“V刹”相比,碟刹的制动力臂要小的多,因此理论上更加不容易“抱死”。对于运动自行车来说,刹车时能够迅速抱死是最基本的要求,但是不是越容易抱死越好,要看使用情形。

不过装上碟刹也不意味着万无一失。首先碟刹的制造成本比涨刹高出不少,生产者很可能为了节约成本采购劣质碟刹。劣质碟刹在下雨天很容易混进沙子、油泥等物质,从而影响制动效果。

碟刹是金属的盘片(一般是钢制的,高档的也有铝合金制的)和碟刹摩擦块儿之间摩擦来制动,这样的制动非常强劲,和汽车和高档摩托车类似,特点是不受雨水和恶劣路况天气的影响,因为碟刹摩擦块儿是金属烧结物,这样和钢片摩擦,即使是雨天,和有泥浆的情况下,工作情况依然良好,制动力下降虽然明显,但是要强于V刹的橡胶和铝合金车圈摩擦。还有因为碟刹盘片是钢制的,而且一般带孔,在持续下坡刹车过程中随着热量的增加的衰减也比V刹车要好些。

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传动系统为为:传动轴

传动轴自行车的优缺点

在自行车的传动系统中,还有一种传动模式是问世已经很久,但是在国内一直没有得到广泛推广的传动技术,那就是轴传动系统。轴传动自行车于上世纪八十年代就已问世,但由于制造成本较高,利润较低,很多自行车厂商并没有运用和推广,而是选择成本较低的链传动。

首先我们来分析一下周轴传动的原理。其实轴传动的原理也相当的简单,其传动轴的前面部分运用一对锥形齿轮将传动的力矩由横向转换为纵向,然后通过传动轴将力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。

轴传动自行车的传动结构虽然简单,而且其产品问世也有相当长的时间了,为什么国内市场上一直没能得到推广?其主要是因为传动轴加工要求精度高,成本高,而自行车的利润又较低,一般的自行车企业无法生产出质量可靠的传动轴,而成本与利润不成正比也导致了许多自行车厂商不愿意在传动轴的研发上下功夫。然而轴传动自行车以其超高的稳定性和免维护性在台湾和日本已有了相当高的普及率,日本的轴传动自行车普及率更是超过了50%。

基于轴传动自行车的原理与其所采用的材质,传动轴自行车能产生更高的传动效率,拥有更稳定的性能、更长的耐久性,能承受更大的扭矩。传动轴自行车在整个骑行过程中能让骑行者彻底避免掉链、断链的烦恼,不会有来自于链条的油污以及锈污,无需维护,骑行过程安静、干净、舒适。所以,将轴传动自行车比喻为用来享受的自行车一点都不为过。

缺点

以上提到了轴传动自行车的种种优点,下面再分析一下其缺点,任何东西有其长项也必有其短板。轴传动自行车的传动轴以及传动齿轮部分,为了能承受更大的扭矩和拥有更长的使用寿命,传动轴和传动锥齿轮一般需要采用高强度和高耐磨性的45#钢,并加以热处理进一步增加钢材的刚性,因此重量会比普通的链条和牙盘的结构更重一些。为了减轻传动轴的重量,其传动轴的外壳一般使用经热处理后的6061铝材。对于相同的车型而言,轴传动的车辆要比链条传动的车辆要重2KG左右,而这一点对于普通骑行而言不会造成很大的阻碍,毕竟传动系统的稳定性和耐用性才是最为重要的,有时候骑行途中的断链和掉链现象真的会让我们大煞风景。

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钪合金

钪合金

钪合金骑行中基本和铝合金架子没什么区别,钪合金最大的优势是强度比铝合金更大,所以可以抽管抽得更薄,让重量更轻的同时保证强度,重量基本可以接近碳纤维,但是价格很贵,一千多克的车架中使用的钪合金价格就过千。

钪合金是一种高性能合金,钪合金的高性能化有几种途径,其中微合金化强韧化是近20年来高性能铝合金研究的前沿领域。所谓微合金化强韧化通常是指将质量百分数小于0.5%的微量元素添加或者复合添加到钪合金中借以大幅度提高合金强度和韧性的一种技术。 钪作为一种过渡族元素以及稀土元素加到合金中,不仅能够显著细化铸态合金晶粒、提高再结晶温度从而提高钪合金的强度和韧性,而且能显著改善钪合金的可焊性、耐热性、抗蚀性、热稳定性和抗中子辐照损伤的作用。因此,钪合金被认为是新一代航天航空、舰船、兵器用高性能合金结构材料。

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防盗螺栓

防盗螺栓和螺母

一般防盗螺栓和螺母,主要应用在设立的铁塔、金属构架、高管护栏等。

一部分防盗螺栓,将外形加工成不规则的外径形状,必须使用配套的专用拆卸工具才能将其拆下。

防盗螺母的主要型号有:螺旋楔形防松防盗螺母、扭滑式防盗螺母,滚针式防盗螺母,滚珠式防盗螺母四大类。各类防盗螺母都有不同的特点和优势,想要得到最优选择,就必须先对各类防盗螺母有所了解。螺旋楔形防松防盗螺母分为一体式和分离式。一体式的螺旋楔形防松防盗螺母主要是外形为六角形的标准件。而分离式将螺母分成两部分,其主要外形为圆形。扭滑式防盗螺母和滚针式防盗螺母的主要外形都是六角形,其中扭滑式防盗螺母将螺母制成内、外两套,内套内表面制成螺,外套的外型采用国螺母的外形尺寸。当扭动螺母时,其内外套同时配合,无论是外力直接作用于外套还是与外套有一定力距,都可以利用扭滑式防盗螺母的内外套设计,达到防松防盗的目的。

顺时针旋紧螺母时,滚珠顺着弧型盲槽滚动,螺母塑料内衬套,将自动脱落。逆时针旋松螺母时,由于盲槽径向尺寸逐渐变小,滚珠被卡在螺纹内,无法旋松螺母,从而起到防盗作用。

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