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躺车(HPV & Recumbent)DIY攻略

热度2117票 时间:2013年4月23日 13:22
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躺车的基础理论

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速比拓松汽车户外网 -8|-A0~Pc-leo

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速比是自行车最重要的性能指标,速度和推力都由它决定。但许多人并不熟悉这个术语,不知道它和传动比的关系。

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#AO E%LZ/t!F0自行车能骑多快,先得看你能蹬多快,其次看蹬一圈轮子能转几圈(这由传动比决定),更要看轮子转一圈能走多远,就是轮子多大。忽略了这后一点,只讲传动比是没有用的——700的公路车和14寸的小折叠用一样的传动比,有可比性吗?

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a5]ir)yB5H0最初的自行车脚蹬直接连在轮轴上,速度完全由轮子的尺寸决定,轮子也越做越大。19世纪八十年代后,自行车开始使用链传动,蹬一圈轮子不止转一圈,速度就不再仅仅取决于轮子的尺寸,而且和传动比有关;就是说速度取决于轮子尺寸和传动比的乘积——速比。可以这样看:因为通过链传动,轮子转得比脚蹬快,相当于轮子扩大了;速比就是这个等效的虚拟大轮子的直径,所以速比的单位是英寸,而传动比仅仅是个比例,是没有单位的。拓松汽车户外网 -c*vfa[*an-K

F ['iR |4Tr3}1N6}0*齿轮系的传动比有时也叫速比

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K^*?.u&qQs(w01传动比和齿比

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gVm$\ x0曲柄和驱动轮转速之比用传动比n表示。单纯的链传动,传动比等于链轮和飞轮的齿数比;因为公路车(或山地车)用相同的轮子,只用传动比也可以进行比较,所以用齿(数)比尚无不可;但齿数比仅仅是决定传动比的一个因素,对于内变速就不适用了:一个齿比可以有3个以上的传动比;再说内变速采用行星齿轮系统,齿数比和传动比不同,况且同一组齿轮在不同工作条件下传动比也不一样。而且多级传动、内变速和那些不用带齿元件的传动方式(在注重创新的躺车上遇到非常规传动方式的可能性很大),更不能用齿比代替传动比。拓松汽车户外网 -hi A Ta"b1a*v

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传动比n表示曲柄转一周驱动轮转几周,相当于把驱动轮扩大了几倍;把传动比乘以驱动轮直径就得到这个等效大轮子的直径,叫做自行车的速比。只用一级链传动时可以简单地用齿比乘以驱动轮直径。拓松汽车户外网 -$RDa9H@

MJ&M.Yx02速比和导程

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驱动轮的大小(速比)并不能直接反映走过的路程,而且用英寸也不方便;为了表示曲柄每踏一周前进的路程,只要把速比简单地乘以π,这就叫导程C(也叫速比行程)。因为英寸不方便,可以再乘以2.54(1inch=2.54cm):3.14*2.54=7.9756(cm)即每英寸速比约为8厘米导程。拓松汽车户外网 -6u `Kw c)RQ9{:BB

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   例:拓松汽车户外网 -B&?OWb z'N
链轮齿数Z1:48  飞轮齿数Z2:16  驱动轮直径d:26拓松汽车户外网 -ts8F P;l }
∴传动比n=Z1/Z2=48/16=3
%u&|p {.XT0  速比D=n*d=3*26=78(英寸)
oXn uh6Z c,Rce @oL0  导程C=78*8cm=624cm,即每踏一周前进6米24
6sdfib,^tH0知道了速比和导程,就很容易根据踏频求速度:拓松汽车户外网 -V ~}/F,Dy
同上例,踏频:72/分拓松汽车户外网 -3dh5r/JXZ3u
   速度V=踏频*导程*60=72*6.24*60=26956.8≈27公里/小时 拓松汽车户外网 -WSN/u^ Y'G
或V=4.785*踏频*速比

#dd dCIhy0 拓松汽车户外网 -1iE%r\Eo2d3t"_

速比决定了蹬踏的速度和力量。速比过小,踏频就太高,出不上力;反之,速比过大就会很沉,蹬不动。拓松汽车户外网 -w0BBZu2?C:{

*al;DK!H ]cp.i$G!``0保持不疲劳的长途骑行,肌肉的负担约为最大肌力的1O%左右,以此为目标选择速比和踏频比较合理。拓松汽车户外网 -i0kJIPZ

!R7J+f9vC)Bj-C0用途男   用女   用
ai#aGay$\0日常应用   68-7864-72拓松汽车户外网 -'Q:F+??6y ERP
山地应用   48-6044-56
,i@E?!M0公路竞速   78-8872-78

A R8|3U {V0 拓松汽车户外网 -/Y,G-V-_r!vX

一般单速的民用车(26车和20的折叠)速比约68,6速和7速山地车约22—82,公路车30—108,已经足够;事实上部分档位基本上是用不到的。拓松汽车户外网 -5h'}GWqz

XT3V:TlI ID03阻力拓松汽车户外网 -1L4I nHg?{2^e

N.o(A Q6p hi n0`P$o7{0躺车要靠蹬踏产生推力来克服行驶阻力。拓松汽车户外网 - ^G0x5Xb#X U

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行驶阻力包括滚动阻力、机械阻力和空气阻力。拓松汽车户外网 -1g p4K@&Z$a7i,|gn

#~ c _;x!qaaEf0滚动阻力:

H1W \7MZz T0 拓松汽车户外网 -*yT;VB3\ n[*F

车轮和路面的变形是滚动阻力的主要成因。变形不但取决于整车重量,路面软、胎压低、轮径小、车胎厚、断面尺寸大等都会加大滚动阻力,花纹也有关系。影响滚动阻力的另一个因素是车架精度,各车轮不平行会增加滚动阻力和车轮的磨损。

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滚动阻力可以用滚动阻力系数表示,就是滚动阻力和整车重量之比,在水泥和沥青路面约0.01~0.015。拓松汽车户外网 -\ nOm1it

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机械阻力:拓松汽车户外网 -TU6r;DW/L R

;g a3c J}bw[F1} VE0主要是传动系统的机械损失和结构变形消耗的能量。拓松汽车户外网 -1M:_-o+Cspj

拓松汽车户外网 -~y4o5q4}z

机械损失由各转动部件的摩擦和传动效率决定。链传动的效率很高,调整正确、润滑良好时转动部件的摩擦也很小,这些阻力合起来还不到滚动阻力和空气阻力的1%。但调校润滑不良引起的损耗就相当可观了。

D$s^$^9x+U}+c$_w0

BRxX8V-fMc0结构变形消耗的能量也不大,只占机械阻力的1/10左右;而过软的靠背引起的蹬力损失值得注意,不宜过分追求舒适性而导致刚性不足。
b@Hf,F4c Eg%X0 拓松汽车户外网 -5UD/n6w;V$C~(o0q
空气阻力:拓松汽车户外网 -k4i\:le_
机械阻力和滚动阻力与速度关系都不大,而空气阻力和速度的平方成正比,随速度的增加急剧上升,可以占全部阻力的70~95%以上,是影响速度的关键。
g{ID d\-K\6N0在同样速度下,空气阻力和运动物体的面积、形状、空气密度成正比。我们通常骑行的海拔变化不大于1千米,可以认为空气密度相等,因此降低空气阻力的方法一是减小迎风面积,二是改变形状,即整流。

8EJ(g2ub:X+}/k0

*Z$~?!Pw M1W0一项英国风洞测试结果如下(功率250W):拓松汽车户外网 -;JRj+B1C8V
类型 时速
D2|'?F2?0普通自行车:29
RJ jN)yh Fk0躺车(高躺):  38.5拓松汽车户外网 -,wvET tI Q"f
躺车(低躺):  41
iu;UC']g!f\0躺车带流线型尾部:  45  
3\ W0C6O|@!a1xV0躺车流线型全壳:51  拓松汽车户外网 -(`R!fQ x;Hb
要注意这是相对于空气的速度,而码表是相对地面的速度,其中包括了风的影响。上面的速度大约相当于4~5级(23~31公里/小时)到7级(50公里/小时)风速。

3YM0o I$U'~"|i0 拓松汽车户外网 -[T1Ej!G"N2i?^8R

4推力拓松汽车户外网 -y(i0q%Be

拓松汽车户外网 -9M#m{} KQKG

躺车的推力来自蹬踏,当推力等于阻力,躺车就能保持速度。作用在脚蹬上的力经过链轮-链条-飞轮-驱动轮,驱动躺车前进。
vblk.@X.`0推力产生在轮胎和地面接触处,是以扭矩形式出现的,而蹬踏也表现为扭矩,所以蹬踏力P和推力p的关系就和曲柄长、驱动轮直径及传动比有关,也就是和速比有关。
S4z'U5Z)b:l4Gf0前面讲过,速比D就是等效的虚拟大轮子的直径。曲柄比轮子小,所以推力p比蹬踏力P小:推力p和蹬踏力P的比等于曲柄和速比D之比。一般曲柄长17cm左右,约合7英寸,因为曲柄长是蹬踏圆周的半径,应该对应驱动轮半径而非直径,所以
t2oJxs(z$E'y4C.F-{ f0 p=7P/2D
/[|/f(OH|0RR0例如蹬踏力p=25公斤,速比=78,则推力p=7*25/2*78≈4.47公斤。设滚动阻力1公斤,根据前述高躺风洞测试结果,可算得时速约30公里。
Ro4c }'d|S+Ex R0除了这些阻力,上坡还要克服重力的水平分力,这也需要推力;例如爬7°(12%)的坡,要增加12%的推力,总重100公斤的车就是12公斤,如果仍用78的速比,不难算出蹬踏力要78*12/7≈134公斤!如果速比为22,需要的蹬踏力是22*12/7≈38公斤。拓松汽车户外网 -7} z Tdy k9r4Qh G;z
上述例子说明根据需要来选择速比的必要性和方法。
y@:fqU,O u"t'gr*L0关于坡度这里要多说两句:一般没有受过专业训练的人容易高估角度,而且误差很大。
e#N}L#j0在实用中坡度一般以百分比而不是用角度表示,即每前进100米上升的高度,是角度的正切值。公路标牌上标的就是百分比坡度,如前面12%的坡,角度是7°;坡度30%的坡约17°,而角度30°就是58%的坡度了。
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