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[教程] 关于自行车刹车线的原理

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  • 郁闷
    2017-6-5 15:48
  • 发表在  2017-6-9 13:06:42  | 显示全部楼层 | 阅读模式
    今天早上等班车时无聊中观察路边一辆共享单车,突然发现有个问题,自行车的刹车线从外观看是松软的,而常理来说用力拉扯的线应该是绷直的,难道这简单的刹车线里面还蕴含着什么不简单的原理和结构吗?

    关于自行车刹车线的原理

    关于自行车刹车线的原理

    刹车线工作原理
            以图1中这辆GIANT的前刹为例,从直观上解释一下刹车线的原理,欢迎其他知友作专业的受力分析。
            显然,要是能让刹车的两片刹车片与车轮的钢圈紧紧贴在一起,就能起到刹车效果了。当我们握刹车把时,带动刹车线往刹车把方向运动(如图1),刹车的左半部就被刹车线拉着向钢圈运动,这很直观,无需多说。费解的是,刹车右半部是怎么被推向钢圈的呢?
           要搞懂这个问题,首先得弄清刹车线/管的结构。刹车线的两头分别固定在刹车把和图1中的刹车线绑定点,线管包裹着刹车线,可沿刹车线自由滑动。线管有两层,里层为钢制,外层是橡胶。刹车线与线管均可有限度地弯曲(不能像毛线那样任意弯),但长度固定(忽略微小的改变量),既不能被拉长也不能被压短。线管的下端连接着一个钢制的L型管(如图1),这个管是不可以弯曲的。
            当握刹车把时,刹车线往刹车把方向运动,因为刹车线的下端是被固定死了的,所以刹车线有被拉直的趋势,套在它外面的线管自然也要往直的趋势发展,于是线管开始伸展(注意,不是拉长),而由于线管的上端最终会被刹车把的某个部位抵住,所以只好让下端向刹车线绑定点方向伸展,这就推动了L型管,L型管又推动了刹车左半部向钢圈靠拢。
            或者直接从刹车线的长度考虑线管的运动。将刹车线分成3部分:刹车线上端与线管上端之间的部分,线管上端与线管下端的部分,线管下端与刹车线下端的部分,设其长度分别为L1,L2,L3,总长度为L,则L=L1+L2+L3,当握刹车把时,L1变大,L2不变(因为这其实是线管的长度),而L又不变(因为这是刹车线的长度),所以只好让L3变小了(亦即线管下端向图1中刹车线绑定点方向运动)。

    先做下力的分析,在刹车时,线/管都是沿着线的切线方向受力,不同的是线是受到拉伸的力,管是受到挤压的力
    虽然刹车线和管看上去是柔软的,但是管子在纵向上是刚性的不可压缩变形的(拨开看里面是钢铁制的,壁是很厚的,换成橡皮管就没用了),而自行车上一米钢丝在拉伸时变形的长度和刹车手柄的移动距离相比,是可以忽略的,所以也能近似认为是刚性的,
    因此如图,左侧的线和管之间的位移可以无损耗的百分之百的传递到右侧,
    其过程不会因为管/线的弯曲程度或者运动状态导致任何的损失
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