Xe đạp

Xe đạp là một loại phương tiện đơn hoặc đôi chạy bằng sức người hoặc gắn thêm động cơ trợ lực,điều khiển bằng bàn đạp,có hai bánh xe được gắn vào khung,một bánh trước dùng để điều hướng và một bánh sau để dẫn động.
Xe đạp xuất hiện lần đầu vào thế kỷ XIX ở Châu Âu. Trong thời gian ngắn chỉ hơn 200 năm mà sang đầu thế kỷ 21 thị trường thế giới đã dung nạp và sử dụng hơn 1 tỷ chiếc xe đạp. Con số này vượt xa số lượng xe ô tô, cả về tổng số và số lượng kiểu xe.
Xe đạp là phương tiện giao thông chính ở nhiều nơi trên thế giới. Đồng thời xe đạp cũng là một môn thể thao và giải trí như môn đua xe đạp; đối với trẻ con xe đạp là một món đồ chơi trong khi người lớn dùng xe đạp như dụng cụ rèn luyện thân thể. Giới hữu chức cũng dùng xe đạp trong quân đội và cảnh sát. Vì tiện lợi nên xe đạp có mặt trong ngành dịch vụ chuyển phát nhanh.
Hình dạng và cấu hình cơ bản của một chiếc "xe đạp an toàn" điển hình đã thay đổi rất ít kể từ lần đầu được phát triển vào khoảng năm 1885. Tuy nhiên, nhiều chi tiết đã được cải thiện, đặc biệt là từ sự ra đời của vật liệu hiện đại và thiết kế dựa trên hỗ trợ của máy tính. Chính những điều này đã cho phép phổ biến các thiết kế chuyên dụng của nhiều loại xe đạp.
Phát minh ra xe đạp đã có một tác động to lớn đối với xã hội, cả về văn hóa và tiến bộ các phương pháp công nghiệp hiện đại. Một số bộ phận cấu tạo cũng đóng vai trò quan trọng cho phát triển của ô tô ban đầu được phát minh để sử dụng cho xe đạp, bao gồm vòng bi, lốp khí nén, bánh xích điều khiển bằng xích và nan hoa của bánh xe.
Lịch sử.
Trước đây người ta cho rằng xe đạp được sáng chế bởi bá tước Sivrac vào năm 1790, với cái tên Célérifère(célérité có nghĩa là nhanh). Nó là một cái máy bằng gỗ, không có bánh xe để lái; việc chuyển hướng đòi hỏi phải lắc mạnh phần trước của xe. Ngày nay các sử gia về kỹ thuật cho rằng không có chiếc xe nào tên làCélérifère cũng như bá tước Sivrac, đó chỉ là những hình ảnh sai vì xe đạp không tay lái rất khó điều khiển. Célérifère đồ chơi thì có thể có, nhưng không thể chạy nó trong thực tiễn.
Năm 1817, nam tước người Đức là Baron Karl von Drais đã phát minh ra chiếc xe mang tên ông gọi là Draisienne ("xe của Drais") được xem là tổ tiên của xe đạp. Drais đã giới thiệu mô hình xe này cho công chúng tại Mannheim vào mùa hè 1817 và tại Paris năm 1818. Người lái ngồi dạng chân trên một khung gỗ được hỗ trợ bởi hai bánh xe và đẩy chiếc xe bằng hai chân của mình trong khi chỉnh hướng bằng bánh xe phía trước.
Sáng kiến lắp thêm bàn đạp cho bánh trước được cho là thuộc về hai anh em Ernest Michaux và Pierre Michaux, thợ đóng xe ở Paris. Vào năm 1865, khi phải sửa chữa một cái Draisienne, họ đã lắp cho nó một chỗ để chân, mô phỏng tay quay trong máy quay tay của họ. Tuy nhiên, trước đó, vào năm 1849, có thể một thợ cơ khí Đức là Heinrich Fischer đã sáng chế ra pê đan trước hai anh em Michaux. Pêđan ở bánh trước khiến cho bánh trước có kích thước lớn (lớn hơn bánh sau) để tăng quãng đường đi trong mỗi vòng đạp. Cải tiến này đã mang lại tên gọi mới cho thiết bị, "bicycle" ("xe đạp").
Một số phát minh sau này đã sử dụng ổ đĩa phía sau bánh xe, nổi tiếng nhất là xe đạp sử dụng các thanh điều khiển của Thomas McCall, người Scotland năm 1869. Cũng trong năm đó, xe đạp có bánh xe với nan hoa của Eugène Meyer, người Paris, đã được cấp bằng sáng chế. "Vélocipède"(tiếng Pháp), chiếc xe đạp làm bằng sắt và gỗ, phát triển thành xe "penny-farthing" (trong lịch sử cơ khí được coi là "chiếc xe đạp bình thường"). Nó bao gồm một khung thép hình ống trên đó có gắn bánh xe có nan hoa với lốp cao su rắn. Những chiếc xe đạp này rất khó đi do chỗ ngồi cao và phân bố trọng lượng không tốt. Năm 1868 Rowley Turner, một đại lý bán hàng của Công ty máy khâu Coventry (mà nhanh chóng trở thành Công ty Coventry Machinist), mang một chiếc xe đạp của Michaux tới Coventry, Anh. Chú của ông, Josiah Turner, và đối tác kinh doanh James Starley, sử dụng chiếc xe đạp này để sản xuất xe đạp nhãn hiệu 'Coventry Model', và công ty trở thành nhà máy sản xuất xe đạp đầu tiên của Anh.
"Xe đạp" vốn được làm bằng gỗ. Từ năm 1869 các xe đạp này đã được làm bằng thép.
Năm 1879, một người Anh là Lawson đã sáng chế xích để truyền động cho bánh sau. Sáng chế này kèm theo các cải tiến ở khung, đùi, đĩa, pêđan, hệ tay lái và phuộc. Năm 1885, J.K. Sartley cho bánh trước có cùng đường kính với bánh sau và làm cái khung bằng ống thép.
Năm 1887, John Boyd Dunlop, một nhà sáng chế Scotland, tiếp tục cải tiến bánh xe với việc dùng ống hơi bằng cao su, do bánh xe lúc trước còn rất xóc.
Năm 1890, Roberton ở Anh và Édouard Michelin ở Pháp làm cho bánh có thể tháo lắp được.
Năm 1920, do xe quá nặng nên người ta đã đổi thành ruột rỗng cho xe nhẹ hơn, chất liệu của xe thì được đổi thành hợp kim.
Năm 1973 xe địa hình được chế tạo ở California.
Cấu tạo.
Có thể nói từ khi ra đời tới nay, chiếc xe đạp đã được con người cải tiến rất nhiều về cấu tạo cũng như những tính năng của nó. Từ những chiếc xe đạp đầu tiên chỉ phục vụ mục đích đi lại là chính, thì ngày nay chiếc xe đạp không những phục vụ đi lại, mà nó còn là một phương tiện thi đấu thể thao, giải trí...
So với thiết kế sơ khai cách đây hơn 200 năm, thì chiếc xe đạp ngày nay đã có sự thay đổi rõ rệt về cấu tạo. Chiếc xe đạp đầu tiên của loài người có cấu tạo khá đơn giản, chỉ gồm có hai chiếc bánh xe và khung xe; toàn bộ đều được làm bằng gỗ.
Ngày nay, xe đạp tuy rằng có rất nhiều kiểu dáng khác nhau, được sử dụng với những mục đích khác nhau nhưng chúng vẫn có một số điểm chung về cấu tạo và nguyên lý truyền động.
Phân chia theo công dụng thì xe đạp bao gồm những bộ phận chính sau:
a. Hệ thống truyền lực gồm: Bàn đạp (pê-đan) (1), đùi, trục giữa (2), đĩa (3), xích (4), líp (5).
Líp xe đạp nhận truyền động từ xích và chuyển đến bánh sau của xe, làm bánh xe quay và chỉ quay theo chiều thuận. Nhờ có líp, người đi xe không cần đạp bàn đạp liên tục mà bánh xe vẫn chuyển động về phía trước theo quán tính.
Líp gồm hai bộ phận chính là: vành và cốt:
Vành líp (1) có răng ở phía ngoài và trong. Răng ngoài để ăn khớp với xích, răng trong có dạng răng cưa nghiêng về một phía ăn khớp với cá líp (2) là một lưỡi thép nhỏ.
Cốt líp (3) có hai rãnh để đặt hai cá líp, trong mỗi rãnh có một lò xo nhỏ hoặc một cái lẫy làm bằng sợi thép nhỏ có tính đàn hồi (gọi là râu tôm) luôn tì vào cá. Cốt líp lắp chặt với moay-ơ bánh sau bằng ren. Bình thường, đầu nhọn của cá líp quay theo chiều thuận (chiều kim đồng hồ) nhờ bộ phận truyền động xích. Trong khi đó, lò xo đẩy cá líp lên làm răng trong vành líp mắc vào cá líp kéo cốt líp quay theo cùng chiều với vành của líp, làm bánh xe quay theo.
Khi đang đi xe, nếu ta không đạp bàn đạp, vành líp không quay, theo quán tính bánh xe vẫn lăn về phía trước, cốt líp cùng cá líp quay theo chiều kim đồng hồ, khi quay cá líp trượt trên răng trong của vành líp, ép lò xo xuống, đồng thời phát ra tiếng kêu "tạch tạch".
Khi xe đang đứng yên, nếu ta quay đùi đĩa theo chiều ngược chiều kim đồng hồ làm răng trong trượt lên cá líp nên cốt líp không quay được, do đó bánh xe không quay. Bởi vậy líp được gọi là khớp quay một chiều.
b. Hệ thống chuyển động: Bánh xe (trước và sau) (6). Bánh xe gồm: trục, moay-ơ, nam hoa, vành, săm, lốp.
- Trục được làm bằng thép, bánh xe quay trên trục thông qua ổ bi.
- Moay- ơ thường làm bằng thép, được liên kết với vành bánh xe bằng nan hoa.
- Nan hoa làm bằng thép.
- Vành bánh xe làm bằng hợp kim nhôm hoặc thép, có đường kính thông thường là 650mm.
- Săm, lốp được chế tạo từ cao su tổng hợp giúp tăng độ êm cho xe trong quá trình chuyển động.
Hệ thống truyền lực và chuyển động có tác dụng truyền lực và truyền động. Khi chúng ta đạp bàn đạp, lực truyền qua đùi xe làm trục giữa quay, đĩa quay kéo xích chuyển động, xích kéo líp cùng bánh sau quay (bánh chủ động), khi bánh xe quay và lăn trên mặt đường làm cho xe chuyển động về phía trước. Nguyên tắc truyền động như sau: Lực từ chân người đạp -&gt; bàn đạp -&gt; đùi xe -&gt; trục giữa -&gt; đĩa -&gt; xích -&gt; líp -&gt; bánh xe sau -&gt; xe chuyển động.
Chuyển động được truyền từ trục tới xích, líp nhờ sự ăn khớp giữa các mắt xích và răng trên đĩa, líp nên được gọi là truyền động xích. Vận tốc của xe đạp ngoài sự phụ thuộc vào tốc độ đạp của người đi xe còn phụ thuộc vào tỉ số truyền của bộ truyền động xích..
Tỷ số truyền này được tính theo công thức sau:
Trong đó:
D1: đường kính của đĩa (mm)
Z1: số răng của đĩa
n1: tốc độ quay của đĩa (vòng/phút)
D2: đường kính của líp (mm)
Z2: số răng của líp
n2: tốc độ quay của líp (vòng/phút)
Tốc độ quay của đĩa n1 phụ thuộc vào tốc độ đạp chân nhanh hay chậm của người đi xe. Tốc độ của xe phụ thuộc vào tốc độ quay của bánh xe sau (tốc độ quay của líp) n2. Như vậy, với một tốc độ quay n1 của đĩa, chúng ta có thể có nhiều tốc độ quay n2 của bánh xe khác nhau nhờ việc thay đổi đường kính D1 (thay đổi số răng Z1) hoặc D2 (thay đổi số răng Z2).
Tỉ số truyền i&gt;1 nghĩa là: khi tốc độ quay của đĩa là n1 thì bánh xe quay nhanh hơn i lần (n2=i.n1). Tuy nhiên, nếu thiết kế tỉ số truyền càng lớn thì lực đạp lên bàn đạp càng lớn. Do vậy, tỉ số truyền không được quá lớn. Căn cứ vào tốc độ tối đa có thể đạt được của xe đạp mà người ta thiết kế tỉ số truyền sao cho phù hợp với mục đích sử dụng, ta có thể thấy rất rõ điều này trong các loại xe đạp địa hình.
c. Hệ thống lái gồm: Tay lái (ghi đông) (7), cổ phuốc (8). Hệ thống lái giúp chúng ta có thể điều khiển xe một cách nhẹ nhàng và dễ dàng nhất có thể khi muốn chuyển hướng. Bánh xe trước làm nhiệm vụ dẫn hướng, hướng chuyển động của xe phụ thuộc vào hướng chuyển động của bánh xe trước, do người điều khiển bẻ tay lái (ghi - đông) sang phải hoặc sang trái. Nguyên tắc truyền động như sau: Tay người đi xe -&gt; tay lái của xe (ghi- đông) -&gt; cổ phuốc -&gt; càng trước -&gt; bánh xe trước -&gt; hướng chuyển động của xe.
d. Hệ thống phanh gồm: tay phanh (9), dây phanh (10), cụm má phanh (11). Đây là một phát minh lớn giúp người điều khiển xe đạp làm chủ vận tốc khi di chuyển trên đường để có được sự an toàn tối thiểu khi điều khiển xe.
e. Khung chịu lực (12): Trước kia khung xe được cấu tạo bằng vật liệu gỗ, nhưng ngày nay khung xe đã được thay thế bởi vật liệu thép. Vì ưu điểm của vật liệu thép là có độ cứng, độ bền và tuổi tho cao hơn so với khung gỗ. Khung xe chính là xương sống của xe đạp, liên kết toàn bộ các bộ phận khác lại với nhau thành một khối thống nhất.
f. Yên xe (13): giúp cho người điều khiển xe đạp có được vị trí thoải mái và hợp lý nhất.
Ngoài ra xe đạp còn có các bộ phận khác như: chắn bùn, chắn xích, chuông, đèn… và một chi tiết tuy nhỏ nhưng rất quan trọng trong xe đạp đó là ổ bi.
Ổ bi dùng để giảm ma sát giữa các chi tiết có chuyển động quay tròn tương đối với nhau như: moay-ơ với trục bánh trước, trục bánh sau…
Cấu tạo của ổ bi gồm: nồi, bi, côn. Côn được lắp vào trục (hoặc được chế tạo liền trục như ở trục giữa). Nồi lắp và moay-ơ. Khi làm việc, bi lăn giữa nồi và côn. Ổ bi được lắp giữa trục bánh xe và moay-ơ.
Nếu không có ổ bi, khi quay moay-ơ sẽ cọ xát lên trục gây ma sát lớn, nhiệt độ tại mối ghép tăng làm cho chi tiết bị mài mòn nhanh
Xe đạp còn được coi là một môn thể thao với các thể loại khác nhau: Trong nhà, đường trường, địa hình, trial, v.v. và được thi đấu trong ASIAD, Asian Indoor Games, SEA Games, Olympic...