Cấu tạo các bộ phận trên xe đạp

Từ khi ra đời cho tới nay, những chiếc xe đạp đã được con người cải tiến rất nhiều về cấu tạo các bộ phận cũng như những tính năng của nó. Từ những chiếc xe đạp đầu tiên chỉ phục vụ mục đích hỗ trợ đi lại, thì ngày nay chiếc xe đạp không những phục mục đích đó, mà nó còn là một phương tiện rèn luyện sức khỏe, thi đấu thể thao, đồ trang trí...

So với thiết kế sơ khai ban đầu sau hơn 200 năm thì chiếc xe đạp ngày nay đã có sự thay đổi rõ rệt hình dáng so vơi 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.

Các bộ phận của xe đạp - (Phân chia theo công dụng)

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 -> bàn đạp -> đùi xe -> trục giữa -> đĩa -> xích -> líp -> bánh xe sau -> 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>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 -> tay lái của xe (ghi- đông) -> cổ phuốc -> càng trước -> bánh xe trước -> hướng chuyển động của xe.

d. Hệ thống phanhh 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.

Kết luận
Ngày nay với sự phát triển của khoa học công nghệ, chiếc xe đạp ngày càng được cải tiến nhiều hơn về mặt chất lượng. Trước kia các nhà thiết kế và chế tạo mới chỉ dừng lại ở việc thiết kế cho xe đạp một bộ khung bằng kim loại. Nhưng hiện nay, theo xu hướng mới đó là phải thay thế bằng một loại vật liệu liệu mới: Composite. Việc ứng dụng vật liệu Composite vào trong xe đạp đã được nghiên cứu bởi một số nhà khoa học IST của Đức. Đó là một sự đột phá lớn trong ngành sản xuất xe đạp, giúp cho các nhà sản xuất và thiết kế xe đạp có nhiều sự lựa chọn hơn cho việc đưa ra những mẫu xe đạp mới của mình.