自行车踏板继续保持,因为左踏板的螺纹左手左手,右车轴是右手的。轴承扭矩可以拧下踏板,因此踏板继续进行,因为涉及更强的效果。即,机械进动。在这篇博客文章中,我们将解释机械进动,并在涉及联系人分析和多体动态的自行车模型上进行演示。

技术骑自行车者注意到的特殊性

无论您是骑行的新手还是曾经是骑自行车的人,因为您可以走路,您都可能注意到自行车的踏板的设置方式很奇怪。自行车的左踏板具有左手螺纹,右踏板具有右手螺纹。

放大自行车踏板的照片。

这个遵守激发了许多人想知道为什么踏板在两侧都朝着自己的方向螺旋,在一定数量的骑行之后不会掉下来。

如果您曾经不得不进行一些自己的自行车维修,则来自这个问题的另一个问题是:您将每个踏板转动以哪种方式拧开它?

什么是机械进动?

每当螺栓受到螺栓轴周围旋转的力时,就会发生机械进动。旋转力将导致螺栓沿力动力学的相反方向旋转。下面的动画说明了这一基本原理。

螺栓(内圆)受到逆时针旋转的力(黑色箭头)。这会导致螺栓顺时针旋转(灰色箭头)。

这种简化的2D动画假设刚性螺栓具有10%的螺纹耐受性,这会导致螺栓为每一次力的革命旋转36°。实际上,公差要小得多,螺栓是弹性的,并且平面外尺寸有很大的力变化。

立即尝试一个简单的机械进动技巧:一边用另一只手移动笔尖,将笔松散地握在手中。这将导致笔沿相反的旋转方向扭曲。

通过自行车踏板的接触分析的多体动力学

可以通过仅建模螺栓,螺栓上的力以及安装螺栓的曲柄臂来捕获基本原理。这样的动画将在旋转框架中发生,并且很难验证强制性动力学的正确性。

取而代之的是,我们可以构建一个考虑整个自行车的多体动力学模型。如果仅将螺栓轴视为弹性,则多体动力学模型会增加可忽略的计算成本,并且可以在固定帧中可视化力动力学。

当自行车用夹子踏板时,踏板上都有向下和向上的力。模拟完整自行车的模型将揭示这会导致力对踏板的每个旋转两次移动两次,如下面的动画所示。

该动画显示了自行车的踏板如何导致右踏板轴的顺时针旋转,当从右侧看到与轴旋转的框架中的右侧。螺栓末端的旋转颜色说明了对数刻度上的接触压力。

接触分析使用摩擦至关重要,因此该模型假设摩擦系数为0.1。

该模型还假定螺栓轴的螺纹耐受性可忽略不计和逼真的刚度。力的现实值会导致由于机械进动而引起的旋转很小,因此为了可视化,峰值力为50 kN,比实际值大50-500倍。当查看上述动画中的螺栓变形时,这很明显。即使力很大,如下图所示,每个踏板旋转的进动仅约为1°。

图绘制comsol多物理学中自行车踏板的机械进动的角度和平均值。
曲柄框架中螺栓的角度显示为蓝色,而相对于先前革命的该角度的值以绿色为例。绿色曲线的波动是由于数值噪声引起的。绿色曲线的平均值为0.95°。

如果您需要在自行车上拧下踏板怎么办?

如果您需要拧开踏板,您会记住:

  1. 短语“正确的tighty and lefty-loosey”仅适用于右侧
  2. 轴承力拧开螺栓,因此您可以用扳手握住螺栓,然后用它来“踩”自行车向前
  3. 机械进液将螺栓拧入,因此您可以切换到固定的齿轮设置,然后将自行车向后踩在很长一段时间内(不建议)

自己尝试

此处的模型使用多体动力学接口支持不同帧中变形的计算 - 简化了不同帧中动画的创建。此功能是comsolMultiphysics®版本5.5的新功能。

尝试对自行车的踏板进行多体动力学研究和接触分析。通过单击下面的按钮获取模型。


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