淺談自行車車架的幾何尺寸的作用及影響

滿艷艷

摘要：車架是一臺(tái)自行車的靈魂，車架尺寸配方上的小小更動(dòng)，就能大大改變車子的操控性。車架各部分長(zhǎng)度、角度的不同就能使外觀看起來大同小異的車子擁有不同的騎行感受。本文對(duì)車架的幾何結(jié)構(gòu)、主要的幾何尺寸的功能及個(gè)別幾何尺寸的變化對(duì)整個(gè)車架的影響做了一系列的闡述。

關(guān)鍵詞：自行車車架;幾何尺寸;高度;角度

在我們常用的交通工具中自行車仍然有著不可替代的地位，近年來更是作為運(yùn)動(dòng)休閑的流行元素存在于我們?nèi)粘Ｉ钪?。一臺(tái)設(shè)計(jì)合理的自行車，不僅使我們的騎行輕松舒適，也是休閑鍛煉的一種享受。車架是一臺(tái)車子的骨架，在整車的所有配件中最大程度的決定和影響了騎行姿勢(shì)的正確性和舒適性。要想設(shè)計(jì)一臺(tái)車架，就需要對(duì)車架的各部分的幾何尺寸有準(zhǔn)確的把握。合理正確的設(shè)計(jì)車架各部分的幾何尺寸對(duì)整車的騎行狀態(tài)至關(guān)重要。

一、車架設(shè)計(jì)的主要角度

（一）中管（座管）的角度

1. 中管角度的定義

中管角度是指中管與水平線的夾角，也指中管向后傾斜的角度。

2.中管角度的作用

中管角度可以補(bǔ)償騎行者的腿長(zhǎng)，當(dāng)鞍座在合適的高度時(shí)腿可以舒適的伸展。一百多年的車架制造經(jīng)驗(yàn)積累，告訴我們73°的座管角度可以滿足大部分騎行者，身高稍高或稍矮的騎行者可通過調(diào)整鞍座的前后位置來補(bǔ)償。

3.中管角度的影響

中管角度決定了騎行者的體重在兩個(gè)輪子之間的均衡分配，也就是重心。騎行者身高越高坐上車子后大部分體重會(huì)落在前輪，爬坡時(shí)體重和重心向后移。如果沒有稍長(zhǎng)的后下叉做補(bǔ)償?shù)脑捗恳淮文_踏就會(huì)出現(xiàn)“踏孤輪”的情形。對(duì)于身高略矮的騎行者來說正好相反，鞍座調(diào)低重心前移，爬坡時(shí)會(huì)減少車輪的循跡和貼地性。中管角度的小小更改，在保證上管長(zhǎng)度的條件下會(huì)影響頭管的角度，從而影響總輪距。

（二）頭管的角度

1.頭管角度的定義

頭管角度指車架頭管中心線與水平面的夾角。頭管角度決定了車子的操控靈活性和穩(wěn)定性。

2.頭管角度的作用

頭管角度決定了要轉(zhuǎn)動(dòng)車輪時(shí)施給車把力的大小，角度越小需要施給車把的力越大。直挺的車把角度（72°）會(huì)讓人感覺車把轉(zhuǎn)動(dòng)比較輕，車輪左右轉(zhuǎn)動(dòng)比較省力，但會(huì)導(dǎo)致車子在高速情況下操控幾何反應(yīng)太快，增加了車輪左右擺動(dòng)的不穩(wěn)定性。小一些的頭管角度（70°）車把的轉(zhuǎn)動(dòng)稍重一些，但前輪的左右轉(zhuǎn)控比較可預(yù)期，高速騎行是比較好操控。通常71°是最受歡迎的頭管角度。車頭角度在車子的自我校正維持平衡的功能中扮演重要角色。下坡時(shí)地面斜度把車頭角度調(diào)整的更為直挺。例如71°的頭管原本那向后傾的19°角被地面角度中和了，在同樣情形下69°的頭角還是能自我校正。當(dāng)前輪角度離開自行車循跡路線時(shí)，頭管轉(zhuǎn)軸與接觸點(diǎn)的夾角可輕易的操控轉(zhuǎn)動(dòng)前輪，自我校正功能就是迫使前輪遵循頭管轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。

二、車架設(shè)計(jì)的主要長(zhǎng)度和高度

（一）上管長(zhǎng)度

1.上管長(zhǎng)度的定義

上管長(zhǎng)度是指頭管上緣水平切線延伸到和座管相交匯的長(zhǎng)度。從實(shí)際來說它是自行車操控上部零件的距離。

2. 上管長(zhǎng)度的作用

上管長(zhǎng)度提供騎行者上半身的容身空間，并讓手臂可以完美的伸展、擺放到車把上。另一方面讓車把和騎行者的膝蓋保持安全距離，即使在起身踩踏時(shí)膝蓋也不會(huì)撞到車把。上管長(zhǎng)度的另一個(gè)重要角色就是在車子重心分布中的作用，長(zhǎng)上管讓騎行者的體重向前移，重心前移到接近前后軸距中心點(diǎn)位置;短上管則增加車子前輪的重量負(fù)載。

3.上管長(zhǎng)度的影響

騎行時(shí)身體是移動(dòng)變化的，車架上管長(zhǎng)度的任何一點(diǎn)變化都會(huì)影響到豎管和龍頭的配合問題。越野山地車一般會(huì)采用（長(zhǎng)頭管/短上管）的搭配，這樣上半身就會(huì)伸展出去，這種組合搭配侵蝕了自行車過彎及技術(shù)操控性能，但很適合爬坡。短頭管/長(zhǎng)上管的組合正好相反，適合下坡道路。

（二）后下叉長(zhǎng)度

1.后下叉長(zhǎng)度定義

后下叉長(zhǎng)度是指中軸中心與后軸心之間的水平距離。

2.后下叉的作用

后下叉長(zhǎng)度決定了騎行者的體重有多少落于后輪。后下叉越短，就會(huì)有越大比例的體重傳遞到后輪去，不管站或坐都一樣。短車身后部的優(yōu)點(diǎn)是具有更好的爬坡時(shí)的貼地及循跡性。而后下叉較少為人所知的方面是會(huì)影響過彎性能。較長(zhǎng)的后下叉可以平衡前后兩輪是貼地或滑動(dòng);較短的后下叉則會(huì)讓前輪過彎時(shí)滑動(dòng)，除非騎行者重心前移故意用體重去鎮(zhèn)壓前輪。

3.后下叉的影響

后下叉長(zhǎng)度、車架尺寸和座管角度是息息相關(guān)的。改變座管角度會(huì)改變騎行者的重心分布，向后傾的座管把高個(gè)子騎行者的重心后移動(dòng)，在這個(gè)情形下后下叉長(zhǎng)度必須調(diào)整到正確的重心位置。起身騎車時(shí)，座管角度影響不了后輪的貼地和循跡性，只有后下叉長(zhǎng)度可以起到作用。

（三）中軸高度

1.中軸高度定義

中軸高度指地面到中軸/曲柄中心點(diǎn)的垂直高度，它決定了曲柄回旋至最下端，腳踏和地面的間距大小。

2.中軸高度的作用

中軸高度最主要的作用就在于和地面保持適當(dāng)?shù)木嚯x。也就是說曲柄軸心必須夠高腳踏和曲柄在通過有突出物的道路是才不會(huì)碰到地面。中軸過低的車子，缺少了有效過彎的空間性。

3.中軸高度的影響

中軸高度與軸距密切相關(guān)。前后軸距越長(zhǎng)，中軸就可以做的越高，不會(huì)造成車子在通過崎嶇道路時(shí)的彈跳。相反降低短軸組合的車架的中軸高度，車子騎行時(shí)才越穩(wěn)定。

（四）軸距

1.軸距的定義

軸距是指車架前輪中心到后輪中心的距離。

2.軸距的作用

軸距不是越長(zhǎng)越好，長(zhǎng)軸距的車子通過顛簸路段時(shí)比較平順、穩(wěn)定，猛力剎車及爬陡坡時(shí)重心的轉(zhuǎn)移和變化較不明顯。但長(zhǎng)軸距會(huì)使車身操控不靈活。軸距過短的話，猛力剎車或前輪碰撞到異物時(shí)，車子會(huì)很不穩(wěn)定，爬坡時(shí)前輪會(huì)發(fā)生翹起的情況。

3.軸距的影響

在重心和兩個(gè)輪軸間連線，畫一個(gè)想象的三角形，我們就能得出：軸距越長(zhǎng)三角形的底邊越長(zhǎng)，和重心高度配合起來整個(gè)三角形的比例就越穩(wěn)定。因此，長(zhǎng)軸距的車子需要較短后下車及高一些中軸高度，以便有足夠的重心能轉(zhuǎn)移到后輪去，來增加爬坡的貼地性。

（五）前叉偏心距

1.前叉偏心距的定義

前叉偏心距是指前叉軸和前后立管兩條虛線切線的距離。

2.前叉偏心距的作用

前叉偏心距對(duì)車子的操控性也起著舉足輕重的作用。輪子的重量及大部分的前叉重量前偏心距在前輪軸的上方和前方的，當(dāng)傾斜車身準(zhǔn)備轉(zhuǎn)彎時(shí)，輪重和前叉重會(huì)掉到這個(gè)斜度里面。前叉及輪子的重量對(duì)應(yīng)偏心距的反應(yīng)作用是傾斜車子可以進(jìn)彎的主要原因。一般山地車的前叉偏心距約為32mm左右，頭管角度一般設(shè)計(jì)在71°到69°之間，就是求取這兩種反作用力的平衡，保持車子操控時(shí)車把位置的輕盈感，而且不犧牲穩(wěn)定性。

結(jié)束語

車架作為一臺(tái)整車的骨架，相關(guān)部位角度及長(zhǎng)度的設(shè)計(jì)選擇決定了整車的騎行性能和舒適度。因此對(duì)車架設(shè)計(jì)者的要求也很嚴(yán)格，設(shè)計(jì)者要具有專業(yè)的設(shè)計(jì)知識(shí)積累，結(jié)合目標(biāo)人群的實(shí)際需求，以人機(jī)工程為基礎(chǔ)，才能設(shè)計(jì)出具有高騎行舒適度的車架。