Từ khi ra đời tới nay, chiếc xe đạp đã “thay da đổi thịt” rất nhiều cả về cấu tạo, chất liệu cũng như những tính năng của nó. Từ những chiếc xe đạp đầu tiên chỉ phục vụ mục đích đi lại là chính, ngày nay chiếc xe đạp còn là một phương tiện thi đấu thể thao, giải trí, tập thể dục…
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.
1. HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG: Bàn đạp, Đĩa, Đùi Đĩa, Xích, Líp
Líp xe đạp nhận truyền động từ bàn đạp – đùi đĩa – đĩa – 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 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 là một lưỡi thép nhỏ.
Cốt líp 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 may-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.
2. HỆ THỐNG CHUYỂN ĐỘNG
Bánh xe (trước và sau) gồm: trục, may-ơ, nan hoa, vành, săm, lốp.
– Trục được làm bằng thép, bánh xe quay trên trục thông qua ổ bi. – May-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 đạp bàn đạp, lực truyền qua đùi đĩa 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.
3. HỆ THỐNG LÁI: Tay lái (ghi-đông), cổ phuộc.
Hệ thống lái giúp chúng ta có thể điều khiển xe một cách dễ dàng nhất có thể khi muốn chuyển 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 phuộc -> phuộc -> bánh xe trước -> hướng chuyển động của xe.
4. HỆ THỐNG PHANH: tay phanh, dây phanh, cụm má phanh.
Đây là một phát minh lớn giúp người điều khiển xe đạp làm chủ tốc độ khi di chuyển trên đường để có được sự an toàn tối thiểu khi điều khiển xe.
5. KHUNG CHỊU LỰC
Trước kia khung xe được cấu tạo bằng vật liệu gỗ, nhưng ngày nay khung xe đã được thay thế bởi vật liệu kim loại (thép hoặc nhôm). Ưu điểm của vật liệu kim loại là có độ cứng, độ bền và tuổi thọ 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.
6. YÊN XE:
Yên xe giúp cho người điều khiển xe đạp có được vị trí ngồi 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: may-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 vào may-ơ. Khi làm việc, bi lăn giữa nồi và côn. Ổ bi được lắp giữa trục bánh xe và may-ơ.
Nếu không có ổ bi, khi quay may-ơ sẽ cọ xát lên trục gây ma sát lớn, nhiệt độ tại mối ghép tăng làm cho chi tiết bị mài mòn nhanh.
