浅谈自行车车架的几何尺寸的作用及影响

满艳艳

摘要：车架是一台自行车的灵魂，车架尺寸配方上的小小更动，就能大大改变车子的操控性。车架各部分长度、角度的不同就能使外观看起来大同小异的车子拥有不同的骑行感受。本文对车架的几何结构、主要的几何尺寸的功能及个别几何尺寸的变化对整个车架的影响做了一系列的阐述。

关键词：自行车车架;几何尺寸;高度;角度

在我们常用的交通工具中自行车仍然有着不可替代的地位，近年来更是作为运动休闲的流行元素存在于我们日常生活中。一台设计合理的自行车，不仅使我们的骑行轻松舒适，也是休闲锻炼的一种享受。车架是一台车子的骨架，在整车的所有配件中最大程度的决定和影响了骑行姿势的正确性和舒适性。要想设计一台车架，就需要对车架的各部分的几何尺寸有准确的把握。合理正确的设计车架各部分的几何尺寸对整车的骑行状态至关重要。

一、车架设计的主要角度

（一）中管（座管）的角度

1. 中管角度的定义

中管角度是指中管与水平线的夹角，也指中管向后倾斜的角度。

2.中管角度的作用

中管角度可以补偿骑行者的腿长，当鞍座在合适的高度时腿可以舒适的伸展。一百多年的车架制造经验积累，告诉我们73°的座管角度可以满足大部分骑行者，身高稍高或稍矮的骑行者可通过调整鞍座的前后位置来补偿。

3.中管角度的影响

中管角度决定了骑行者的体重在两个轮子之间的均衡分配，也就是重心。骑行者身高越高坐上车子后大部分体重会落在前轮，爬坡时体重和重心向后移。如果没有稍长的后下叉做补偿的话每一次脚踏就会出现“踏孤轮”的情形。对于身高略矮的骑行者来说正好相反，鞍座调低重心前移，爬坡时会减少车轮的循迹和贴地性。中管角度的小小更改，在保证上管长度的条件下会影响头管的角度，从而影响总轮距。

（二）头管的角度

1.头管角度的定义

头管角度指车架头管中心线与水平面的夹角。头管角度决定了车子的操控灵活性和稳定性。

2.头管角度的作用

头管角度决定了要转动车轮时施给车把力的大小，角度越小需要施给车把的力越大。直挺的车把角度（72°）会让人感觉车把转动比较轻，车轮左右转动比较省力，但会导致车子在高速情况下操控几何反应太快，增加了车轮左右摆动的不稳定性。小一些的头管角度（70°）车把的转动稍重一些，但前轮的左右转控比较可预期，高速骑行是比较好操控。通常71°是最受欢迎的头管角度。车头角度在车子的自我校正维持平衡的功能中扮演重要角色。下坡时地面斜度把车头角度调整的更为直挺。例如71°的头管原本那向后倾的19°角被地面角度中和了，在同样情形下69°的頭角还是能自我校正。当前轮角度离开自行车循迹路线时，头管转轴与接触点的夹角可轻易的操控转动前轮，自我校正功能就是迫使前轮遵循头管转轴转动。

二、车架设计的主要长度和高度

（一）上管长度

1.上管长度的定义

上管长度是指头管上缘水平切线延伸到和座管相交汇的长度。从实际来说它是自行车操控上部零件的距离。

2. 上管长度的作用

上管长度提供骑行者上半身的容身空间，并让手臂可以完美的伸展、摆放到车把上。另一方面让车把和骑行者的膝盖保持安全距离，即使在起身踩踏时膝盖也不会撞到车把。上管长度的另一个重要角色就是在车子重心分布中的作用，长上管让骑行者的体重向前移，重心前移到接近前后轴距中心点位置;短上管则增加车子前轮的重量负载。

3.上管长度的影响

骑行时身体是移动变化的，车架上管长度的任何一点变化都会影响到竖管和龙头的配合问题。越野山地车一般会采用（长头管/短上管）的搭配，这样上半身就会伸展出去，这种组合搭配侵蚀了自行车过弯及技术操控性能，但很适合爬坡。短头管/长上管的组合正好相反，适合下坡道路。

（二）后下叉长度

1.后下叉长度定义

后下叉长度是指中轴中心与后轴心之间的水平距离。

2.后下叉的作用

后下叉长度决定了骑行者的体重有多少落于后轮。后下叉越短，就会有越大比例的体重传递到后轮去，不管站或坐都一样。短车身后部的优点是具有更好的爬坡时的贴地及循迹性。而后下叉较少为人所知的方面是会影响过弯性能。较长的后下叉可以平衡前后两轮是贴地或滑动;较短的后下叉则会让前轮过弯时滑动，除非骑行者重心前移故意用体重去镇压前轮。

3.后下叉的影响

后下叉长度、车架尺寸和座管角度是息息相关的。改变座管角度会改变骑行者的重心分布，向后倾的座管把高个子骑行者的重心后移动，在这个情形下后下叉长度必须调整到正确的重心位置。起身骑车时，座管角度影响不了后轮的贴地和循迹性，只有后下叉长度可以起到作用。

（三）中轴高度

1.中轴高度定义

中轴高度指地面到中轴/曲柄中心点的垂直高度，它决定了曲柄回旋至最下端，脚踏和地面的间距大小。

2.中轴高度的作用

中轴高度最主要的作用就在于和地面保持适当的距离。也就是说曲柄轴心必须够高脚踏和曲柄在通过有突出物的道路是才不会碰到地面。中轴过低的车子，缺少了有效过弯的空间性。

3.中轴高度的影响

中轴高度与轴距密切相关。前后轴距越长，中轴就可以做的越高，不会造成车子在通过崎岖道路时的弹跳。相反降低短轴组合的车架的中轴高度，车子骑行时才越稳定。

（四）轴距

1.轴距的定义

轴距是指车架前轮中心到后轮中心的距离。

2.轴距的作用

轴距不是越长越好，长轴距的车子通过颠簸路段时比较平顺、稳定，猛力刹车及爬陡坡时重心的转移和变化较不明显。但长轴距会使车身操控不灵活。轴距过短的话，猛力刹车或前轮碰撞到异物时，车子会很不稳定，爬坡时前轮会发生翘起的情况。

3.轴距的影响

在重心和两个轮轴间连线，画一个想象的三角形，我们就能得出：轴距越长三角形的底边越长，和重心高度配合起来整个三角形的比例就越稳定。因此，长轴距的车子需要较短后下车及高一些中轴高度，以便有足够的重心能转移到后轮去，来增加爬坡的贴地性。

（五）前叉偏心距

1.前叉偏心距的定义

前叉偏心距是指前叉轴和前后立管两条虚线切线的距离。

2.前叉偏心距的作用

前叉偏心距对车子的操控性也起着举足轻重的作用。轮子的重量及大部分的前叉重量前偏心距在前轮轴的上方和前方的，当倾斜车身准备转弯时，轮重和前叉重会掉到这个斜度里面。前叉及轮子的重量对应偏心距的反应作用是倾斜车子可以进弯的主要原因。一般山地车的前叉偏心距约为32mm左右，头管角度一般设计在71°到69°之间，就是求取这两种反作用力的平衡，保持车子操控时车把位置的轻盈感，而且不牺牲稳定性。

结束语

车架作为一台整车的骨架，相关部位角度及长度的设计选择决定了整车的骑行性能和舒适度。因此对车架设计者的要求也很严格，设计者要具有专业的设计知识积累，结合目标人群的实际需求，以人机工程为基础，才能设计出具有高骑行舒适度的车架。