腳踏車變速齒輪運作原理

３ b94611032 張鈞崴 腳踏車變速齒輪

變速車，變！變！變！變速車比起普通的腳踏車，除了外形拉風之外，還可以有多段變速的功能，不但能省力地爬坡，在平地跑起來也是虎虎生風，速度超快喔！最近，有很多小朋友問起變速車變速的原理，今天我們就來稍做解釋一下！ 腳踏車的構造 仔細觀察腳踏車，你會發現當你在騎車時，車子的方向是以把手來控制的，而腳踏車前進的速度與力量呢？是以腳踏板來控制（手煞車除外）。腳踏板連接著前齒輪，腳踏板踩一圈，前齒輪就會跟著轉動一圈，所以你能夠以 腳踏板來控制前齒輪的轉動；那後齒輪呢？鏈條把前齒輪和後齒輪鏈接在一起，當你踩動腳踏板使前齒輪轉動時，就會帶動後齒輪跟著轉動，而後齒輪的輪軸就會帶著後輪及前輪一起轉動了！因此，腳踏板、前後齒輪、及鏈條組成的齒輪組，是腳踏車的「靈魂組合」。目前常見的變速腳踏車，前齒輪多是固定大小，而後齒輪則有好幾個不同大小的齒輪可以變換；以下就以這類的變速腳踏車來簡單說明。 　 怎樣才能省時？ 我們說幾「段」變速，其實就是因為後齒輪有好幾種大小可以調整；我們舉下圖為例子，來說明： 前齒輪齒數 後齒輪齒數 前齒輪踩一圈， 後齒輪可動幾圈 速度 16 4 4 最快 8 2 第二快 12 1.33 第三快 16 1 慢 所以，當後齒輪愈小，速度則愈快。 　 怎樣才能省力？-- 槓桿原理的「變形」 要讓腳踏車前進，首先便是要克服地面給予輪子的「阻力」。在此，我們可以把後輪及後齒輪之間的關係看成一個「變形」的槓桿，而從槓桿原理中，我們知道： （施力）×（施力臂）＝（抗力）× （抗力臂） 而在腳踏車的例子中，（施力）為我們踩踏板後藉著鏈條傳給後齒輪的力；（施力臂）為後齒輪的半徑；（抗力）為地面給予車輪的阻力；而抗力臂為車輪的半徑；所以： （踩踏板後藉著鏈條傳給後齒輪的力）×（後齒輪的半徑） ＝（地面給予車輪的阻力）× （車輪的半徑） 因此，當地面給予車輪的阻力及車輪的半徑都是固定時，後齒輪的半徑愈小時，所需要踩踏的力就愈大，也就是愈「費力」！ 後齒輪 小 大 速度 快 慢 需力 較費力 較省力 來，我們來動動腦！當你要上坡時，阻力顯然比在平地時大，你要如何「變速」呢？當然是選擇沒那麼快但省力的「大齒輪」囉！那當你在平地前進時呢？