CN105564576A - 自行车刹车装置及其方法 - Google Patents

Abstract

一种自行车刹车装置及其方法，该自行车的一后车轮包含有一轮圈及一设在该轮圈轴心的花毂，该轮圈的一内缘利用多幅丝条分别连接在该花毂的一第一固定部及一远离该第一固定部的第二固定部。该轮圈的一中心相对该花毂的一中心与该第一固定部之间形成一较大偏移的距离，该轮圈的该中心相对该花毂的该中心与该第二固定部之间形成一较小偏移的距离，其特征在于该轮圈在相对该第一固定部的一侧表面包含有一第一刹车边以及一远离该轮圈的该侧表面且相对该第二固定部的另一侧表面并与该第一刹车边形成对称设置的第二刹车边，且该第一刹车边的材质耐热、耐磨系数大于该第二刹车边的材质而使该轮圈两侧在承受刹车的热应力更均匀，相对减低变形及起泡现象。

Description

自行车刹车装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种自行车刹车装置及其方法，尤其涉及一种自行车后车轮承受刹车热应力更均匀的刹车装置及其方法。

背景技术

自行车的兴起取代步行作为交通工具，能迅速易普及世界各地的原因在于由幼儿至老人皆可使用的广泛年龄层。近年来，民众除了跑步运动以外，更有骑乘自行车作为运动的选项，对于利用脚踏双轮代步行走各地，减少能源的消耗及环境的污染，也能减缓跑步运动所带来膝盖的负荷伤害。

一般自行车的一后车轮1，请配合参阅图1所示，包含有一轮圈11、一设在该轮圈11轴心的花毂12以及由该轮圈11分别连接该花毂12的一第一固定部121及一第二固定部122的多幅丝条(spokes)13。该轮圈11在行进中将承受每一该幅丝条13的Fa3、Fa4张力作用，并该后车轮1为了对应前车轮，该轮圈11的一中心C1需对准该花毂12的一中心C2(即该花毂12左端间距X1及右端间距X2至该轮圈11的该中心C1相等，X1＝X2；Fa1、Fa4的反向张力分别为Fa3、Fa4)：

∴分力Fb1＝分力Fb2

∵Fb1＝Fa1sinθ1Fb2＝Fa2sinθ2

∴Fa1sinθ1＝Fa2sinθ2

又该后车轮1的结构设计，每一该幅丝条13连接在该轮圈11的该中心C1相对该第一固定部121形成一倾斜角度θ1，相对该第二固定部122形成一倾斜角度θ2，

∵θ1＞θ2sinθ1＞sinθ2

∴Fa1＜Fa2

∵Fa1＝Fa3Fa2＝Fa4

∴Fa3＜Fa4

藉由改变Fa3、θ1、Fa4、θ2的大小，可使该轮圈11的该中心C1对准该花毂12的该中心C2位置。此时，当自行车行进中，该轮圈11的刚性将设为能承受每一该幅丝条13的Fa3、Fa4张力范围内。故，每一该幅丝条13的Fa3、Fa4张力在刹车前对该轮圈11并不会造成太大的影响。

接续请参阅图2所示，该轮圈11包含有一与该花毂12的该第一固定部121同一侧设置的第一刹车边111以及一与该花毂12的该第二固定部122同一侧又与该第一刹车边111相对设置的第二刹车边112。当自行车在刹车过程中，利用手按压刹车杆(图中未示)带动刹车装置(图中未示)的二刹车皮2分别相对该轮圈11的该第一刹车边111及该第二刹车边112夹固，利用每一该刹车皮2的摩擦力进而使该后车轮1的转速减慢而停止。此时，该轮圈11受到摩擦力的作用而升温产生热膨胀，并该轮圈11的刚性受每一该幅丝条13的Fa3、Fa4张力作用发生位移的变化。假设该轮圈11左侧位移为S1、右侧位移为S2，当左侧位移S1、右侧位移S2达到极限值Smax时，该轮圈11即受到变形破坏。

假设该第一刹车边111及该第二刹车边112使用相同的耐热、耐磨材质，即摩擦系数u1、u2与热膨胀系数α1、α2相同，且每一该刹车皮2相对该第一刹车边111及该第二刹车边112所施加的压力F1、F2大小相等：

∴每一该刹车皮2相对该第一刹车边111及该第二刹车边112的接触面积A1、A2及压强P1、P2为相等；

∴F1＝F2＝P1A1＝P2A2

∴摩擦力f1＝f2＝F1·u1＝F2·u2＝P1A1·u1＝P2A2·u2；

热应力Fh＝α△T，该第一刹车边111及该第二刹车边112所产生的温度差为△T1、△T2，此时：

∴△T＝△T1＝△T2，所以该第一刹车边111及该第二刹车边112承受的热应力Fh也是相同的，相对该轮圈11的刚性也受同程度的影响；

而为了该轮圈11保持居中：分力Fa3x＝分力Fa4x，又于上述推导Fa3<Fa4，

Fa3＝√(Fa3x2+Fa3y2)Fa4＝√(Fa4x2+Fa4y2)

所以分力Fa4y>分力Fa3y，该轮圈11的刚性：E＝F/S(S为变形量)，在无任何作用力下该轮圈11两侧的刚性相同，此时：

该轮圈11左侧受力为F左＝Fa4y+Fh、右侧受力为F右＝Fa3y+Fh，

∵Fa4y>Fa3y

∴F左>F右

∴S1>S2

至此说明，当该第一刹车边111及该第二刹车边112使用相同的耐热、耐磨材质在该后车轮1刹车的状态下，该轮圈11两侧随着每一该刹车皮2相对该第一刹车边111及该第二刹车边112所施加的压力F1、F2及热应力Fh产生变化，造成该轮圈11左侧承受的变形量S大于右侧。并该轮圈11在刹车造成升温的过程中，该第一刹车边111及该第二刹车边112的内部分子不能完全的自由膨胀，从而产生更大的热应力集中。当热应力超过该第一刹车边111及该第二刹车边112材质的承受范围，且S1>S2又S1>Smax时，该轮圈11的左侧相对右侧将先破坏变形的缺失。

发明内容

本发明主要目的在于利用该轮圈两侧的该第一刹车边及该第二刹车边采用

不同耐热、耐磨系数的材质对应刹车时产生的热应力，达到该轮圈承受刹车的热应力更均匀。

本发明所运用的目的及解决其技术问题是采用以下的技术方案来实现的。依据本发明提出一种自行车刹车装置，该自行车的一后车轮包含有一轮圈及一设在该轮圈轴心的花毂，该轮圈的一内缘利用多幅丝条分别连接在该花毂的一第一固定部及一远离该第一固定部的第二固定部，该轮圈的一中心相对该花毂的一中心与该第一固定部之间形成一较大偏移的距离，该轮圈的该中心相对该花毂的该中心与该第二固定部之间形成一较小偏移的距离，其中，该轮圈在相对该第一固定部的一侧表面包含有一第一刹车边以及一远离该轮圈的该侧表面且相对该第二固定部的另一侧表面并与该第一刹车边形成对称设置的第二刹车边，且该第一刹车边的材质耐热、耐磨系数大于该第二刹车边的材质。

本发明一实施例中，该轮圈与该第一刹车边及该第二刹车边为一体成型或二次加工成型。

本发明一实施例中，该轮圈形成供一开口式外胎(Clincher)或一管状胎(Tubular)装设的结构设置。

为解决现有技术问题以及利用上述所运用的自行车刹车装置，本发明提出一种自行车刹车方法，包含提供一自行车的一后车轮，该后车轮包含有一轮圈及一设在该轮圈轴心的花毂；提供多幅丝条，于该轮圈的一内缘将该些幅丝条分别连接在该花毂的一第一固定部及一远离该第一固定部的第二固定部；将以该轮圈的一中心相对该花毂的一中心与该第一固定部之间形成一较大偏移的距离，而该轮圈的该中心相对该花毂的该中心与该第二固定部之间形成一较小偏移的距离；其中，提供该自行车使用该轮圈的两侧包含有相对设置的一第一刹车边与一第二刹车边，且其中该第一刹车边的材质采用耐热、耐磨系数大于该第二刹车边的材质。

藉本发明自行车刹车装置及其方法，主要令该轮圈两侧的该第一刹车边及该第二刹车边采用不同耐热、耐磨系数的材质，减低该轮圈因承受刹车时产生的热应力不平均造成变形及起泡的现象，相对的减少该后车轮爆胎或造成刹车皮的加速磨耗。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1：为现有后车轮在进行中的关系示意图；

图2：为现有后车轮在刹车时的关系示意图；

图3：为本发明后车轮在刹车时的关系示意图；

图4：为本发明轮圈形成供开口式外胎装设的结构示意图；

图5：为本发明轮圈形成供管状胎装设的结构示意图。

其中，附图标记

现有技术

后车轮.1轮圈.11

第一刹车边.111第二刹车边.112

花毂.12第一固定部.121

第二固定部.122幅丝条.13

刹车皮.2中心.C1、C2

压力.F1、F2反向张力.Fa1、Fa2

张力.Fa3、Fa4

分力.Fa3x、Fa3y、Fa4x、Fa4y、Fb1、Fb2

左侧、右侧位移.S1、S2左端、右端间距.X1、X2

倾斜角度.θ1、θ2

本发明

后车轮.3轮圈.31

内缘.310侧表面.311

另一侧表面.312花毂.32

第一固定部.321第二固定部.322

幅丝条.33第一刹车边.41

第二刹车边.42刹车皮.5

中心.C3、C4压力.F1、F2

张力.Fa3、Fa4分力.Fa3x、Fa3y、Fa4x、Fa4y

距离.H1、H2左侧、右侧位移.S1、S2

具体实施方式

以下藉由具体实施例配合所附的图式详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。

本发明为一种自行车刹车装置，请配合图3所示，该自行车的一后车轮3包含有一轮圈31及一设在该轮圈31轴心的花毂32，该轮圈31的一内缘310利用多幅丝条33分别连接在该花毂32的一第一固定部321及一远离该第一固定部321的第二固定部322，该轮圈31的一中心C3相对该花毂32的一中心C4与该第一固定部321之间形成一较大偏移的距离H1，该轮圈31的该中心C3相对该花毂32的该中心C4与该第二固定部322之间形成一较小偏移的距离H2。该轮圈31在相对该第一固定部321的一侧表面311包含有一第一刹车边41以及一远离该轮圈31的该侧表面311且相对该第二固定部322的另一侧表面312并与该第一刹车边41形成对称设置的第二刹车边42，且该第一刹车边41的材质是采耐热、耐磨系数大于该第二刹车边42的材质。

本发明藉由上述的结构设置，当自行车在刹车时，按压自行车的刹车杆(图未示出)带动后方的刹车装置(图未示出)合上，使该刹车装置的二刹车皮5分别相对该轮圈31的该第一刹车边41及该第二刹车边42夹固，利用每一该刹车皮5分别相对该第一刹车边41及该第二刹车边42产生摩擦阻力，使该后车轮3的转速减慢至停止。于本实施例中，自行车在刹车时，该后车轮3的每一该幅丝条33连接该轮圈31而产生不同的张力，使该第一刹车边41相较该第二刹车边42承受较大的摩擦阻力，并相对产生较大的热应力且温度上升较快。因此，本发明该后车轮3是将利用该第一刹车边41的材质耐热、耐磨系数大于该第二刹车边42的材质，藉以平衡该轮圈31所承受刹车的热应力，消除刹车时该第一刹车边41与该第二刹车边42因热应力不平均，导致该后车轮3易变形及起泡的现象，相对的减少该后车轮3爆胎或造成每一该刹车皮5加速的磨耗。

利用前述的自行车刹车装置，解决现有该第一刹车边111与该第二刹车边112为相同耐热、耐磨材质在刹车的状态下，该轮圈11的左侧相对右侧更易受破坏变形的缺失。本发明提供一种自行车刹车方法，请同时参阅图3所示，包含提供一自行车的一后车轮3，该后车轮3包含有一轮圈31及一设在该轮圈31轴心的花毂32；提供多幅丝条33，于该轮圈31的一内缘将该些幅丝条33分别连接在该花毂32的一第一固定部321及一远离该第一固定部321的第二固定部322；将以该轮圈31的一中心C3相对该花毂32的一中心C4与该第一固定部321之间形成一较大偏移的距离H1，而该轮圈31的该中心C3相对该花毂32的该中心C4与该第二固定部322之间形成一较小偏移的距离H2；其中，提供该自行车使用该轮圈31的两侧包含有相对设置的一第一刹车边41与一第二刹车边42，且其中该第一刹车边41的材质采用耐热、耐磨系数大于该第二刹车边42的材质而使该轮圈31承受刹车的热应力更均匀。

本发明藉由该第一刹车边41与该第二刹车边42使用不同的耐热、耐磨材质，即摩擦系数u1、u2与热膨胀系数α1、α2不相同，但每一该刹车皮5分别对该第一刹车边41与该第二刹车边42所施加的压力F1、F2大小相等：

∴每一该刹车皮5分别相对该第一刹车边41与该第二刹车边42的接触面积A1、A2与压强P1、P2为相等；

∴F1＝F2＝P1A1＝P2A2

∴f1＝F1·u1＝P1A1·u1f2＝F2·u2＝P1A2·u2

∴摩擦力f1、f2因应摩擦系数u1、u2而不相等，

又热应力Fh1＝α1△T1Fh2＝α2△T2

∴该第一刹车边41与该第二刹车边42所产生的温度差△T1、△T2不相同，相对承受的热应力Fh也不相同，故，该轮圈31两侧承受破坏程度也不相同，此时(Fa3x、Fa3y为Fa3的分力，Fa4x、Fa4y为Fa4的分力)：

该轮圈31的左侧受力为F左＝Fa4y+Fh1＝Fa4y+α1△T1，

该轮圈31的右侧受力为F右＝Fa3y+Fh2＝Fa3y+α2△T2，

该轮圈31的刚性：E＝F/S，S(变形量)＝F/E

∴左侧位移S1＝(Fa4y+α1△T1)/E右侧位移S2＝(Fa3y+α2△T2)/E

为了达到该轮圈31的寿命延长，需令S1<Smax，S2<Smax，且S1＝S2，又于习知推导F左>F右，S1>S2：

∵Fa4y>Fa3y，俾使S1＝S2，(Fa4y+α1△T1)/E＝(Fa3y+α2△T2)/E

∴α1△T1<α2△T2

△T是由摩擦产生，既由摩擦系数u决定，所以△T可以通过改变热膨胀系数α及摩擦系数u，本发明为达到S1＝S2，需令α1△T1<α2△T2。当自行车在刹车时为保持该后车轮3的居中，该轮圈31将需承受每一该幅丝条33的张力Fa3、Fa4及相对每一该刹车皮5刹车产生的摩擦力f1、f2及热应力Fh1、Fh2。故，该轮圈31的该第一刹车边41承受热应力需小于该第二刹车边42，才能达到该轮圈31受力的平衡，本发明人提出该第一刹车边41相较于该第二刹车边42使用承受较高的耐热、耐磨系数的材质设计，进而平衡该轮圈31承受刹车热应力，达到延长该轮圈31的使用寿命，减少该后车轮3变形、起泡及爆胎等现象，以及每一该刹车皮5的磨耗。

此外，本发明该轮圈31与该第一刹车边41及该第二刹车边42为一体成型，或为该第一刹车边41及该第二刹车边42先成型后连接该轮圈31固定的二次加工成型。接续请依序参阅图4所示，本发明该轮圈31形成供例如一开口式外胎(Clincher)或如图5所示为一管状胎(Tubular)装设的结构设置，但不依此实施态样为限。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种自行车刹车装置，该自行车的一后车轮包含有一轮圈及一设在该轮圈轴心的花毂，该轮圈的一内缘利用多幅丝条分别连接在该花毂的一第一固定部及一远离该第一固定部的第二固定部，该轮圈的一中心相对该花毂的一中心与该第一固定部之间形成一较大偏移的距离，该轮圈的该中心相对该花毂的该中心与该第二固定部之间形成一较小偏移的距离；其特征在于，该轮圈在相对该第一固定部的一侧表面包含有一第一刹车边以及一远离该轮圈的该侧表面且相对该第二固定部的另一侧表面并与该第一刹车边形成对称设置的第二刹车边，且该第一刹车边的材质耐热、耐磨系数大于该第二刹车边的材质。

2.根据权利要求1所述的自行车刹车装置，其特征在于，该轮圈与该第一刹车边及该第二刹车边为一体成型或二次加工成型。

3.根据权利要求1所述的自行车刹车装置，其特征在于，该轮圈形成供一开口式外胎或一管状胎装设的结构设置。

4.一种自行车刹车方法，包含提供一自行车的一后车轮，该后车轮包含有一轮圈及一设在该轮圈轴心的花毂；提供多幅丝条，于该轮圈的一内缘将该些幅丝条分别连接在该花毂的一第一固定部及一远离该第一固定部的第二固定部；将以该轮圈的一中心相对该花毂的一中心与该第一固定部之间形成一较大偏移的距离，而该轮圈的该中心相对该花毂的该中心与该第二固定部之间形成一较小偏移的距离；其特征在于，提供该自行车使用该轮圈的两侧包含有相对设置的一第一刹车边与一第二刹车边，且其中该第一刹车边的材质采用耐热、耐磨系数大于该第二刹车边的材质。