TWI712544B

TWI712544B - 複合式鏈輪及具有複合式鏈輪之自行車

Info

Publication number: TWI712544B
Application number: TW107140668A
Authority: TW
Inventors: 張信良; 何炘浩
Original assignee: 國立虎尾科技大學
Priority date: 2018-11-15
Filing date: 2018-11-15
Publication date: 2020-12-11
Also published as: TW202019764A

Abstract

本發明係包括一前輪、一後輪、一車架及一傳動系統。前、後輪係樞設於車架。傳動系統具有一曲柄、一前鏈輪、一後鏈輪及一鏈條。曲柄同軸連結前鏈輪，再樞設於前、後輪之間；後鏈輪同軸連結後輪，鏈條繞設於前、後鏈輪。前鏈輪由一第一半部及一第二半部構成複合式鏈輪；第一、第二半部之角度和為360度。第一半部呈半橢圓形而具有一半長軸及二半短軸，其外緣具有M個齒部。第二半部呈半圓形並具有N個齒部，其半徑等於半短軸。M、N均為大於12之正整數，且M＞N。故，本案兼具複合式鏈輪可提高兩腳施力不平均之騎乘效率，部份橢圓與部份圓形之複合式鏈輪為前所未見之革命性設計等優點。

Description

複合式鏈輪及具有複合式鏈輪之自行車

本發明係有關一種複合式鏈輪及具有複合式鏈輪之自行車，尤指一種兼具複合式鏈輪可提高兩腳施力不平均之騎乘效率，部份橢圓與部份圓形之複合式鏈輪為前所未見之革命性設計之複合式鏈輪及具有複合式鏈輪之自行車。

參閱第9圖，自行車之驅動系統相關結構，主要有一車架91、一鍊條92、一前鏈輪93、一後鏈輪94、一曲柄95及二踏板96。其中，該二踏板96係樞設於該曲柄95之兩端，該曲柄95之中央為一中軸部951，其與該前鏈輪42同軸固定；該鍊條95係繞設於該前鏈輪93及一後鏈輪94上；在此簡化說明時，先忽略變速器及其他零組件。公知前鍊輪為圓形(即圓形鍊輪)，當一使用者在騎自行車時，會左右腳輪流施力踩踏，假設左右腳之施力很平均，則並無施力不平均之問題。請參閱第10圖，此為某一使用者之左腳力道(左腳區域P1)與右腳力道(右腳區域P2)不同導致其曲柄扭矩不平均之示意圖，其中，曲柄角度在0度至180度之間為右腳，其曲柄扭矩之峰值約37牛頓米(N-m)，而曲柄角度在180度至360度之間為左腳，其曲柄扭矩之峰值約22牛頓米(N-m)，遠低於右腳。特別是，許多人是習慣用右腳或左腳，此時，慣用腳所下踩之力道會高於非慣用腳之力道，在這種情況下騎乘時，則會顯現出明顯之施力不平均問題。因此，有必要研發新技術，以解決上述缺點及問題。

本發明之目的，在於提供一種複合式鏈輪及具有複合式鏈輪之自行車，其兼具複合式鏈輪可提高兩腳施力不平均之騎乘效率，部份橢圓與部份圓形之複合式鏈輪為前所未見之革命性設計等優點。特別是，本發明所欲解決之問題係在於特別是，許多人是習慣用右腳或左腳，此時，慣用腳所下踩之力道會高於非慣用腳之力道，在這種情況下騎乘時，則會顯現出明顯之施力不平均問題。解決上述問題之技術手段係提供一種複合式鏈輪及具有複合式鏈輪之自行車，其包括：一前輪；一後輪；一車架，係具有一頭管部、一手把與前叉組件、一中軸樞設部及一後叉部；該前輪係樞設於該手把與前叉組件上，該手把與前叉組件係樞設於該頭管部，該後輪係樞設於該後叉部上；一傳動系統，係具有一曲柄、一前鏈輪、一後鏈輪及一鏈條；該曲柄係具有一中軸部及一對踏板，該中軸部及該前鏈輪係同軸樞設於該中軸樞設部；該對踏板係樞設於該曲柄之兩端；該後鏈輪與該後輪同軸固定；該鏈條係繞設於該前鏈輪與該後鏈輪之間；其中，該前鏈輪係為複合式鏈輪，其具有一旋轉軸心、一第一半部及一第二半部；又，該第一半部係具有一第一角度，該第二半部係具有一第二角度，該第一角度與第二角度之和為360度；該第一半部422之外緣概呈半個橢圓形，而具有一半長軸及二半短軸，該第一半部之外緣具有M個齒部；並具有一偏心率ε，其係被定義為：

；該第二半部之外緣概呈半圓形，其半徑等於該半短軸，該第二半部之外緣具有N個該齒部；其中，M、N均為大於12之正整數，且M＞N。本發明之上述目的與優點，不難從下述所選用實施例之詳細說明與附圖中，獲得深入瞭解。茲以下列實施例並配合圖式詳細說明本發明於後：

參閱第1及第2圖，本發明係為一複合式鏈輪及具有複合式鏈輪之自行車，其包括：一前輪10。一後輪20。一車架30，係具有一頭管部31、一手把與前叉組件32、一中軸樞設部33及一後叉部34。該前輪10係樞設於該手把與前叉組件32上，該手把與前叉組件32係樞設於該頭管部31，該後輪20係樞設於該後叉部34上。一傳動系統40，係具有一曲柄41、一前鏈輪42、一後鏈輪43及一鏈條44。該曲柄41係具有一中軸部411及一對踏板412；該中軸部411及該前鏈輪42係同軸樞設於該中軸樞設部33；該對踏板412係樞設於該曲柄41之兩端；該後鏈輪43與該後輪20同軸固定；該鏈條44係繞設於該前鏈輪42與該後鏈輪43之間。其中，該前鏈輪42係為複合式鏈輪，其具有一旋轉軸心421、一第一半部422及一第二半部423(如第4圖所示，該旋轉軸心421係介於該第一半部422及該第二半部423之間，以通過該旋轉軸心421之Y軸為分界線，左側邊為該第一半部422，右側邊為該二半部423)；又，該第一半部422係具有一第一角度θ1，該第二半部423係具有一第二角度θ2，該第一角度θ1與第二角度θ2之和為360度。該第一半部422之外緣概呈半個橢圓形，而具有一半長軸a及二半短軸b，該第一半部422之外緣具有M個齒部42A；並具有一偏心率ε，其係被定義為：

。該第二半部423之外緣概呈半圓形，其半徑等於該半短軸b，該第二半部423之外緣具有N個該齒部42A；其中，M、N均為大於12之正整數，且M＞N。實務上，該第一角度θ1係介於170度至190度之間。該第一半部422之外緣係具有18個齒部42A。該第二半部423之外緣係具有16個齒部42A。該偏心率ε係介於0.2至0.6。在此要特別說明的部分是，為了改善圓形鏈輪所產生之左、右腳不平均施力情況，可藉由調整在非慣用腳區段鏈輪的齒數來增加此區段所帶動之鏈輪半徑，進而形成半橢圓形鏈輪。兩不同形狀之鏈輪相接處為橢圓形之半短軸，因而橢圓形之半短軸與圓形半徑會相等。半長軸為左腳施力區段，藉此產生較大扭矩。橢圓形偏心率之上限以不超過0.6為主，關於橢圓形之偏心率，如第3圖所示，X軸上之長軸為2a，Y軸上之短軸為2b，兩焦點距離為2e。其中，偏心率ε之定義為

。

。 a為半長軸；b為半短軸；

為旋轉角度。根據現有之文獻顯示，若偏心率超過0.6，自行車在騎行時，容易導致力量落差，所產生之段落感會非常明顯。關於齒數部份，左右區段(橢圓及圓形)之齒數皆須為偶數，並且節距也必須相等。參閱下表1，其係本案之實施例一，簡稱「0-0.45U複合」，其左半鏈輪為17齒(即34齒之橢圓部之1/2)，而右半鏈輪為16齒(即32齒之圓形部之1/2)之複合式鏈輪。同樣參閱下表1，關於本案之實施例二，簡稱「0-0.59U複合」，其左半鏈輪為18齒(即36齒之橢圓部之1/2)，而右半鏈輪為16齒(即32齒之圓形部之1/2)之複合式鏈輪。而比對基礎為傳統之圓形鏈盤，簡稱「圓形U」，左半34齒及右半36齒之圓形鏈盤。 (表1)左右鏈輪之組合

經實驗分析後，其複合式鏈輪整體平均表現可簡化為下表2。 (表2)複合式鏈輪整體平均

而「0-0.45U複合」之複合式鏈輪(如第4圖所示)、「0-0.59U複合」之複合式鏈輪(如第5圖所示)與「圓形」之傳統鏈輪三者之曲柄扭矩、曲柄轉速、曲柄功率之比較，分別如第6圖、第7圖及第8圖所示。參閱第6圖，其中第一曲線L11、第二曲線L12及第三曲線L13分別為圓形、0.45U複合式鏈輪與0.59U複合式鏈輪之曲柄扭矩，第二曲線L12與第三曲線L13之負值均低於(愈低愈優)第一曲線L11。參閱第7圖，其中第一曲線L21、第二曲線L22及第三曲線L23分別為圓形、0.45U複合式鏈輪與0.59U複合式鏈輪之曲柄轉速，大約在180度以前，均為右腳施力區段，此區段內，第二曲線L22與第三曲線L23皆高於(優於)第一曲線L21，且大約在180度以後，均為左腳施力區段，第二曲線L22與第三曲線L23下降幅度均高於第一曲線L21，亦即偏心率越大，下降幅度愈高(愈優)。參閱第8圖，其中第一曲線L31、第二曲線L32及第三曲線L33分別為圓形、0.45U複合式鏈輪與0.59U複合式鏈輪之曲柄功率，大約在180度以前，均為右腳施力區段，以第三曲線L33之功率較高。總之，複合式鏈輪與圓形鏈輪功率及效率參閱下表3，可證明：整體效能為「0-0.45U複合」之複合式鏈輪最高，「0-0.59U複合」之複合式鏈輪次高，優於「圓形」之傳統鏈輪。亦即，可證明複合式鏈輪對於提升整體效益有所幫助。 (表3)複合式鏈輪與圓形鏈輪功率及效率

綜上所述，本發明之優點及功效可歸納如下： [1] 複合式鏈輪可提高兩腳施力不平均之騎乘效率。由於許多人之慣用腳(例如為右腳)之踩踏力與非慣用腳(例如為左腳)之踩踏力不同，可能影響騎乘速度。而本發明可巧妙的運用複合式鏈輪之設計，來解決這個問題，並能提高騎乘之整體效率。故，複合式鏈輪可提高兩腳施力不平均之騎乘效率。 [2] 部份橢圓與部份圓形之複合式鏈輪為前所未見之革命性設計。西元1868年法國有人發明第一輛用鍊條傳動後輪的安全型自行車，而自行車之前鏈輪在近一百多年來均設計為圓形，本案打破此設計理念，為一極大之創新與突破。故，部份橢圓與部份圓形之複合式鏈輪為前所未見之革命性設計。以上僅是藉由較佳實施例詳細說明本發明，對於該實施例所做的任何簡單修改與變化，皆不脫離本發明之精神與範圍。

10:前輪20:後輪30、91:車架31:頭管部32:手把與前叉組件33:中軸樞設部34:後叉部40:傳動系統41、95:曲柄411、951:中軸部412、96:踏板42、93:前鏈輪421:旋轉軸心422:第一半部423:第二半部42A:齒部43、94:後鏈輪44、92:鏈條θ1:第一角度θ2:第二角度a:半長軸b:半短軸L11、L21、L31:第一曲線L12、L22、L32:第二曲線L13、L23、L33:第三曲線P1:左腳區域P2:右腳區域

第1圖係本發明之自行車之示意圖第2圖係本發明之前鏈輪之示意圖第3圖係橢圓形節曲線之示意圖第4圖係本發明之偏心率為0.4502之前鏈輪之規格圖第5圖係本發明之偏心率為0.5913之前鏈輪之規格圖第6圖係本發明之複合式鏈輪曲柄扭矩比較之曲線圖第7圖係本發明之複合式鏈輪曲柄轉速比較之曲線圖第8圖係本發明之複合式鏈輪曲柄功率比較之曲線圖第9圖係公知自行車之示意圖第10圖係使用者之左腳力道與右腳力道不同導致其曲柄扭矩不平均之曲線圖

40:傳動系統

41:曲柄

411:中軸部

412:踏板

42:前鏈輪

421:旋轉軸心

422:第一半部

423:第二半部

42A:齒部

44:鏈條

θ 1:第一角度

θ 2:第二角度

a:半長軸

b:半短軸

Claims

一種具有複合式鏈輪之自行車，係包括：一前輪；一後輪；一車架，係具有一頭管部、一手把與前叉組件、一中軸樞設部及一後叉部；該前輪係樞設於該手把與前叉組件上，該手把與前叉組件係樞設於該頭管部，該後輪係樞設於該後叉部上；一傳動系統，係具有一曲柄、一前鏈輪、一後鏈輪及一鏈條；該曲柄係具有一中軸部及一對踏板，該中軸部及該前鏈輪係同軸樞設於該中軸樞設部；該對踏板係樞設於該曲柄之兩端；該後鏈輪與該後輪同軸固定；該鏈條係繞設於該前鏈輪與該後鏈輪之間；其中，該前鏈輪係為複合式鏈輪，其具有一旋轉軸心、一第一半部及一第二半部；又，該第一半部係具有一第一角度，該第二半部係具有一第二角度，該第一角度與第二角度之和為360度；該第一半部之外緣概呈半個橢圓形，而具有一半長軸及二半短軸，該第一半部之外緣具有M個齒部；並具有一偏心率ε，其係被定義為：
；該第二半部之外緣概呈半圓形，其半徑等於該半短軸，該第二半部之外緣具有N個該齒部；其中，M、N均為大於12之正整數，且M＞N。
如申請專利範圍第１項所述之具有複合式鏈輪之自行車，其中，該第一角度係介於170至190度之間。
如申請專利範圍第１項所述之具有複合式鏈輪之自行車，其中：　　該第一半部之外緣係具有18個齒部；　　該第二半部之外緣係具有16個齒部。
如申請專利範圍第１項所述之具有複合式鏈輪之自行車，其中，該偏心率ε係介於0.2至0.6之間。
一種複合式鏈輪，係具有：一第一半部，係具有一第一角度；該第一半部之外緣概呈半個橢圓形，而具有一半長軸及二半短軸，該第一半部之外緣具有M個齒部；並具有一偏心率ε，其係被定義為：
；一第二半部，係具有一第二角度，該第一角度與第二角度之和係為360度；該第二半部之外緣概呈半圓形，其半徑等於該半短軸，該第二半部之外緣具有N個該齒部；其中，M、N均為大於12之正整數，且M＞N；一旋轉軸心，係介於該第一半部及該第二半部之間。
如申請專利範圍第５項所述之複合式鏈輪，其中，該第一角度係介於170至190度之間。
如申請專利範圍第５項所述之複合式鏈輪，其中：該第一半部之外緣係具有18個齒部；該第二半部之外緣係具有16個齒部。
如申請專利範圍第５項所述之複合式鏈輪，其中，該偏心率ε係介於0.2至0.6之間。