齒輪傳動有魔力

文/郭明章  |2022.10.05
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圖/123RF

文/郭明章 

我們在路上常看到腳踏車愛好者,三五好友一同騎車運動兼旅遊,不管是平地的一般道路或是陡峭的山路,他們騎起來感覺都很輕鬆自在,到底是什麼原理,可以讓自行車在陡峭的山路上,仍然可以像平地一般呢?這就要說到齒輪的傳動原理了。

力矩原理 齒輪傳動

齒輪在日常生活中的應用很廣泛,大至汽車、航空,小至機械手表、電風扇,都可看到齒輪的蹤影,齒輪的發明者已不可考,但據說在古希臘時代的著名學者亞里斯多德及阿基米德都研究過齒輪。

當兩個直徑一樣的齒輪透過鏈條連接後,將其中一個齒轉動一圈,則另一個齒輪也會跟著轉動一圈,二者轉動的圈數相同,若將一個齒輪換成較大的齒輪時,則大齒輪轉動一圈,小齒輪會轉動較多的圈數,此時可感覺,轉動大齒輪所用的力氣,比剛剛兩個相同的齒輪大;此時若將用力的目標,轉到小齒輪,則會發現所用的力氣小很多,但小齒輪需要轉動好幾圈,才能讓大齒輪轉動一圈,這是利用大小不同的齒輪,有不同的力矩原理而形成的機械結構。

隨著時代的發展,這樣的機械結構被應用到變速腳踏車的變速結構中,當前方的齒輪調到較大的齒輪,以同樣的速度踩動踏板,車速就會比較小的齒輪快,但會比較費力;若將前方的齒輪調到較小的齒輪,或將後方調成較大的齒輪,調整後,就可發現騎起來省力很多,但車速相對也變慢了許多。

前小後大 騎來省力

在了解了腳踏車的變速原理後,日後騎腳踏車旅行時,平路就可調整成前大後小的模式,加快前進的速度,而到了上坡時,則將可將前方調小或後方調大,利用比較省力的方式來騎乘,善用這些變化,讓自己的旅途可以輕鬆自在。

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