自行车刹车装置及其方法
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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。
[0003]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I为了对应前车轮，该轮圈11的一中心Cl需对准该花毂12的一中心C2(即该花毂12左端间距Xl及右端间距X2至该轮圈11的该中心Cl相等，Xl = X2 ;Fal、Fa4的反向张力分别为Fa3、Fa4):
[0004]...分力 Fbl =分力 Fb2
[0005]...Fbl = Falsin Θ I Fb2 = Fa2sin θ 2
[0006]...Falsin θ I = Fa2sin θ 2
[0007]又该后车轮I的结构设计，每一该幅丝条13连接在该轮圈11的该中心Cl相对该第一固定部121形成一倾斜角度Θ 1，相对该第二固定部122形成一倾斜角度Θ 2，
[0008]...Θ I > Θ 2sin Θ I > sin θ 2
[0009]...Fal < Fa2
[0010]...Fal = Fa3 Fa2 = Fa4
[0011]...Fa3 < Fa4
[0012]藉由改变Fa3、Θ l、Fa4、Θ 2的大小，可使该轮圈11的该中心Cl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。
[0013]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I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。
[0014]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ul、u2与热膨胀系数(I1、α 2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:
[0015]...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；
[0016]...Fl = F2 = PlAl = P2A2
[0017]...摩擦力 fl = f2 = Fl.ul = F2.u2 = PlAl.ul = P2A2.u2 ；
[0018]热应力Fh = α Λ Τ，该第一刹车边111及该第二刹车边112所产生的温度差为Λ Tl、Λ Τ2，此时:
[0019]ΛΔΤ =ΔΤ1 = Λ Τ2，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；
[0020]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,
[0021]Fa3 = V (Fa3x2+Fa3y2)Fa4 = V (Fa4x2+Fa4y2)
[0022]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:
[0023]该轮圈11左侧受力为F左=Fa4y+Fh、右侧受力为F右=Fa3y+Fh，
[0024]...Fa4y>Fa3y
[0025]...F 左〉F 右
[0026]...S1>S2
[0027]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I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Fl、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SDSmax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】
[0028]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
[0029]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。
[0030]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。[0031 ] 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。
[0032]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。
[0033]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。
[0034]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。
[0035]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】
[0036]图1:为现有后车轮在进彳丁中的关系TJK意图；
[0037]图2:为现有后车轮在刹车时的关系示意图；
[0038]图3:为本发明后车轮在刹车时的关系TJK意图；
[0039]图4:为本发明轮圈形成供开口式外胎装设的结构示意图；
[0040]图5:为本发明轮圈形成供管状胎装设的结构示意图。
[0041]其中，附图标记
[0042]现有技术
[0043]后车轮.1轮圈.11
[0044]第一刹车边.111第二刹车边.112
[0045]花毂.12第一固定部.121
[0046]第二固定部.122幅丝条.13
[0047]刹车皮.2中心.C1、C2
[0048]压力.F1、F2反向张力.Fal、Fa2
[0049]张力.Fa3、Fa4
[0050]分力.Fa3x、Fa3y、Fa4x、Fa4y、Fbl、Fb2
[0051]左侧、右侧位移.S1、S2左端、右端间距.X1、X2
[0052]倾斜角度.Θ 1、Θ 2
[0053]本发明
[0054]后车轮.3轮圈.31
[0055]内缘.310侧表面.311
[0056]另一侧表面.312花毂.32
[0057]第一固定部.321第二固定部.322
[0058]幅丝条.33第一刹车边.41
[0059