早期的自行车，比如1867年由密休（Pierre Michaux）与1870年由斯坦利
（James Starley ）所设计的脚踏两轮车，其踏板连接在前轮上（图1 和图2 ）。
踏板每踩一圈，则带动前轮转一圈，相当于使脚踏车向前方移动前轮周长的
距离。
所以轮子愈大，则踏板每踩一圈所走的距离也愈远。因此，早期自行车的传
动装置完全依赖于轮子的大小，轮子愈大，则传动愈快。基于此，早期自行车的
传动装置以驱动轮直径的大小来确定，并以英寸为单位（1 英寸=2.54 厘米）。
所以脚踏两轮车有点像50英寸的传动装置，而小孩的三轮车上有相当于10英
寸的传动装置。
直到今天，人们仍然以相同的概念来测量自行车的齿轮比，不论其是单速或
十段变速。我们来讨论拥有27英寸轮子、无变速系统的自行车，它的大齿盘（chain
wheel ）为42齿，飞轮（free wheel）为14齿（图3 ）。按照这样的匹配，踏板
每踩1 圈，飞轮就会转3 圈。
结果为踏板每踩1 圈，后轮就转3 圈，所以这就相当于直径为3 ×27=81 英
寸的脚踏两轮车踩1 圈踏板可前进的距离（因为轮子的周长与其直径成正比），
因此我们称它为拥有81英寸的齿轮比。这比任何脚踏两轮车的制造极限都大，因
为脚踏两轮车前轮的直径受到人类腿长的限制。
如果在博物馆看到脚踏两轮车，你可以估计一下其驱动轮的直径。
直接传动的自行车，其齿轮比非常低，但斯坦利在1885年推出了漫游者安全
脚踏车时，其设计已与目前的自行车非常类似。由踏板直接带动大齿盘，由链条
传动连接在后轮上的飞轮，因为大齿盘较飞轮多出许多齿，所以可以由较小的驱
动轮获得较高的齿轮比（图4 ）。
典型的BMX 自行车有20英寸的轮子，其大齿盘有36齿，飞轮有18齿。36为18
的两倍，所以踏板转一圈，驱动轮会随之转两圈，故它有40英寸的齿轮比（即驱
动轮直径的两倍，20×2=40）。
这是一个比较低的齿轮比，因为BMX 自行车是被设计成表演特技和加速用的
自行车，不是用来快速行驶的。可将此车与梅佛瑞特（Jos é Meiffret ）所使
用的齿轮比275 英寸，创造时速127 英里世界纪录的自行车做比较（1 英里=1.609
千米）。从图5 中可以看到他并非骑直径23英尺的脚踏两轮车！其自行车的驱动
轮直径为27.5英寸，但其大齿盘的齿数为飞轮的10倍，踏板转1 圈，飞轮会转10
圈。
我们发现一个自行车齿轮比的关系式：
许多现代的自行车有十段变速，以应付弯路和山路等不同路况。变速系统由
2 个大小不同的大齿盘以及1 个飞轮（由5 个不同尺寸的轮子相叠）所组成。如
图6 所示的自行车，其大齿盘为50及32齿，而飞轮则为14、17、20、24与28齿。
有一种机制能使链条在相叠的5 个轮子上移动并与其中任一个吻合，另一种
机制则可在两个大齿盘中选择一个带动飞轮。要得到最低的齿轮比，就要由32齿
的大齿盘驱动28齿的飞轮。故如果驱动轮为直径27英寸，则
完成下列的表格，我们就可知道此自行车有哪些可能的齿轮比。
上述的资料就是巴特勒规格（Claude Butler specification ），是专为女
式车设计的。而为男士所设计的自行车大齿盘为40齿与50齿，飞轮则与女式车所
用的相同。
如果你正在骑女式自行车，由最低速开始逐档调速，一直调到最高速，那么
链条在两个大齿盘间要转换几次？若你骑的是男式车，会得到相同的答案吗？
以此种方法定义自行车的齿轮比是较好的，它在比较不同车轮的自行车的齿
轮比时相当容易。这样的定义显然较往年采用的与26或27英寸标准车轮做比较的
定义更有意义。
到目前为止尚未讨论到轴变速的问题，但由下列的资料，我们就可以开始讨
论了。
上表有什么意义？
轴齿轮比的实际作用为改变驱动轮和飞轮之间的相对转速。以三速宽齿轮比
（AW）而言，在第一速时飞轮转1 圈，后轮才转0.75圈。在第二速时，飞轮转1
圈，后轮也转1 圈（又称直接传动）。在第三速时，飞轮转1 圈，后轮会转1.333
圈。
现在假设有一辆26英寸的自行车配备了AW后轴变速系统，大齿盘有46齿，飞
轮为18齿，则
其通式为：
可运用上式找出上述自行车加装上其他后轴变速系统后其实际的齿轮比为多
少。
调查一下四段速飞轮的齿数，此飞轮的轴齿轮比与FW的轴齿轮比非常接近。
我们可试着把十段速系统与后轴变速系统联用，这么做可以获得非常大的齿
轮比。好好研究一下！
