CN1511754A - 自行车的踏板曲柄机构 - Google Patents

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Abstract

一种自行车的踏板曲柄机构，该机构可减少在踏动踏板时交替施加在骑车人腿上的载荷，并能以均衡方式利用整条腿的肌肉，从而使踏板自然地返回到踏动操作的初始位置上而不会在踏板的返回轨迹中形成腿部的非自然弯曲形状。该踏板曲柄机构包括主动曲柄9，被动曲柄12，连杆15和一个踏板16，将踏板16安装到一位于连杆15的第一自由支承轴13附近的突出端17上，而且使该踏板16位于所述主动曲柄9的自由端附近，使踏板16沿一经过第一和第二固定支承轴8、11的非圆轨迹T旋转，而且使第一固定支承轴8位于所述非圆轨迹T的区域之内。

Description

自行车的踏板曲柄机构
技术领域
本申请涉及一种自行车的踏板曲柄机构，尤其是涉及一种对装备有在未审查公开的日本专利申请No.平成11-263275中公开的摆动支点的驱动力输入设备的自行车改进。
背景技术
结合本发明描述中使用的术语，对专利文件1中公开的自行车的踏板曲柄机构进行说明。该机构包括一个通过一作为主动轮轴的第一固定支承轴25支承的主动曲柄24，一个通过一第二固定支承轴31支承在位于一该主动轮26附近的支架上的被动曲柄21，以及一个连杆22，将该连杆通过一第一自由支承轴35连接到主动曲柄24的一个自由端上，并通过一第二自由支承轴32连接到被动曲柄21的一个自由端上。
该机构还包括一个踏板23，将该踏板安装到与该连杆22的第二自由支承轴32侧的一端部相对侧的端部上，并且使该踏板22与第一自由支承轴35间隔开。
通过施加在踏板23上的踏动力使主动曲柄24绕该第一固定支承轴25与主动轮26同步旋转，而且主动曲柄24的旋转运动通过连杆22传递到被动曲柄21上，使被动曲柄21绕第二固定支承轴31摆动，从而使踏板23沿一非圆轨迹(踏板轨迹)T旋转。
与本发明相比，专利文件1中公开的自行车的踏板曲柄机构具有以下结构特征A′到D′：
A′.将第二固定支承轴31设置在经过第一固定支承轴25的水平线上，即设置在连接前轮1的轴1a和后轮2的轴2a的线上，
B′.被动曲柄21从第二固定支承轴31向上超出第一和第二固定支承轴25，31的连接线而延伸，这样就使在该被动曲柄的自由端上的第二自由支承轴32在第一和第二固定支承轴25，31的连接线之下摆动，
C′.连杆22具有一类似狗腿的弯曲结构，在连杆22的中间弯曲部上，将连杆通过第一自由支承轴35连接到主动曲柄24的自由端上，而且将踏板23连接到第二自由支承轴32关于连杆22的第一自由支承轴35的相对侧延伸部分上，
D′.踏板23可在主动曲柄24的第一固定支承轴25的前部上旋转，将踏板23沿一变形的长椭圆轨迹(踏板轨迹)T旋转，其中，该长椭圆轨迹T在其前部沿上下方向长而沿左和右方向短，而且使主动曲柄24的第一固定支承轴25位于该变形的长椭圆轨迹T的区域之外。
值得注意的是，专利文件1涉及与未审查的日本专利申请No.平成11-263275有关的官方公报。
从专利文件1的图5示出的该变形的长椭圆轨迹(踏板轨迹)中清楚可以看见，该轨迹沿上下方向长而沿左和右方向短，在专利文件1中示出的自行车的踏板曲柄机构，具有诸如踏板踏动力在功率因素方面总体上为增加的优点。然而，它具有如下的缺点：在现有技术中，在由右脚和左脚已经完成的踏板从上旋转死点向下旋转死点踏动时的旋转轨迹中，需要主要是沿垂直方向的踏动力，而且可以证明该力就是导致骑车人疲劳的因素。
考虑到并从平衡整条腿部肌肉的观点出发，将用于主要沿垂直方向移动踏板的载荷施加在局部肌肉上，结果就更增加了疲劳。因此，装备有这种机构的自行车不适于长距离骑车旅行。
而且，在返回轨迹中，现有技术的这种机构往往会迫使腿形成一种非自然弯曲的形状。这会使骑车人难以骑自行车并使骑车人更加疲劳。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种自行车踏板曲柄机构，从而能以适当的方式解决上述问题。
该踏板曲柄机构包括一个通过一作为主动轮轴的第一固定支承轴支承的主动曲柄，一个通过一第二固定支承轴支承在位于一该主动轮附近的支架上的被动曲柄，以及一个连杆，该连杆通过一第一自由支承轴连接到主动曲柄的一个自由端上，并通过一第二自由支承轴连接到被动曲柄的一个自由端上。
该机构还包括一个踏板，将该踏板安装到与该连杆的第二自由支承轴侧的一端部相对侧的端部上。
通过施加在踏板上的踏动力使主动曲柄绕该第一固定支承轴与主动轮同步旋转，而且主动曲柄的旋转运动通过连杆传递到被动曲柄上，使被动曲柄绕第二固定支承轴摆动，从而使踏板沿一非圆轨迹旋转。
此外，与专利文件1的结构特征A′到D′相比，本发明的自行车踏板曲柄机构具有以下结构特征A到D：
A.将第二固定支承轴设置在第一固定支承轴的后侧并且将其设置在该第一固定支承轴的上方，
B.将被动曲柄从第二固定支承轴向下超过第一和第二固定支承轴的连接线而延伸，而且在被动曲柄的自由端上的第二自由支承轴是在第一和第二固定支承轴的连接线之下摆动，
C.将踏板安装到位于连杆的第一自由支承轴附近的突出端上，而且该踏板位于主动曲柄的自由端附近，以及
D.将踏板沿经过主动曲柄的第一固定支承轴和被动曲柄的第二固定支承轴的一非圆轨迹旋转，而且第一固定支承轴位于该非圆轨迹的区域之内。
由于踏板曲柄机构具有上述结构特征，左和右腿的移动是沿着踏板踏动轨迹从上旋转死点向下旋转死点通过垂直方向和前后方向的复合而进行的，所以能降低交替地施加在两个腿上的局部载荷。
因此，在一条腿踏板从上旋转死点向下旋转死点的踏动轨迹中，整条腿的肌肉是以均衡方式在工作。而且，在另一条腿踏板从下旋转死点向上旋转死点的返回轨迹中，踏板将以一种自然的方式返回到上旋转死点上，而不会形成腿部的非自然形状，而且踏板将准备好再向下踏动。因此，在没有使骑车人疲劳的情况下就能增加功率因素。
附图说明
图1为一说明图，以示意方式示出了在本发明自行车的踏板曲柄机构中每一个元件的位置和尺寸；
图2为装备有上述踏板曲柄的自行车的侧视图；
图3示出了在踏板曲柄机构中踏板位于上旋转死点状态的侧视图；
图4示出了在踏板曲柄机构中踏板位于前旋转死点状态的侧视图；
图5示出了在踏板曲柄机构中踏板位于前旋转死点和下旋转死点之间的一中间点的状态的侧视图；
图6示出了在踏板曲柄机构中踏板位于下旋转死点状态的侧视图；
图7示出了在踏板曲柄机构中踏板位于后旋转死点状态的侧视图；
图8(A)示出了在本发明实施例中的一个踏板轨迹，以及图8(B)示出了在专利文件1中的一个踏板轨迹。
具体实施方式
下面，参考图1至图8对本发明的自行车踏板曲柄机构的一个实施例进行描述。
在图2中，附图标记1代表绕轴3旋转的前轮，附图标记2代表绕轴4旋转的后轮。将诸如循环链7的环形传动主体设置在主动轮5和后轮2的从动轮6之间，其中，主动轮5位于前轮1和后轮2之间。主动轮5的旋转驱动力通过循环链7传递到后轮2上。
前轮1和后轮2的直径相同。主动轮5的轴8位于前轮1的轴3和后轮2的轴4的连接线L1上。换言之，轴8位于大体上为水平线L1上。
如图3至图7所示，本发明的踏板曲柄机构包括一个由主动轮5的轴8，即第一固定支承轴8支承的主动曲柄9，以及一被动曲柄12，将该被动曲柄12通过一个第二固定支承轴11支承在位于主动轮5附近的车架10上。
踏板曲柄机构还包括一个连杆15，该连杆通过一个第一自由支承轴13连接到主动曲柄9的一个自由端上，而且通过一个第二自由支承轴14连接到被动曲柄12的一个自由端上。
换言之，连杆15的一端通过第一自由支承轴13连接到主动曲柄9的一个自由端上，而该连杆的另一端通过第二自由支承轴14连接到被动曲柄12的一个自由端上，从而将两个曲柄9，12的自由端彼此连接起来。
将踏板16安装到位于与连杆15的第二自由支承轴14侧相对的端部上，该端部与第一自由支承轴13间隔开。
通过施加在踏板16上的踏动力使主动曲柄9绕该第一固定支承轴8与主动轮5同步旋转，而且主动曲柄9的旋转运动通过连杆1 5传递到被动曲柄12上，使被动曲柄12绕第二固定支承轴11摆动，从而使踏板16沿一非圆轨迹旋转。
此外，与专利文件1的结构特征A′到D′相比，本发明的自行车踏板曲柄机构具有以下结构特征A到D：
结构特征A
将第二固定支承轴11设置在第一固定支承轴8的后侧，并且将其设置在该第一固定支承轴8的上方。
可优选的是，如图1所示，第二固定支承轴11以角α向上和向后倾斜地设置，角α相对第一固定支承轴8，即相对经过第一固定支承轴8的水平线L1是在30度至60度的范围之间，例如，大约为45度。换言之，在连接第一固定支承轴8和第二固定支承轴11的线L2和水平线L1之间形成的角α，其角度例如为大约45度。
结构特征B
被动曲柄12从第二固定支承轴11向下超过第一和第二固定支承轴8和11的连接线L2而延伸，而且在被动曲柄12的自由端上的第二自由支承轴14是在第一和第二固定支承轴8，11的连接线L2之下摆动。参考符号E代表第二固定支承轴11的摆动轨迹。
如图1所示，将主动曲柄9的长度，即在第一固定支承轴8和第一自由支承轴13之间的距离S2设置成短于在第一固定支承轴8和第二固定支承轴11之间的距离S1。
另一方面，被动曲柄12的长度，即在第二固定支承轴11和第二自由支承轴14之间的距离S3要略短于在第一固定支承轴8和第二固定支承轴11之间的距离S1，但是要比上述距离S2长。
类似地，连杆15的长度，即在第一自由支承轴13和第二自由支承轴14之间的距离S4要略短于在第一固定支承轴8和第二固定支承轴11之间的距离S1，但是要比上述距离S2长。
这就意味着作为被动曲柄12的长度的距离S3约等于作为连杆15的长度的距离S4。
可优选的是，可以如此进行设定：S1＞S2，S2＜S3和S4；S1＞S3和S4；以及S3S4。因此，建立了S1+S2＜S3+S4的关系。
结构特征C
将踏板16安装到位于连杆15的第一自由支承轴13附近的突出端17上，而且该踏板位于主动曲柄9的自由端附近。
踏板16可旋转地支承在位于第一自由支承轴13外侧的突出端17上，该突出端17形成了与连杆15的第二自由支承轴14侧的一端部相对侧的一端部，而且该突出端17与第一自由支承轴13间隔开。
将第二自由支承轴14和踏板16的轴相连的距离S5设定成要长于距离S2和S3，但等于或长于S1。即，可如此进行设定：S1S5＞S2和S3。
结构特征D
踏板16沿经过主动曲柄9的第一固定支承轴8和被动曲柄12的第二固定支承轴11的非圆轨迹T旋转，而且第一固定支承轴8位于非圆轨迹T的区域之内。
也就是说，踏板16沿如图3至图7所示的非圆轨迹T旋转。
尤其是，如图3所示，当踏板16位于非圆轨迹T的上死点P1时，主动曲柄9向上延伸而被动曲柄12向下延伸，即主动曲柄9和被动曲柄12以平行关系沿相反的垂直方向延伸，在被动曲柄12的自由端上的第二自由支承轴14位于摆动轨迹E的中间位置上，而且连杆15沿位于相反的垂直方向上的主动曲柄9和被动曲柄12的各自由端倾斜地延伸。此时，另一个踏板16位于图6所示的下旋转死点P3上。
如图4所示，当一个踏板16从上旋转死点P1旋转到轨迹T的前旋转死点P2时，主动曲柄9和连杆15大体上处于重合关系，而且在被动曲柄12的自由端上的第二自由支承轴14位于摆动轨迹E的前摆动死点P5上。此时，另一个踏板16位于图7所示的后旋转死点P4上。
从上旋转死点P1到前旋转死点P2的旋转轨迹T1是一个弧形。
此后，当踏板16从图4所示的前旋转死点P2经由图5所示的旋转路线旋转到图6所示的下旋转死点P3时，主动曲柄9和被动曲柄12沿相同方向(向下)平行地延伸，在被动曲柄12的自由端上的第二自由支承轴14位于摆动轨迹E的中间位置上，而连杆15是在位于主动曲柄9和被动曲柄12的底侧的两个自由端之间倾斜地延伸。此时，另一个踏板16位于图3所示的上旋转死点P1上。
从前旋转死点P2到下旋转死点P3的旋转轨迹T2是一个弧形。
然后，当踏板16从轨迹T的下旋转死点P3向后旋转死点P4旋转时，主动曲柄9和连杆15大体上处于延伸状态，而且在被动曲柄12的自由端上的第二自由支承轴14位于摆动轨迹E的后摆动死点P6上。此时，另一个踏板16位于图4所示的前旋转死点P2上。
踏板16从下旋转死点P3到后旋转死点P4的旋转轨迹T3是一个弧形，该弧形小于或等于从上旋转死点P1到下旋转死点P3的那些旋转轨迹T1，T2。旋转轨迹T3的弧形为一个朝第一固定支承轴8的凹槽形。
此后，一个踏板16沿着大体上为直线的旋转轨迹T从如图7所示的后旋转死点P4返回到上旋转死点P1。此时，另一个踏板16位于图6所示的下旋转死点P3上。
图8(A)示出了在上述实施例的自行车踏板曲柄机构中，踏板16的非圆轨迹T，并且图8(B)示出了在专利文件1中的非圆轨迹T。
专利文件1中的非圆轨迹T是一个沿纵向长而横向短的变形的长椭圆轨迹。相比之下，上述实施例的非圆轨迹T也是一个非圆轨迹，其是使该变形的长椭圆轨迹的纵向长度适当压缩而使横向长度增加。
由于这样构成的踏板曲柄机构，左和右腿的移动是沿着踏板踏动轨迹从上旋转死点向下旋转死点通过垂直方向和前后方向的复合而进行的，所以能降低交替地施加在左和右腿上的局部载荷。
这样，在踏板16从上旋转死点P1向下旋转死点P3的踏动轨迹中，整条腿的肌肉是以均衡方式在工作，因此，能避免疲劳的聚集。
此外，在腿踏板16从下旋转死点P3向上旋转死点P1的返回轨迹中，踏板16将以一种自然的方式返回到上旋转死点P1上，而不会形成腿部的非自然形状，而且踏板16将准备好再向下踏动。因此，在没有使骑车人疲劳的情况下就能增加功率因素。
通过利用如在权利要求书中特别限定的结构，能获得一种至少类似于图8(A)中所示非圆轨迹T的轨迹，即获得一种对现有技术中变形的长椭圆轨迹进行改进的一种轨迹。
显然，在上述公开内容的启示下还可对本发明进行许多修改和改变。因此，显然可知在后附的权利要求书的范围内，可以进行实际上不同于上述描述的其它修改。

Claims (1)

1.一种自行车的踏板曲柄机构，包括：
一个通过一作为主动轮轴的第一固定支承轴支承的主动曲柄；
一个通过一第二固定支承轴支承在位于一所述主动轮附近的支架上的被动曲柄；
一个连杆，其通过一第一自由支承轴连接到所述主动曲柄的一个自由端上，并通过一第二自由支承轴连接到所述被动曲柄的一个自由端上；
一个踏板，将该踏板安装到与所述连杆的第二自由支承轴侧的一端部相对侧的端部上；以及
通过施加在所述踏板上的踏动力使所述主动曲柄绕所述第一固定支承轴与所述主动轮同步旋转，将所述主动曲柄的旋转运动通过所述连杆传递到所述被动曲柄上，使所述被动曲柄绕所述第二固定支承轴摆动，从而使所述踏板沿一非圆轨迹旋转，其中：
A.将所述第二固定支承轴设置在所述第一固定支承轴的后侧并且将其设置在该第一固定支承轴的上方，
B.将所述被动曲柄从所述第二固定支承轴向下超过所述第一和第二固定支承轴的相互连接线而延伸，而且在所述被动曲柄的所述自由端上的所述自由支承轴是在所述第一和第二固定支承轴的相互连接线之下摆动，
C.将所述踏板安装到一位于所述连杆的所述第一自由支承轴附近的突出端上，而且使该踏板位于所述主动曲柄的自由端附近，以及
D.将所述踏板沿一经过所述主动曲柄的所述第一固定支承轴和所述被动曲柄的所述第二固定支承轴的非圆轨迹旋转，而且使所述第一固定支承轴位于所述非圆轨迹的区域之内。
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