CN101037130A - 用于脚踏车的无死点的牵引系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于脚踏车的无死点的牵引系统。踏板(9)具有线性的往复运动，使在这种类型的线性传动装置的整体运行过程中作用于踏板的扭矩更加均匀，从而提高循环蹬踏的效率。踏板(9)被固定于在相互分离平行的轨道(11)上移动的线性球形滑动装置(10)上，轨道(11)被纵向固定在框架的两侧。滑动装置连接在分离的齿条(13)的前端，齿条(13)在其内部相对的表面和下表面上具有成90°的双齿(14，15)。齿(14)与中间水平齿轮(16)啮合。踏板(9)的牵引作用被齿条(13)的下部齿(15)传递到各自的垂直齿轮(6)，该垂直齿轮(6)具有用于驱动水平轴(22)的自由轮。

Description

用于脚踏车的无死点的牵引系统

技术领域

如本说明书的标题名称所述，本发明涉及一种用于由骑乘者的力推进的脚踏车、尤其是用于自行车和三轮车及明轮船等等的无死点的牵引系统，该系统通过消除传统蹬踏系统中产生的死点，改进传动系统以提高效率，此外本发明实现的方式简单且没有任何机械复杂性。

背景技术

当前，此类车辆上的用于传递骑乘者所施加的力的多数机构是基于两个以180°间隔布置并固定在轴上的踏板，所述轴通过同样固定在该轴上的带齿的链轮向车轮传递旋转运动，并且通过传动链装置直接驱动作用在车辆驱动轮上的齿轮。该系统具有这样的特定特征，即在360°的转动运行中，通过作用在踏板(具有约175mm的杆臂)上的腿的相同的作用力，每180°我们就能以高斯钟形曲线(正弦曲线)的形式获得到达车轮的驱动扭矩的图，其中对应上死点位置和下死点位置的最平坦的部分其扭矩为“0”，并且该扭矩的峰值点(最大扭矩)是踏板为90°时施加作用力的点。

简言之，这种具有循环运动的蹬踏系统是连杆/曲柄原理的变量，并且受到其作用力和效率的特征的影响，由于用户的腿的特定结构而使这种特征恶化，从上死点到下死点的有效作用力的实际角度不超过157°，直到180°的剩下的转动是由弯腿完成的。

此外，也存在着大量的用于自行车和类似车辆的牵引/推进系统，它们的目的是消除死点位置。它们中的绝大部分是基于踏板的循环运动的，而其它的则使用了可替换的运动方式，尽管实际上所有这些运动都是上/下运动。在那些基于踏板的可替换运动方式的文献中，我们可引用发明专利号9701660，9003296和8902295，其中最后一个考虑了从踏板向由适当的传动装置致动的驱动轮传递运动的水平蹬踏，它可由用户的脚以前进和后退方向移动。每个踏板连接到轮带链系上，通过该轮带链系，行星轮箱中的齿轮或轮被转动，以将其旋转传递到每个行星齿轮并传递到与驱动轮对应的装配轴上。踏板通过在内部运行、封闭着壳体侧导承的柔性带装置被连接在一起并补足所述踏板的交替运动。每个踏板的链延伸超过相对于的齿轮，从而被柔性带装置连接到另一个踏板的链上，以根据用户的脚的交替运动而被同步移动。

发明专利No.9003296考虑到了一种用于自行车推进的由垂直机构构成的垂直蹬踏系统，该垂直机构由对称并且相互平行的两部分组成，每个部分分别具有踏板，这两个部分以与分别运动的身体的垂直移动相互对抗结合(antagonistic combination)的方式连接在一起，以依次地正常连接到将交替运动转换为单一方向的旋转运动的机构上。介入该转换机构的是一个与单独对抗在各自导轨上滑动的牵引架结合的链，踏板通过该链结合在一起。

所引用的发明专利No.9701660要求保护一种用于自行车的踏板推进器，其中踏板的交替运动分别在独立的滑动导轨上执行，所述踏板连接到独立的传动元件，该传动元件在其运动中被强制地随同移动，每个传动元件被连接到：a)具有止动爪和以单一方向旋转的链轮并且具有位于中心旋转轴上的基座的一对轴承的其中一个上，b)具有自由转动的链轮和位于所述滑动导轨下端的一对辅助轴承中的一个上，以及c)位于所述滑动导轨的上端的一对自由转动的换向链轮中的一个上，这些导轨具有齿轮，这些齿轮的啮合允许这些链轮与钩环相连，以将移动的方向反向。

发明内容

总体上说，本发明提出的用于脚踏车的无死点的牵引系统具有这样的功能原理，即在踏板的运动过程中保持扭矩(等于前述转动蹬踏系统的峰值扭矩的80％)，不具有任何死点位置，在效率(对于相同作用力来说)上的整体差异显著提高并且估计具有大约44％的增量(考虑到转动惯量，应当扣除机构轴承的方向改变所带来的影响)。

同样适于前文提到的一些传统系统的该功能原理，由下面的装置实施：两个固定在线性球体滑动装置上的踏板在所述滑动装置的平行导轨上移动，其行程与蹬踏系统在上死点位置和下死点位置之间转动所运行的路程是相同的，即350mm。连接到该结合着每个踏板和滑动装置的部件是具有双齿的齿条，该双齿分别位于彼此相邻的表面上或成90°，由于这些齿条的端面齿被永久地结合在单独的中间水平齿轮上，因此这些齿条具有反向的线性运动，即踏板同步地向前和向后运动。

每个齿条的其它齿位于两个垂直的齿轮的下方并与之啮合，该齿轮固定在两个自由轮上并且后者依次地固定在驱动轴上。在踏板的每次运动中，每次都以同样的方向产生旋转运动。这种简单的结构具有恒定的扭矩并且当一个踏板达到其行程的端点时作用于另一个上，由于自由轮不允许在其它具有止动爪装置的系统中可能出现的晃动，因此这种转动是恒定的。

光滑的齿条的自由面建立一支撑，该支撑完美地引导在保持其齿的啮合的单独的反作用轴承上。

此外，本发明提出的牵引系统具有相对于当前踏板运动的转动系统的其它优点，其中当前的系统中的踏板在每次起动时需要被定位以便以最大扭矩驱动所述车辆。与这种系统相反，线性蹬踏系统可在踏板的任何位置并且以最大扭矩起动。

当爬坡时，用户可以通过蹬踏更短的行程(用户可在任何时刻暂停一条腿的前进并且用另一条腿继续推进)以这样的方式实施，即股骨和腿的下部分之间形成的角度更优选地以实现更大的力(与用户通过更短的步幅自动地适应爬山的方式类似)。

当车辆在爬行过程中暂停时，系统将只允许其回滑直到其中一个踏板到达其行程的端点(靠在为此目的而提供的止动装置上)，之后它不允许其再后退。

为了补充本发明的特征并形成本说明书的整体部分，这些附图中的一些图是以示意性的原则呈现的，而不是限制性的。

附图说明

图1a和1b分别是具有循环运动的传统蹬踏系统的示意图。

图2是根据本发明的线性蹬踏系统的示意图。

图3是作用于传统的转动蹬踏系统踏板的扭矩曲线(以虚线表示)和作用在本发明的牵引系统上的踏板的扭矩曲线(以实线表示)的对比图。

图4是形成本发明目标的用于脚踏车的无死点的牵引系统的透视示意图。

图5是根据本发明的牵引系统的沿纵向高度的局部视图。

图6是图5中所示系统的平面视图。

图7是沿图5中A-A切割线的剖面图。

图8是沿图5中B-B切割线的剖面图。

图9是沿图5中C-C切割线的剖面图。

具体实施方式

通过参照在附图中采用的数字编号，我们可以看到在图2中以示意形式示出的本发明提议的用于脚踏车的无死点的牵引系统与图1a和1b中所示的传统的循环蹬踏系统的不同。

图1a以示意形式示出了扭矩最小的时刻，图1b示出了扭矩最大的时刻。搁放用户的脚2的踏板的轴1描绘了圆周3并且扭矩被传递到插入相同旋转轴的带齿的轮4上，并且从后者通过相应的传动链传递到驱动轮，其中所述传动链未在图中示出。

在图2中，根据本发明，由于踏板1的轴被直线轨道5上的用户脚2所移动，因此牵引系统被线性地执行。驱动扭矩被传递到两个插入驱动轴内的独立的垂直链轮6上，其中，在所述驱动轴上还固定了输出齿轮4，用于通过未在图中示出的相应的牵引链传递车轮的运动。

在图3中，以7标记的是传统的转动蹬踏系统的扭矩曲线，而根据本发明的无死点的牵引系统的曲线由数字8标记。此处也可看出这两条曲线的最大和最小扭矩，以及根据本发明的牵引系统所获得的平均扭矩，该平均扭矩大于通过传统循环蹬踏获得的平均扭矩。

图4以示意形式示出了形成本发明目标的牵引系统，并且我们可看出它由两个连接到其各自的在导轨11内滑动的球形滑动装置10上的踏板9，所述导轨分别固定在框架的空心轮廓12的一侧和另一侧。

齿条以数字13标记并连接到相应的滑动装置上，被纵向布置并且彼此平行。在图4的放大细节部分，我们可以看到在其两个表面上构成双齿的实际齿条14和15是相邻的或成90°。

中间或中继水平齿轮16固定在两齿条13的齿14之间，该齿轮16以这样的方式永久地啮合并固定，即一齿条13被完全推进(踏板9和其滑动装置10位于其导轨11行程结束端的前端)而另一个被完全退后(踏板9和另一个滑动装置10位于另一导轨11的后端)。通过这种方式，当一踏板9前进时另一个完全同步地后退。

两个齿条13的下部齿15都啮合着带齿的垂直或牵引轮，该轮在提及图2时由数字6标记。这两个轮6或牵引齿轮是单一方向的或自由轮，从而转动只是以一个方向被传递到固定着链轮4的输出轴，链轮4通过链18将运动传递到后轮17。

通过这种结构，每次只有一个滑动装置10的踏板9被推动，另一个与其齿条13一同后退，由于包括自由轮装置而不将该运动传递到链轮4。被驱动的踏板前进并且其齿条齿15将作用力传递到插入有链18的牵引系统，该链18直接作用在后轮上(其传动比将与城市脚踏车的相同)或通过如图4中所示的传统的传动装置19的变速而起作用，这一点我们将做特殊参考。

图5至9呈现了更真实的实施方式的特殊实例，换言之，并不是图4中的用于让我们更好地理解其功能的示意图。

在这些附图中，齿条13沿框架的刚性水平轮廓12下方运行，通过中间支承20(图7)固定在滑动装置10上；并且中继齿轮16由此而通过位于侧突的齿条(见图8)之间的螺旋轴21固定在水平轮廓12的下方。在图8和图9中，我们既可看到中继齿轮16或中间水平齿轮，也可看到垂直带齿的轮或牵引齿轮6，包括球轴承。

在图9中可见牵引齿轮6被组装在水平轴22上并通过轴承转动，其中该水平轴22横贯焊接于框架的水平轮廓12上的支承23。在轴22更加突出的端部插有链齿轮4。

如我们在本发明概述中所述，已经做了准备，从而通过提供吸收径向应力的反作用轴承，齿条13可完美地保持其与中继齿轮16和牵引齿轮6的永久啮合。图8的参考标记24标明了齿条14和中继齿轮16的反作用轴承，这些轴承24被固定在通过一些加强托架26横向焊接在框架的水平轮廓12上的普通支承25上。在图9中可看到反作用轴承，从而齿条13不与相应的牵引齿轮6分离，这些轴承以数字27标记并固定在连接于框架的相同水平轮廓12上的侧面支承28上。支撑在轴承24和27上的齿条13的光滑表面可完美地滑动。

Claims (3)

1、用于脚踏车的无死点的牵引系统，可在其往复运动的整个线性行程中保持作用在踏板上的扭矩，其特征在于，踏板(9)固定于在相互分离平行的轨道(11)上移动的线性球形滑动装置(10)上，所述轨道分别固定在形成框架一部分的刚性空心轮廓(12)的一侧和另一侧上并大致水平地布置，踏板(9)执行反向往复运动，并且每个滑动装置(10)被连接在齿条(13)的前端，该齿条(13)在其与另一齿条(13)相对的内表面和下表面上具有成90°的双齿(14，15)；由于齿条(13)的相对的齿(14)永久地啮合于单独的中间水平齿轮(16)，踏板(9)可获得同步的向前和向后运动，每个踏板(9)的交替的牵引作用被传递到各自的垂直齿轮(6)，该垂直齿轮(6)固定在自由轮上并且以连续地单一方向转动和恒定扭矩的方式被布置在水平轴(22)上，水平轴(22)通过轴承安装在与框架的水平轮廓(12)成整体的支承(23)上，驱动所述车辆的后轴的所述链齿轮(4)被插入所述水平轴(22)的一端。

2、根据权利要求1所述的用于脚踏车的无死点的牵引系统。其特征在于，齿条(13)的光滑的外部前表面与分离的反作用轴承(24)滑动接触，其中所述反作用轴承(24)保持与中间水平齿轮(16)啮合并且固定在与框架的水平轮廓(12)成整体的横向支承(25)的相应的端部上。

3、根据权利要求1所述的用于脚踏车的无死点的牵引系统。其特征在于，齿条(13)的光滑的外部前表面与分离的反作用轴承(27)滑动接触，其中该反作用轴承(27)保持于垂直牵引齿轮(6)啮合并且前者固定于分离的支承(28)上，其中该支承(28)侧突地固定在框架的水平轮廓(12)上。

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