CN105813936A - 一种自行车辅助工具 - Google Patents

Abstract

一种自行车链轮曲柄臂被提供。曲柄臂用于旋转时改变曲柄长度，以用于获得机械利益。

Description

一种自行车辅助工具

本发明涉及一种手段和方法，促进并提高当前且现有系统的效率和效果，在骑自行车的人将输入能量转换给自行车链轮机构的过程中，现有系统利用MA(机械利益)的效益获得自行车动力。

自行车提供自行运输的一种行之有效的形式，并且将MA的效益并入链轮机构的原理已经被使用很多年了。

然而，随着目前利用MA的效益的方法，当它适用于踏板杠杆组合(PLC)长度，且围绕自行车链轮机构内的一个固定支点转动时，增加PLC长度存在局限性和限制。

这些对PLC长度的限制和局限性仅仅是由于在链轮机构的旋转动作(踏板)期间PLC的离地间隙的需要和必要性，如果PLC太长且他们则无法达到的话，则问题进一步关于骑自行车的人的一般腿长及他们尽可能简单地达到并传递他们的能量力的能力。该发明提供在链轮机构旋转期间增加PLC长度的手段、方法和行为，当现有限制和局限被克服和不适用时。

众所周知，生产带有不同固定长度的自行车链轮曲柄，用于适应不同大小的骑手和不同类型的自行车。自踏板轴中心到底部支架主轴或轴测量曲柄长度。人们同样知晓，生产能够适应不同固定长度的自行车曲柄。

本发明旨在提供关于自行车链轮的改进方案。

根据本发明的一方面，提供一种自行车链轮曲柄臂，所述曲柄臂用于在旋转时改变曲柄长度，以用于获得机械利益。

另一方面提供了一种自行车链轮曲柄臂，用于提供旋转时改变的曲柄长度，所述曲柄长度在转到上止点之后伸展并在转到下止点之前收缩。

所述曲柄臂包括两个或多个能够互相相对运动的部分，用于引起长度的变化。所述部分能够相对于彼此滑动。

所述曲柄臂可以包括用于使所述部分互相吸引和/或排斥的手段，例如使用磁力。在一些实施例中使用电磁铁。

本发明还提供一种包括一如前所述的曲柄臂的自行车链轮。

本发明还提供一种包括一如前所述的曲柄臂或链轮的自行车。

本发明还提供一种自行车PLC(踏板杠杆组合)系统，其中，所述PLC由两个单独的部分组成。

可以提供一电磁力，用于在自行车链轮机构旋转时，和有时当所述PLC的长度克服现有局限性和当前系统中的限制时，将所述两个部分排斥开。

可以提供一电磁力，用于吸引两个部分重新连接。

电子行为被无线激活，例如，电子行为通过无线保真和/或高保真信号被激活。

提供一用于产生EMF(电动势)的电池电源和位于自行车上合适位置的一开/关，使得骑自行车的人使用方便。

在一些实施例中，链轮机构/系统被永久激活。在其他的实施例中，激活/反激活系统是可能的。

在一些实施例中，系统能够被用户激活，例如可以在把手上提供一下压按钮以激活/反激活该系统。

通过利用一对相对磁铁(例如电磁铁)的任一或两者的极性的改变和/或极性的产物，并通过依靠一对磁铁相应的极性利用著名效应引起吸引力/排斥力，曲柄臂可以被伸展/收缩。

决定踏板组在它的旋转轨迹中的位置和/或根据旋转程度引起使用中的曲柄臂的伸展/收缩，可以采用可以被计算机控制的信令系统。

本发明的各方面和实施例可以用于改进现有自行车。

在一个提供电磁力伸展PLC长度的方法中，在该措施的作用域和范围内，利用电源和机械装置伸展PLC长度，比如机械、电气、物理和液压。然而，在这个优选的方法中，PLC由两个独立部分组成，上部和下部。一电磁力应用于上部和下部，将两个部分排斥开从而获得PLC伸展和PLC的长度增加了，和一电磁力应用于两个PLC部分，将两个部分吸引在一起。这两种电磁力通过无线保真和/或连接PLC两个部分内电磁力的无线信号被激活。

在一些实施例中，曲柄臂弹性偏向一伸展位置并运动至一收缩位置。在其他实施例中，曲柄臂弹性偏向一收缩位置并运动至一伸展位置。

在一些实施例中，弹簧或其他类似的可以被利用。

本发明的另一方面提供一种自行车链轮曲柄臂，曲柄臂用于旋转时改变曲柄长度，以用于获得机械利益，其中，曲柄臂包括能够相对运动的两个或多个部分，用于引起长度的变化，其中，曲柄臂用于使这些部分互相吸引和/或排斥。

本发明的另一方面提供一种自行车链轮曲柄臂，用于旋转时改变曲柄长度，所述曲柄长度在转到上止点之后伸展并在转到下止点之前收缩，其中，曲柄臂包括能够相对运动的两个或多个部分，用于引起长度的变化，其中，曲柄臂用于使这些部分互相吸引和/或排斥。

本发明的不同方面和实施例可以单独或一起被使用。

本发明的更特殊和优选的方面结合附图和独立权利要求和从属权利要求进行阐述。独权的技术特征可以适当结合从权的技术特征，而且结合除那些权利要求书中明确阐述的之外的技术特征。

本发明目前将结合附图进行更详细地描述。

下文详细地描述了示例性实施例，使得本领域的技术人员能够体现和实施文本所述的系统和方法。理解这点很重要，实施例可以以许多可选形式被提供并不应该被解释为限制于本文所述的例子。

因此，当实施例可以不同方式被更改和体现不同可选形式时，其中在附图和下面详细描述的例子中展现具体实施例。目的不是限制于公开的特殊形式。相反地，所有更改，等价物，和替代品都应该被包括在附加的权利要求书范围内。示例性实施例的元素通过相同的引用数字被一致表示在附图和详细说明书中适当的地方。

本文用来描述实施例的术语的目的并不限制范围。冠词用法“一个，”“一个，”和“某个”是单数，它们具有一个单一的参考，然而，本文中单数形式的使用不应该排除多个参考的存在。换句话说，指定为单数的元素可以是一个或更多的数量，除非上下文另有规定。将进一步理解，当本文使用术语“包括，”“包括，”“包含，”和/或“包含，”时，描述所述特征，项目，步骤，操作，元素，和/或组合的存在，但是其中不排除一个或多个特征，项目，步骤，操作，元素，和/或组合的存在或添加。

除非另有定义，本文使用的所有术语(包括技术和科学术语)被解释为本领域的惯例。将进一步理解，相同用法的术语也应该解释为相关领域的惯例而并不是理想化的或过于正式感觉的，除非此处明确定义。

在图1中，展示了一个传统的自行车，用本发明和它如果形成传动系统部分的理解来辅助该自行车。

传动系统从踏板开始，踏板位于电源(骑手)连接移动机构处。通过曲柄支撑踏板，曲柄是突出链轮的强筋。链轮是圆齿轮组，或链轮(在框架的右侧)。

在它的中心，称为曲柄轴，链轮连接自行车的底部支架并以球轴承的方式进行转动。链条围绕链轮的链轮齿运动并连接飞轮或磁带的后轮轴周围，磁带具有它自己的链轮齿，称为齿轮。

飞轮，或磁带，连接后轮毂，转动后轮，链条无论何时运动；它依次使自行车移动。

链轮组(也作为曲柄组为人所知)是自行车传动系统的一部分，传动系统获取来自骑手腿部的踏板力并利用它驱动链条并依次旋转后轮。曲柄组包括在踏板安装处的链轮和曲柄臂。曲柄组安装在自行车框架的底部支架上。它通过踏板连接骑手，通过底部支架连接自行车框架，和通过链条连接后链轮，磁盘或飞轮。

两个曲柄，一边一个且通常被安装成180°分开，将底部支架主轴连接至踏板。

目前存在应用于前链轮的作用力的描述(骑手通过踏板，杠杆和链轮移动驱动链条)。杠杆性能的详述，参考机械利益和接下来将利用的能力。随后，增加踏板杠杆长度的效果，关于前链轮的性能也将进行详细描述。

应用于前链轮的作用力

骑手将一作用力施加在升降踏板上从而转动自行车的前链轮。为简单起见，我假定，骑手施加给踏板的作用力直接向下作用。

该分析类似于原理，如果作用于踏板的作用力不直接向下的话。

当一作用力将一物体移动一定距离，能量被消耗。通过在踏板的运动方向施加作用力，骑手消耗能量，或做功。踏板遵循一个圆形轨迹。围绕它的圆形轨迹移动踏板的作用力在切线处作用于圆形轨迹，并称为切向力(在图3中Ft)。

骑手施加给踏板的作用力，(在图3中Fa)，是垂直的，踏板的运动是垂直的唯一一次是在踏板杠杆是水平时(图2)。在这种情况下，应用作用力相等于切向力Ft。

在任何时候，施加于踏板的作用力，必须被考虑为两个构件(图3)。

切向构件，Ft，用于转动链轮。

自由构件，Fr，沿杠杆运动。

如果一恒定垂直作用力作用于踏板，用于转动链轮的切向力随踏板升降而变化(图4)。

利用一个延伸杆增加自行车的性能是可能的吗？

一个杠杆可以用来提供一机械利益。图5展示了一个具有4个机械利益的虚拟的质量杠杆，用于施加一作用力(在负载)，该作用力大于骑手对杠杆其他端部施加的作用力四倍。

杠杆的负载端移动1M，杠杆的作用端移动4M。假设该系统没有摩擦损失，骑手使用100牛顿的力向下推动4M所消耗的能量相同于提升400牛顿负载1M所消耗的能量。对于一个无摩擦杠杆，能量消耗量等于能力产生量。(带有摩擦，有用的能量消耗量轻微少于能量产生量)

所要求的作用力通过四个因素而减少，但是移动的距离通过相同因素而增加。

我计算的能量产生量为

能量产生量(焦耳)＝作用力(牛顿)×移动距离(米)

能量产生量＝100N×4Nm＝400焦耳

类似地，

能量产生量(焦耳)＝作用力(牛顿)×移动距离(米)

能量消耗量＝400N×1Nm＝400焦耳

能量产生量＝能量消耗量＝400焦耳

自行车链轮组

对于一个具有更长杠杆，或延伸杆的自行车，骑手发现更容易推动踏板。

然而，踏板必须被推动的距离也更长。

机械利益

展示了一个具有150mm直径前链轮的前链轮，和150mm长的踏板杠杆。当踏板杠杆为水平时，一个150牛顿的力施加于踏板，同时在链条内引起大约300牛顿的拉力。随着踏板杠杆水平，该前链轮的机械利益为2。

也展示了一个具有150mm直径前链轮的前链轮，和225mm长的踏板杠杆。当踏板杠杆为水平时，一个100牛顿的力施加于踏板，同时在链条内引起大约300牛顿的拉力。随着踏板杠杆水平，该前链轮的机械利益为3。

带有水平位置的踏板，150mm和225mm杠杆的机械利益设定比例为2比3。为了在链条内产生一个等效力，转动225mm杠杆所要求的作用力比例为3比2。

路程

在升降过程中，在150mm杠杆端部的踏板在切向力方向上移动471mm，它描述了一个半径150mm的半圆弧。在升降过程中，225mm杠杆端部的踏板在切向力方向上移动706mm。

通过150mm杠杆上的踏板移动的距离，和通过225mm杠杆上的踏板移动的距离比例为2比3。

骑手消耗的能量

骑手消耗的能量可以被计算为

能量(焦耳)＝作用力(牛顿)×移动距离(米)

总结：

结论

延长踏板杠杆使得移动自行车所需能量大约没有减少。骑手发现如果杠杆更长则更容易移动踏板，但是他不得不移动该更长杠杆上的踏板超过一个更大的距离，因此他使用了相同量的能量。

对于长度可变杠杆，随着杠杆延长，移动杠杆所需作用力减小了，并且杠杆必须移动的距离按比例增加。操作杠杆所用能量保持不变。

然而，在通过延长自行车踏板杠杆获取MA的特殊适用内，存在一个新的有利因素。当腿部“向前推”动作比“向下推”动作更容易适用时，即是骑手的更有利且更高效位置。这完全否定了，超过额外覆盖距离的骑手能量的一个增加。

在图5中，展示了本发明后面的公式和基本原理。

参考图6-11：

A展示了一自行车的链轮机构。

B展示了踏板机构。

C展示了现有固定踏板杠杆组合(PLC)。

D展示了自行车的PLC的MA支轴点。

E展示了PLC两部分的上部。

图F展示了PLC两部分的下部。

G展示了无线保真或往返电磁板的有线连接信号接收器和发射器。

H展示了电磁板。

I展示了连接PLC两部分的滑动臂。

J展示了容纳滑动臂的腔室，当PLC两部分被连接起来时。

K展示了限制PLC延伸的滑动臂限位法兰。

L展示了PLC长度的初始增加。

M展示了可用伸展区域。

N展示了PLC收缩的开端。

X展示了PLC伸展的开始区域。

Y展示了PLC伸展的最佳区域。

Z展示了PLC收缩区域。

随着踏板靠近踏板轨迹的上止点位置，曲柄长度增加。

这展示了，从一功率输入杠杆轴支点端获得利益的MA公式。

该实施例提供了曲柄长度的自动延长用以最大化MA，还提供曲柄长度的收缩使得踏板不碰撞地面。在该实施例中，当踏板仅仅通过上止点时曲柄臂伸展，在踏板运动大约90度之后开始收缩。这形成一个椭圆形踏板轨迹(而不是一般圆形轨迹)。

在一些实施例中，曲柄臂的伸展量可能发生变化。

通过一个旋转连接，软管通过下部将直接动力提供给“上部”(携带踏板)，并且直接动力来自电源(比如电池，太阳能电池或类似的)。

曲柄臂的伸展和收缩可以被控制，通过根据一链轮组的两个曲柄臂在旋转轨迹中的位置来发出指令的有线和/或无线连接。一个凸轮接触可以，例如，用来提供动力。

在该实施例中，曲柄臂的伸展比收缩发生的更快。

在图12中，展示了滑块往复长度曲柄臂的一个例子。一接收器/发射器10用于控制电磁铁15的通电和断电用以引起一曲柄臂的两个部分20，25相互吸引/排斥(根据极性安排)。在该实施例中，垫圈或其它弹性组件30被提供用以防止两部分互相碰撞。此外，一伸缩套管35或类似的被设置在两部分之间的区域周围。

在图13中，根据本发明的一个实施例，进一步描述了单独的曲柄臂部分。

尽管本发明的示例性实施例参考附图在本文进行了详细描述，可以理解，本发明并不限于所示的具体实施例，其中，在不违背本发明的保护范围的情况下，本发明的不同改变和更改可以通过本领域技术人员被实现，该保护范围是通过附加权利要求和它们的等价物界定的。

Claims (17)

1.一种自行车链轮曲柄臂，其特征在于，所述曲柄臂用于提供在旋转时改变的曲柄长度，以用于获得机械利益。

2.一种自行车链轮曲柄臂，其特征在于，用于提供一旋转时改变的曲柄长度，所述曲柄长度在转到上止点之后伸展并在转到下止点之前收缩。

3.如权利要求1或2所述的曲柄臂，其特征在于，所述曲柄臂包括互相相对运动的两个或多个部分，用于引起长度的变化。

4.如权利要求3所述的曲柄臂，其特征在于，所述部分相对于彼此滑动。

5.如权利要求3或4所述的曲柄臂，其特征在于，所述曲柄臂用于使所述部分互相吸引和/或排斥。

6.如权利要求5所述的曲柄臂，其特征在于，所述吸引力/排斥力由磁力引起。

7.如权利要求5所述的曲柄臂，其特征在于，电磁铁被提供用于产生吸引力/排斥力。

8.本质上如前所述的一种曲柄臂，参照并如附图所示。

9.一种自行车链轮组，包括如前所述的一曲柄臂。

10.本质上如前所述的一种自行车链轮组，参照并如附图所示。

11.一种自行车，其特征在于，包括如前述任意一项权利要求所述的一曲柄臂或链轮组。

12.一种自行车PLC(踏板杠杆组合)系统，其特征在于，所述PLC由两个单独的部分组成。

13.如权利要求12所述的系统，其特征在于，提供一电磁力，用于在自行车链轮机构旋转时，和有时当所述PLC的长度克服现有局限性和当前系统中的限制时，将两个所述部分排斥开。

14.如权利要求13所述的系统，其特征在于，提供一电磁力，用于吸引两个部分重新连接。

15.如权利要求12-14任一项所述的系统，其特征在于，电子行为被无线激活。

16.如权利要求12-15任一项所述的系统，其特征在于，电子行为通过无线保真和/或高保真信号被激活。

17.如权利要求12-16任一项所述的系统，其特征在于，提供用于产生EMF(电动势)的一电池电源和位于所述自行车上合适位置使得骑自行车的人使用方便的一开/关。