CN110831847B - 辅助自行车传动装置 - Google Patents

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CN110831847B CN201880025240.3A CN201880025240A CN110831847B CN 110831847 B CN110831847 B CN 110831847B CN 201880025240 A CN201880025240 A CN 201880025240A CN 110831847 B CN110831847 B CN 110831847B
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Abstract

一种用于自行车的辅助自行车传动装置，具有由伸缩杆形成的横杆，伸缩杆可滑动地安装在外部通道构件中。不完全链条或不完全V形带的一端连接到伸缩杆，另一端通过弹簧连接到下管的上端，并且链条或V形带与自由回转链轮或滑轮相接合，使得当伸缩杆克服弹簧力延伸出外部通道构件时，自由回转链轮旋转，并为自行车的标准传动装置提供额外的动力。

Description

辅助自行车传动装置
优先权要求
本申请要求于2017年4月25日提交的序列号为62/489,491的美国临时专利申请的优先权，该专利申请以其整体并入本文。
技术领域
本发明涉及自行车传动装置，并且更具体地说，涉及辅助自行车传动装置。
背景技术
对于常规自行车，扭矩通过传动链条从踏板、曲柄和附接的链轮传递到安装在自行车的后轮的自由回转链轮(freewheeling sprocket)。自行车的所有动力都是由骑行者用骑行者的腿推动和/或拉动踏板产生的。因此，当一个人使用常规的自行车作为锻炼选项时，骑行者的手臂和上身不会得到任何实质性的锻炼。
现有技术公开了自行车，其基本上具有把手、曲柄和安装在自行车车把上的附接链轮。因此，骑行者用胳膊和腿来推动自行车。虽然这种布置为骑行者的手臂和上身提供了额外的锻炼，并提供了额外的动力来推动自行车，但是使用这种旋转把手和曲柄布置会干扰骑行者安全地掌控自行车。
发明内容
本发明的辅助自行车传动装置(auxiliary bicycle transmission)克服了常规自行车的运动缺陷，并克服了现有技术的带有辅助手摇曲柄传动系统的自行车所遇到的安全和掌控问题。
特别地，本发明的辅助自行车传动装置采用具有内部伸缩杆和外部通道构件的伸缩横杆来代替常规自行车的标准横杆。伸缩杆的前端附接到自行车的头管上。外部通道构件的后端附接到自行车的座椅管。伸缩杆在轴承上滑动，该轴承安装在外部通道构件的任一端的外侧或外部通道构件内。外部通道构件在其下侧具有狭槽，该狭槽沿外部通道构件的长度延伸。托架(bracket)附接到伸缩杆的底部，并穿过外部通道构件底部的狭槽突出。
在一个实施例中，托架被附接到不完全链条(half chain)的一端。在第二实施例中，托架被附接到不完全V形带(half V-belt)。在第一实施例中，不完全链条与上部自由回转链轮相接合，并且不完全链条的另一端通过拉伸弹簧附接到外部通道构件的前端。上部自由回转链轮与上部标准链轮共用一根共同的轴。上部标准链轮通过环形链条(continuous chain)连接到下部自由回转链轮，该下部自由回转链轮安装到自行车的踏板轴。在可替代布置中，自由回转链轮可以直接安装在自行车的踏板轴上。
在第二实施例中，不完全V形带与上部自由回转滑轮(freewheeling pulley)相接合，并且不完全V形带的另一端通过拉伸弹簧附接到外部通道构件的前端。上部自由回转滑轮与上部标准链轮共用一根共同的轴。上部标准链轮通过环形链条连接到下部自由回转链轮上，该下部自由回转链轮被安装到自行车踏板轴。当伸缩杆处于其缩回位置时，不完全V形带围绕自由回转滑轮是松弛的，从而在不受到不完全V形带的干扰的情况下，允许自由回转滑轮在任一方向上旋转。在可替代布置中，自由回转滑轮可以直接安装在自行车的踏板轴上。
在伸缩杆缩回到外部通道构件中并通过锁定件锁定在一起时，本发明的自行车可以以与常规自行车相同的方式骑行。为了与本发明的辅助传动装置相接合，骑行者松开锁定件并向前推动车把，以使伸缩杆伸出外部通道构件。当伸缩杆向前伸出外部通道构件时，安装到伸缩杆的底部的托架抵抗弹簧向前拉动不完全链条或不完全V形带，弹簧附接到不完全链条或不完全V形带的另一端。当不完全链条或不完全V形带通过被安装到伸缩杆的托架向前拉动时，不完全链条导致上部自由回转链轮旋转，或者不完全V形带导致上部自由回转滑轮旋转。上部自由回转链轮或自由回转滑轮的旋转通过上部标准链轮、环形链条和附接到自行车的踏板轴的下部自由回转链轮连接。然后，以标准方式将旋转从踏板轴传递到踏板链轮、主传动链条和附接到自行车的后轮的后轮链轮。
一旦伸缩杆已经延伸，并且骑行者释放车把上的向前的力，在一端附接到外部通道构件的前部的拉伸弹簧将不完全链条或不完全V形带在相反的方向上拉动，从而将伸缩杆返回到其在外部通道构件内的缩回位置。当伸缩杆缩回到外部通道构件中时，分别附接到不完全链条或不完全V形带的上部自由回转链轮或上部自由回转滑轮以自由回转的方式沿相反方向旋转，使得反向旋转不会通过辅助传动装置连接到自行车的踏板轴上。
通过连续地延伸和缩回伸缩杆，骑行者不仅锻炼了骑行者的手臂和上身，而且还为自行车提供了额外的动力，从而提高了自行车的速度。
当结合附图和所附权利要求考虑本发明的以下详细描述时，进一步的目的、特征和优点将变得明显。
附图说明
图1是根据本发明的自行车的第一实施例的左侧立面视图。
图2是根据本发明的自行车的右侧立面视图。
图2A是沿着图2中的线2A-2A线所看到的根据本发明的自行车的俯视截面图。
图3是根据本发明的在伸缩杆缩回的情况下的自行车的放大左侧立面视图。
图4是根据本发明的在伸缩杆伸出的情况下的自行车的放大左侧立面视图。
图5是根据本发明的在伸缩杆缩回的情况下的自行车的放大左侧透视图。
图6是根据本发明的在伸缩杆部分伸出的情况下的自行车的放大右侧透视图。
图7是根据本发明的在伸缩杆缩回的情况下的自行车的横杆的侧立面截面图。
图8是根据本发明的在伸缩杆伸出的情况下的自行车的横杆的侧立面截面图。
图9是根据本发明的自行车的伸缩杆的放大透视图。
图10是根据本发明的自行车的第二实施例的右侧立面视图。
图11是根据本发明的在伸缩杆缩回的情况下的自行车的左侧立面视图。
图12是根据本发明的在伸缩杆缩回的情况下的自行车的右侧透视图。
图13A是沿着图10的线13-13所看到的根据本发明的在伸缩杆缩回的情况下的自行车的顶部截面图。
图13B是图13A的顶部截面图的一部分的细节视图。
图14是根据本发明的在伸缩杆缩回的情况下的自行车的右侧立面视图。
图15是根据本发明的在伸缩杆缩回的情况下的自行车的左侧透视图。
图16A是沿着图14中线16-16所看到的根据本发明的在伸缩杆缩回的情况下的自行车的顶部截面图。
图16B是图16A的顶部截面图的一部分的细节视图。
具体实施方式
参照图1，根据本发明的自行车10包括车架12、前轮14、后轮15、座椅34、车把36和常规的链条传动装置38。车架12包括横杆16、下管18、座椅管20、座椅撑22、链条撑24、后轮支架26、头管30和前叉32。以常规方式，前轮14安装到叉32，并且叉32延伸穿过头管30并连接到车把36。同样以常规方式，后轮15安装到后轮支架26。此外，以常规方式，后轮15由标准的链条传动装置38驱动。座椅34安装在车架12的座椅管20上。
标准链条传动装置38包括踏板46、曲柄44和附接到踏板轴42的踏板链轮40。自由回转后轮链轮48连接到后轮15。主传动链条50将踏板链轮40连接到自由回转(超越离合器)后轮链轮48。当骑行者推动踏板46并将旋转运动传递给踏板链轮40时，踏板链轮40驱动主传动链条50，主传动链条50继而旋转自由回转后轮链48并向前驱动自行车10。
本发明的自行车10还包括辅助传动装置70，其利用来自骑行者的手臂和上身的能量，以便为骑行者提供额外的锻炼，并增加额外的动力来向前推动自行车10。根据本发明，辅助传动装置70的横杆16包括伸缩杆52，伸缩杆52可滑动地安装在外部通道构件54内。伸缩杆52仅比外部通道54构件稍长。伸缩杆52和外部通道构件54的组合替代了常规自行车中的标准横杆16。外部通道构件54的后端55附接到座椅管20，并且外部通道构件54的前端53附接到下管18的上端19。外部通道构件54具有狭槽62(图4、图7和图8)，狭槽62沿着外部通道构件54的底部长度的一部分延伸。狭槽62位于外部通道构件54的前端53附近，并且朝向外部通道构件54的后端55延伸10英寸至12英寸。
伸缩杆52在其前端附接到头管30。托架64附接到伸缩杆52的底部，并延伸穿过外部通道构件54的底部中的狭槽62。为了确保伸缩杆52在外部通道构件54内的平顺滑动运动，第一前轴承组(包括侧轴承58以及顶部和底部轴承60)在外部通道构件54的前端53附近附接到外部通道构件54的外部，并且通过轴承开口56(图5)突出到外部通道构件54中，以便与伸缩杆52相接合。前侧轴承58以及前顶部和底部轴承60由滚子63实现(图7和图8)。出于安全和外观的目的，盖子，例如盖子57(图5)包围滚子63。第二后轴承组(包括内侧轴承59和内顶部和底部轴承61)安装在伸缩杆52上，并与外部通道构件54的内部相接合。后内侧轴承59和后内顶部和底部轴承61由滚子65实现(图7、图8和图9)。可替代地，前轴承组和后轴承组两者都可以外部地安装在通道构件54上，外部通道构件54具有开口以允许轴承与伸缩杆52相接合。
当自行车以常规方式操作时，在伸缩杆52不伸出和不缩回外部通道构件54的情况下，锁定件84将伸缩杆52和外部通道构件54锁定在一起。锁定件84包括安装到外部通道构件54的顶部的锁定件主体85。锁销86在一端具有把手89，并且锁销86可滑动地安装在锁定件主体85中。锁定件主体85内的弹簧(未示出)向下偏压锁销86，如图7和图8所示。在锁销处于图7所示的向下位置的情况下，锁销86伸出穿过外部通道构件54中的锁定孔88并进入伸缩杆52中的锁定孔87(图9)，从而将伸缩杆52和外部通道构件54连接在一起。为了允许伸缩杆52和外部通道构件54之间的相对滑动运动，通过骑行者拉起把手89并使把手89旋转90°以接合内部凸台来缩回锁定销86，内部凸台克服弹簧偏压将锁定销保持在其缩回位置(图8)。
伸缩杆52在伸出位置(图4、图6和图8)和缩回位置(图1、图2、图3和图7)之间的行程通过托架64与外部通道构件54的底部中的狭槽62的端部相接合而受到限制。此外，因为伸缩杆52可以延伸外部通道构件54的全长，所以前外轴承58和60以及后内轴承59和61在接合伸缩杆52从缩回位置到伸出位置的整个行程中与伸缩杆52相接合。
辅助传动装置70还包括一端附接到托架64的不完全链条68。不完全链条68的另一端连接到拉伸弹簧66，拉伸弹簧66继而连接到下管18的上端19。不完全链条68围绕上部自由回转链轮80缠绕。上部自由回转链轮80可旋转地安装在中间轴74上。中间轴74由托架76承载，托架76继而安装在下管18和座椅管20之间。上部标准链轮78安装到中间轴74。上部标准链轮78通过环形链条82连接到下部自由回转链轮72。下部自由回转链轮72安装到踏板轴42。出于安全和美观的目的，弹簧管67将弹簧66和链条68封闭在下管18的上端19和上部自由回转链轮80之间。
当伸缩杆52缩回到外部通道构件54中并且锁定件84被锁定时，自行车10可以以与常规自行车相同的方式操作，骑行者通过踏板46提供全部动力。为了接合辅助传动装置70，从而锻炼骑行者的手臂和上身，并为自行车10提供额外的动力，骑行者解锁锁定件84并向前推动车把36，从而将伸缩杆52向前延伸出外部通道构件54。当伸缩杆52向前移出外部通道构件54时，附接到伸缩杆52的托架64向前拉动不完全链条68。如图1、图3、图4和图5所示，当不完全链条68向前移动时，不完全链条68使上部自由回转链轮80逆时针旋转。上部自由回转链轮80的旋转使安装到共同轴74的上部标准链轮78旋转。上部标准链轮78的旋转继而驱动环形链条82，该环形链条82附接到下部自由回转链轮72。因为下部自由回转链轮72附接到踏板轴42，由伸缩杆52的伸出而提供的动力被传递到标准传动装置38，并因此驱动后轮15。
其他构造可以用于将伸缩杆52的往复运动转换成旋转运动。例如，伸缩杆52可以作为在其下侧具有齿轮齿的齿条而被实现。自由回转小齿轮可以安装在外部通道构件54的正下方，使得小齿轮的齿延伸穿过狭槽62，并与伸缩杆52的下侧上的齿轮齿相接合。随着伸缩杆52向前伸出外部通道构件54，被接合的小齿轮将旋转。小齿轮然后可用于通过所附接的链轮，例如链轮80来驱动辅助传动装置38。附接到小齿轮上的扭簧可以提供对骑行者产生向前推动车把36的阻力和将伸缩杆52拉回到外部通道构件54中所需的反向偏压。可以采用其他类似的配置来将伸缩杆52的向前运动转换成旋转运动，以驱动辅助传动装置70。
在图10-图13中示出了根据本发明的自行车100的第二实施例。除了自行车100具有改变了的辅助传动装置170，自行车100在所有主要方面都与自行车10相同。特别地，自行车10的传动装置70的不完全链条68由不完全V形带168替换，并且上部自由回转链轮80由与不完全V形带168接合的上部自由回转滑轮180替换。如图11所示，不完全V形带168的一端附接到托架64，且另一端附接到弹簧66。在图11中，弹簧管67已经被移除以示出弹簧66。如图13A和13B所示，不完全V形带168的尺寸设定成使得当伸缩杆52处于其缩回位置时，不完全V形带168围绕自由回转滑轮180是稍微松弛的，留出间隙191。具有间隙191的松弛被配置为使得当自行车被手动倒退(back up)时，自由回转滑轮180可以以顺时针方向旋转(图11)而不接合不完全V形带168。
在图14-图16中示出了根据本发明的自行车200的第三实施例。除了自行车200具有改变了的辅助传动装置270，自行车200在所有主要方面都与自行车10相同。特别地，辅助传动装置包括不完全V形带268和自由回转滑轮280。自由回转滑轮280安装到踏板轴42。不完全V形带268的一端附接到伸缩杆52的托架64，环绕自由回转滑轮280，并且另一端附接到弹簧66的一端。如图15所示，弹簧66的另一端沿着下管18的下侧附接到下管18的上端119。如图16A和图16B所示，不完全V形带268的尺寸设定成使得当伸缩杆52处于其缩回位置时，不完全V形带268围绕自由回转滑轮280是稍微松弛的，留出间隙291。具有间隙291的松弛被配置为使得当自行车被手动倒退时，自由回转滑轮280可以以顺时针方向旋转(图15)而不接合不完全V形带268。
虽然已经参照本发明的优选实施例描述了本发明，但是应理解，可以在如本文所述和如所附权利要求所述的本发明的精神和范围内进行变化和修改。
本申请还涉及以下内容：
1)一种用于自行车的辅助自行车传动装置，所述自行车具有车架、安装到所述车架的至少两个车轮以及标准链条传动装置，所述车架包括横杆、下管、座椅管、接合车把的头管，所述标准链条传动装置包括踏板链轮、从动轮链轮和链条，所述踏板链轮被安装到踏板轴并由踏板和曲柄驱动，所述从动轮链轮连接到所述自行车的驱动轮，所述链条将所述踏板链轮连接到所述从动轮链轮，所述辅助自行车传动装置包括：
所述横杆，包括：
i.伸缩杆，其在前端处附接到所述头管；
ii.通道构件，其在后端处附接到所述座椅管，并且
其中所述伸缩杆和所述通道构件相对于彼此可滑动地接合，使得当所述车把向前和向后移动时所述伸缩杆相对于所述通道构件在伸出位置和缩回位置之间往复运动，并且其中所述伸缩杆的往复运动被转换成用于驱动所述从动轮链轮的旋转运动。
2)根据1)所述的辅助自行车传动装置，其中所述辅助自行车传动装置包括不完全链条，其中所述不完全链条的第一端连接到所述伸缩杆，其中所述不完全链条的第二端通过拉伸弹簧连接到所述下管的上端，并且其中所述不完全链条围绕第一自由回转链轮缠绕，并且其中所述第一自由回转链轮可操作地连接到所述踏板链轮。
3)根据2)所述的辅助自行车传动装置，其中，所述第一自由回转链轮通过中间轴连接到所述踏板链轮，所述第一自由回转链轮和第一标准链轮安装在所述中间轴上，第二自由回转链轮安装在所述踏板轴上，并且环形链条将所述第一标准链轮连接到所述第二自由回转链轮。
4)根据1)所述的辅助自行车传动装置，其中所述辅助自行车传动装置包括V形带，其中所述V形带的第一端连接到所述伸缩杆，其中所述V形带的第二端通过拉伸弹簧连接到所述下管的上端，并且其中所述V形带围绕第一自由回转滑轮缠绕，并且其中所述第一自由回转滑轮可操作地连接到所述踏板链轮。
5)根据4)所述的辅助自行车传动装置，其中，当所述伸缩杆相对于所述通道构件处于所述缩回位置时，所述V形带围绕所述第一自由回转滑轮是松弛的。
6)根据4)所述的辅助自行车传动装置，其中，所述第一自由回转滑轮通过中间轴连接到所述踏板链轮，所述第一自由回转滑轮和第一标准链轮安装在所述中间轴上，第二自由回转链轮安装在所述踏板轴上，并且环形链条将所述第一标准链轮连接到所述第二自由回转链轮。
7)根据6)所述的辅助自行车传动装置，其中，当所述伸缩杆相对于所述通道构件处于所述缩回位置时，所述V形带围绕所述第一自由回转滑轮是松弛的。
8)根据4)所述的辅助自行车传动装置，其中，所述第一自由回转滑轮被安装在所述踏板轴上。
9)根据8)所述的辅助自行车传动装置，其中，当所述伸缩杆相对于所述通道构件处于所述缩回位置时，所述V形带围绕所述第一自由回转滑轮是松弛的。
10)根据1)所述的辅助自行车传动装置，其中，所述伸缩杆包括接合自由回转小齿轮的齿轮齿，其中所述自由回转小齿轮被偏压以将所述伸缩杆返回到其缩回位置，并且其中所述自由回转小齿轮连接到所述踏板链轮。

Claims (11)

1.一种用于自行车的辅助自行车传动装置，所述自行车具有车架、安装到所述车架的至少两个车轮以及标准链条传动装置，所述车架包括横杆、下管、座椅管、接合车把的头管，所述标准链条传动装置包括踏板链轮、从动轮链轮和链条，所述踏板链轮被安装到踏板轴并由踏板和曲柄驱动，所述从动轮链轮连接到所述自行车的驱动轮，所述链条将所述踏板链轮连接到所述从动轮链轮，所述辅助自行车传动装置包括：
所述横杆，包括：
i.伸缩杆，其在前端处附接到所述头管；
ii.通道构件，其在后端处附接到所述座椅管，并且
其中所述伸缩杆和所述通道构件相对于彼此可滑动地接合，使得当所述车把向前和向后移动时所述伸缩杆相对于所述通道构件在伸出位置和缩回位置之间往复运动，并且其中所述伸缩杆的往复运动被转换成用于驱动所述从动轮链轮的旋转运动。
2.根据权利要求1所述的辅助自行车传动装置，其中所述辅助自行车传动装置包括不完全链条，其中所述不完全链条的第一端连接到所述伸缩杆，其中所述不完全链条的第二端通过拉伸弹簧连接到所述下管的上端，并且其中所述不完全链条围绕第一自由回转链轮缠绕，并且其中所述第一自由回转链轮可操作地连接到所述踏板链轮。
3.根据权利要求2所述的辅助自行车传动装置，其中，所述第一自由回转链轮通过中间轴连接到所述踏板链轮，所述第一自由回转链轮和第一标准链轮安装在所述中间轴上，第二自由回转链轮安装在所述踏板轴上，并且环形链条将所述第一标准链轮连接到所述第二自由回转链轮。
4.根据权利要求1所述的辅助自行车传动装置，其中所述辅助自行车传动装置包括V形带，其中所述V形带的第一端连接到所述伸缩杆，其中所述V形带的第二端通过拉伸弹簧连接到所述下管的上端，并且其中所述V形带围绕第一自由回转滑轮缠绕，并且其中所述第一自由回转滑轮可操作地连接到所述踏板链轮。
5.根据权利要求4所述的辅助自行车传动装置，其中，当所述伸缩杆相对于所述通道构件处于所述缩回位置时，所述V形带围绕所述第一自由回转滑轮是松弛的。
6.根据权利要求4所述的辅助自行车传动装置，其中，所述第一自由回转滑轮通过中间轴连接到所述踏板链轮，所述第一自由回转滑轮和第一标准链轮安装在所述中间轴上，第二自由回转链轮安装在所述踏板轴上，并且环形链条将所述第一标准链轮连接到所述第二自由回转链轮。
7.根据权利要求6所述的辅助自行车传动装置，其中，当所述伸缩杆相对于所述通道构件处于所述缩回位置时，所述V形带围绕所述第一自由回转滑轮是松弛的。
8.根据权利要求4所述的辅助自行车传动装置，其中，所述第一自由回转滑轮被安装在所述踏板轴上。
9.根据权利要求8所述的辅助自行车传动装置，其中，当所述伸缩杆相对于所述通道构件处于所述缩回位置时，所述V形带围绕所述第一自由回转滑轮是松弛的。
10.根据权利要求1所述的辅助自行车传动装置，其中，所述伸缩杆包括接合自由回转小齿轮的齿轮齿，其中所述自由回转小齿轮被偏压以将所述伸缩杆返回到其缩回位置，并且其中所述自由回转小齿轮连接到所述踏板链轮。
11.一种带车架构件的自行车车架，包括：
a.下管；
b.座椅管；
c.接合车把的头管；以及
d.横杆，所述横杆包括：
i.伸缩杆，其在前端处附接到所述头管，
ii.通道构件，其在后端处附接到所述座椅管，以及
iii.拉伸弹簧，所述拉伸弹簧附接到所述伸缩杆，
其中所述伸缩杆和所述通道构件相对于彼此可滑动地接合，使得当所述车把向前和向后移动时所述伸缩杆相对于所述通道构件在伸出位置和缩回位置之间往复运动，并且其中所述车把和所述头管克服由所述拉伸弹簧产生的拉伸力移动到所述伸出位置，并且通过由所述拉伸弹簧产生的所述拉伸力返回到所述缩回位置，并且其中所述拉伸弹簧在一端处附接到所述下管并且在相对端处经由不完全V形带附接到所述伸缩杆，所述不完全V形带环绕自由回转滑轮。
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