CN209956170U - 一种附加弹簧的自行车曲柄结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种附加弹簧的自行车曲柄结构，包括曲柄杆，曲柄杆的一端通过中轴与牙盘同轴连接，曲柄杆的另一端同轴连接有脚踏连杆，脚踏连杆还连接有脚踏；在曲柄杆与脚踏连杆连接的一端还连接有弹簧，弹簧还与脚踏连杆连接；弹簧与曲柄杆连接处距牙盘之间的距离大于脚踏连杆与曲柄杆连接处距牙盘之间的距离；本实用新型通过设计了弹簧以连接曲柄杆以及脚踏连杆，弹簧在自行车脚踏的死点补充动力，实现了缓冲骑行蹬力、平稳度过死点的效果。

Description

一种附加弹簧的自行车曲柄结构

技术领域

本实用新型涉及自行车曲柄结构，具体涉及一种附加弹簧的自行车曲柄结构。

背景技术

目前，自行车传统的曲柄结构如图1、2所示，包括与牙盘A同轴连接的中轴D，在中轴D的另一端连接有曲柄B，曲柄B连接有脚踏C，因此自行车传统的曲柄结构为刚性连接系统，各自运动同步，形变量小，传动效率高，但刚性传动系统对于原动件运动不均匀时的反馈较为明显。

具有传统曲柄结构的自行车在骑行过程中，由于骑行者与曲柄一同构成的传动装置存在死点，会使自行车在脚踏位于最高点和最低点时无法通过向下的踩踏力获取动能，在骑行过程中需要依靠牙盘与链条的惯性度过死点。有经验的骑行者通常在死点位置将向下的踩踏力主动改变为水平方向的摩擦力，以此使传动过程趋于平稳，为自行车运行提供持续而均匀的动力。但当骑行至上坡路段，自行车以相同速度运行所需的力增大，对传动装置死点的失速反馈更显著，使得骑行者需要在死点前施加更大的踩踏力以维持车速。此时骑行者的踩踏力增大，主动改变发力方式更困难，且腿部肌肉频繁消耗爆发力使得骑行者更快产生疲劳感。不仅增加了骑行上坡的时间，而且大量地消耗了骑行者的能量，影响了之后路段的骑行舒适感。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种附加弹簧的自行车曲柄结构，用以解决现有技术中的自行车曲柄结构在骑行至上坡路段，使得骑行者需要在死点前施加更大的踩踏力以维持车速，增加了骑行者的能量消耗等问题。

为了实现上述任务，本实用新型采用以下技术方案：

一种附加弹簧的自行车曲柄结构，包括曲柄杆，所述曲柄杆的一端通过中轴与牙盘同轴连接，所述曲柄杆的另一端同轴连接有脚踏连杆，所述脚踏连杆还连接有脚踏；

在所述曲柄杆与脚踏连杆连接的一端还连接有弹簧，所述的弹簧还与所述脚踏连杆连接；

所述的弹簧与曲柄杆连接处距牙盘之间的距离大于脚踏连杆与曲柄杆连接处距牙盘之间的距离。

进一步地，在所述曲柄杆与脚踏连杆连接的一端还安装有弹簧槽，所述的弹簧槽与曲柄杆连接处距牙盘之间的距离大于脚踏连杆与曲柄杆连接处距牙盘之间的距离；

在所述的弹簧槽内部安装有所述的弹簧，所述的弹簧伸出所述弹簧槽的开口与所述的脚踏连杆连接。

进一步地，在所述弹簧槽的开口处连接有U型弯杆，所述的脚踏连杆穿过所述的U型弯杆与所述曲柄杆连接。

进一步地，在所述的脚踏连杆上还开设有用于限制所述弹簧滑动的限位槽。

进一步地，在所述曲柄杆的侧面沿着所述曲柄杆长度方向开设有一条安装槽，所述的脚踏连杆的顶端伸入所述的安装槽中；

在所述曲柄杆上开设有安装孔，所述的安装孔以安装槽为中心线对称开设在所述曲柄杆的两个侧面上，在所述脚踏连杆的顶端开设有一个通孔；

所述的自行车曲柄结构还包括连接轴，所述的连接轴依次穿过曲柄杆一个侧面上的安装孔、通孔以及曲柄杆另一个侧面上的安装孔；

所述连接轴的两端均设置有外螺纹，所述的连接轴伸出所述曲柄杆的两个侧面后与螺帽连接。

进一步地，在所述的曲柄杆上沿着所述曲柄杆的长度方向开设有多个安装孔。

本实用新型与现有技术相比具有以下技术效果：

1、本实用新型提供的一种附加弹簧的自行车曲柄结构，通过设计了弹簧以连接曲柄杆以及脚踏连杆，弹簧在自行车脚踏的死点补充动力，解决了需要在死点前施加更大的踩踏力以维持车速的问题，实现了缓冲骑行蹬力、平稳度过死点的效果，减少了骑行者的能量消耗；

2、本实用新型提供的一种附加弹簧的自行车曲柄结构，通过设计了弹簧槽用于承托弹簧槽，防止车辆在骑行的过程中，弹簧移动导致蓄力失效，保证弹簧位置稳定，实现了缓冲骑行蹬力、平稳度过死点的效果；

3、本实用新型提供的一种附加弹簧的自行车曲柄结构，通过设计了U型弯杆，实现了限制弹簧反向伸长、为脚部提供支撑力的效果；

4、本实用新型提供的一种附加弹簧的自行车曲柄结构，通过设计了限位槽，防止发生弹簧相对脚踏连杆的滑动，实现了减小弹簧摩擦损耗的效果；

5、本实用新型提供的一种附加弹簧的自行车曲柄结构，通过设计了多个安装孔，可以根据不同体型的骑行者进行调节，实现了灵活设置脚踏连杆位置、方便不同人群使用的效果。

附图说明

图1为现有技术中的自行车曲柄结构主视图；

图2为现有技术中的自行车曲柄结构侧视图；

图3为本实用新型提供的自行车曲柄结构主视图；

图4为本实用新型提供的自行车曲柄结构侧视图；

图5为本实用新型提供的自行车曲柄在A状态下的主视图；

图6为本实用新型提供的自行车曲柄在B状态下的主视图；

图7为本实用新型提供的自行车曲柄在C状态下的主视图；

图8为本实用新型提供的自行车曲柄在D状态下的主视图；

图9为本实用新型提供的自行车曲柄在E状态下的主视图；

图10为本实用新型提供的自行车曲柄在F状态下的主视图。

图中标号代表：1-曲柄杆，2-脚踏连杆，3-脚踏，4-弹簧槽，5-弹簧，6-U型弯杆，7-限位槽，8-安装槽，9-通孔，10-连接轴，A-牙盘，B-曲柄，C-脚踏，D-中轴。

具体实施方式

本实用新型公开了一种附加弹簧的自行车曲柄结构，包括曲柄杆1，所述曲柄杆1的一端通过中轴与牙盘A同轴连接，所述曲柄杆1的另一端同轴连接有脚踏连杆2，所述脚踏连杆2还连接有脚踏3；

在曲柄杆1与脚踏连杆2连接的一端还连接有弹簧5，弹簧5还与所述脚踏连杆2连接；

弹簧5与曲柄杆1连接处距牙盘A之间的距离大于脚踏连杆2与曲柄杆1连接处距牙盘A之间的距离。

在本实施例中，如图3、4所示，曲柄结构包括曲柄杆1、脚踏连杆2、脚踏3以及弹簧5。

其中，曲柄杆1的作用主要是与牙盘和脚踏连杆2连接，将脚踏3带动脚踏连杆2的动力转化为牙盘A的旋转，从而带动自行车前进，曲柄杆1末端与弹簧5连接，脚踏连杆2也与弹簧5连接，弹簧5压缩后将弹力传导至曲柄杆1，从而在传动系统进入死点时补充动力。

曲柄杆1与脚踏连杆2之间需要转动连接，也就是说，脚踏连杆2与曲柄杆1之间能发生相对转动，因此曲柄杆1与脚踏连杆2之间可以通过轴承配合的方式连接或者是通过连接轴连接的方式。

脚踏连杆2的作用主要是将传统自行车的刚性传动系统调整为非刚性系统，以减轻骑行者瞬间发力带来的反作用力。

在本实施例中，如图5-10所示，图5至图10为当自行车脚踏转一圈时自行车曲柄结构的循环状态示意图，图5为A状态下曲柄结构示意图，图6为B状态下曲柄结构示意图，图7为C状态下曲柄结构示意图，图8为D状态下曲柄结构示意图，图9为E状态下曲柄结构示意图，图10为F状态下曲柄结构示意图，在这一整个循环中，A状态为脚踏与中轴连线刚竖直的时刻(12点方向)，B状态为脚掌发力，压缩弹簧时刻，C状态为弹簧处于压缩状态的运动情况，D状态为脚踏与中轴线即将离开竖直的时刻(6点方向)，E状态为脚掌发力减小，弹簧开始补充动力的时刻，F状态表示U形杆的支撑力作用的状态。

假设图中自行车向看图人右侧行进，即看到骑行者右脚。

从A状态到D状态的过程，即图5至图8，骑行者右脚为主动脚(提供动力),理想状态下(简化骑行者发力过程，仅考虑力的作用时间，不考虑力的大小能否使弹簧5压缩)，其中A状态至B状态的过程，脚向下的踩踏力开始变为向右下方向的斜力，弹簧5被压缩；B状态至D状态过程，脚始终提供足够的动力(维持弹簧5的压缩、驱动自行车前进)；D状态到E状态过程，脚的踩踏力逐渐减小至脚自己的重力，并开始增加向后的摩擦力，此时约束弹簧5的力减小，驱动车辆的力也减小，弹簧5即将伸长并释放力，以补充动力；在E状态时，弹簧5释放完力，大约此时左脚进入主动脚状态，提供动力；E状态至F状态的过程，右脚为从动脚，不对车辆提供动力，F状态至A状态的过程，右脚即将进入主动脚状态，此时左脚将释放弹簧5的力。

因此在如图5至图10的整个过程中，由A状态至D状态的过程中，右脚的动力大于车辆行进所需动力，由E状态至A状态的过程中，右脚的动力小于车的行进动力。

并且，由A状态至D状态的过程中，弹簧5将过大的力储存(兼缓冲)，此时骑行者因用力过度而产生对膝盖的冲击感会比正常自行车小；

由D状态至E状态的过程中，骑行者动力不足以维持车辆保持速度行进时，弹簧5将力释放，作为补充动力。

在非理想状态下时，12点方向向左一点角度时，将右脚脚后跟下沉，脚掌上抬，此时对脚踏的水平推力大于竖直踩踏力，会更快将弹簧5压缩。(甚至在A状态下已经将弹簧5压缩完毕)，此时，由于弹簧5弹性不同，骑行者发力速度、方式不同，难以具体推算何时弹簧5将被压缩或伸长。另外，平地骑行时，左右脚交替发力较快，死点减速不明显，弹簧5补充动力的作用易被忽视，仅容易表现缓冲的作用；上坡时，方可较为明显地体现弹簧5在死点补充动力的作用，实现了一方面缓冲爆发力，另一方面较好地过度双脚发力交替瞬间时的死点状态的效果。

可选地，在曲柄杆1与脚踏连杆2连接的一端还安装有弹簧槽4，弹簧槽4与曲柄杆1连接处距牙盘A之间的距离大于脚踏连杆2与曲柄杆1连接处距牙盘A之间的距离；

在弹簧槽4内部安装有所述的弹簧5，弹簧5伸出所述弹簧槽4的开口与脚踏连杆2连接。

在本实施例中，弹簧槽4是一根与曲柄杆1连接的一端封闭、另一端开口圆槽，用于承托弹簧5，防止车辆在骑行的过程中，弹簧移动导致蓄力失效，弹簧槽4的直径和长度根据所选弹簧5决定，在确保弹簧5正常工作的前提下尽量减小体积。

在本实施例中，曲柄杆1与弹簧槽4为固定式连接，可以是焊接、螺栓固定连接等方式，曲柄杆1与弹簧槽4也可以是一体式结构。

可选地，在所述弹簧槽4的开口处连接有U型弯杆6，所述的脚踏连杆2穿过所述的U型弯杆6与所述曲柄杆1连接。

在本实施例中，为了在脚踏连杆2随牙盘运动至曲柄杆1下方时提供支持力，使骑行者脚部得到支撑，同时避免弹簧5过度拉伸，在弹簧槽4的开口处连接有U型弯杆6。该U型弯杆6在运动过程中，由B状态到D状态的过程，U型弯杆6不提供支承力，此时脚发力下蹬，弹簧将多余力量吸收并收缩，收缩的极限是脚踏连杆2转到弹簧槽4处挡住，无法继续旋转；由状态D到状态E的过程，脚的蹬力减小，弹簧5积蓄的力逐渐释放，以弥补蹬力不足与车子行进速度(惯性)的差，到E状态时，弹簧5把力释放完成，恢复到原长，此时脚踏连杆2也旋转与弹簧槽4接触，此时U型弯杆6开始起支承作用，限制弹簧5伸长的距离，之后由E状态到A状态，右脚不提供动力，只需要撑着右脚运动到A状态，达到A状态后右脚又开始发力，由E状态到A状态的过程，U型弯杆6提供这个支撑右脚重量的力，以避免这个支撑力由弹簧伸长来提供，如果右脚重力由弹簧5被动伸长来提供，从力的角度说，在A状态时弹簧5还要收缩回去，这样右脚蹬车的运动速度就不那么平滑了，而采用U型弯杆6限制弹簧5伸长，并且用U型弯杆6承受脚踏的重力，让右脚的活动更匀速。

可选地，在所述的脚踏连杆2上还开设有用于限制所述弹簧5滑动的限位槽7。

在本实施例中，为了防止在自行车骑行过程中弹簧5滑动脱落，防止发生弹簧相对脚踏连杆的滑动，在脚踏连杆2上还开设有限位槽7，弹簧5的自由端卡在限位槽7中，在脚踏连杆2随牙盘运动至曲柄杆1下方时限制弹簧5收缩，防止弹簧5脱落并且减小弹簧5摩擦损耗。

可选地，在所述曲柄杆1的侧面沿着所述曲柄杆1长度方向开设有一条安装槽8，所述的脚踏连杆2的顶端伸入所述的安装槽8中；

在所述曲柄杆1上开设有安装孔，所述的安装孔以安装槽8为中心线对称开设在所述曲柄杆1的两个侧面上，在所述脚踏连杆2的顶端开设有一个通孔9；

所述的自行车曲柄结构还包括连接轴10，所述的连接轴10依次穿过曲柄杆1一个侧面上的安装孔、通孔9以及曲柄杆1另一个侧面上的安装孔；

所述连接轴10的两端均设置有外螺纹，所述的连接轴10伸出所述曲柄杆1的两个侧面后与螺帽连接。

在本实施例中，为了允许曲柄杆与脚踏连杆发生相对转动，且能够相对方便地进行安装、拆卸，采用了所述的连接轴10依次穿过曲柄杆1一个侧面上的安装孔、通孔9以及曲柄杆1另一个侧面上的安装孔的连接方式。避免了轴承连接对径向震动的敏感性，同时便于日后的维修以及零部件更换。

可选地，在所述的曲柄杆1上沿着所述曲柄杆1的长度方向开设有多个安装孔。

在本实施例中，从传动效率、摩擦损耗部位考虑，并且根据不同骑行者的力量差异和发力方式等个人特征进行综合考虑，安装孔在曲柄杆1开设有多个，若骑行者腿部较短、力量较小，则应选用曲柄杆1的高孔位连接脚踏连杆2，从而减小力臂，使弹簧压缩相同程度所需的力更小；而低孔位适合腿部较长、力量较大的人群使用。也可以根据需要适当改变孔位高度以及弹簧强度，从而满足不同人群的骑行习惯。

Claims (6)

1.一种附加弹簧的自行车曲柄结构，包括曲柄杆(1)，所述曲柄杆(1)的一端通过中轴与牙盘(A)同轴连接，其特征在于，所述曲柄杆(1)的另一端同轴连接有脚踏连杆(2)，所述脚踏连杆(2)还连接有脚踏(3)；

在所述曲柄杆(1)与脚踏连杆(2)连接的一端还连接有弹簧(5)，所述的弹簧(5)还与所述脚踏连杆(2)连接；

所述的弹簧(5)与曲柄杆(1)连接处距牙盘(A)之间的距离大于脚踏连杆(2)与曲柄杆(1)连接处距牙盘(A)之间的距离。

2.如权利要求1所述的附加弹簧的自行车曲柄结构，其特征在于，在所述曲柄杆(1)与脚踏连杆(2)连接的一端还安装有弹簧槽(4)，所述的弹簧槽(4)与曲柄杆(1)连接处距牙盘(A)之间的距离大于脚踏连杆(2)与曲柄杆(1)连接处距牙盘(A)之间的距离；

在所述的弹簧槽(4)内部安装有所述的弹簧(5)，所述的弹簧(5)伸出所述弹簧槽(4)的开口与所述的脚踏连杆(2)连接。

3.如权利要求2所述的附加弹簧的自行车曲柄结构，其特征在于，在所述弹簧槽(4)的开口处连接有U型弯杆(6)，所述的脚踏连杆(2)穿过所述的U型弯杆(6)与所述曲柄杆(1)连接。

4.如权利要求1所述的附加弹簧的自行车曲柄结构，其特征在于，在所述的脚踏连杆(2)上还开设有用于限制所述弹簧(5)滑动的限位槽(7)。

5.如权利要求1所述的附加弹簧的自行车曲柄结构，其特征在于，在所述曲柄杆(1)的侧面沿着所述曲柄杆(1)长度方向开设有一条安装槽(8)，所述的脚踏连杆(2)的顶端伸入所述的安装槽(8)中；

在所述曲柄杆(1)上开设有安装孔，所述的安装孔以安装槽(8)为中心线对称开设在所述曲柄杆(1)的两个侧面上，在所述脚踏连杆(2)的顶端开设有一个通孔(9)；

所述的自行车曲柄结构还包括连接轴(10)，所述的连接轴(10)依次穿过曲柄杆(1)一个侧面上的安装孔、通孔(9)以及曲柄杆(1)另一个侧面上的安装孔；

所述连接轴(10)的两端均设置有外螺纹，所述的连接轴(10)伸出所述曲柄杆(1)的两个侧面后与螺帽连接。

6.如权利要求5所述的附加弹簧的自行车曲柄结构，其特征在于，在所述的曲柄杆(1)上沿着所述曲柄杆(1)的长度方向开设有多个安装孔。

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