TWI379959B - Improvement of ovoid chainrings for the optimising of conventional pedalling - Google Patents

Description

1379959 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明為-種應用於自行車和腳踏動力交通工 系統之改良’其通過一條鏈或帶實現傳統： 改進’以在腳踏的週期中降低靜點效應，：： 踏動力系統的最優化。 、見腳 【先前技術】 點吟庙九世紀末以來’很多人料圖增加腳踏車效果並降低靜 應。具體地說’幾乎所有的腳踏動力是在向下踏車 =。在曲柄臂與頂端靜點約成9G度角，腳踏動力的^ 二最士時，腳踏動力最大。當其中—個腳踏在上，而另一個 在下時，由於施加於腳踏的力量幾乎無切線角度，形成— 動力空白區，即通常所說的靜點。 ^ 上述多種嘗試都是通過使用非圓或“橢圓形的，，鏈 環’無論是橢圓形或者其他更為複雜的由各種各樣或曲或直 的構件組成的鏈環’其兩條直徑，主要直徑及次要直徑，有 各種的組合。同時還有各種其他的嘗試，如通過使用獨立的 曲柄來分別實現每條腿動力的最優化。直到今天，從生理力 子’角又看這些嘗喊被證貫是貫現腳踏系統最優化的最有 效方法。 0在上述幾種方法中，我們可簡單列舉最近市場上的兩種 鍵壞’ Shlman〇 Bi〇Pace鏈環（美國專利第4522610號）和 Osymetric鏈環（美國專利第5549314號）。當然，還有一些更 早的文獻：美國專利第513589號、美國專利515449號、英國 1379959 專利第191318888號、法國專利第645447號、英國專利第 327681號、法國專利第1〇9〇949號、丹麥專利第6451扎號和英 國專利第449504號’還有—個更近期的美國專利第5882〇25 號通過這些專利’顯然‘‘橢®形的”鏈環最終成功地被廣 泛運用。在先技術中，應尤其關注法國專利第1 090949號，因 為在多I的橢圓形鏈環的定位方面，它與本發明相似。 上述不同的鏈環的目的均在於通過利用腳踏週期最大 動力的區域’藉由各種驅動半徑，實現為自行車提供更大的 推力。要實現該目的，要考慮三個設計係數： •定位係數：曲柄中線和橢圓形鏈環主要直徑的角度， 其與達到最大齒輪比時曲柄所處的頂端靜點（概）的位 關（當最大半徑轉化成牽引力）； •延長係數：橢圓形鏈環中主要和次要直徑的比率，以 •幵y狀係數.它取決於曲線形成的橢圓形鏈環的周長 (橢圓，圓周弧，直線區域，等等） —一在所有上述提到的橢圓形鏈環中，沒有一種在市場 獲得成功。儘管每種鏈環都在某—方面實現改進，但至今: 有哪種々鏈環能很好地結合所有改進，從而實現成功。a 沒有成功的主要原因是由於無效的定位係數。由於每1 人騎車的方法都不同，因此不能說這些產品都不行，實 =產品還是獲得不少人的歡迎。然而’定位係數是腳^ 、·生理力學的關鍵，即便這些定位被一小部分人接受，但楚 大部分人來說還是無效的。 6 1379959 ^如，BlQPaCe鏈環也許對某些人有效果，但結果還是 攸市％上消失。該鏈環的延長係數和形狀係數還可以接為， ==數太過遲鈍。也就是說’曲柄臂與頂端靜點二 比太遲，幾乎與踏車在底端靜點⑽）時—致。達】取大齒輪

Osymetrics鏈環的定位係數相當敏銳，如大多 3搞圓形鏈環，，。，曲柄在腳踏力量最大區域時，實現 ^大齒輪比，這樣就可不利用慣性，而產生—定延遲。 由於其形式和延長係數的原因，速度在靜點附近變化 這就對膝蓋徤康不利，這也是許多人放棄這種鏈環的原 因、種鏈環對強壯的騎車人能產生較好的作用在 ::;車=騎車人的〜，無法為= 心f國專利第1〇9_號的可調節鍵環涉及的定位她是不 夠精確’同時其延長係數和形狀係數的結合非=不 此無法實現具備優勢的各係數結合。 釔疋因 他通過使用獨立曲柄實現踏車^ ^ ^ 個鏈環，其以連桿相接，兩::效:::::最 至最小的杨疋不同步的，其偏移的程度 ^ :巨：每個曲柄的速度也不相同，當一個曲柄慢下來== 申展，腳趾週期中施加力量較大 如 得更快並且在第一個到了底 .另個曲柄就移動 (TDC)。 m點（BDC)時超過頂部靜點 關於這财法，能脾個專利是_年的德國專 7 1379959 利第76215號，它確定了這種鏈環的基本構造。本專利發明人 的另一項發明RS4鏈環（美國專利第2〇〇5/〇〇22626Al號）正在 以RS4和RS4的名稱在市場上銷售，取得了顯赫的銷售成績。 對於這種鏈環，需要考慮兩個參數或者設計係數： 乂 ·定位係數：當齒輪比最大時，下降的曲柄臂和頂部靜 點形成的角度，或者也可理解為橢圓形鏈環同樣的定位係數，· •離心係數：最大和最小驅動比之間的關係，與上椭 圓形鏈環的延長係數有關。 育 上述RS4鏈環雖然還未廣泛應用，但已經為世界上數 名騎車人使用。其經驗清楚表明定位係數在踏車的生理力風 中的重要作用：最大齒輪比的最佳位置-最佳定位係數 施加最大力量時被延遲。因此，即使最佳定位係數不是 =其取決於幾何學資料和動力學資料，我們也能 麼先前橢圓形鏈環定位的嘗試都以失敗告終。 马什 晋=述：何學資料確定每個騎者實行最大力矩傳遞的位 置。幾何學資料包括自行車幾何學資料，車座的 二 度’以及騎車人是坐著還是站著踏車。同時，騎車人 的身而和體重也起相當重要的作用。 上述動力學貧料主要包括踏車時慣性的變化，盆 傳遞最大力矩時曲柄位置和齒輪比達到最大值 ^^腿 當然不存在-個固定值，因為這 Β的偏移。 況，例如平地或欣坡，坐著騎咬站菩不同的踏車情 慢經的偏好。 者騎次站者騎，或者騎車人快燈或 上述所有因《會影響最優的定位係數。要實現廣泛使 用，就需要普遍性的原則 車人的需要。 衷的解決方案並滿足不同的騎 上述Rotor鏈環，一般津蟮6 ⑴度，但最終不同騎車人設錢是距頂部靜點（TDC) 間。頂部靜點（TDC)和底:’乾圍通常是在103到⑻度之 部位置^自行車底㈣(咖）的位置是騎車人臀 想，因為^ϋ77不n##ai形的鍵環設計都不夠理 數適合於某些:::不同時，雖然某-係 -種採用完美的類型。因此，如果我們能製造 人都有效了，、但是這會對大多數騎車 舊不夠有效，，對;佳:;:=:::== 用的最佳平均位置。 ㊉仃π即將改善個體使 【發明内容】 模仿=二r::述的鏈環，原則上通過在最大力量產生階段 到rotor曲知子可以實現與其相近的力量源，雖然其還達不 、曲柄的程度。這是因為有必要選擇小一點的相同的延 口处乂防止腿在邊點時速度的突然變化，因為在這個區域盡 可月b保持等速才是理想的結果。為了做到這點，騎車過程中， 驅動半徑的變化盡可能小是必須的：一個53齒的R〇tor鏈環的 即時齒輪比從最小47. 6到最大58· 8 (在越野場地或上下坡 時，:化可能更大），而新的53齒的橢圓形鏈環的變化在5〇. 9 至5 5. 9之間。 們找位係數決定：通過模__鏈環，我 .^ ^ ^ ^^ ( tdc ) 1 oo 比赛域（這取決於鏈環尺寸和應用，例如是山地 數由騎：1、琴1 μ此外’正如前面所述，醜㈣定位係 是可調節的。這種擴圓形鏈環在- =:=Γ有其他一些小角度轉動的固定點，使得 鏈％的，置⑽夠在設定的中讀置附近進行調節。 儘S已經霄現了近乎完美的定位係數，我們還考慮了最合 二:，：數和形式係數’使得腿的速度盡可能的統一，以 保迅在鬲速蹬踏時不造成身體上的傷宝。 二度函數為一㈣ ::二：’在一定程度上與正弦曲線類似。然 ’=延長係數會影響該函數最大和最小變數的變化程 ，’其根據正弦函數的變數的A小取決於形狀係數。這些變 數將體現在自行車μ ^ 接受這樣的加速=速度上’騎車人的腿也許可以或不能 長和為實了 =慮圓與开'1㈣狀係數相關的參數’我們會顧及設計周 長和實際橢®形鏈％的長、短直徑之間的最終關係。 荖絲tn，建議延長係數為L 075到h 125之間，這就意味 ^鏈㈣，直徑比短直徑長大約75%到125%’以便踏車速度 值f最小值m有了合理的變化，周長關係也將保持在 0.98到1之間’這意味著擴圓形鏈環的輪廓將與具有相同長短 直徑的橢圓相對應。上述設計使加速度的變化在生理力學的. 層面達到最優化’保證了踝關節的活動，當腿盡可能以等速- 1379959 * ^ Γ踏時^膝蓋也不會受傷。彎曲轄條需要盡可能地短， '/、短直彳二相同，使鏈環盡可能模擬傳統圓形鏈環的運 動，以實現人體健康的考慮。 传用"1 種^環優於’⑽鏈環之處在于其與傳統的曲柄相容， Α。：不而要更換曲柄或是底架’因此價格能為大眾所接 一 Et舌旦彳目對于3通的踏板來說，這種鏈環僅稍稱增加了 ;:重Γ由！摩檫力’缺少可移動部分也不會導致力量的 貝失，這種鏈環不需要特別的保養。 理力另細卿目比，這種鏈環失去了部分潛在的生 :子改進此力’更重要的是’其無法達到晒R實現 =健康的程度’這兩點是⑽·鏈環相比其他 最 分潛在的性能優點，選擇較為適當的延長係數。不放棄# 綜上所述，本發明旨在不更換傳統底架和曲柄而 環，：：:：：。t主動力階段採用一個模擬__圓形鏈 仁後者偏心率更小，且在靜點處轉周更小。 【實施方式】 苐 、 的實施例之-。、二、五、六及七圖中所示的橢圓鏈環為理想 本發明所描述的傳統曲柄（〗2、} 2·)安梦一 ;形鏈環⑴、11’)。該鏈條(】。)由虛線表示：第 :輪，達到最大時，鏈條⑽與鏈環⑴ 二： ®形键環調整射，⑽料的定位龜， 2疋擔 32是以頂部靜點⑽為參照的定位係數。對於 1379959 根據鏈條的來源不同（例如，來自能在任何時候使用 鍵齒輪）以及自行車的幾何構造的不同（連接底座與彳^二，， 撐的長度與角度）’有可能會有細微的變化。 ^ 、支 第二圖其為前面所示的曲柄（12、12，）裝置顯示出定 =生的變化’描述了應用的鏈環⑴、ln各獨 轴 的區別。 衣土神 這一設計顯示初始定位係數位於離曲柄臂1〇8度的位 置。此外，此項設計特別提供了定位係數調節的可&能、性立外 什了一些與傳統曲柄臂（14)相連接的孔（13)。且體地 有35個各相鄰10. 286〇 ( = 36〇0/35)的孔（13),這音 二，匕 個曲柄轉動17個孔，即174.857。，其效果和安裝一 = 斜唐梦署曰4黎λα I» 、 個5. 14 3 Ϊ 孔退可更近地排列，甚至使它們相互重 如第九^所-ΐ圍均勾排列’會造成結構不可承受的受損。 =:=至可將孔的裏外周長相隔開，形成兩個洞。 齒輪比。這就、發，一個53齒的擴圓形鍵環的等值即時 速率，當踏板1^母_點旁邊寫的數字就是其相應的齒輪 的資料生效ΐϊ接曲柄的制達时標記位置時，則相應 調節並住的是’由於定位係數是由制者自行 圖需進行順；：t上或是向下調節’與曲柄臂位置有關的附 對相同齒輪導致的鏈條和鏈環咬合向量的變化也會 遑圖的定位係數產生細微的影響。第四圖其為 進=:RS。4需:1:: f3齒的鏈環的即時相應鏈環尺寸，以 節並決定是ΐί ’由於定位係數是由使用者自行調 需進行順時針調節’與曲柄臂位置有關的附圖 圖》，的-個二=== 的孔（53)，表示選取的原始方向。其他孔是使用 有效地調節定位的標示。 又 ，於較大的公路自行車鏈環的標準調節，建議將確定曲 =向，曲柄（12)錨接孔（53)定位於鏈條與鏈環（ιι)的最大 j相交又的位置，曲柄（12)與頂端靜點的距離約為1〇5。《參 ί 的&1》°對於53齒的鍵環⑴），上述角度約為108。 > 圖中的a2》。初始調節中的頂部靜點（TDC)和曲柄 2)中線之間的實際角度取決於鏈條（} Q)與鏈環（⑴的喃合 向量。 通常，標準的定位值調節範圍在丨〇〇。到丨2〇。之間。較大 的A路鏈J衣接近於丨〇〇。，其内鏈環的調節角度約為1 1 。山地 自行車鏈環的方向調節值在U〇。到12〇。之間。這取決於鏈條與 鏈環的嚙合向量，以及鏈環一般使用條件下的運動學資料。 53齒鏈環的延長係數為11〇，允許踏板最大和最小速度 之間的合理變化。與公路路自行車（賽車）*同，以山地或 1379959 休閒自行車為例’這個值可能由於踏板靜點較大的消極旦⑼ 而猶微大些。為解決動力傳動系統或變速器相容性問題= 長係數也可以降低。它的變化值在h 〇75到丨，125之間。 最後，鏈％ (11)的形狀是橢圓形，其四個周長弧中心 形成的菱形’有一個為40。的銳角（見第六圖）。 撚 圓形，其相應的橢圓形的周長係數為〇. 993。 第七圖描述了這種鏈環運動學設計。可以看出 大於平均值時，自行車轉一周的時間多了約⑽。:在ς 點速度的變化最小化，地提高了膝蓋舒適度 當速度小於平均值時，自行車轉—周的時間少了約5⑽，作是 與腳踏過程中腳踝呈角度的運動相結合，這種方法實現了： 等速。腿踏板的速度的變化也是採用橢圓形鏈環的最 其他實施例 形狀係數允許初始周長的微小變化，儘管理想 現導致加速度峰值的直截面或其他大半徑的曲率。立中^可 取的是所提到的橢圓周長或混合周長，即在第一和第 之一區為設定的橢圓，而在在第二和第四四分之—㈣呈他 不同橢圓，通料種m重㈣減速與 ς 可能會發生明顯的變化。 观幻加迷 上述橢II形鏈環料用在傳統曲柄上， 不同型號的鏈環。每—種都符合本發明的描述，只是在If 係數上稍有變化，尤其是定位f 1 /、疋在δ又汁 疋疋伹係數，因為使用大型和小型鏈 14 1379959 環時’腳踏條件可能不同。 時間會比坐著踏車達』大列如’站立踏車達到最大扭矩的 在更小的鏈環上 扭矩要延遲，站立踏車通常作用 就定位係數而言，如里&』β 調節方式可以指曲柄和内圈之：可拆卸的’則可供選擇的 下，曲柄和内圈之間的點?言^和在這種情況 根據本發明的-個可供選擇的二目I第十圖，其為 同時改變鏈環和曲柄大：定位調節的範圍。 咏、、 成歡5又置就可以進行角度更小的锏 :提#更===擇Ϊ將多㈣接點與内圈相結合，從 =傳統㈣點。在這種情況τ，採 = :;(《α第=數:r在: 適用於四臂曲柄。在這:二近二^二置。這種鍵環 忠罢π , 进衣上]以看到，定位設置孔（13) 夂置侍十分接近以至於它們相互交又並在鏈環上製造 =長孔⑽）。》，因為曲柄的調節變化被限制在^ 點之間的全形距離。 ^及鳊接 在任何情泥下，鏈環不必包括分佈在所有可能角度· 接點，但較小的變化也可滿足定位調節的目的，如第七田 ^圖中的鍵環所示《其中該第九圖為根據本發明的^ 供選擇的漏祕環⑴，"），其g餘標記在接近 : 位置。這種鏈環適用於五臂一體式曲柄。已標記的_；體三、 (80")表示鏈環（11”'）的調節設定錨點（1、3、5)位置，其严 1379959 為8度，已標記的曲柄臂孔固定於此。一體兩孔（8〇,")表示 環⑴…）的調節設定錯點（2、4)位置，其間隔也是8度。^此 偶數位置使調節設定錨點（1、3)或者鎢點（3、5)之間的: 角度減小了 一半0》。尤直需要接夕 干/兀具而要徒出的是，對於頂級競爭式 產品的特殊胸，鏈環可製造成單1接點，以減輕重旦次 且應設定與騎車人相適應的鏈環定位。 里 最後’可用皮帶河輪替代鏈環、鏈條和齒輪 铯種情況下，所有上述内容均適用于 干在 輪。 用卞鲕接於曲柄的橢圓形滑 16 1379959 圖式簡單說明】 —圖.為本發明描述的傳統曲柄安裝了 — 圓形鏈環。 菩/、兩個橢 第一圖：為第一圖所示的曲柄裝置並 第三圖 第四匿j 第五圖 第六圖 生的變化。 與丁出疋位係數發 發明-则齒的《圓形鏈環的等值即時齒 為 “R〇t〇rRS4，，帶有一個53 鏈環尺寸，以進行比較。料的即時相應 是本發明的一個擴圓形鏈環之前視圖。 為一個用虛線表示的延長係數為J m 還有-個根據本發明的_ :囡’ ★ ®的周長比為0.993。 。虛線表不的椭 第七圖：描述了以腳踏週期所 加速度。 …間函數表不的速度和 第八圖 第九圖 :本發明的一個可供選擇的橢圓 環適用於四臂曲柄。 〜化種鏈 第十圖 月的一個可供選擇的搞圓形鏈環，這種鏈 裱適用於五臂-體式曲柄 k種鏈 本發明的一個可私^ @ ^ π 擇的橢圓形鏈環，它帶有 ::固可拆卸、可調節的曲柄，從 ： 调節的範圍。同時改 ^ 可以it轩g S 文鏈衣和曲柄臂數設置就 】以進仃角度更小的調節。 17 1379959 【主要元件符號說明】 〔本發明〕 (10)鏈條 (11、1Γ、1Γ'1、1Γ…）鏈環 (12、12')曲柄 (13 、 51 、 52 、 53 、 54 、 55)孔 (14)曲柄臂 (14’）可調節的曲柄 (卜2、3、4、5)錨點 (80')延長孔 (80π) —體三孔 (80’π) —體兩孔

Claims (1)

1. 十、申請專利範圍： 傳動側之二:2自的環’其鏈環上與-般自行車之 錫接系統，包含由兩個主田㈣為複數形式，構成複數之鏈環 _形，其延長係數的值為直二義的 曲柄周 ^7借數，梃供多種錨接點的選擇盥該相庫夕俏 動二的曲柄;將鏈環與相應之傳動側之曲柄:連接專 二首選，則一定位係數由橢圓形長徑與曲柄； 點的定位^ ^成㈣度的定位值為⑽度，其他備選錨定 的，點，大或較小的定位值，導致一指定的設定刻適出 产，專利範圍第1項之一種適合公路自行車的鏈 :一 V;八自仃車傳動側之曲柄相連接，具有5個錨接點， 2-'包3 35個分佈在鏈環上且標注於該設定刻度上之固 =之通：7相應108度之首選錨接點’使用可於分佈在鏈 =之35個固定孔中尋得且直接相對於另—方向之鄰近= ^7個固定孔之二個備選固定孔中的—個，實現_的精準調 &如申請專利範圍第i項之一種適合公路自行車的鏈 壞，其與-般自行車傳動側之曲柄相連接，具有5個錦接點， 進-步包含25個分佈在鏈環上且標注於該設定刻度上之 定孔，通過-相應⑽度之首選錄接點，使用可於分佈在鍵 19 1379959 環上之25個固定孔令尋得且直接相對於另一方向之鄰近的 12個固定孔之二個備選固定孔中的一個，實;見摘圓的調 即 0 種適合山地自行車的鏈環，其鏈環上與 4· 〜-Γ W %依，丹趟艰上興一般自^于車 =側之曲柄相連接的錨接點為複數形式，構成複數之鏈 =系統’包含由兩個主要原始直徑，即長徑及短徑定義 其延長係數的值為11G;—與 形鍵環的輪扉，其包含-擴圓形周長除 乂原始周長侍出的相對周長的 目為曲柄上固定孔的件數.丄93，鏈核上固疋孔的數 〇數，如供夕種錨接點的選擇與該相應 之傳動側的曲柄；將鍵環與 個單-的日丨冑關之曲柄相連接之- 柄中心線在踏車二了:二一定位係數由橢圓形長徑與曲 選錯定點的定付枯/成的角度的定位值$119度，其他備 擇中選出的錨定點且：：119度，其中每-個特別由多種選 設定刻度 點具有較大或較小的定位值，導致—指定的 20