專利名稱：自行車曲柄桿的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于驅(qū)動自行車鏈輪的曲柄桿，更為具體地說，涉及通過適當(dāng)?shù)亟Y(jié)合人體工程特性與自行車在運動狀態(tài)中的慣性而使騎車人以一種舒適的姿勢向鏈輪施加一強勁驅(qū)動力的曲柄桿。
如

圖1所示，一傳統(tǒng)的曲柄桿10包括在一端處的一腳蹬軸安裝孔11，在另一端處的一曲柄軸安裝孔13，以及在腳蹬安裝孔11與曲柄軸安裝孔13之間的一傳動件12，它是一沿直線延伸的鋼制梁件。傳動件12具有一矩形橫截面，隨著向曲柄軸安裝孔13移動而逐漸擴大。如圖2所示，曲柄桿10依靠把固定在一鏈輪16中心上的一曲柄軸17嵌插和固定到曲柄軸安裝孔13中去而裝進自行車，同時一腳蹬15嵌插到腳蹬軸安裝孔11中去。
在騎行一自行車(未畫出)時，騎車人一只腳的推壓力作一直線力施加在腳蹬14上面，而這樣一種直線力由曲柄桿10轉(zhuǎn)換為作用在鏈輪16上面的一轉(zhuǎn)動力并隨后通過一根鏈條傳遞到固定在自行車后輪輪轂(未畫出)上面的另一鏈輪。
一方面，當(dāng)一騎在自行車車座上的騎車人在腿部伸直的狀態(tài)下蹬踩腳蹬14以致身體的上、下部分形成一直線時，騎車人可以在最為舒適的位置上用一只腳把最強勁的推壓力施加在腳蹬14上面。亦即，騎車人可以輕易和有效地沿著與其身體上部方向相同的方向來施加推壓力。其次，由于自行車車座決非象椅背那樣用以支承騎車人的身體，所以騎車人很難克服來自他所蹬踩的腳蹬14的反力。沿著重力方向施加的騎車人的重量是唯一的用以抵檔來自腳蹬14的反力的力量。因此，騎車人把推壓力輕易和有效地施加在腳蹬14上面的方向是鉛直方向，不僅符合騎車人身體上部的方向，而且還符合重力方向。
另一方面，只在每逢腳蹬14位于圖3中的右部，即當(dāng)腳蹬14正在從90度的位置順時針轉(zhuǎn)到270度位置時，作用在腳蹬14上面的推壓力才被有效地轉(zhuǎn)換為用于轉(zhuǎn)動鏈輪16和自行車后輪的轉(zhuǎn)動力以使自行車前行。如果作用在腳蹬14上面的推壓力在任一位置上是不變的，轉(zhuǎn)動力則以一余弦曲線的方式發(fā)生變化，在90度和270度位置上變成零，并在0度位置上取最大值。亦即，當(dāng)腳蹬14從90度位置移向0度位置時，用于加快鏈輪16，并隨之是自行車后輪的轉(zhuǎn)速的一種力量增大，而當(dāng)腳蹬14從0度位置移向270度位置時，這樣一種加速力減小。
一當(dāng)腳蹬14通過90度位置，騎車人就通過有力地蹬踩腳蹬14而加速自行車。當(dāng)腳蹬14從315度位置轉(zhuǎn)向270度位置時—不過此處加速力已經(jīng)減小到基本上為零，則因騎車人一般不向腳蹬14施力，只有一慣性力施加在腳蹬14上面。
其次，至于上述的傳統(tǒng)曲柄桿10，只是每當(dāng)腳蹬14從45度位置順時針轉(zhuǎn)向315位置時，作用在腳蹬14上面的推壓力才以較高的效率轉(zhuǎn)換為加速力，但在諸如腳蹬14從90度位置順時針轉(zhuǎn)向45度位置的其他時間，雖然騎車人可以有力地蹬踩腳蹬14，加速力并不增加很大。
考慮到上述各種問題，本發(fā)明旨在提供這樣一種曲柄桿，雖然一腳蹬位于騎車人可以以一非常舒適的姿勢非常有力地蹬踩腳蹬的90度位置與45度位置之間，作用在由騎車人蹬踩的腳蹬上面的一推壓力也可以有效地轉(zhuǎn)換為作用在一鏈輪從而自行車一后輪上面的一轉(zhuǎn)動力，以致騎車人可以更容易和更快地騎車。
按照本發(fā)明，提供了一種自行車曲柄桿，包括在一端處的一腳蹬軸安裝孔，在另一端處的一曲柄軸安裝孔，以及在所述腳蹬軸安裝孔與所述曲柄軸安裝孔之間的一傳動件，其中在把所述曲柄桿裝配到自行車上時，處于固定在所述鏈輪中心上的狀態(tài)之中的一曲柄軸嵌插和固定到所述曲柄軸安裝孔中去，而一腳蹬軸嵌插和固定到所述腳蹬軸孔中去；所述傳動件包括構(gòu)成所述傳動件主要部分的第一部分，以及用作一臂桿的第二部分，以便所述第一部分的一縱向軸線從一條通過所述腳蹬軸安裝孔中心和所述曲柄軸安裝孔中心的直線偏轉(zhuǎn)一偏轉(zhuǎn)角，所述傳動件的所述第一部分于騎車期間在沿垂直于所述傳動件第一部分和平行于所述傳動件第二部分的方向作用于所述傳動件第一部分自由端的力的作用下，產(chǎn)生不超過彈性極限范圍內(nèi)的最大量的彎曲變形。
更為可取的是，所述傳動件第二部分可以類似于所述傳動件第一部分的變形方式產(chǎn)生變形。
此外，所述偏轉(zhuǎn)角可以具有3度與54度之間的角度。最好是，在所述傳動件第二部分的根部亦即所述曲柄桿的曲柄軸安裝孔區(qū)域，制成分別用于促進和用于限制所述傳動件第二部分變形的一槽縫和一突起。
圖1為一傳統(tǒng)自行車曲柄桿的透視圖；圖2為一部分自行車傳動裝置連同已經(jīng)裝配于其中的、示于圖1的曲柄桿的立面視圖；圖3為曲柄桿在原點對應(yīng)于曲柄桿的曲柄軸安裝孔中心的二維坐標(biāo)上的立面視圖，表明示于圖1的曲柄桿的運作；圖4為本發(fā)明自行車曲柄桿第一實施例的透視圖；圖5為一部分自行車傳動裝置連同已經(jīng)裝配在其中的、示于圖4的曲柄桿的立面視圖；圖6為曲柄桿在原點對應(yīng)于曲柄桿的曲柄軸安裝孔中心的二維坐標(biāo)上的立面視圖，表明示于圖4的曲柄桿的運作；圖7為本發(fā)明自行車曲柄桿第二實施例的透視圖；以及圖8為曲柄桿在原點對應(yīng)于曲柄桿的曲柄軸安裝孔中心的二維坐標(biāo)上的立面視圖，表明示于圖7的曲柄桿的運作。
下面參照附圖對本發(fā)明各優(yōu)選實施例進行詳細說明。
圖1為表明本發(fā)明自行車曲柄桿第一實施例的透視圖；圖5為表明一部分自行車傳動裝置連同已經(jīng)裝配在其中的、示于圖4的曲柄桿的立面視圖；而圖6是表明曲柄桿在原點對應(yīng)于曲柄桿的曲柄軸安裝孔中心的二維坐標(biāo)上的立面視圖，表明示于圖4的曲柄桿的運作。在圖4至圖6中，附圖標(biāo)記20一般地表示本發(fā)明第一實施例的曲柄桿；附圖標(biāo)記21表示一腳蹬軸安裝孔，自行車腳蹬24的一軸25插入其中并被固定；附圖標(biāo)記22表示一傳動件；以及附圖標(biāo)記23表示一曲柄軸安裝孔，處于固定在鏈輪26中心上的狀態(tài)的一曲柄軸27插入其中并被固定。
如圖4所示，本發(fā)明第一實施例自行車曲柄桿20的傳動件22包括構(gòu)成傳動件22主要部分的第一部分22a，以及用作一臂桿的第二部分22b，以便使第一部分22a的縱向軸線A相對于一條通過腳蹬軸安裝孔21的中心和曲柄軸安裝孔23的中心的直線偏轉(zhuǎn)一偏轉(zhuǎn)角θ，其中傳動件22的第一部分22a在騎自行車期間沿垂直于傳動件22第一部分22a和平行于傳動件22第二部分22b的方向上作用于其自由端FE的力的作用下，產(chǎn)生不超過彈性極限范圍內(nèi)的最大限度的彎曲變形，傳動件22第一部分22a是一基本上平直的梁件，具有一形狀和尺寸都均勻的橫截面，而傳動件22第二部分22b是一弧形金屬件，對應(yīng)于在朝向腳蹬軸安裝孔21的一側(cè)凹下的一段圓弧。此外，傳動件22第一部分22a形成有多個縱向間隔開來的沿厚度方向的貫穿切槽28，以便增大彎曲柔度。最好是，偏轉(zhuǎn)角θ的角度在3度與54度之間。
更為可取的是，傳動件22第一部分22a與第二部分22b之間連接點C區(qū)域中的一過渡段形成多角或略圓形狀。
現(xiàn)在考查圖6，說明本發(fā)明第一實施例曲柄桿的操作。
當(dāng)曲柄桿20的腳蹬軸安裝孔21處于90度位置時，亦即，當(dāng)自行車的腳蹬24處于如圖5所示位置時，騎車人腳蹬在腳蹬14上的一推動力表示為一鉛直力P。此鉛直力P等于鉛直力P的沿傳動件22第一部分22a縱向的一第一分力P1和鉛直力P的垂直于傳動件22第一部分22a縱向的一第二分力P2的矢量和。鉛直力P的第二分力P2可以看作是施加于一懸臂梁自由端FE的一集中載荷。梁的固定端對應(yīng)于傳動件22的第一部分22a與第二部分22b之間的連接點C，而其自由端FE對應(yīng)于腳蹬軸安裝孔21。集中載荷造成彎曲變形，導(dǎo)致懸臂梁自由端FE的下垂δ或者鉛直力P施于其上的腳蹬軸安裝孔21向右移動一水平距離為1。因而，這時作用在鏈輪26上的一轉(zhuǎn)動力成為1·P。因此，在曲柄桿20順時針轉(zhuǎn)動的每一時刻，由于下垂δ而作用在鏈輪26上的轉(zhuǎn)動力就添加在另一轉(zhuǎn)動力上，此轉(zhuǎn)動力是在沒有下垂δ的狀態(tài)下作用于鏈輪26上的取決于曲柄桿20在坐標(biāo)系中轉(zhuǎn)動位置的轉(zhuǎn)動力。在曲柄桿20從90度的位置移至0度位置時，鉛直力P的第二分力P2隨P·Sinθ發(fā)生變化，因而鉛直力施力點的下垂δ的大小和右向位移的水平距離1都會改變，腳蹬軸安裝孔21右向位移的水平距離1在曲柄桿20從90度位置移向45度位置時基本上保持不變，而在曲柄桿20越過45度位置之后突然減小。因而，當(dāng)曲柄桿20處于90度位置與45度位置之間時，作用在鏈輪上的轉(zhuǎn)動力的增大效果最為顯著。
現(xiàn)在考查圖7和圖8，詳細說明本發(fā)明曲柄桿的第二實施例。
本發(fā)明第二實施例的曲柄桿20′類似于本發(fā)明第一實施例的曲柄桿20，區(qū)別在于，傳動件22第二部分22b以類似于傳動件22第一部分22a的變形方式予以變形。
在本發(fā)明第二實施例的曲柄桿20′中，下垂δ的大小從而腳蹬軸安裝孔21右向位移的水平距離1大于本發(fā)明第一實施例的曲柄桿20，原因在于傳動件22第二部分22b的變形。
為增大下垂δ的大小，最好是，一用以促進傳動件22第二部分22b變形的槽縫S形成在傳動件22第二部分22b的根部區(qū)域或者曲柄軸安裝孔23區(qū)域。在形成槽縫S的情況下，傳動件22第二部分22b可能會變形到直至變形量超過一彈性極限以致破壞傳動件22為止。因而，最好是形成一突起29，以便限制所述傳動件20的所述第二部分22b所產(chǎn)生的變形。
盡管，為了增大傳動件22對于傳動件22彎曲的柔度，在本發(fā)明第一和第二實施例的曲柄桿20和20′上形成有許多沿縱向間隔開來的切槽28，但根據(jù)某種材料特性而能夠提供適當(dāng)柔度的情況下，就沒必要制成這樣一種切槽。
本發(fā)明自行車曲柄桿可在自行車腳蹬達到最高點時，增大把騎車人作用在自行車腳蹬上的推壓力轉(zhuǎn)換成作用在鏈輪上的轉(zhuǎn)動力的效率，亦即騎在自行車車座上的騎車人可在最舒適的位置上非常有力地踩踏腳蹬。
此外，本發(fā)明自行車曲柄桿所形成的柔度可吸收蹬踩腳蹬時施加于騎車人腳上的震動，騎車人在騎踏自行車期間的疲勞感準(zhǔn)會大大地得到緩解。亦即，具有本發(fā)明曲柄桿的自行車可使騎車人不僅跑得更快，而且在跑過之后不象傳統(tǒng)曲柄桿那樣使人感覺疲勞。
權(quán)利要求
1.一種自行車曲柄桿(20)，包括位于一端的一腳蹬軸安裝孔(21)，位于另一端的一曲柄軸安裝孔(23)，以及位于所述腳蹬軸安裝孔(21)與所述曲柄軸安裝孔(23)之間的一傳動件(22)；其中，在把所述曲柄桿(20)裝配于自行車時，處于固定在一鏈輪(26)中心上的狀態(tài)的一曲柄軸(27)被插進和固定在所述曲柄軸安裝孔(23)里面，而一腳蹬軸(25)則被插進和固定在所述腳蹬軸安裝孔(21)里面，其特征在于，所述傳動件(22)包括一構(gòu)成所述傳動件(22)一主要部分的第一部分(22a)以及一用作一臂桿的第二部分(22b)，以便使所述第一部分(22a)的一縱向軸線(A)相對于一條通過所述腳蹬軸安裝孔(21)中心和所述曲柄軸安裝孔(23)中心的直線偏轉(zhuǎn)一偏轉(zhuǎn)角(θ)；所述傳動件(22)的所述第一部分(22a)于騎車期間在沿垂直于所述傳動件(22)第一部分(22a)和平行于所述傳動件(22)第二部分(22b)的方向作用于所述傳動件(22)第一部分(22)自由端(FE)的力的作用下，產(chǎn)生不超過彈性極限范圍內(nèi)的最大限度的彎曲變形。
2.按照權(quán)利要求1所述的自行車曲柄桿，其特征在于，所述傳動件(22)第二部分(22b)以一種類似于所述傳動件(22)第一部分(22a)的變形方式產(chǎn)生變形。
3.按照權(quán)利要求1所述的自行車曲柄桿，其特征在于，所述傳動件(22)第一部分(22a)是一基本上平直的梁件，具有一形狀和尺寸均不變的橫截面，所述傳動件(22)第二部分(22b)是一弧形金屬件，對應(yīng)于在面對所述腳蹬軸安裝孔(21)的一側(cè)凹下的一段圓弧，所述傳動件(22)第一部分(22a)具有多個沿縱向間隔開來的在深度方向上貫穿的切槽(28)，以便增大彎曲柔度。
4.按照權(quán)利要求3所述的自行車曲柄桿，其特征在于，所述傳動件(22)第二部分(22b)具有與貫穿所述傳動件(22)第一部分(22a)的各切槽(28)相同的一些切槽。
5.按照權(quán)利要求1至4中任一項所述的自行車曲柄桿，其特征在于，所述偏轉(zhuǎn)角(θ)具有3度至54度之間的角度。
6.按照權(quán)利要求1至4中任一項所述的自行車曲柄桿，其特征在于，在所述傳動件(22)的第一部分(22a)與第二部分(22b)之間的連接點(C)區(qū)域中的一過渡段形成多角或略圓形狀。
7.按照權(quán)利要求1至4中任一項所述的自行車曲柄桿，其特征在于，在所述傳動件(22)第二部分(22b)的根部區(qū)域內(nèi)，亦即在所述曲柄桿(20)的曲柄軸安裝孔(23)的區(qū)域內(nèi)，形成有分別用于促進和限制所述傳動件(22)第二部分(22b)變形的一槽縫(S)和一突起(29)。
全文摘要
一種自行車曲柄桿(20)可使作用在一腳蹬(21)上面的一推壓力更為有效地轉(zhuǎn)換為作用在一鏈輪(26)上面從而自行車后輪上面的轉(zhuǎn)動力，即使腳蹬位于一騎車人可以以一種非常舒適的方式非常有力地蹬踩在腳蹬(24)上面的90度與45度位置之間。曲柄桿(20)包括在一端處的一腳蹬軸安裝孔眼(21)，在另一端處的一曲柄軸安裝孔眼(23)，以及在腳蹬軸安裝孔眼(21)與曲柄軸安裝孔眼(23)之間的一傳動件(22)，其中傳動件(22)包括一第一部分(22a)，構(gòu)成傳動件的一主要部分，以及一第二部分(22b)，用作一臂桿以便第一部分(22a)的一縱向軸線(A)從一條通過腳蹬軸安裝孔眼(21)和曲柄軸安裝孔眼(23)的中心的直線偏轉(zhuǎn)一偏轉(zhuǎn)角θ，傳動件(22)于騎車期間在沿垂直于第一部分(22a)和平行于第二部分(22b)的方向作用于第一部分(22a)自由端(FE)的力的作用下，產(chǎn)生不超過彈性極其范圍內(nèi)的彎曲變形。
文檔編號B62M3/00GK1158110SQ96190713
公開日1997年8月27日 申請日期1996年6月19日 優(yōu)先權(quán)日1995年7月6日
發(fā)明者趙相緣 申請人:趙相緣