改进的自行车踏板机构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种脚踏自行车的改进的驱动组件，更具体而言，本发明涉及驱动踏板系统的改进。本发明还涉及一种自行车踏板，在骑手输入的能量给定的情况下，该踏板能提高力矩和能量。本发明还涉及一种用于自行车的踏板组件，与骑手将相同的载荷施加到现有的踏板组件上的情况相比，该踏板组件能增强机械方面的有益效果、产生更大的力矩。本发明还涉及一种新型的自行车踏板，其能被改装到自行车驱动系统的公知曲柄臂上，与骑手将相同的载荷施加到现有的踏板组件上的情况相比，该踏板能增强机械方面的有益效果，产生更大的力矩。
【背景技术】
[0002]骑手通过连接到曲柄臂上的踏板施加载荷的作用可驱动自行车，该曲柄臂延伸到主驱动轴上。该主驱动轴连接到主链轮上,主链轮通过传动链将驱动力传递给至少一个后轮链齿。当骑手将载荷施加给踏板时，会在主驱动轴处产生转矩或力矩。该被施加的载荷然后通过传动链传递给后轮驱动件。力矩是施加在一个位置上的载荷与该载荷位置和旋转轴线之间的距离之乘积。当载荷增加时，在力臂距相同的情况下力矩增加。力距臂增加且载荷降低的情况下产生的力矩能与被增加的载荷施加在更短的曲柄臂上的情况下产生的力矩相同。为传递驱动力而需要施加给踏板的载荷将受一些参数影响，如，地面轮廓、风力、骑手的体重、以及车轮与自行车在其上行驶的表面之间的摩擦力。在传统的自行车中，曲柄臂的踏板连接轴线与主驱动轴之间的距离由踏板臂的长度确定。曲柄臂的长度受地面与主驱动轴之间的距离限制，以保证在下行行程中，踏板完全不接触地面，从而足以让踏板臂旋转。目的是在曲柄系统的操作空间的限制范围内能最大化机械方面的有益效果。
[0003]在过去已经进行了很多尝试来增强自行车驱动系统的机械方面的有益效果。这些尝试包括延伸曲柄臂以在相同载荷下获得更大的力矩，从而增强机械方面的有益效果。尽管已经进行了大量尝试来提高自行车曲柄系统的力矩以增强机械方面的有益效果，但是几乎所有的尝试均涉及一种机构，该机构轴向增加曲柄臂长度以将更大的力矩提供给驱动系统的主轴。其他系统已经使用了在外部被安装的杆和枢轴系统，其能产生更大的作用力给驱动系统。
[0004]已经对已有的驱动组件进行了大量尝试来增强机械方面的有益效果和提高力矩，该已有的驱动组件存在许多缺点。
[0005]现有技术中的已被用来尝试提高力矩的机构可被分成以下几种:
[0006]1、在旋转期间引起曲柄臂长度变化的机构。
[0007]2、在旋转期间能产生更大作用力给驱动系统的机构。
[0008]3、可将曲柄臂的长度改变成选定的固定长度的机构。
[0009]不同长度的曲柄臂包括被设计成控制和调节现有的驱动系统的各方面以改变曲柄臂的内部机构。这些机构通常复杂，包括许多承受特别大的应力的运动部件。请记住，这些部件相对较小，长度可变的曲柄臂涉及的一个主要问题是，在大到足够能承受各种驱动机构和支撑结构的高应力且小到足够能提供可接受的替换驱动系统的部件之间存在折中。这些长度可变的系统涉及的另外一个重要问题是，尽管理论上表明曲柄臂大幅延伸能传递更大的旋转力和力矩给驱动系统，但是实际上，曲柄臂在基本向上的方向上缩回时的作用会引起操作过程中的机械能大量损失，同时，在曲柄臂从最后一个四分之一圈旋转到竖直向下位置的过程中，骑手要努力在基本上向下方向上驱动踏板臂。由于在旋转期间存在相对的作用力，因此将会抵消更长的曲柄臂达到的增益。可延伸的曲柄臂涉及到的另一个重要问题是，在高应力下旋转的期间，各种驱动机构加载和卸载会产生噪音。与传统曲柄系统相比，上述系统体积庞大、沉重。还需要对运动部件进行充分润滑，灰尘和砂砾也会进入到这些运动部件中。
[0010]具有与曲柄臂相互作用的外部部件(如，杆和枢轴)的机构还存在许多问题。与传统的坚固且刚性的曲柄系统相比，这些机构笨重、相对重、制造成本高昂、体积庞大；由于增加了枢转点，因此这种机构会发生不期望的运动和产生噪声。它们还会发生不期望的结构弯曲，同时会出现不规则的踏板旋转路径。
[0011]现有技术还教导了使用在操作期间能被调节成各种固定长度的曲柄臂。一种这样的系统也是公知的:在骑行自行车时，骑手的脚控制能调节曲柄臂长度的机构。在该实例中，骑手能沿曲柄臂将弹簧加载式定位销定位在各个定位孔中，以通过骑手的脚来选择和固定各种曲柄臂长度。操作中，如果不配备能够识别各种长度位置的一些标识系统结构和被放入对齐位置的合适销，就要求大量的实践和技巧来完成操作。
[0012]被尝试增加曲柄长度的现有组件存在的一个问题是要容装一些必须部件，这种组件通常体积庞大以容装一些必须部件，因此，曲柄臂尺寸相当大。踏板之间间隔的距离比传统的固定长度式踏板臂的要大得多。这导致骑手的脚之间的间距比通常情况下要更大，令人不可接受。
[0013]总之，尽管已经尝试提供更高效的替代结构来替换传统的固定长度式臂，但是现有的发明创造分别或全部都具备上述明显问题。本领域长期以来一直需要改进自行车驱动系统，以增强机械方面的有益效果且部件数量最少、制造成本低、操作简单。
[0014]从上述内容可看出，尽管过去已经进行了许多尝试，通过在一定程度上降低骑手需要花费的努力来提高自行车曲柄系统的性能，但是，为了增加自行车曲柄的能量而已经付出的这些努力工作效率相对低。自行车制造商已经试图通过使用更轻质的材料和改进的传动系统来提高自行车性能。目前为了提高曲柄性能而付出的努力并未充分提高性能。下面将描述三种改进驱动系统所采纳的方法，其目的是增强机械方面的有益效果。
[0015]一种方法是使用延伸的曲柄臂系统来提高以曲柄旋转中心为中心的杠杆作用，从而提高力矩。延伸的曲柄臂的缺点是:会产生更长的椭圆形圆周或增加踏板必须经过的距离(踏板轨迹)。实际上，与传统的曲柄系统相比，圆周周长增加也会提高踏板速度，原因在于，同样旋转一圈会增加踏板经过的距离。为了弥补这一缺陷，骑手必须改变到更高的传动比以将踏板速度降低至传统曲柄系统的踏板速度。但是，所需的传动比越高，将抵消力矩增加的增益。
[0016]另一种方法是提供一种机构，该机构能使踏板与其连接到曲柄臂上的连接位置之间的距离变化，从而改变踏板与曲柄中心之间的距离。当曲柄臂定位在下行行程中间位置上时，上述距离增加会提高以曲柄中心为中心的杠杆作用，从而提高力矩。但是，这种原理也具备与使用延伸的曲柄臂的情况相同的缺点，即，增加了旋转同样的一圈时的踏板距离和速度。
[0017]在另一种方法中，转向(drop)踏板水平地定位在曲柄臂的传统踏板轴点的轴线下方。实际上，踏板平台悬挂在下方，能绕曲柄臂的连接机构的传统轴点摆动。转向踏板平台的位置更低，其轨迹与传统的踏板轨迹相似，但是绕相同的曲柄中心的轨迹稍低一些。实际上，转向踏板平台向下移动过程中，从曲柄臂侧下行行程中点位置逐渐远离曲柄中心移动，从而将大幅提高力矩。缺点是，从曲柄臂的竖直向上位置到下行程中点位置，踏板平台开始更靠近曲柄中心，使得曲柄臂更短，从而力矩更小，直到到达下行程中点位置。因此，曲柄臂在第二个四分之一圈中力矩增加的效果会被曲柄臂在朝下行行程中间位置移动的第一个四分之一圈中的力矩减小的效果抵消。
[0018]需要改进现有的组件来克服这些组件中所存在的缺点。还需要提供能增强机械方面的有益效果、但结构不复杂且不具备上述缺点的踏板驱动组件。更具体而言，需要提高踏板组件的力矩和机械方面的有益效果，但不能改变曲柄臂旋转期间的踏板轨迹距离，以提高性能。
【发明内容】
[0019]综上所述，本发明提供了一种自行车踏板组件，在骑手输入的能量给定的情况下，该踏板组件能产生提高的力矩和能量。本发明还提供了一种自行车踏板组件，其能增强机械方面的有益效果，但是，与现有的驱动踏板组件相比，驱动机构结构不复杂，能产生更大的力矩。本发明还提供了一种新型的自行车踏板，其能增强机械方面的有益效果，但不需要复杂地调节曲柄臂机构，能被改装到公知的自行车曲柄系统中。
[0020]本发明尝试通过提供改进的自行车踏板组件来改善现有技术中的缺点，在骑手输入的能量给定的情况下，该踏板组件能提高力矩和能量，但不会增加踏板轨迹距离。本发明还提供了一种用于自行车的踏板组件，与现有的踏板驱动组件相比，其能增强机械方面的有益效果。
[0021]从最宽泛的形式上来说，本发明包括:
[0022]一种用于自行车的踏板驱动组件，该踏板驱动组件包括一对曲柄臂，每个曲柄臂具有连接到驱动轴上的第一端和连接到踏板组件上的第二端；该踏板组件包括通过旋转连接件安装到固定构件上的踏板主体，该旋转连接件可让每个踏板主体至少相对于固定构件局部旋转；其中，当曲柄臂旋转时，通过在曲柄臂的至少一部分旋转弧度期间推动踏板能提高力矩，同时保持旋转周长基本上与被直接连接到曲柄臂上的踏板的旋转周长相同。
[0023]从最宽泛的形式上来说，本发明包括:
[0024]一种用于自行车的踏板组件，该踏板组件包括第一端和第二端以及第一端和第二端之间的中间部分；
[0025]踏板主体，其包括接收骑手的脚的踏面；
[0026]第一端和第二端均包括连接到踏板主体上的耦合构件；
[0027]第一端耦合构件包括接合固定构件的套筒，第二端耦合构件包括接合踏板主体的连接臂和接合固定构件的第二端；
[0028]固定构件接合连接套筒，连接套筒包括接合固定构件的轴承和连接到所述自行车的曲柄臂上的轴；其中，当曲柄臂旋转时，踏板相对于固定构件移动，从而，在曲柄臂旋转一圈的至少一部分中，踏板相对于固定构件前进和后退。
[0029]根据一个实施例，第一端耦合构件提供偏置效果，可让踏板主体在旋转期间至少相对于固定构件局部旋转，在踏板主体的至少一部分旋转过程中增加驱动轴和穿过所述连接套筒的轴线之间的距离。根据一优选实施例，踏面主体包括接收骑手的脚的踏面。
[0030]根据某替换实施例，联接机构包括旋转连接臂，每个旋转连接臂接合位于踏板主体中间部分中的轴和从所述踏板主体延伸的第二轴，该第二轴接合固定构件中的孔。中间部分包括凸起