人力车的可省力踩踏曲柄的操作方法与流程

本发明有关一种踩踏曲柄技术，尤指一种用于人力车的可省力踩踏曲柄的操作方法。

背景技术

现代人为了身体的健康或为了减少有害气体和碳的排放量，大都会善用一部分的时间来进行，如慢跑、步行或骑乘自行车等运动，其中骑乘自行车由于具备有短、中程的旅游效果，因此更可让骑乘者的身、心、灵获得最佳的舒缓，且在各县市大量且广设的自行车专用道下，骑乘自行车显然已成为全民最热衷的活动项目之一。

现有自行车的曲柄为一固定长度的杆体，用以连接脚踏板与自行车的心轴，自行车在运作过程中是通过使用者踩踏脚踏板，使脚踏板以中轴为旋转中心进行以曲柄长度为半径的圆周运动，并带动自行车的驱动装置如齿盘、链条等元件，进而使自行车前进。

现存应用在自行车的踩踏曲柄装置，并不能够在脚踏板旋转至需要施力处时，伸长其曲柄进而增加力臂的长度，因此无法达成更加省力的效果，是以现存的伸缩曲柄的设计无法规律且惯性的做圆周运动为一费力，且易导致使用者疲劳的踩踏曲柄装置。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种人力车的可省力踩踏曲柄的操作方法，其利用增加施力臂长度来达成省力效果，并且借助第二曲柄可相对于第一曲柄做旋转摆动，从而使曲柄机构能够顺畅性及安全性地做规律的圆周运动。

为了实现上述目的，本发明提供一种人力车的可省力踩踏曲柄的操作方法，所述可省力踩踏曲柄包括一时规元件、一曲柄机构及一传动机构，该时规元件具有一作动路径；该作动路径包括一第一间歇区、一收缩区、一第二间歇区及一伸展区，该曲柄机构包括一第一曲柄、一第二曲柄及一第三曲柄，该第一曲柄包括一第一转轮、一第二转轮及一抵顶件，该传动机构形成在该第一转轮和该第二转轮之间；该操作方法包括:

a)该抵顶件进入该第一间歇区时，该时规元件与该第一转轮产生释放，从而使该第一转轮依从该第一曲柄的旋转而同步转动；

b)该抵顶件进入该收缩区时，该时规元件与该第一转轮咬合，通过该传动机构连接该第二转轮，从而使该第二转轮相对于该第一曲柄的旋转而旋转进而带动该第二曲柄和该第三曲柄相对于该第一曲柄做反向的旋转摆动；

c)该抵顶件进入该第二间歇区时，该时规元件与该第一转轮产生释放，从而使该第一转轮依从该第一曲柄的旋转而同步转动；

d)该抵顶件进入该伸展区时，该时规元件与该第一转轮咬合，通过该传动机构传动该第二转轮，从而使该第二转轮相对于该第一曲柄的旋转而旋转进而带动该第二曲柄和该第三曲柄相对于该第一曲柄做反向的旋转摆动。

进一步的，该第一间歇区、该收缩区、该第二间歇区及该伸展区呈圆周方式依序排列。

进一步的，该第一曲柄具有一上死点，该第一间歇区的起始点与该上死点的间隔夹角为0～10度，且是形成在通过该上死点之后的位置。

进一步的，该第一间歇区的起始点与该上死点的间隔夹角为5度。

进一步的，该第一间歇区的工作角度介于125～145度之间。

进一步的，该第一间歇区的工作角度为135度。

进一步的，该收缩区的工作角度介于80～100度之间。

进一步的，该收缩区的工作角度为90度。

进一步的，该第二间歇区的工作角度介于35～55度之间。

进一步的，该第二间歇区的工作角度为45度。

进一步的，该伸展区的工作角度介于80～100度之间。

进一步的，该伸展区的工作角度为90度。

进一步的，该第一曲柄以顺时针方向旋转时，步骤a)中的该第一转轮跟随该第一曲柄同步做顺时针方向转动。

进一步的，该第一曲柄以顺时针方向旋转时，步骤a)中的该第一转轮跟随该第一曲柄同步做顺时针方向转动，该第二转轮为静止。

进一步的，该第一曲柄以顺时针方向旋转时，步骤b)中的该第二转轮通过该传动机构的传动以逆时针方向转动。

进一步的，所述人力车具有一中轴承接座，该第一转轮通过与所述中轴承接座连结而呈一静止状态。

进一步的，所述时规元件还具有多个第一离合齿，所述第一转轮具有多个第二离合齿，该第一转轮通过各该第二离合齿与所述时规元件的各该第一离合齿产生释放或止动。

本发明还具有以下功效，借由移动环和弹性元件的设置，在运转时可由第一转轮和第二转轮做交替性地旋转，进而确保运转的顺畅性。借由传动机构为多个滚珠所组成，可进行二维或三维的动力传输。利用在第二曲柄设有阶梯块及第三曲柄设有对应的阶梯槽，通过凸柱穿接固结，借以有效地防止第三曲柄因长时间的运作而产生弯曲变形或扳离等不良情形。借助各滚珠之间的相互抵靠，不管是做正向或反向的传动皆没有间隙产生，更加地提升传动效能和定位的精准度。

附图说明

图1为本发明可省力踩踏曲柄应用于自行车的组合图。

图2为本发明可省力踩踏曲柄连接链轮的组合图。

图3为本发明可省力踩踏曲柄的分解图。

图4为本发明的部分机构的分解图。

图5为本发明的时规元件剖视图。

图6为本发明的曲柄机构连续性操作的示意图。

图7为本发明的抵顶件在第一间歇区内的使用状态剖视图。

图8为本发明的抵顶件在第一间歇区内的另一视角使用状态剖视图。

图9为本发明的抵顶件在收缩区内的使用状态剖视图。

图10为本发明的抵顶件在收缩区内的另一视角使用状态剖视图。

图11为本发明的第二曲柄和第三曲柄另一实施例分解图。

图12为本发明的第二曲柄和第三曲柄另一实施例组合图。

图13为本发明的另一实施例的分解图。

图14为本发明可省力踩踏曲柄操作流程图。

其中，附图标记：

10…时规元件

11…嵌槽

12…作动路径

121…第一间歇区

122…收缩区

123…第二间歇区

124…伸展区

13…第一离合齿

15…固定座

151…定位条

20…曲柄机构

21…第一曲柄

211…外臂壳

212…内臂壳

213…抵顶件

214…轴套

215…第一转轮

2151…凹坑

2152…第二离合齿

2153…内嵌块

2154…逃沟

216…移动环

217…弹性元件

2161…凸环

2162…外嵌块

218…第二转轮

2181…凹坑

22…第二曲柄

221…阶梯块

222…穿孔

223…凸柱

23…第三曲柄

231…阶梯槽

232…凸柱

233…穿孔

30…传动机构

31…滚珠

31a…皮带

a…容珠槽

b…间隔槽

θ…间隔夹角

8…自行车

81…车架

83…转轴

84…脚踏板

85…链轮

86…嵌固环

861…嵌块

87…中轴承接座

871…嵌槽

a～d…步骤

具体实施方式

有关本发明的详细说明及技术内容，配合附图说明如下，然而所附附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制者。

请参阅图1～10及图14所示，本发明提供一种人力车的可省力踩踏曲柄，本实施例是以一自行车8的链轮一侧做说明，此自行车8具有一车架81，在车架81的中柱下方处安装有一中轴承接座87，并在中轴承接座87的中心穿设有一转轴83，另自行车8还包括一对脚踏板84、一链轮85、一嵌固环86及其它必要装置，本发明的可省力踩踏曲柄主要包括一时规元件10、一曲柄机构20及一传动机构30。

时规元件10通过一固定座15安装在前述嵌固环86，嵌固环86和中轴承接座87则是通过形成在中轴承接座87的各嵌槽871和形成在嵌固环86的各嵌块861的相互配合而维持固定不动，固定座15为一中空圆环，在其内周缘的位置成型有多个定位条151；本实施例的时规元件10为一中空圆筒体，在圆筒体朝向固定座15的一侧设有供前述定位条151嵌入的一嵌槽11，以与固定座15相互卡固定位但可做轴向移动，在时规元件10的一侧表面设有一作动路径12，此作动路径12为一环形凹凸结构，其主要包括呈圆周式排列的一第一间歇区121、一收缩区122、一第二间歇区123及一伸展区124(如图5所示)；另在时规元件10的作动路径12背后方则设有多个第一离合齿13。

曲柄机构20包括一第一曲柄21、一第二曲柄22及一第三曲柄23，第一曲柄21的一端是穿接前述时规元件10和固定座15；第二曲柄22连接在第一曲柄21的另一端，第三曲柄23固定在第二曲柄22远离连接第一曲柄21的一端，且第三曲柄23与第二曲柄22彼此并列配设，第三曲柄23远离与第二曲柄22固定的一端是供前述的脚踏板84连接。

进一步地，第一曲柄21包括一外臂壳211及对应外臂壳211接合的一内臂壳212，在外臂壳211和内臂壳212二端的相对位置分别设有相互对应的一通孔，另在外臂壳211和内臂壳212内部的相对位置设有一容珠槽a，此容珠槽a是沿着外臂壳211和内臂壳212的周缘所构设而成；又，在内臂壳212远离第二曲柄22一端的内部设有一抵顶件213，本实施例的抵顶件213为一滚珠，但不以此种型态为限，第一曲柄21远离第二曲柄22的一端是连接前述链轮85。

进一步地，在第一曲柄21连接链轮85的一端内部设有一轴套214及套接在轴套214外周缘的一第一转轮215，轴套214的内孔形状是与前述转轴83的外缘形状相互配接并以螺丝等螺固元件锁固，在轴套214和外臂壳211的相对应位置分别设有相互嵌扣的嵌条和扣槽，在轴套214穿接且固定于外臂壳211后，将使轴套214跟随外臂壳211的旋转做转动，另轴套214又穿接前述时规元件10和固定座15(如图8所示)。

第一转轮215的外周壁设有多个半圆球形凹坑2151；另在第一转轮215朝向时规元件10的一端设有对应前述第一离合齿13做离合的多个第二离合齿2152；又，在第一转轮215的内壁设有间隔排列的多个内嵌块2153，并在各卡块2153顶缘且位在第一转轮215内壁形成有一逃沟2154。

进一步地，在第一曲柄21的内部设有一移动环216及一弹性元件217(如图8所示)，移动环216是套接在轴套214的外周缘并且容置在时规元件10和第一转轮215内，在移动环216和轴套214的相对应位置分别设有相互嵌扣的嵌条和扣槽，从而使移动环216跟随轴套214的旋转而转动并且能够做轴向移动，移动环216的外周壁一端设有一凸环2161，另一端设有多个外嵌块2162，其可操作性地与前述的内嵌块2153做嵌固传动，或相对于第一转轮215做旋转运动。弹性元件217是套设在移动环216外周缘且二端弹性夹持在移动环216的凸环2161和第一转轮215之间，以弹性推抵移动环216和时规元件10做复位。

进一步地，在第一曲柄21邻近第二曲柄22的一端设有一第二转轮218，第二曲柄22是通过第二转轮218与第一曲柄21连接，第二转轮218的直径小于第一转轮215的直径，且第一转轮215与第二转轮218的齿数比为一整数，如:2:1，3:1，4:1等，同理在第二转轮218的外周壁设有多个半圆球形凹坑2181。

本实施例的传动机构30为多个滚珠31所排列组成，各滚珠31是沿着前述容珠槽a置设，并且环绕形成于第一转轮215和第二转轮218之间，利用前述各凹坑2151、2181来对滚珠31进行推送或抵止。

本发明可省力踩踏曲柄的操作方法，包括以下步骤:

a)抵顶件213进入第一间歇区121时，时规元件10与第一转轮215产生释放，从而使第一转轮215依从第一曲柄21的旋转而同步转动；

请参阅图6至图8所示，使用时以脚掌分别对应于各脚踏板84施加作用力，在曲柄机构20以顺时针方向旋转经过上死点(12点钟位置)时，由于第一曲柄21和第二曲柄22所连接成的施力臂大于传统式踩踏曲柄仅由单一曲柄的施力臂，依据力矩原理(m＝f×d，f:作用力，d:力臂)，因此在力矩(moment)相同情况下，本发明的可省力踩踏曲柄结构其所需施加的作用力较小，进而可得到省力的效果。

承上，在抵顶件213沿着作动路径12进入第一间歇区121内时，时规元件10和移动环216将被弹性元件217所弹性抵推，从而让时规元件10朝着远离第一转轮215方向移开，即是第一转轮215与时规元件10呈一释放状态，通过移动环216的外嵌块2162与第一转轮215的内嵌块2153相互嵌固，随着第一曲柄21继续做顺时针方向的旋转时，第一齿轮215将跟随第一曲柄21、轴套214及移动环216同步做顺时针方向的旋转，此时各滚珠31是抵止在各凹坑2151和容珠槽a中而不做传动，因此第二转轮218呈一静止状态，在第二转轮218为静止的同时，第二曲柄22和第三曲柄23与第一曲柄21呈止动关系。

其中第一曲柄21具有一上死点，第一间歇区121的起始点与上死点的间隔夹角θ为0～10度，其中以5度为优选，且是形成在通过上死点之后的位置；第一间歇区121的工作角度介于125～145度之间，其中第一间歇区121的工作角度以135度为优选。

b)抵顶件213进入收缩区122时，时规元件10与第一转轮215咬合，通过传动机构30连接第二转轮218，从而使第二转轮218相对于第一曲柄21的旋转而旋转进而带动第二曲柄22和第三曲柄23相对于第一曲柄21做反向的旋转摆动；

请参阅图6、图9及图10所示，继之，在抵顶件213沿着作动路径12进入收缩区122内时，抵顶件213将推动时规元件10和移动环216朝着第一转轮215方向移动，并令各第一离合齿13和各第二离合齿2152相互嵌合，且移动环216的各外嵌块2162脱离与各内嵌块2153嵌固而进入逃沟2154中，第一转轮215因为通过时规元件10、固定座15、嵌固环86以与中轴承接座87连结而呈一静止状态(如图3及图4所示)，即第一转轮215不会随着第一曲柄21继续做顺时针方向的旋转，各滚珠31将被迫推挤驱动第二转轮218做逆时针方向的旋转，在第二转轮218旋转的同时将带动第二曲柄22和第三曲柄23相对于第一曲柄21做反向的旋转摆动，借由在第一曲柄21旋转至与下死点(6点钟位置)相距一适当位置处时，利用第二曲柄22的向上旋摆，可有效地防止因为施力臂的长度被增加所产生触地或其它使用安全性上的问题，并且让曲柄机构20与脚踏板84能够顺畅性地做惯性圆周运动。

收缩区122的工作角度介于80～100度之间，其中收缩区122的工作角度以90度为优选。

c)抵顶件213进入第二间歇区123时，时规元件10与第一转轮215产生释放，从而使第一转轮215依从第一曲柄21的旋转而同步转动；

在抵顶件213沿着作动路径12进入第二间歇区123内时，各组成元件的相互关系和作动关系为与前述抵顶件213进入第一间歇区121相同；第二间歇区123的工作角度介于35～55度之间，其中第二间歇区123的工作角度以45度为优选。

d)抵顶件213进入伸展区124时，时规元件10与第一转轮215咬合，通过传动机构30传动第二转轮218，从而使第二转轮218相对于第一曲柄21的旋转而旋转进而带动第二曲柄22和第三曲柄23相对于第一曲柄21做反向的旋转摆动。

在抵顶件213沿着作动路径12进入伸展区124内时，各组成元件的相互关系和作动关系与前述抵顶件213进入收缩区122相同；伸展区124的工作角度介于80～100度之间，其中伸展区124的工作角度以90度为优选。

此外，第一曲柄21做顺时针方向旋转时，各相关元件将依循前述的配合关系做相应的连动，另在第一曲柄21做逆时针方向旋转时，各相关元件则以相反的配合关系做相应的连动，借以适用在自行车8的使用条件下。

请参阅图11及图12所示，第二曲柄22和第三曲柄23除了可以是一体成型外，也可通过组接方式来进行结合，并在第二曲柄22和第三曲柄23之间形成有一间隔槽b(如图12所示)，在第二曲柄22的一端成型有一阶梯块221，并在阶梯块221设有一穿孔222，另在邻近阶梯块221的一端连接有一凸柱223，第三曲柄23的一端成型有一阶梯槽231，并在阶梯槽231连接有一凸柱232，另在邻近阶梯槽231的一端设有一穿孔233，以阶梯块221对应阶梯槽231接合，各凸柱223、232对应于各穿孔233、222做穿接固结，借以有效地防止第三曲柄23因长时间的运作而产生弯曲变形或扳离等不良情形。

请参阅图13所示，本发明可省力踩踏曲柄除了可以如上述实施例外，两者之间最明显的差异在于第一转轮215和第二转轮218皆为一正齿轮，本实施例的传动机构30则为具有多个凸齿的一皮带31a，皮带31a是环绕并且连接在第一转轮215和第二转轮218之间，如此也具有前述实施例的等同效果。

综上所述，本发明的人力车的可省力踩踏曲柄的操作方法，确可达到预期的使用目的，借由移动环和弹性元件的设置，在运转时可由第一转轮和第二转轮做交替性地旋转，进而确保运转的顺畅性。借由传动机构为多个滚珠所组成，可进行二维或三维的动力传输。利用在第二曲柄设有阶梯块及第三曲柄设有对应的阶梯槽，通过凸柱穿接固结，借以有效地防止第三曲柄因长时间的运作而产生弯曲变形或扳离等不良情形。借助各滚珠之间的相互抵靠，不管是做正向或反向的传动皆没有间隙产生，更加地提升传动效能和定位的精准度。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。