一种自行车动态增距式曲柄结构

技术领域

本发明涉及自行车技术领域，尤其涉及一种自行车动态增距式曲柄结构。

背景技术

自行车是以人为动力的简易交通工具，它可以很方便快捷的把我们带到自己希望要去的任何地方。在汽车工业还不发达的年代，自行车在人们的心目中有着相当高的地位，自行车发明到现在有200多年的历史了，在现代社会发展的当下，人们对自行车的要求愈来愈高，希望自行车骑起来更省力还快捷，为此，也出现了众多花样繁多的自行车的设计方案。但是，都是未能使人们得到满意，主要原因都在于这些设计改进方案，对现有自行车构造功能没有任何重大突破。自行车在一百三十多年来遇到最大的技术瓶颈就是如何提高其动力。

曲柄是自行车的重要部件之一，它是直接决定自行车动力大小的主要因素。自行车的动力是由曲柄长度和人对曲柄的作用力来实现的。当人对曲柄施加作用力时，曲柄就会绕中轴转动并带动链轮，链轮会通过链条带动飞轮转动，进而驱动自行车后轮向前滚动。

曲柄的长度决定了其绕中轴所产生的圆周直径大小，如果在作用力不变的条件下，曲柄越长，其所产生的转动半径就越大，那么力矩也就越大，也就是动力越大。所以，自行车是否省力和其动力的大小，那是由曲柄的有效动力臂的长度来决定。但是过长的曲柄，会带来曲柄直接触及地面和人的腿无法正常屈伸的问题，从而使整个运转体系无法运行。那么，就希望有一项技术，在人踏动曲柄做功时，能使曲柄动态增长，在不做功的时可以使曲柄自动收缩，不会使曲柄触及地面，而且也正好使人的腿很自然达到最大伸屈范围。

一百多年来，致力于自行车研究的工作者一直都在寻找提高自行车动力技术方案，但是，到目前为止，还没有一个真正意义上具有完善有效的解决自行车动力不足的装置结构体系。

寻求解决自行车动力问题，首先要了解一下自行车现有动力结构的组合体系。如图1所示，自行车的动力结构组成部分包括中轴、链轮、曲柄、脚踏板、链条、飞轮、后轮轴、车轮。链轮和曲柄是依次固定连接在中轴上，曲柄在人脚踏在脚踏板上对曲柄施加作用力时，链轮就会绕中轴转动起来，并带动链条驱动飞轮转动起来，使后轮滚动起来，从而使自行车前进。

由于曲柄长度的设定受人腿屈伸长度的限制来决定的。正常情况，一般在成年人的大腿长度为400mm左右，为了使人在骑行中感觉自然顺畅，自行车行业标准设定曲柄长度在180mm之内，所以，现在自行车能实现的最大扭矩只能是180N（N是作用力），体现自行车动力大小的主要指标就是以其最大扭矩为依据。如果要使自行车动力提高，那就必须增长曲柄的长度，但是，现有的技术只能保证曲柄的最大合理尺度只能在180mm范围，所以在现有自行车的结构条件下，是无法实现曲柄尺度的加长，如果增加曲柄的长度，人腿就无法很平稳顺畅的蹬踏曲柄，还会使得曲柄触及到地面，且无法正常运行。从而，这种仅仅理想化的只增加曲柄长度的设计，还是很难能够真正实现其动力提升。近年来，也有好多设计者利用变速器的原理来实现自行车的省力方案，还有加长曲柄，作往复运动的模式来提升自行车动力的方案。其实，这些都是不完善的，都无法从根本意义上来提高自行车原动力的愿望。但是，要从根源上提高自行车原动力的问题，就必须增长自行车曲柄的长度，可是，增长曲柄后，人又无法骑行操作，且曲柄还会触及到地面，所以，这是一个很矛盾的问题。现有自行车动力结构体系根本无法实现这一目标。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术中存在的不足，提供一种自行车动态增距式曲柄结构，鉴于现有技术条件下的自行车曲柄，其长度是难以加长的，本发明就可以彻底解决曲柄不能加长的技术问题。被动态加长了的曲柄可以在180度做功弧度范围内自动伸缩，其最大延长度比现有曲柄的固有长度增加82.9%，即180×82.9%≈150mm，而且动态曲柄的端点在其圆周运动中的所在的上支点和下支点都不会超过现有正常曲柄在其圆周运动中上支点和下支点的范围，也就是说本发明的曲柄的运动范围尺度，都在骑行者人腿正常屈伸的可实现范围之内，使人在骑行中的蹬踏曲柄非常顺畅自如，也就是说，本发明的动态增距式曲柄结构，在360度的圆周运行状态下，其动态曲柄在作功的180度弧度范围内和不做功的180度弧度范围内，可以自由且规律的伸缩，从而使曲柄在做功状态下的力矩可以达到最大化，有效提高了自行车的原动力，使骑行者在骑行的过程中感到了极其省力和轻快。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种自行车动态增距式曲柄结构，包括自行车的中轴、链轮、链条、飞轮和后轮轴，所述中轴上安装链轮，飞轮安装在后轮轴上，后轮轴和中轴通过链条连接，

在中轴上的两侧分别安装有绕中轴转动的前转动杆，前转动杆端部有轴孔且装有一转动的轴轮，轴轮在动态曲柄的滑道内滚动；

在飞轮和中轴之间的两侧车架上各设置一个转动轴，所述转动轴装配有后转动杆，在后转动杆的端部通过转轴连接着动态曲柄的另一端；

所述动态曲柄内设置有滑道，所述动态曲柄端部安装有脚踏板；

所述后转动杆和前转动杆在动态曲柄相联接时，必须是互为上支点和下支点的对应关系，即在前转动杆在绕中轴转动时，端部若处在上支点时，那么联动的后转动杆的端部就必须在绕动的轴上的下支点，当人踏动脚踏板时，前转动杆是顺时针的转动，而后转动杆则会同步逆时针转动，这种联动模式形成动态曲柄在做功时的圆周弧度0-90度之间会相对中轴逐渐的自动伸长，在90-180度之间会相对中轴逐渐的自动收回。

优选的，所述前转动杆和后转动杆的长度相同，设定且不超过180mm。

优选的，所述滑道的长度不小于150mm。

优选的，所述滑道上侧设置有齿条，下侧为滑轨，轴轮包括一个轴齿轮和两个滑轮，轴齿轮与齿条转动连接，滑轮在滑轨中，轴齿轮通过弹片或者带拉簧的连杆连接两个滑轮。

优选的，所述转动轴和中轴在一条直线上。

优选的，所述转动轴和中轴上各安装一个相同的同步轮，两个同步轮通过皮带或链条交叉连接。

相较于现有技术，本发明的动态曲柄随着人对其端部脚踏板的施力，前转动杆就会绕中轴做顺时针旋转，同时，前转动杆端部的轴轮就会被迫使沿着动态曲柄上的滑道转动，此时，动态曲柄就会随着轴轮的滑动而动态性的伸长，直到在前转动杆转到水平位置且最大伸长距离，达到最大值√360²+360²≈509mm-180mm≈329mm。也就是说动态曲柄在对应中轴为支点的最大力臂可以达到约329mm，而原有技术的曲柄对应的中轴为支点的最大力臂只有180mm，那么它们在同等施力的条件下获得的力矩分别是原有技术瞬间的最大力矩是180mm.N，本技术的瞬间的最大力矩则是约329mm.N,那么本技术的力矩获得的是原来技术力矩约是1.827倍，而且，本技术的结构设计模式，符合人的习惯性圆周蹬踏方式，也符合人的腿部屈伸范围之内，其结构简单，运行流畅，使自行车动力彻底真正得到提高，让人在骑行过程中更能体验到强劲的动力之美。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术的结构示意图；

图2为本发明的结构示意图；

图3为本发明的局部放大示意图；

图4为本发明的动态曲柄的结构示意图（伸长位置）；

图5为本发明加了同步轮的结构示意图。

图中：1-中轴、2-链轮、3-链条、4-飞轮、5-后轮轴、6-前转动杆、7-后转动杆、8-轴轮、81-轴齿轮、82-滑轮、9-动态曲柄、10-滑道、11-转动轴、12-齿条、13-车架、14-脚踏板、15-后车轮、16-前同步轮、17-后同步轮。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

参照图2-5所示，本发明一种自行车动态增距式曲柄结构，包括自行车的中轴1、链轮2、链条3、飞轮4和后轮轴5，所述中轴1上安装链轮2，飞轮4安装在后轮轴5上，后轮轴5和中轴1通过链条3连接，

在中轴1上的两侧安装有绕中轴转动的前转动杆6，前转动杆6端部有轴孔且装有一转动的轴轮8，轴轮8安装在动态曲柄9的滑道10内，在滑道10内以有规律的自由滚动的模式关联；

在飞轮4和中轴1之间的两侧车架13的后平叉上各设置一个转动轴11，所述转动轴11装配有后转动杆7，在后转动杆7的端部通过转轴连接着动态曲柄9的另一端；在图2-5中，只展示了自行车单侧的结构，对侧有相同的结构，对称设置，即一侧前转动杆6端部若处在上支点时，那么对侧的前转动杆6的端部就在下支点。

所述动态曲柄9内设置有固定的滑道10，所述动态曲柄9端部通过安装有脚踏板14；

所述后转动杆7和前转动杆6在动态曲柄9相联接时，必须是互为上支点和下支点的互应关系，即在前转动杆6在绕中轴1转动时，端部若处在上支点时，那么联动的后转动杆7的端部就必须在绕动的轴上的下支点，当人踏动脚踏板14时，前转动杆6是顺时针的转动，而后转动杆7则会同步逆时针转动，这种联动模式形成动态曲柄9在做功时的圆周弧度0-90度之间会相对中轴1逐渐的自动伸长，在90-180度之间会相对中轴1逐渐的自动收回。因为前转动杆6和后转动杆7的长度和现有曲柄的长度相当，不超过180mm，所以，也就不用担心本技术的前后转动杆及动态曲柄9有触地风险，也不会影响人在骑行时的舒适度和人腿的正常屈伸范围。

进一步的，所述前转动杆6和后转动杆7的长度设定在180mm之内，以免触及地面，本实施例按最大长度设置为180mm。

所述转动轴11和中轴1的距离为360mm。

进一步的，所述滑道10的长度不小于150mm，使轴轮8有充足的滑动范围。

进一步的，所述滑道10上侧设置有齿条12，下侧为滑轨，轴轮8包括一个轴齿轮81和两个滑轮82，轴齿轮81与齿条12转动连接，滑轮82在滑轨中，轴齿轮81通过弹片或者带拉簧的连杆连接两个滑轮82，从而使轴轮8可以在齿条12内有规律的自由滚动，应当理解的是，现有技术中的其它滑轨、滑槽等能自由规律滚动的结构本领域技术人员也可进行选择。

进一步的，所述转动轴11和中轴1在一条水平直线上。

进一步的，所述转动轴11上安装后同步轮17，所述中轴1上安装一个相同大小的前同步轮16，两个同步轮通过皮带或链条交叉连接，可使整体结构运行时更加稳固顺畅。

需要说明的是，

在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。