專利名稱：自行車的人力推進(jìn)裝置的制作方法
本申請是本人于1998年9月8日提交的美國專利申請No.09/149,768的部分繼續(xù)申請。
本發(fā)明涉及人力推進(jìn)裝置。本發(fā)明特別適用于例如兩輪自行車等人力自行車。對于兩輪自行車，本裝置通過騎車人施加于本裝置的腳蹬上的力推動(dòng)自行車。
現(xiàn)有技術(shù)中已知多種推力和傳遞裝置用于自行車和其它人力自行車如健身自行車。最常見的是，自行車由通過適宜的傳遞裝置與一個(gè)或多個(gè)車輪連接的腳蹬推動(dòng)或操縱，騎車人蹬踏腳蹬時(shí)，腳蹬就穿過自行車架的中心軸沿繞該軸的環(huán)形運(yùn)動(dòng)路徑旋轉(zhuǎn)。
1996年3月5日授權(quán)給本發(fā)明人的美國專利No.5496051公開了用于推動(dòng)人力自行車的裝置，包括第一和第二腳蹬，腳蹬沿隔開的直線運(yùn)動(dòng)路徑移動(dòng)。腳蹬通過傳動(dòng)序列與自行車的驅(qū)動(dòng)輪連接，這個(gè)傳動(dòng)序列包括細(xì)長的，包圍用于驅(qū)動(dòng)自行車的旋轉(zhuǎn)曲軸的柔性傳遞元件。
本申請人于1998年9月8日提交的美國專利申請No.09/149768公開了一種人力推進(jìn)裝置，它包括一個(gè)有樞軸互連連接件的柔性傳遞件，當(dāng)腳蹬從伸出位置移動(dòng)到收回位置時(shí)，這些連接件在一個(gè)本裝置的旋轉(zhuǎn)元件和一個(gè)腳蹬之間共同形成一個(gè)彎曲的自行支持的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明也涉及可用來驅(qū)動(dòng)自行車的人力推進(jìn)裝置，其中，腳蹬通過細(xì)長的柔性傳遞裝置有效地與自行車的驅(qū)動(dòng)輪連接。然而，在本發(fā)明裝置和美國專利N05496051以及上文引述的專利申請的裝置之間有很多不同，本發(fā)明裝置的特征在于，其結(jié)構(gòu)簡單、可靠以及易于操作。
本發(fā)明的人力推進(jìn)裝置包括第一和第二腳蹬以及腳蹬導(dǎo)位裝置。腳蹬在安裝裝置上，安裝裝置包括可沿腳蹬導(dǎo)位裝置滑動(dòng)的第一和第二安裝件，以便腳蹬在收回和伸出腳蹬位置之間反復(fù)移動(dòng)。
本裝置還包括安裝于自行車架上的第一旋轉(zhuǎn)曲軸和第二旋轉(zhuǎn)曲軸，以及一旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)件。
傳遞裝置與第一、第二腳蹬及第一、第二曲軸有機(jī)連接，交替地將功率從第一和第二腳蹬通過第一和第二旋轉(zhuǎn)曲軸傳遞給旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)元件，響應(yīng)腳蹬沿導(dǎo)衛(wèi)裝置從其收回位置到其伸出位置的交替下壓運(yùn)動(dòng)，將扭矩傳遞給旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)元件。
傳遞裝置包括與第一曲軸連接的第一柔性件和與第二曲軸連接的第二柔性件。
可動(dòng)的腳蹬互連裝置互連第一和第二腳蹬，并可操作地在一個(gè)腳蹬被施加在其上的力降下從而從其收回位置移動(dòng)到其伸出位置時(shí)，將另一個(gè)腳蹬從其伸出位置移動(dòng)到收回位置。
傳遞裝置還包括與第一和第二柔性件以及腳蹬互連裝置有效相聯(lián)的離合裝置，用于響應(yīng)上述腳蹬互連裝置的運(yùn)動(dòng)引起第一和第二柔性件以及第一和第二曲軸的運(yùn)動(dòng)。
本發(fā)明的其它特征、優(yōu)點(diǎn)以及目的參見以下說明和附圖會(huì)變得清楚。附圖中

圖1是一個(gè)自行車的側(cè)視圖，示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造成的裝置的優(yōu)選結(jié)構(gòu)部件；圖2是一個(gè)示意后視圖，示出了本裝置的所選工作組件，包括腳蹬、腳蹬安裝件和本裝置采用的三個(gè)柔性件；圖3是一個(gè)示意側(cè)視圖，示出了本裝置的優(yōu)選工作組件，包括一個(gè)旋轉(zhuǎn)曲軸、一個(gè)形成一個(gè)繞曲軸延伸的套的柔性件和固定于柔性件上的可移動(dòng)腳蹬安裝件；圖4A是示出本裝置所選組件詳細(xì)情況的局部斷面放大立面圖；圖4B是圖3中被線4B-4B勾出的結(jié)構(gòu)的局部斷開或按斷面的放大側(cè)視圖；圖4C是一個(gè)局部斷面的放大平面詳圖，示出了一個(gè)腳蹬安裝件、一個(gè)軌道及有關(guān)結(jié)構(gòu)，包括一個(gè)單向離合機(jī)構(gòu)的詳細(xì)情況；和圖5是一個(gè)一定程度上示意表示包括一個(gè)軸承裝配的本裝置采用的結(jié)構(gòu)的大比例的放大斷面圖。
現(xiàn)參照附圖，裝有本發(fā)明裝置的自行車10包括架12和兩個(gè)輪14、16。輪14由與傳統(tǒng)的多鏈輪齒輪組件15連接的鏈18驅(qū)動(dòng)。
通過任何適合的裝置與架12連接的是組件20。組件20包括罩19和軸承21(見圖5)。罩19和軸承21內(nèi)的鏈輪軸23是可轉(zhuǎn)動(dòng)軸頸連接的?？赊D(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)鏈輪或驅(qū)動(dòng)元件22固定到鏈輪軸23上，緊靠罩19并且從中向外伸出。驅(qū)動(dòng)鏈輪或驅(qū)動(dòng)元件22是圓周環(huán)形的并且環(huán)繞其外圓周有與鏈18嚙合的齒。元件22可旋轉(zhuǎn)而通過中間鏈18驅(qū)動(dòng)輪14。
位于靠近組件20相對兩端的是第一旋轉(zhuǎn)曲軸24和第二旋轉(zhuǎn)曲軸26，曲軸與鏈輪軸23同軸。清楚起見，圖1未示出曲軸26。然而，如圖1所示，無論是第一旋轉(zhuǎn)曲軸24還是第二旋轉(zhuǎn)曲軸26順時(shí)針旋轉(zhuǎn)都會(huì)使驅(qū)動(dòng)元件22、鏈18和輪14轉(zhuǎn)動(dòng)。再看圖5，曲軸24和26由鍵27，29鎖住而不會(huì)有相對鏈輪軸23的相對移動(dòng)。因此，鏈輪軸23，曲軸24，26及驅(qū)動(dòng)元件22一起作為一個(gè)整體可繞軸承21相對罩19旋轉(zhuǎn)。
自行車架12包括兩個(gè)確定內(nèi)側(cè)或軌道36的槽型的平行架32。簡單清楚起見，僅示出了一個(gè)這種架32，應(yīng)理解，另一架32具有相同的結(jié)構(gòu)，唯一不同的是位于架的另一側(cè)。本發(fā)明人的美國專利No.5496051可作為采用并排的兩個(gè)軌道引導(dǎo)自行車推進(jìn)機(jī)構(gòu)的兩腳蹬的動(dòng)作這一設(shè)想的參考資料，并且這專利的教導(dǎo)被包括在此，用作參考。
在圖示實(shí)施例中，每個(gè)架(見圖4C)都有形成于其中并且沿其長度延伸的平行凹部38。凹部38容納由硬質(zhì)材料例如鋼或其它適宜的摩擦系數(shù)小的材料制成的細(xì)長的桿狀元件39，該件在軌道中為有效地與裝于裝置中的腳蹬結(jié)合在一起的輥40按下述方式起導(dǎo)衛(wèi)件作用。
輥40由將腳蹬42、44安裝到本發(fā)明裝置的其他部件上的安裝件的部分構(gòu)成。腳蹬42、44與兩個(gè)腳蹬安裝件46連接并且從它們中突出，腳蹬可在安裝件的腳蹬安裝軸48上旋轉(zhuǎn)。輥40允許腳蹬安裝件和腳蹬沿架32的軌道36自由地上下移動(dòng)。
通過腳蹬的腳蹬安裝件與每個(gè)腳蹬連接的是細(xì)長的柔性件50，這個(gè)柔性件50在本公開實(shí)施例中是一個(gè)由樞軸互連鏈連接元件52構(gòu)成的鏈。簡單和清楚起見，鏈50和下文要評述的，有機(jī)地連接于該處的其它結(jié)構(gòu)，在圖1中未予表示。然而，以下說明可參照圖2至4C。
鏈50形成一個(gè)環(huán)形套，在可旋轉(zhuǎn)地安裝在自行車架12上的帶齒輥或鏈輪52下通過。鏈50通過帶齒輥54，此輥54在一個(gè)與輥52分開的位置上可旋轉(zhuǎn)地安裝在架12上。一個(gè)罩(未示出)可作在架上，用于罩住鏈50、輥52、54以及可能罩住其它有關(guān)結(jié)構(gòu)組件。細(xì)長的柔性件或鏈50包括兩個(gè)平行的直段56和58，這樣的直段從輥52向上延伸。
一個(gè)腳蹬安裝件46與段56連接而另一個(gè)與段58連接。如圖4A-4C清楚可見，每個(gè)腳蹬安裝件46都有一個(gè)突出部60，類似一個(gè)制有通孔(未示出)的套筒?；瑒?dòng)裝于每個(gè)通孔中的是鏈50的細(xì)長鏈節(jié)64。螺旋壓縮彈簧66繞鏈節(jié)64布置，并且在壓縮下保持在突出件或部60和固定在或靠近鏈節(jié)64兩端的法蘭或帽62間。
應(yīng)當(dāng)理解，一個(gè)腳蹬下降會(huì)引起另一個(gè)腳蹬上升，隨著腳蹬的每次下降，細(xì)長的柔性件50繞其相關(guān)的鏈輪旋轉(zhuǎn)。在腳蹬的交替下降過程中，突出部或件60、細(xì)長的連桿64、螺旋壓縮彈簧66和端帽62的聯(lián)合就如同一個(gè)鏈50的吸振器。這就使得在騎車人將腳力從一邊轉(zhuǎn)換到另一邊時(shí)，腳蹬之間的傳遞平穩(wěn)。
單一方向或單向離合機(jī)構(gòu)同每個(gè)安裝件46連接。這樣的機(jī)構(gòu)包括一個(gè)僅按逆時(shí)針方向自由旋轉(zhuǎn)的鏈輪70(如圖1、3和4B中所見)。單向離合器本身是人們熟悉的，可采用任何適合的，市場上買得到的控制每個(gè)鏈輪70的運(yùn)動(dòng)方向的單向離合機(jī)構(gòu)。簡單和清楚起見，達(dá)到這一目的的具體的單向離合機(jī)構(gòu)未予說明。
每個(gè)鏈輪70上都有凹部，用于接納鏈72形式的柔性件的各組成部分。本裝置采用兩個(gè)這樣的鏈70并且它們結(jié)構(gòu)相同。每個(gè)柔性件或鏈70都是環(huán)形的，并且形成套，環(huán)繞旋轉(zhuǎn)曲軸24、26之一，與曲軸上向外突出的齒嚙合。
每個(gè)柔性件72都從以任何適合的方式可旋轉(zhuǎn)地安裝在自行車架12上的惰輪或輥74下通過，當(dāng)然要有兩個(gè)這樣的惰輪(每個(gè)鏈72一個(gè))可旋轉(zhuǎn)地安裝于架12。每個(gè)柔性件或鏈72的部分長度平行于在它們關(guān)聯(lián)的惰輪和旋轉(zhuǎn)曲軸之間的軌道36上腳蹬安裝件46的移動(dòng)路徑。
環(huán)形的柔性件72形成的閉環(huán)套布置在平行平面中，而柔性件或鏈50形成的閉環(huán)套布置在垂直于平行平面的平面中。導(dǎo)位元件76頂壓在每個(gè)鏈72上，確保鏈72不與腳蹬安裝件46上固定的單向離合機(jī)構(gòu)的鏈輪70脫離接合。
可見，裝置的兩腳蹬中任一個(gè)的下降都會(huì)引起相關(guān)聯(lián)的柔性件或鏈72和旋轉(zhuǎn)曲軸的旋轉(zhuǎn)。而這又促使驅(qū)動(dòng)元件22、鏈18和輪14的旋轉(zhuǎn)，推動(dòng)自行車。同時(shí)，柔性件50會(huì)旋轉(zhuǎn)，并且將另一個(gè)腳蹬從其伸出或下降位置上升到其升起或收回位置。這是由于包括鏈輪70的單向離合機(jī)構(gòu)僅當(dāng)其相聯(lián)的腳蹬安裝件從其伸出或低位向上移動(dòng)到其高位或收回位置時(shí)才允許鏈輪70自由旋轉(zhuǎn)。只需要推力，腳蹬就被騎車人交替降下和收回。
權(quán)利要求
1.一種用于推動(dòng)有一個(gè)車架的自行車的人力推進(jìn)裝置，該推進(jìn)裝置包括第一腳蹬；第二腳蹬；由裝于上述車架上的分開的第一和第二軌道構(gòu)成的腳蹬導(dǎo)衛(wèi)裝置；將上述第一和第二腳蹬安裝到上述腳蹬導(dǎo)衛(wèi)裝置上的安裝裝置，用于上述第一和第二腳蹬在收回和伸出位置之間的往復(fù)移動(dòng)，上述安裝裝置包括第一安裝件和第二安裝件，其中，第一安裝件聯(lián)接著第一腳蹬，并支持上述第一腳蹬同時(shí)可相對于上述第一軌道滑動(dòng)，第二安裝件聯(lián)接著第二腳蹬并支持上述第二腳蹬同時(shí)可相對于上述第二軌道滑動(dòng)；可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在上述架上的第一旋轉(zhuǎn)曲軸；可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在上述架上的第二旋轉(zhuǎn)曲軸；與上述第一和第二曲軸連接并且可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在上述架上的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)元件；傳遞裝置起作用地與所述第一和第二腳蹬以及所述第一和第二旋轉(zhuǎn)曲軸連接，將功率通過所述第一和第二曲軸由所述第一和第二腳蹬交替?zhèn)鬟f到所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)元件，響應(yīng)所述腳蹬沿所述腳蹬導(dǎo)衛(wèi)裝置從其所述收回位置到其所述伸出位置的交替下降運(yùn)動(dòng)，將扭矩傳遞給旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)元件；上述傳遞裝置包括與上述第一曲軸連接的第一柔性件和與上述第二曲軸連接的第二柔性件；和可移動(dòng)的腳蹬互連裝置，互連上述第一和第二腳蹬，并且可操作地在一個(gè)腳蹬被施加在其上的力降下從而從其收回位置移動(dòng)到其伸出位置時(shí)，把另一個(gè)腳蹬從其伸出位置移動(dòng)到其收回位置，上述傳遞裝置還包括起作用地與上述第一和第二柔性件以及腳蹬互連裝置相聯(lián)的離合裝置，用于響應(yīng)腳蹬互連裝置的移動(dòng)，使得上述第一和第二柔性件以及第一和第二曲軸移動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的推進(jìn)裝置，其特征在于，上述離合裝置包括第一單向離合器和第二單向離合器，其中，第一單向離合器連接上述第一柔性件和上述腳蹬互連裝置，第二單向離合器連接上述第二柔性件和上述腳蹬互連裝置，所述腳蹬互聯(lián)裝置可沿一個(gè)第一方向和一個(gè)第二方向交替移動(dòng)，當(dāng)上述腳蹬互連裝置沿上述第一方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，上述第一單向離合器拉上述第一柔性件，使上述第一柔性件和上述第一旋轉(zhuǎn)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)，而當(dāng)上述腳蹬互連裝置沿上述第二方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，上述第二單向離合器拉上述第二柔性件，使上述第二柔性件和第二旋轉(zhuǎn)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的推進(jìn)裝置，其特征在于，上述第一和第二柔性件由鏈構(gòu)成，鏈包括多個(gè)互連的鏈節(jié)，上述第一和第二單向離合器包括與上述鏈嚙合的鏈輪。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的推進(jìn)裝置，其特征在于，上述第一單向離合器與上述第一安裝件連接，而上述第二單向離合器與上述第二安裝件連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的推進(jìn)裝置，其特征在于，上述腳蹬互連裝置包括一個(gè)第三柔性件，上述第一和第二安裝件裝在上述第三柔性件的分開位置上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的推進(jìn)裝置，其特征在于，上述曲軸有彎曲的外表面，上述第一柔性件形成第一套，繞第一曲軸的彎曲外表面延伸并且與之接合，而上述第二柔性件形成第二套，繞上述第二曲軸的彎曲外表面延伸并且與之接合。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的推進(jìn)裝置，其特征在于，上述第一柔性件形成第一套，上述第二柔性件形成第二套和上述第三柔性件形成第三套，上述第一和第二套布置在平行平面內(nèi)，而上述第三套布置在一個(gè)大致垂直于上述平行平面的平面內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的推進(jìn)裝置，還包括分開的第一和第二旋轉(zhuǎn)惰輪，靠近上述第一和第二軌道，與上述架連接，上述第一柔性件在上述第一惰輪底下通過，并且從那里向上基本平行于上述第一軌道，上述第二柔性件在上述第二惰輪底下通過，并且從那里向上基本平行于上述第二軌道。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的推進(jìn)裝置，還包括吸振裝置，它帶有起作用地與上述第三柔性件以及每個(gè)腳蹬安裝件連接在一起的偏壓裝置，以向上述腳蹬安裝件施加偏壓，允許上述第三柔性件和上述腳蹬安裝件之間相對移動(dòng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的推進(jìn)裝置，其特征在于，上述第三柔性件包括多個(gè)細(xì)長的鏈節(jié)，一個(gè)上述細(xì)長鏈節(jié)可滑動(dòng)地裝在一個(gè)上述腳蹬安裝件中，而另外一個(gè)上述細(xì)長鏈節(jié)可滑動(dòng)地裝在另一個(gè)上述腳蹬安裝件中，上述偏壓裝置包括螺旋壓縮彈簧，圍繞著每個(gè)上述滑動(dòng)布置的細(xì)長鏈節(jié)，對上述腳蹬安裝件施加相反的偏壓力。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的推進(jìn)裝置，其特征在于，上述自行車包括自行車輪，并且其中上述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)元件由自行車的驅(qū)動(dòng)鏈輪構(gòu)成。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的推進(jìn)裝置，包括一個(gè)第四柔性件，將上述驅(qū)動(dòng)鏈輪互連到上述自行車輪上，上述第一旋轉(zhuǎn)曲軸和上述第二旋轉(zhuǎn)曲軸通過上述第一和第二柔性件被上述第一和第二腳蹬旋轉(zhuǎn)，并且響應(yīng)上述收回和伸出位置之間的上述第一和第二腳蹬的運(yùn)動(dòng)，使得上述驅(qū)動(dòng)鏈輪按預(yù)定旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)，以轉(zhuǎn)動(dòng)上述第四柔性件以及與之相連的自行車輪。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的推進(jìn)裝置，其特征在于，每個(gè)上述柔性件都包括多個(gè)形成一個(gè)閉環(huán)套的互連鏈節(jié)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的推進(jìn)裝置，其特征在于，上述第一和第二安裝件包括分別布置在上述第一和第二軌道中的輥。
15.根據(jù)權(quán)利要求3的推進(jìn)裝置，包括鏈導(dǎo)位裝置，保持上述鏈與上述第一和第二單向離合器嚙合。
全文摘要
一種人力推進(jìn)裝置,包括兩個(gè)安裝在環(huán)形的柔性件上的腳蹬。任一腳蹬的下降都會(huì)使另一個(gè)腳蹬移動(dòng)到一個(gè)升起或收回位置。兩個(gè)曲軸與裝有推進(jìn)裝置的自行車的驅(qū)動(dòng)輪連接,并且另有兩個(gè)環(huán)形的柔性件與曲軸連接。當(dāng)?shù)畔乱粋€(gè)腳蹬時(shí),互連腳蹬的單向離合機(jī)構(gòu)和這兩個(gè)與曲軸連接的柔性件會(huì)使曲軸旋轉(zhuǎn)。
文檔編號(hào)B62M1/24GK1256225SQ9912580
公開日2000年6月14日 申請日期1999年11月24日 優(yōu)先權(quán)日1998年11月24日
發(fā)明者喬治·T·法默斯 申請人:喬治·T·法默斯