专利名称：自动调速脚踏链轮的制作方法
技术领域：
本链轮是用于自行车和脚踏三轮车等交通工具的新型链轮。
人们骑蹬自行车、三轮车，双脚交替用力有其固有特点，而目前使用的圆形脚踏链轮是不能与这一特点相适应的。图1是圆形链轮传动机构示意图(本说明书附图脚蹬均未画)，A、C两点为死点，如果向下施加脚力P，力臂力距等于零。消除死点的办法，通常靠惯性越过。在必要时(如上坡、加速、重载)还可在上死点稍向前施加推力P′，(或下死点向后用力)使脚蹬出现力臂a，产生力距推动车子前进。不过在上死点腿处于最弯曲状态，在下死点，腿处于最伸直状态，向前向后用很不顺脚，不易发力。再说向前向后的程度有限，所产生的力臂短，用力效果差。因此在平常骑车时，人们不是连续使劲的，而是在死点处有一个间歇段。通过死点后，随着脚蹬的旋转，力臂逐渐加长，到B点时，方向朝下的脚力P″与脚蹬柄成90°，力臂等于OB，达最长，此时腿已伸得较直，并且是向下用力，顺脚，易于发力，故在B点时产生的力矩最大，用力效果最佳。通过B点后，人腿伸得越来越直，向下用力越来越顺脚，但由于随着脚蹬的转动，力臂逐步变小至零，其力矩和用力效果也随着变小至零(此时除非向后用力)。我们把靠近死点的b段、d段称不良发力段，把靠近B点的c段称为最佳发力段。(这种分段法只是为了便于说明，其实段与段是没界限的，是一个渐变的过程)从图中看出c段偏向下部 b段大于d段，这是由于在下部人腿伸得更直易于发力，补偿了力臂缩短的缘故。圆形链轮每齿到圆心的距离都相等，重臂也相等，因此加给不良发力段和最佳发力段负荷都相等，这样在不良发力段就特别费力，而在最佳发力段就只要轻松一蹬便一越而过，使潜力不能发挥出来。这种不分对象的平均分配不能与人脚的用力特点相适应，可见圆形链轮是不理想的。
设计自动调速脚踏链轮的目的，是为了给人们提供一种能根据人脚的用力特点，每周自动进行四次无级调速的链轮，从而使车子骑起来更轻快，并具有特别好的上坡、加速和重载驱动性能。
自动调速脚踏链轮(见图2)，由轮盘［1］和脚蹬柄［4］组成。轮盘的平面形状有正规的椭圆形或类似椭圆的形状，如图3的两端以O′、O″为圆心的等径半圆或以轮心O为圆心的等径弧线，两边是直线或是等径弧线构成的多种图形。该图形也可根据需要作成中心对称的相应变形，不过全部图形必须具备下列要求1、任意通过O点相交于轮周的直线DE都能把该图形分成两个成中心对称的图形(实际上只要任意一条达到要求，其余也都达到)；2、轮周上的不等径弧线、直线连接过渡必须平滑，并且没有内凹性弧线。轮盘的长轴线和短轴线之比一般可在1.21～1.61的范围内选取。轮盘的形状决定各齿到轮心的距离，也决定了各齿给定的负荷大小。轮盘的长轴线［2］和脚蹬柄［3］的夹角β可在80°～120°范围内选取。该角度决定轮盘给定的最小最大负荷，分别在不良发力段和最佳发力段的具体部位。链轮轮盘的形状、长短轴线比和夹角β大小，可根据不同车型(轻便车、载重车、山地车、平原车、大轮车、小轮车、男车、女车、变速车、赛车等)人脚用力特点的细小差别进行优选，以求最佳效果。轮盘的具体尺寸，可根据不同车型的要求、齿数、飞轮规格和预定的长短轴线比进行设计。
本链轮可在基本不改变车子原有零件的情况下使用。对全包链盒的形状也可稍作调整，飞轮可采用小一号的，链条可以减短。制作本链轮轮盘的材料一般可节约20～30％以上。本链轮用于变速自行车上可使两方面的优点叠加，使车子的性能更好。本链轮的同轴上可铆装两个形状一样，大小不同的轮盘与变速车配套使用。
使用本链轮人们会担心没有弹性的链条会把它卡住，这种担心是没有必要的。前已述，凡通过轮心相交于轮周的直线都能把该图形分成两个中心对称的图形，对称图形都是全等的，因此在图4、5、6轮盘分别处于水平、垂直，任意位置时，其FG、F′G′、F″G″左右部份轮周都相等，也就是说不论转到何处，轮盘的右边部分所占据的链条长都等于轮周长的一半，是不会改变链条松紧度的。但由于轮盘的旋转会不断改变链条的张开角度，张开角度大时链条紧些，小时松些，不过这种松紧改变的幅度是很有限的，完全不影响骑行。只有在轮盘长短轴比很大，车子要求又特别考究时，可考虑安装一个由齿轮［5］、摇柄［6］、弹簧［7］组成的调链装置(见图4)，齿轮靠弹簧向上提起自动调节链条松紧度。
本链轮的优点是十分突出的。当轮盘处于图4的水平位置时，相当于一个小直径的链轮带动飞轮；当轮盘处于图5的垂直位置时，相当于一个大直径的链轮带动飞轮，这样，它每转一周，传速比便要变小变大两次。可见，它每周都按人脚的用力特点自动进行四次幅度等于轮盘长短轴线差的无级调速。这种可使不良发力段的负荷轻些，最佳发力段负荷重些的设计，相当于把不良发力段内憋足劲才能完成的一部分负荷转移到最佳发力段内轻而易举地完成了。这种“能者多劳”的设计能使车子骑起来更加轻快，并且具有特别好的上坡、加速和重载的驱动性能。这是圆形链轮无法达到的。自动调速脚踏链轮的使用，是脚踏链轮传动机构的重大突破。骑蹬装本链轮的车子，能明显体会到它的特好性能，与装圆形链轮的车子相比，没有异样感觉。装本链轮的车子在上坡、加速、重载时和装圆形链轮车子一样，可在死点处的间歇段用力(上脚稍向前，下脚稍向后)，但是，使用相同的力，前者比后者所生产的推力要大得多，这对于人力三轮车是特别有意义的。骑用装本链轮的自行车，能减轻不顺脚时关节的负荷，从而保护了关节。因为在不顺脚时，人腿部骨骼肌腱组成的杠杆装置中各种量的分配处于不合理状态，此时用大力，将有损关节。本链轮的使用对于自行车运动员和有关节病者骑车是很有好处的。
本链轮另外一些突出优点是它的结构简单，加工方便，制造工艺与圆形链轮相同，无需增加设备；本链轮可基本上不改变车子原有零件的情况下使用；可节约大量材料，制造成本比圆形链轮还低。可见这种实施十分简便，少花些钱反而能得到更好的产品，赢得高额利润和广泛销路的技术，具有巨大的经济效益和社会效益。
图1为圆形脚踏链轮传动机构示意图；图2是轮盘成椭圆形的自动调速脚踏链轮的平面图；图3是例举的本链轮轮盘类似椭圆的图形；图4、5、6是轮盘分别处于水平、垂直和任意位置时传动机构示意图。
本链轮最适合自行车厂、五金厂制造。
权利要求1.一种用于自行车、脚踏三轮车等交通工具的由轮盘和脚蹬柄组成的链轮，其特征是它的轮盘[1]呈正规椭圆形或是类似椭圆的、任意通过轮心0相交于轮周的直线DE都能把该图形分成两个成中心对称图形的、轮周的不等径弧线直线连接过渡平滑的、并没有内凹性弧线的图形；脚蹬柄[4]的中轴线[3]与轮盘[1]的长轴线[2]的夹角β在80°～120°之间选取。
2.根据权利要求1所述的链轮，其特征是类似椭圆的图形是由两端分别以O′、O″为圆心的等径半圆或以轮心O为圆心的等径弧线，两边是直线或等径弧线组成的多种图形。
3.根据权利要求1所述的链轮，其特征是轮盘的长轴线和短轴线之比在1.21～1.61的范围内选取。
4.根据权利要求3所述的链轮，其特征是当本链轮轮盘长短轴线比特别大时，在链条下部可装一个由齿轮［5］、摇柄［6］、弹簧［7］组成的调链装置。
5.根据权利要求1、2所述的链轮，其特征是在链轮的同轴上可铆装两个形状相同、大小不同的轮盘。
专利摘要自动调速脚踏链轮是用于自行车和脚踏三轮车的新型链轮。轮盘呈椭圆形或类似椭圆形。脚蹬柄与轮盘长轴线的角度在80°～120°之间选取。它每转一周能按人脚用力特点自动进行四次无级调速，把需在不良发力段憋劲才能完成的部分负荷转移到最佳发力段内轻而易举地完成，使车子骑起来更轻快，并且具有特别好的上坡、加速和重载的驱动性能。它的使用，是脚踏链轮的重大突破。本技术实施十分简便，成本比圆形链轮低，是少花些钱反而能赢得更好产品，高额利润和广阔销路的新技术。
文档编号B62M9/00GK2201333SQ9420726
公开日1995年6月21日 申请日期1994年3月19日 优先权日1994年3月19日
发明者赵善泉 申请人:赵善泉