一种上坡省力的自行车脚蹬机构的制作方法

本发明涉及自行车配件技术领域，特别是一种上坡省力的自行车脚蹬机构。

背景技术：

随着人们对环保意识的不断增强及对健康越来越重视，越来越多的人会骑自行车上下班，这样不仅能够起到保护环境的作用，还能锻炼身体。但是人们在骑行的过程中，尤其在骑行上坡时，人们骑行起来较为费力，对骑行造成困难，以至于时常会出现一些老人和小孩推着自行车上坡的现象。为了解决人们骑行自行车上坡比较吃力的问题，现市面上出现了以下两种技术方案的脚蹬机构：

一种是，如中国专利申请号201720465394.7、名称为“力臂自调式自行车脚蹬”，这一技术方案包括曲柄和脚蹬，曲柄前端设有定位座，在定位座上通过转轴活动连接摆杆的中部，摆杆的一端活动连接脚蹬，另一端通过弹性装置与曲柄连接；其中摆杆的顶端位置与曲柄位置对应，且在曲柄上设有摆杆的限位块。该脚蹬在正常使用时，无明显变化，但是遇到上坡和顶风等需要耗费大量体力时，脚蹬受到的力大于弹簧力，脚蹬力臂会加长，从而使骑行者更省力的渡过上坡或顶风路段。如图1所示，第一种技术方案在使用过程中，假设曲柄1’转动驱动自行车行走而形成的面为传动面2’，当一脚踏转轴3’转动到达传动面2’的最高点时，此时2个脚踏转轴3’的中心、链轮转轴4’的中心三者在传动面2’上的连线为l1，这一连线l1是与水平面垂直的，使得脚踏在传动面2’最高点上受到的力f1是没有起作用的，第一种技术方案中的摆杆5’与定位座6’的铰接点7’至摆杆5’与脚踏转轴3’连接点的连线为l2，由于连线l2与曲柄1’的轴线之间形成有夹角a，以至于用户作用在脚踏上的力大部分会作用在摆杆5’与定位座6’的铰接点7’上，致使摆杆5’转动导致弹簧8’压缩的作用力较小，在使用过程中自行车脚蹬需要到达图2的状态(也就是曲柄1’的轴线与连线l1的夹角b大于夹角a的状态)，脚踏受到的力f2才大部分作用在弹簧8’上，令到弹簧8’压缩变形导致脚蹬力臂会加长，从而达到省力的目的，可见如图1至图2所示，第一种技术方案存在了致使弹簧8’压缩的力由小至大的时段，这一时段是指曲柄1’的轴线与连线l1从重叠变化至曲柄1’的轴线与连线l1的夹角b大于夹角a的这一段时间。

二种是，如中国专利申请号201420631876.1，名称为“一种自行车”，这一技术方案在自行车的每一个旋转曲柄上设一个脚力倍增杆，脚力倍增杆的下端点与旋转曲柄上的连接点通过轴承连接，脚力倍增杆的上端点上安装脚踏轴，在脚力倍增杆上有一个曲线杆，脚力倍增杆和曲线杆是一个整体，或两者焊接而成，曲线杆的外围上套入弹簧，弹簧与旋转曲柄上的终端点连接。如图3所示，第二种技术方案在使用过程中，假设曲柄10’转动驱动自行车行走而形成的面为传动面20’，当一脚踏转轴30’转动到达传动面20’的最高点时，此时2个脚踏转轴30’的中心、链轮转轴40’的中心三者在传动面20’上的连线为l3，这一连线l3是与水平面垂直的，使得脚踏在传动面20’最高点上受到的力f3是没有起作用的，由于第二种技术方案中的脚力倍增杆50’与曲柄10’之间形成有夹角c，以至于用户作用在脚踏上的力大部分会作用在脚力倍增杆50’与曲柄10’的铰接点60’上，致使脚力倍增杆50’转动导致弹簧70’压缩的作用力较小，在使用过程中自行车脚蹬需要到达图4的状态(也就是曲柄10’的轴线与连线l3的夹角d大于夹角c的状态)，脚踏受到的力f4才大部分作用在弹簧70’上，令到弹簧70’压缩变形导致脚蹬力臂会加长，从而达到省力的目的，可见如图3至图4所示，第二种技术方案也存在一个致使弹簧70’压缩的力由小至大的时段，这一时段是指曲柄10’的轴线从与连线l3的夹角从夹角d’变化成夹角d的这一段时间。

综上所述，无论现有技术中的第一种技术方案，还是第二技术方案在传动过程中都存在一个作用在弹簧上的力由小变大的时段。总所周知，用户在骑自行车上坡的过程中，当用户在脚踏到达传动面的最高点时骑行是最艰难的，当脚踏转动至2个脚踏转轴中心与链轮中心三者的连线与水平面平行时单车骑行最为容易，因此，现在市面上的弹簧受到的压缩力由脚踏从传动面的最高点转动至2个脚踏转轴中心与链轮中心三者的连线与水平面平行的过程由小变大的脚蹬机构，存在自行车在行走过程中力臂变大的响应时间较慢，使用效果不佳的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种上坡省力的自行车脚蹬机构，该上坡省力的自行车脚蹬机构具有结构简单、设计合理、弹簧形变而致使力臂变大的响应时间快、使用效果佳及生产成本低等优点。

本发明的技术方案是这样实现的：一种上坡省力的自行车脚蹬机构，包括曲柄、转动臂和弹簧，所述曲柄的一端形成有链轮连接部，该曲柄以链轮连接部为轴心转动驱动自行车行走而形成的面为传动面；所述转动臂的一端为脚踏连接端；其特点在于曲柄的另一端部形成有转动安装端；转动臂的另一端为转动连接端，转动臂的转动连接端与曲柄的转动安装端可转动连接，且该转动臂是在传动面内可相对曲柄转动的，在转动臂与曲柄之间设有转动定位机构；所述弹簧的一端与转动臂连接，弹簧的另一端与曲柄连接；转动臂与曲柄相对转动而形成的夹角为α，夹角α是可在180～240°的范围内变化的，夹角α处于最大角度的状态下，转动臂与曲柄在转动定位机构的作用下实现定位，夹角α处于180°的状态下，弹簧的一端支在曲柄上，弹簧的另一端支在转动臂上。

本发明的工作原理是：本发明通过将转动臂的一端部直接与曲柄的一端部可转动连接在一起，并且转动臂与曲柄之间的夹角α处于180°的状态下时，弹簧完全处于收缩状态，此时弹簧还起到支撑曲柄与转动臂的作用，令到转动臂不能再朝向弹簧收缩方向相对于曲柄继续转动；另外，本发明在使用时，用户在平地下骑行过程中，弹簧可以提供给转动臂与曲柄二者足够的拉力，令到转动臂与曲柄始终保持平直状态；当用户骑行应用了本发明的自行车在上坡的过程中，存在以下3种情形：

一种是，当转动臂的脚踏连接端刚越过传动面的最高点时，用户对脚踏施加的力是基本作用在弹簧上的，因此转动臂对弹簧的作用力也相对最大，转动臂相对于曲柄转动的角度也最大，从而令到作用于脚踏上的力的力臂变大，使用户骑自行车上坡更加省力；

二种是，随着曲柄的转动，用户作用于脚踏上的力的方向也不断变化，当脚踏连接端从传动面的最高点转动至2个脚踏转轴中心与链轮中心三者的连线与水平面平行时，转动臂与曲柄相对转动的角度变小，此时作用于脚踏上的力的力臂也相对在传动面的最高点时变小，但转动臂的脚踏连接端转动至2个脚踏转轴中心与链轮中心三者的连线与水平面平行的前后，单车的骑行是最为容易的，因此在这一情形下本发明在实际应用时的使用不会受到影响；

三种是，当转动臂的脚踏连接端逐渐转动至传动面的最低点期间，用户作用在脚踏上力的方向也逐渐与曲柄的轴线重叠，弹簧的收缩致使转动臂在传动面的最低点时与曲柄恢复到平直状态，使之后转动臂的脚踏连接端再次转动到传动面的最高点的过程中不会受到转动臂相对于曲柄转动的影响，使本发明更加省力。

进一步地，所述曲柄的转动安装端上形成有2个侧板；所述转动臂的转动连接端上形成有转动孔，转动臂的转动连接端伸入至曲柄的2个侧板之间的空间中，转动臂的转动连接端通过穿过其转动孔的转轴可转动地安装于转动安装端的2个侧板之间，在转轴与转动臂的转动孔之间还套装有轴承。

再进一步地，所述转动定位机构包括定位部和定位顶压面；在曲柄的其中一侧面上形成有弹簧安装部，在曲柄的另一侧面为所述定位顶压面，该定位顶压面与弹簧安装部所在面呈相对设置；所述转动臂的其中一侧面形成有弹簧连接部，转动臂的另一侧面形成有所述的定位部，所述定位部所在面与弹簧连接部所在面呈相对设置；所述弹簧的一端与弹簧安装部连接，弹簧的另一端与转动臂的弹簧连接部连接。

又还再进一步地，所述夹角α处于180°的状态下，所述弹簧的轴线与转动臂的轴线形成的夹角β为45°，该弹簧的轴线与曲柄的弹簧安装部的轴线形成的夹角γ也为45°。

本发明的有益效果：本发明具有结构简单、设计合理、弹簧形变而致使力臂变大的响应时间快、使用效果佳及生产成本低等优点。

附图说明

图1为背景技术中第一种技术方案在第一种状态下的结构示意图。

图2为背景技术中第一种技术方案在第二种状态下的结构示意图。

图3为背景技术中第二种技术方案在第一种状态下的结构示意图。

图4为背景技术中第二种技术方案在第二种状态下的结构示意图。

图5为实施例的转动臂与曲柄在相互平直状态下的结构示意图。

图6为图5的右视结构示意图。

图7为图6中a-a方向的剖视结构示意图。

图8为实施例的转动臂与曲柄形成相对转动后的结构示意图。

附图标记说明：1’-曲柄；2’-传动面，3’-脚踏转轴；4’-链轮转轴；5’-摆杆；6’-定位座；7’-摆杆与定位座的铰接点；8’-弹簧；

10’-曲柄；20’-传动面；30’-脚踏转轴；40’-链轮转轴；50’-脚力倍增杆；60’-脚力倍增杆与曲柄的铰接点；70’-弹簧；

1-曲柄；11-链轮连接部；12-转动安装端；13-侧板；14-弹簧安装部；2-转动臂；21-脚踏连接端；22-转动连接端；23-弹簧连接部；3-弹簧；4-转动定位机构；41-定位部；42-定位顶压面；5-转轴；6-轴承；7-脚踏。

具体实施方式

如图5、图6、图7、图8所示，本实施例的一种上坡省力的自行车脚蹬机构，包括曲柄1、转动臂2和弹簧3，所述曲柄1的一端形成有链轮连接部11，该曲柄1以链轮连接部11为轴心转动驱动自行车行走而形成的面为传动面；所述转动臂2的一端为脚踏连接端21；曲柄1的另一端部形成有转动安装端12；转动臂2的另一端为转动连接端22，转动臂2的转动连接端22与曲柄1的转动安装端12可转动连接，且该转动臂2是在传动面内可相对曲柄1转动的，在转动臂2与曲柄1之间设有转动定位机构4；所述弹簧3的一端与转动臂2连接，弹簧3的另一端与曲柄1连接；转动臂2与曲柄1相对转动而形成的夹角为α，夹角α是可在180～240°的范围内变化的，夹角α优选是可在180～225°的范围内变化的，夹角α处于最大角度的状态下，转动臂2与曲柄1在转动定位机构4的作用下实现定位，夹角α处于180°的状态下，弹簧3的一端支在曲柄1上，弹簧3的另一端支在转动臂2上。

本上坡省力的自行车脚蹬机构的工作原理是：如图5、图6、图7、图8所示，本上坡省力的自行车脚蹬机构通过将转动臂2的一端部直接与曲柄1的一端部可转动连接在一起，并且转动臂2与曲柄1之间的夹角α处于180°的状态下时，弹簧3完全处于收缩状态，此时弹簧3还起到支撑曲柄1与转动臂2的作用，令到转动臂2不能再朝向弹簧3收缩方向相对于曲柄1继续转动；另外，本上坡省力的自行车脚蹬机构在使用时，用户在平地下骑行过程中，弹簧3可以提供给转动臂2与曲柄1二者足够的拉力，令到转动臂2与曲柄1始终保持平直状态；当用户骑行应用了本上坡省力的自行车脚蹬机构的自行车在上坡的过程中，存在以下3种情形：

一种是，当转动臂2的脚踏连接端21刚越过传动面的最高点时，用户对脚踏7施加的力是基本作用在弹簧3上的，因此转动臂2对弹簧3的作用力也相对最大，转动臂2相对于曲柄1转动的角度也最大，从而令到作用于脚踏7上的力的力臂变大，使用户骑自行车上坡更加省力；

二种是，随着曲柄1的转动，用户作用于脚踏7上的力的方向也不断变化，当脚踏连接端21从传动面的最高点转动至2个脚踏转轴中心与链轮中心三者的连线与水平面平行时，转动臂2与曲柄1相对转动的角度变小，此时作用于脚踏7上的力的力臂也相对在传动面的最高点时变小，但转动臂2的脚踏连接端21转动至2个脚踏转轴中心与链轮中心三者的连线与水平面平行的前后，单车的骑行是最为容易的，因此在这一情形下本上坡省力的自行车脚蹬机构在实际应用时的使用不会受到影响；

三种是，当转动臂2的脚踏连接端21逐渐转动至传动面的最低点期间，用户作用在脚踏7上力的方向也逐渐与曲柄1的轴线重叠，弹簧3的收缩致使转动臂2在传动面的最低点时与曲柄1恢复到平直状态，使之后转动臂2的脚踏连接端21再次转动到传动面的最高点的过程中不会受到转动臂2相对于曲柄1转动的影响，使本上坡省力的自行车脚蹬机构更加省力。本上坡省力的自行车脚蹬机构具有结构简单、设计合理、弹簧形变而致使力臂变大的响应时间快、使用效果佳及生产成本低等优点。

为了使转动臂2与曲柄1之间的连接结构更加合理，使转动臂2转动更加顺畅，如图5、图6、图7、图8所示，所述曲柄1的转动安装端12上形成有2个侧板13；所述转动臂2的转动连接端22上形成有转动孔，转动臂2的转动连接端22伸入至曲柄1的2个侧板13之间的空间中，转动臂2的转动连接端22通过穿过其转动孔的转轴5可转动地安装于转动安装端12的2个侧板13之间，在转轴5与转动臂2的转动孔之间还套装有轴承6。

为了使转动定位机构4的结构更加合理，如图5、图6、图7、图8所示，所述转动定位机构4包括定位部41和定位顶压面42；在曲柄1的其中一侧面上形成有弹簧安装部14，该弹簧安装部14的轴线与曲柄1的轴线垂直，在曲柄1的另一侧面为所述定位顶压面42，该定位顶压面42与弹簧安装部14所在面呈相对设置；所述转动臂2的其中一侧面形成有弹簧连接部23，转动臂2的另一侧面形成有所述的定位部41，所述定位部41所在面与弹簧连接部23所在面呈相对设置；所述弹簧3的一端与弹簧安装部14连接，弹簧3的另一端与转动臂2的弹簧连接部23连接。

为了使弹簧3对转动臂2与曲柄1之间的支撑定位稳定性更好，如图5所示，所述夹角α处于180°的状态下，所述弹簧3的轴线与转动臂2的轴线形成的夹角β为45°，该弹簧3的轴线与曲柄1的弹簧安装部14的轴线形成的夹角γ也为45°。