一种无死点的自行车脚踏装置的制作方法

1.本实用新型涉及自行车技术领域，特别是一种无死点的自行车脚踏装置。


背景技术：

2.自行车脚踏板转动的轨迹是一个圆，现有自行车左右曲柄在同一平面内，当一侧的脚踏板转动至上顶点时，则另一侧脚踏板处在最下端；脚踩踏板时，根据力的合成与分解原理，脚踏力分解为两个力，一是沿圆周方向的切线力，此力驱动牙盘转动，从而驱动自行车行驶，是有用力；另一个分力是沿曲柄方向，通过曲柄挤压中轴，此力不驱动自行车行驶，是无用力，此力的存在，造成大腿肌肉酸痛，且爬坡或顶风骑行时，车手难以输出有用力，因此在脚踏板自上顶点顺时针向下踩踏的过程中，使用相同脚踏力的情况下，有用力自零开始，逐渐变大，直至脚踏板到达水平位置时达到最大；在脚踏板自上顶点开始顺时针转动后，到达类似时钟一点钟位置时，这个区间内的位置无论骑车者使用多大的脚踏力，有用力都不会有大的提高；因此我们将此位置定义为发力的上死点，车手骑行时通常是脚在不发力的状态下划行通过该区域，最终导致爬坡困难。
3.为消除上死点，有现有技术使用了两条阿基米德螺旋线围成的心形齿轮安装在自行车上；所述的心形齿轮能够消除上死点，但是也存在脚踏感觉不舒适以及脚踏力不均匀而影响驱动效率的缺点；如图2所示，图中的x坐标轴代表自行车前进的方向，y轴代表自行车的高度方向；图中的一套心形齿轮安装在自行车的右侧，踩动右侧踏板，主动心形齿轮2顺时针转动，带动被动心形齿轮1转动，两个齿轮的啮合点由k点逐渐向z点移动，在此过程中，主动心形齿轮2的有效半径逐渐增大，导致被动心形齿轮1旋转的角速度增加；此时，左侧曲柄4加速行进；啮合点在z点向o点移动的过程中，主动心形齿轮2的有效半径没有大的变化，即被动心形齿轮1的角速度没有大的变化，左侧曲柄4的转动速度没有明显变化；啮合点在o点向p点移动的过程中，由于主动心形齿轮2的有效半径急剧减小，导致被动心形齿轮1的角速度急剧降低，给人一种左侧曲柄4突然卡住的感觉；啮合点在p点向x点移动过程中，主动心形齿轮2的有效半径突然急剧增大，导致被动心形齿轮1由极低的角速度，突然急剧增大，这样会给人一种突然踏空的感觉，即突然间右脚用不上力，此时右侧曲柄3处在水平位置附近，水平位置是驱动力最大的区域，此时突然无法发力，造成效率低下，由此可见两条阿基米德螺旋线围成的心形齿轮虽然解决了上死点的问题，但是它的结构决定了它存在踩踏感觉不舒服和驱动效率低的问题，因此业界亟需一种既能够解决自行车上死点的问题又能够不降低骑行舒适度又能够提高驱动效率的自行车脚踏装置。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种无死点的自行车脚踏装置，可以解决自行车脚踏装置上死点的问题，同时保证骑行的舒适度，也能提高自行车的驱动效率。
5.为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
6.一种无死点的自行车脚踏装置，包括右侧曲柄、左侧曲柄、主动圆齿轮、被动圆齿
轮、主动椭圆偏心齿轮、被动椭圆偏心齿轮、右踏板、左踏板、左半轴、右半轴、牙盘、通轴；所述右半轴、左半轴和通轴均固定在自行车的车架上；所述左半轴和右半轴的中心线位于同一条水平直线上；所述通轴的中心线与左半轴和右半轴的中心线平行；所述右侧曲柄的下端固定在右半轴右端部，右侧曲柄的上端安装有右踏板；所述左侧曲柄的上端固定在左半轴左端部，左侧曲柄的下端安装有左踏板；所述牙盘固定在右半轴的中部；所述主动椭圆偏心齿轮固定在右半轴的左端；所述被动椭圆偏心齿轮固定在通轴的右端并与主动椭圆偏心齿轮相啮合；所述主动圆齿轮固定在左半轴的右端；所述被动圆齿轮固定在通轴的左端并与主动圆齿轮相啮合。
7.上述的无死点的自行车脚踏装置，所述主动椭圆偏心齿轮和被动椭圆偏心齿轮的外廓形状均为椭圆形，外廓尺寸相同。
8.上述的无死点的自行车脚踏装置，所述右半轴的中心线位于所述主动椭圆偏心齿轮的一个焦点上；所述通轴的中心线位于所述被动椭圆偏心齿轮的一个焦点上。
9.上述的无死点的自行车脚踏装置，所述左侧曲柄的安装位置垂直于地面时，所述右侧曲柄的安装位置在上顶点和自上顶点顺时针旋转45度的位置之间。
10.有益效果
11.本实用新型具有如下优点：
12.本实用新型的无死点的自行车脚踏装置，右半轴、左半轴和通轴均固定在自行车的车架上，脚踏板、曲柄、牙盘和链条等与现有自行车的零件结构相同；本实用新型是在原有自行车的脚踏装置中，使用了一组椭圆偏心齿轮来进行传动，在骑行自行车时，当一侧的脚踏板到达最下端时，另一侧的脚踏板位于上顶点和自上顶点顺时针旋转45度的位置之间，两侧脚踏板的发力位置完美避开了顶端的发力死点，减少了无用力，提高了驱动效率。
附图说明
13.图1是本实用新型的示意图；
14.图2是心形齿轮转动原理分析图；
15.图3是椭圆偏心齿轮转动原理分析图；
16.图中各标号分别表示为：1、被动心形齿轮，2、主动心形齿轮，3、右侧曲柄，4、左侧曲柄，5、主动圆齿轮，6、被动圆齿轮，7、主动椭圆偏心齿轮，8、被动椭圆偏心齿轮，9、右踏板，10、左踏板，11、左半轴，12、右半轴，13、牙盘，14、通轴。
具体实施方式
17.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。1、被动心形齿轮，2、主动心形齿轮，3、右侧曲柄，4、左侧曲柄，5、主动圆齿轮，6、被动圆齿轮，7、主动椭圆偏心齿轮，8、被动椭圆偏心齿轮，9、右踏板，10、左踏板，11、左半轴，12、右半轴，13、牙盘，14、通轴。
18.本实用新型的一种无死点的自行车脚踏装置，所述的右半轴12、左半轴11和通轴14安装在自行车的车架上，牙盘13安装在右半轴上，右半轴和左半轴的中心线对齐，通轴的中心线与右半轴和左半轴的中心线平行，在右半轴的右端安装右侧曲柄3和右踏板9；在左半轴的左端安装左侧曲柄4和左踏板10；主动椭圆偏心齿轮7安装在右半轴上，被动椭圆偏心齿轮8安装在通轴上，二者位于同一个垂直面上并且相互啮合；主动圆齿轮5安装在左半
轴上，被动圆齿轮6安装在通轴上，二者位于同一个垂直面上并且相互啮合。
19.本实用新型的一种无死点的自行车脚踏装置，图1中示了通轴14安装在左半轴和右半轴的下方的情形，实际应用中，以自行车前行的方向定义为前方，通轴14也可以安装在左半轴和右半轴的前方或后方，通轴不同的安装位置均能够起到相同的使用效果。
20.本实用新型的一种无死点的自行车脚踏装置，所述脚踏装置的转动原理如下：如图3所示，图中的x坐标轴代表自行车前进的方向，y轴代表自行车的高度方向；左侧曲柄4垂直于地面，右侧曲柄3处于上顶点和自上顶点顺时针旋转45度的位置之间，顺时针踩动右踏板9，使踏板到达最下端；在旋转过程中，主动椭圆偏心齿轮7用距离右半轴12中心点远端的齿带动被动椭圆偏心齿轮8距离左半轴中心点近端的齿旋转，二者转动的线速度相同，但被动椭圆偏心齿轮转动的角速度大于主动椭圆偏心齿轮，最终结果是右侧的右踏板9自上顶点和自上顶点顺时针旋转45度之间的位置，顺时针转动到了最下端，左侧的左踏板10自最下端位置旋转到达了自上顶点顺时针旋转45度之间的位置，完成了右踏板的驱动；继续踩动左踏板10，当左踏板转动到最下端时，右踏板就自最下端转动到上顶点和自上顶点顺时针旋转45度之间的位置。从以上分析得知，当一只脚踏板旋转至最下端时，另一只脚踏板成功地旋转至上顶点和自上顶点顺时针旋转45度之间的位置，完全摒弃了发力死点区域，实现了发明目的。
21.本实用新型的一种无死点的自行车脚踏装置，所述的一组椭圆偏心齿轮可以安装在自行车的左侧也可以安装在右侧，另一侧使用普通的圆形齿轮，使用效果相同。
22.本实用新型的一种无死点的自行车脚踏装置，所述右侧曲柄3安装时，越过上顶点的角度大小可通过主动椭圆偏心齿轮7和被动椭圆偏心齿轮8的焦点位置进行调整。