適合左驅動外變速自行車使用的曲柄多級鏈輪的製作方法

2023-07-01 10:08:21

本實用新型涉及一種自行車的曲柄多級鏈輪，尤其是提供一種適合左驅動外變速自行車使用的曲柄多級鏈輪。

背景技術：

自行車是一種普通又極為普及的個人機械用品，在世界上它的保有量和使用者均是數以億計。對自行車本身的改進自其誕生以來的二百多年裡也從未間斷。隨著社會的發展，自行車作為運動器械、健身器材和娛樂工具的作用在不斷的提高，這也為自行車性能的提高進行極致化改造提供了動力。1940年，坎帕紐羅(Tullio Campagnolo)推出的變速系統標誌著競技自行車變速時代的開始。與單速自行車相比，有手動撥鏈器的變速自行車，對於提高騎行速度的作用十分顯著。這是一個能夠被騎車人明確感受到的「感知型」改進。這類改進在近半個世紀以來是罕見的了。還有一些改進，例如用高級優質陶瓷滾珠製造軸承，「板式輪」、「刀輪」，車架採用流線型管材，用碳纖維或鈦合金製造車架等等，這類改進，它們對降低自行車的騎行阻力，提高騎行速度的作用可以說是微乎其微，大多只能通過精細測試予以證明，此類改進可以稱之為「測試型改進」。雖然此類改進效果不很明顯，但自行車領域為此付出的科研投入巨大，經濟代價不菲。如果把自行車只作為個人日常交通工具使用，這些「測試型改進」都可以棄之不用。但是，作為極力追求提高騎行速度的自行車運動員和自行車愛好者們，對這類改進仍趨之若鶩。對這個群體而言，自行車的改進如果能將自己的騎行速度提高0.1s/km，都是天大的福音。因為在高水平自行車競速賽中，0.1秒的差別可以是冠軍與第10名的差距！例如08年北京奧運會男子公路(245.4公裡)自行車決賽第1至6名成績均為6小時23分49秒，其名次只能依靠終點線端的高速攝影畫面中的毫釐之差來確定。

現有技術中，自行車中的驅動裝置都是基本設置在右側，只有BMX自行車(單速)和供雙人及多人共同騎行的自行車有左驅裝置出現過。有人為左利足人設計過左驅單速自行車，但未見此類商品面世。部分街式BMX自行車將驅動設置於左側，同時在自行車右外側安裝踏筒，以供做技巧動作習慣於用右腿在前的騎行者使用，其目的是避免大鏈輪在做特定特技動作時被損壞。供雙人及多人共同騎行的自行車設置左驅裝置的同時，也設置了右驅裝置，目的是協調多個驅動裝置。如果有變速裝置，其變速裝置仍在右側。自行車中的驅動裝置設置在右側，這個狀況從1888年，英國考文垂市的約翰.k.斯塔利生產出第一輛現代自行車起就存在了，時間已經在百年以上。其最初的設計依據已經無從考證，但是，人們可能認為，驅動裝置應該設置在騎行人腿足優勢側車架上。因此，還出現了針對左利足人群，設計出驅動裝置在左側的單速自行車。從充分利用利足優勢以提高騎行速度角度考慮，這一觀點是一種誤解，自行車的驅動裝置設置在人腿足優勢側車架對於充分發揮優勢側能力以提高車速是不利的。

針對上述問題，也是改變世人對於自行車結構設計的一個根本性技術偏見，提供一種在力量傳遞上更加合理，能夠充分發揮佔人口多數的右利足者生理優勢的適合右利足人群使用的左驅動外變速自行車，即將安裝在中軸上的多級(含二級)大鏈輪設置在車架的左側，左曲柄與該大鏈輪固為一體；相應地，安裝在後軸上的多級變速裝置(多級鏈輪)設置在車架的左後內側；對應地，所述中軸和後軸上變速裝置的撥鏈器設置在車架的左側。

本實用新型的目的就在於，提供一種適用於左驅動外變速自行車的曲柄多級鏈輪。

曲柄多級鏈輪為現有技術，款式眾多，總體結構基本相同。典型結構包括曲柄和二級以上的多級大鏈輪。為了適應左驅外變速自行車，曲柄多級鏈輪也有相應變化。

技術實現要素：

一種適合左驅動外變速自行車使用的曲柄多級鏈輪，其特徵在於，二級以上的多級(含2級)大鏈輪是以左大右小的排序結合於曲柄的右側。曲柄多級鏈輪曲柄上的腳踏安裝孔螺紋為左旋，與之配套使用的單曲柄上的腳踏安裝孔螺紋為右旋。

本實用新型具體針對的是騎車人群中自行車運動員和自行車愛好者們這樣一個熱衷於對自行車進行極致化改造、追求提高騎行速度的群體，是依據佔人口大多數的右利足人群的生理特點對自行車動力輸入、輸出結構設置的改進。

本發明是基於如下兩個發現：

一：許多自行車運動研究者在測試騎車人踏蹬力時都發現：左側踏力大於右側。為何如此卻無準確的解釋。如：羅炯的「自行車測試車研製及踏蹬技術診斷分析系統軟體的開發」(北京體育大學2005，05，18)；吳翠娥，袁鵬，武桂新等的「不同踏蹬頻率下自行車運動員踏蹬力研究」(體育與科學2007，1，(28))；張懿行的「不同傳動比騎行時下肢肌肉工作和足底壓力特徵的研究」(北京體育大學2008，05，26)；曹成珠的「場地自行車運動員專項踏蹬力量的分析研究」(中國新技術新產品.2009，14)。其文中公布的測試結果都是左側踏力大於右側，但對產生此現象的原因都沒有給出明確的答案。

本申請的發明人發現:現在自行車的通行結構決定了自行車左側下踏阻力大於右側,原因有二(以現有的右驅動自行車為例)：

1)現在的右驅自行車，即大鏈輪與小鏈輪均設置於自行車右側，並通過鏈條相連接。大鏈輪、雙側曲柄和雙側腳踏構成了自行車輪軸式動力輸入器。通常大鏈輪與右曲柄是結合在一起的，在被踏動時右曲柄端的受力點與大鏈輪上的受力點二者的橫向距離很小，我們把右側的驅動結構定義為：一組單槓桿或稱直接槓桿；左側的曲柄是通過中軸與大鏈輪間接結合在一起，在被踏動時左曲柄端的受力點與大鏈輪上的受力點二者的橫向距離是右側的許多倍，且中軸安裝於自行車中接頭內受到兩組軸承的支撐。為了保持轉動的靈活性，必須在轉動面保存一定的間隙。我們把左側的驅動結構(含中軸，大鏈輪)定義為：一組雙槓桿或間接槓桿。右側曲柄受到的踏力，傳遞到大鏈輪上時，其損耗很小很小，可以忽略不計。而左側曲柄受到的踏力傳遞到大鏈輪上時，其損耗比右側大得多。

2)自行車的中接頭在騎行中必然受到中軸的扭曲力，這種扭曲力來自3處：a)大鏈輪，扭曲力a方向大致為右後；b)左曲柄，扭曲力b方向大致為左前；c)右曲柄，扭曲力c方向大致為右前。扭曲力a在騎行踏蹬中始終都存在；扭曲力b在左曲柄下行時產生；扭曲力c在右曲柄下行時產生。扭曲力a與扭曲力b是相互增強的關係，會損耗更多的踏力；扭曲力a與扭曲力c是相互抵消的關係，會減少踏力的損耗。

綜上所述，其結果直接表現為自行車左側下踏阻力大於右側，根據多位自行車運動研究者所做的測試結果推算，自行車左側下踏阻力大於右側3％左右。所以，在腳踏部直接檢測騎車人下踏力時，即便騎車人的左右側踏速完全一致，左側踏力也必定要大於右側。

二：人們早已知道人的上肢是有單側優勢的，大多數人都是右利手(上肢優勢側為右側)；同樣，人的下肢也是有單側優勢的，大多數人下肢的優勢側為右側，亦稱為右利足。但這點知道的人可能不多，1985年柏拉圖(Plato)等對美國馬裡蘭州一些白人針對含利手，利足等人類不對稱行為特徵進行過調查；我國學者在20世紀90年代開始對此進行了一些研究。如：艾清龍，王蓀，蒲道學的「150例利足與利手的測定」([J]昆明醫學院學報1991,12(1))；陸舜華，鄭連斌，李詠蘭等的「鄂倫春、鄂溫克、達斡爾族一側優勢功能特徵研究」([J]遺傳.2000.22(5))。但至今沒有發現世界上有人對騎車人在踏蹬自行車中的利足狀況進行過研究的報導。但是，現有技術中公開有相關信息：鄭曉鴻，延烽的「當前我國場地自行車項目高水平女子運動員踏蹬狀態的初步研究」(北京體育師範學院學報1997，6(9))；黎臣，劉英的「我國高水平女子場地500米計時項目自行車運動員踏蹬狀態研究」(山東體育學院學報2007，4(23))；張懿行的「不同傳動比騎行時下肢肌肉工作和足底壓力特徵的研究」(北京體育大學2008，05，26)；

各篇文章中所公布的測試結果都顯示了大多數自行車運動員右好左差的踏蹬狀況。

申請人對騎車人在踏蹬自行車中的利足狀況進行了近兩年的研究。通過測試進一步證實，這種右好左差狀況不僅在右利足人騎右驅自行車時存在，在右利足人騎左驅自行車時依然存在。究其原因是：騎車人在自行車上所作的踏蹬動作的發力特點是很獨特的，屬於下肢的複雜隨意動作，優勢側下肢能更好地完成它，是肢體單側優勢的體現，即使所遇到的阻力稍大時依然如此。本申請人發現：右利足人蹬踏自行車(無論是左驅或右驅)時，右足下踏時曲柄半周運動的圓滑度，要好於左足下踏時曲柄半周運動的圓滑度(圓滑度是衡量踏蹬動作水平高低的標準之一)。同時也表現為，右半周的運轉速度要略略快於左半周的運轉速度。

綜上所述，現在自行車通行的右驅結構，對佔人口大多數的右利足騎車人來講，是個錯誤的結構。它就好比讓一個善於挑擔子的人(右下肢)挑一個比較輕的擔子；而讓另一個不善於挑擔子的人(左下肢)挑一個比較重的擔子。並且要求他們在同步前行的條件下，儘量快走。其結果必然是善挑擔者比較輕鬆，但為了同步前行卻不能發揮他的全力，而不善挑擔者則為了同步前行盡全力而疲於奔命。二者的前進速度只能受限於不善挑擔者的較差之能力。在自行車競速賽這類經常要挑戰運動員生理極限的體育比賽中，是不會容忍上述狀況存在的，除非它未被發現！

適合右利足人群使用的左驅變速自行車將踏蹬阻力較大的曲柄設置於右側，使右利足的騎車人能夠更充分地發揮其右下肢優勢側的能力，並帶動其左下肢能力的更有效地發揮。右利足的騎車人騎行左驅自行車時，在左足動力輸出量不變的狀況下，其右足動力輸出量應比左足高3％左右。這種整體動力輸出量的增加相當於將自行車減重25-50％，可以將騎行者的騎行速度提高1％左右，高水平的自行車騎行人是能夠感受到的。這是一個介於「感知型改進」與「測試型改進」之間的改進。對於自行車競技其益處是不言而喻的。而本實用新型提供的左驅外變速自行車用曲柄鏈輪是左驅外變速自行車的重要部件之一。

雖然將現有的變速自行車從右驅改造為左驅，是本技術領域內的技術人員可以完成的設計任務，但從未有人去做。自行車是一個典型的組裝商品，即使是整車廠也不是所有零部件都能夠生產的。各零部件是由專門廠家生產出來的。沒有各廠家的合作，生產左驅變速自行車成本會很高。沒有人發現現在自行車通行的右驅結構，對佔人口大多數的右利足騎車人來講，是個錯誤的結構；沒有人意識到左驅變速自行車這種將自行車驅動裝置安裝位置從右變為左，對於那些極力追求提高自己騎行速度的右利足人群，是極為有益的一項自行車結構要素關係改變(要素變更的發明)。這是70多年來沒有人去設計，生產左驅變速自行車的原因。所以更不會有人單獨去設計，生產左驅外變速自行車用曲柄鏈輪。

下面通過附圖和實施例對本實用新型做進一步詳細說明。

附圖說明

圖1適合右利足人群使用的左驅外變速自行車的結構示意圖。

圖2為本實用新型提供的一款曲柄多級鏈輪的結構示意圖。

圖2a為圖2的右視結構示意圖，其中顯示曲柄多級鏈輪上各個大小鏈片左大右小的排列次序。

圖3為本實用新型提供的一款與曲柄多級鏈輪配套使用的單曲柄的結構示意圖。

圖3a為圖3的右視結構示意圖。

具體實施方式

現在將參照附圖對本實用新型的選定實施例進行說明。

自行車曲柄鏈輪在本實用新型所屬領域內是眾所周知的，本實用新型所屬領域的技術人員通過本實用新型說明書的附圖就可以正確理解本發明。因此，本文中將只結合附圖做簡要說明。本實用新型說明中用到的「前，後，左，右，上，下」等方向性詞均是指安裝本實用新型的自行車的那些方向。

適合右利足人群使用的左驅外變速自行車如圖1所示，包括一車架1，車架上設置變速控制器2，該車架上設置中軸3，中軸3上設置為本實用新型提供的曲柄多級鏈輪4，該曲柄多級鏈輪4設置於車架1的中下部左側，在中軸3的右端設置與之配套使用的單曲柄5，在曲柄多級鏈輪4和與之配套使用的單曲柄5上分別設置腳蹬6。在車架1後部上設置後軸7，支撐後車輪12。在後軸7上設置多級飛輪8，多級飛輪8設置在車架1的左後側內與曲柄多級鏈輪4上的多級大鏈輪前後對應。在曲柄鏈輪4上的多級大鏈輪和飛輪8上套設鏈條9。在車架1的左側下後端設置了後撥鏈器10，在車架1上的中間下部左側安裝有前撥鏈器11，其主體位置在曲柄多級鏈輪4上的多級大鏈輪側上方。

圖2所示為本實用新型提供的一款左驅變速自行車用曲柄多級鏈輪的結構示意圖。曲柄多級鏈輪4包括曲柄401，多級大鏈輪402，曲柄的外端設置腳踏安裝孔403。曲柄401與多級大鏈輪402為左右結合，曲柄401與多級鏈輪402結合的部位位於曲柄的內端右側，多級鏈輪402的3個大鏈輪片是以左大右小的排序結合於曲柄的右側(參見圖2a)，在該曲柄上的腳踏安裝孔403螺紋為左旋。

圖3和圖3a為本實用新型提供的一款與曲柄多級鏈輪配套使用的單曲柄5的結構示意圖。在該曲柄上的腳踏安裝孔501螺紋為右旋。

腳踏與曲柄的安裝方式除了螺紋裝配之外，也可以是花鍵插接結合緊定螺釘固定裝配方式。

儘管僅選擇了選定的實施例對本實用新型進行了示例說明，但通過閱讀本公開內容，本實用新型所屬領域的技術人員會很明確，在不背離附屬權利要求中所限定的本實用新型的範圍的情況下，在此可以做出各種變動和改型。對本實用新型實施例的以上描述僅供示例說明，而非用於對由附屬權利要求及其等同內容所限定的本實用新型進行限制。