[发明专利]使踩踏脚踏板最优化的椭圆形链环

说明书

技术领域

本发明为一种应用于自行车和脚踏动力交通工具的脚踏动力系统的改进，其通过一条链或带实现传统传动方式中链环的改进，以在脚踏的周期中降低静点效应，成功实现脚踏动力系统的最优化。 

背景技术

19世纪末以来，很多人都试图增大踏车效果并降低静点效应。具体地说，几乎所有的脚踏动力是在向下踏车时产生的。在曲柄臂与顶端静点约成90度角，脚踏动力的切线角度最大时，脚踏动力最大。当其中一个脚踏在上，而另一个在下时，由于施加于脚踏的力量几乎无切线角度，形成一个动力空白区，即通常所说的静点。 

上述多种尝试都是通过使用非圆或“椭圆形的”链环，无论是椭圆形或者其它更为复杂的由各种各样或曲或直的构件组成的链环，其两条直径，主要直径及次要直径，有各种的组合。同时还有各种其他的尝试，如通过使用独立的曲柄来分别实现每条腿动力的最优化。直到今天，从生理力学的角度看，这些尝试被证实是实现脚踏系统最优化的最有效方法。 

在上述几种方法中，我们可简单列举最近市场上的两种链环，Shimano Biopace链环(美国专利第4522610号)和Osymetric链环(美国专利第5549314号)。当然，还有一些更早的文献：美国专利第513589 号，美国专利515449号，英国专利第191318888号，法国专利第645447号，英国专利第327681号，法国专利第1090949号，丹麦专利第64514C号和英国专利第449504号，还有一个更近期的美国专利第5882025号。通过这些专利，显然“椭圆形的”链环最终成功地被广泛运用。在先技术中，应尤其关注法国专利第1090949号，因为在多变的椭圆形链环的定位方面，它与本发明相似。 

上述不同的链环的目的均在于通过利用脚踏周期最大动力的区域，藉由各种驱动半径，实现为自行车提供更大的推力。要实现该目的，要考虑三个设计系数： 

定位系数：曲柄中线和椭圆形链环主要直径的角度，其与达到最大齿轮比时曲柄所处的顶端静点(TDC)的位置相关(当最大半径转化成牵引力)； 

延长系数：椭圆形链环中主要的和次要的直径的比率，以及 

形状系数：它取决于曲线形成的椭圆形链环的周长(椭圆，圆周弧，直线区域，等等) 

在所有上述提到的椭圆形链环中，没有一种在市场上获得成功。尽管每种链环都在某一方面实现改进，但至今没有哪种链环能很好地结合所有改进，从而实现成功。 

没有成功的主要原因是由于无效的定位系数。由于每个人骑车的方法都不同，因此不能说这些产品都不行，实际上有些产品还是获得不少人的欢迎。然而，定位系数是脚踏系统生理力学的关键，即便这些定位被一小部分人接受，但对大部分人来说还是无效的。 

例如，Biopace链环也许对某些人有效果，但结果还是从市场上消失。该链环的延长系数和形状系数还可以接受，但定位系数太过迟钝。也就是说，曲柄臂与顶端静点(TDC)成90度角，施加最大力量于脚踏，向下运动时达到最大齿轮比太迟，几乎与踏车在底端静点(BDC)时一致。 

Osymetrics链环的定位系数相当敏锐，如大多数迄今看到的椭圆形链环，~90°，曲柄在脚踏力量最大区域时，实现最大齿轮比，这样就可不利用惯性，而产生一定延迟。另外，由于其形式和延长系数的原因，速度在静点附近变化非常快，这就对膝盖健康不利，这也是许多人放弃这种链环的原因。这种链环对强壮的骑车人能产生较好的作用，尤其是在平地上，但易导致骑车人的膝部超负荷，因此无法为大多数普通骑车人所接受。 

法国专利第1090949号的可调节链环涉及的定位总是不够精确，同时其延长系数和形状系数的结合非常不稳定，因此无法实现具备优势的各系数结合。 

其他通过使用独立曲柄实现踏车最优化的方法中每个曲柄驱动一个链环，其以连杆相接，两侧有效的齿轮比从最大到最小的过程是不同步的，其偏移的程度取决于有效杠杆距。每个曲柄的速度也不相同，当一个曲柄慢下来时(即腿部伸展，脚趾周期中施加力量较大时)，另一个曲柄就移动得更快并且在第一个到了底部静点(BDC)时超过顶部静点(TDC)。 

关于这种方法，能列举的第一个专利是1893年的德国专利第 76215号，它确定了这种链环的基本构造。本专利发明人的另一项发明RS4链环(美国专利第2005/0022626A1号)正在以RS4和RS4的名称在市场上销售，取得了显赫的销售成绩。 

对于这种链环，需要考虑两个参数或者设计系数：