自行车及健身设备的脚蹬机构pdf一种自行车机构，除通过自行车脚蹬的向前转动将向前的力施加在自行车的驱动轮上以外，还可通过上述脚蹬的向后转动将向前的力施加在驱动轮上。优选实施例允许其中一个脚蹬沿一个方向转动，而另一个脚蹬沿相反方向转动。

　　1： 一种脚蹬驱动自行车，它包括： 具有轴线的脚蹬轴； 装在上述脚蹬轴上的脚蹬杆，从而可以顺时针方向和反时针方向驱 动上述脚蹬轴； 装在每个上述脚蹬杆上的脚蹬； 驱动装置，当上述脚蹬轴被顺时针方向驱动时，该驱动装置使上述 自行车向前运动，同时在上述脚蹬轴被反时针驱动时，也使上述自行车 向前运动。

　　2： 如权利要求1所述的脚蹬驱动自行车，其特征在于，上述驱动装 置包括装在上述脚蹬轴上可绕上述轴线转动的第一和第二齿轮。

　　3： 如权利要求2所述的脚蹬驱动自行车，其特征在于，上述第一和 第二齿轮通过啮合装置彼此结合，使得上述第一和第二齿轮沿相反方向 绕上述轴线所述的脚蹬驱动自行车，其特征在于，上述齿轮和 上述啮合装置是伞齿轮。

　　6： 如权利要求3所述的脚蹬驱动自行车，其特征在于，上述驱动装 置还包括安装成可绕上述轴线所述的脚蹬驱动自行车，其特征在于，上述第一齿 轮固定在上述脚蹬链轮上，使得上述第一齿轮和上述脚蹬链轮可以一起 绕上述轴线所述的脚蹬驱动自行车，其特征在于，上述驱动装 置还包括响应上述脚蹬链轮的顺时针方向转动来驱动上述自行车向前 的装置。

　　9： 如权利要求3所述的脚蹬驱动自行车，其特征在于，上述第一齿 轮由离合器装置装在上述脚蹬轴上，使得上述第一齿轮在上述脚蹬轴反 时针转动时可自由转动，而在向上述自行车施加驱动力的同时随同上述 脚蹬轴顺时针转动且由上述脚蹬轴驱动。

　　10： 如权利要求9所述的脚蹬驱动自行车，其特征在于，上述第二齿 轮由离合器装置装在上述脚蹬轴上，使得上述第二齿轮在上述脚蹬轴顺 时针转动时可自由转动，而在向上述自行车施加驱动力的同时随同上述 脚蹬轴反时针转动且由上述脚蹬轴驱动。

　　11： 如权利要求10所述的脚蹬驱动自行车，其特征在于，还包括一 第三齿轮和一第四齿轮，以及一啮合装置；第三齿轮由上述脚蹬杆中的 一个驱动，可在上述脚蹬轴上自由转动；第四齿轮固定在上述脚蹬轴 上；啮合装置连接于上述第三和第四齿轮，使上述第三和第四齿轮可沿 相反方向绕上述轴线所述的脚蹬机构，其特征在于，上述齿轮和啮合 装置是伞齿轮。

　　14： 如权利要求10所述的齿轮机构，其特征在于，上述驱动装置还 包括可在上述脚蹬轴上自由转动的脚蹬链轮和将上述第一齿轮固定在 上述脚蹬链轮上的装置，使得上述第一齿轮和上述脚蹬链轮一起在上述 脚蹬轴上转动。

　　15： 如权利要求1所述的脚蹬驱动自行车，其特征在于，上述脚蹬杆 中的一个被安装成可相对于上述脚蹬轴自由转动并包括反向装置，上述 反向装置响应上述脚蹬杆中的一个杆绕上述脚蹬轴的反时针转动来驱 动上述脚蹬轴顺时针转动，并响应上述脚蹬杆之一的绕上述脚蹬轴的顺 时针转动来驱动上述脚蹬轴反时针转动。

　　16： 如权利要求15所述的脚蹬驱动自行车，还包括选择性地将上述 脚蹬杆中的上述一个杆连接到上述脚蹬轴上的装置，从而驱动上述脚蹬 轴以和上述脚蹬杆中的上述一个杆的转动方向相同的方向转动，或将上 述脚蹬杆中的上述一个连接到上述反向装置上完美体育，从而使上述脚蹬轴以和 上述脚蹬杆中的上述一个杆的转动方向相反的方向转动。

　　17： 一种驱动自行车的脚蹬机构，包括： 脚蹬轴； 左脚蹬杆，其一端装在上述脚蹬轴上； 右脚蹬杆，其一端装在上述脚蹬轴上； 装在上述左脚蹬杆上的左脚蹬； 装在上述右脚蹬杆上的右脚蹬； 第一齿轮，通过单向离合器装在上述脚蹬轴上，从而可在上述脚蹬 轴反时针转动时自由转动，但随同上述脚蹬轴一起顺时针转动且由上述 脚蹬轴驱动； 第二齿轮，通过单向离合器装在上述脚蹬轴上，从而可在上述脚蹬 轴顺时针转动时自由转动，但随同上述脚蹬轴一起反时针转动且由上述 脚蹬轴驱动； 第三齿轮，连接于上述第一齿轮和第二齿轮，使得上述第一和第二 齿轮可在上述脚蹬轴上沿相反方向转动。

　　18： 如权利要求18所述的脚蹬机构，其特征在于，上述右脚蹬杆被 安装成可在上述脚蹬轴上自由转动，该脚蹬机构还包括：第四齿轮，被 安装成可在固定于上述右脚蹬杆上的上述脚蹬轴上自由转动；第五齿 轮，固定在上述脚蹬轴上；第六齿轮，连接于上述第四和第五齿轮，可 使上述第五和第四齿轮相对于上述脚蹬轴的轴线沿相反方向转动；及用 于连接上述右脚蹬杆的装置，可以随同上述第四齿轮一起转动并驱动上 述第四齿轮。

　　在自行车的基本设计中，自行车后轮的链轮通过由脚蹬轴驱动的链轮上的自行车链驱动，该脚蹬轴又由骑车人的双腿和双脚蹬在一对固定在该脚蹬轴上的自行车脚蹬而驱动。

　　对于普通的向前运动的自行车，骑车人对脚蹬施力，使它以与向前运动的车轮相同的转动方向转动。(此转动方向以后称作为“向前方向”，相反的方向以后称作为“反方向”。在一般情况下，我们把自行车许多部件的转动方向称作顺时针方向或反时针方向。在这种情况下，假定是从自行车的右侧观看自行车，在所有的图中也是从右侧观看自行车及自行车零件。)当今使用地普通自行车不能反方向操作。对于这些自行车，当车子向前运动时，脚蹬可以沿反时针方向转动，但是这种转动不对车轮施加力。因此对于先有技术自行车，仅在使脚蹬以向前方向转动时才能将力施加在车轮上。通常仅在向下蹬脚蹬时才将力施加在后轮上；但是，骑车人最普通的作法是将鞋夹紧在脚蹬上，由此可在脚蹬向上运动时对后轮施力。在先有技术的自行车中，决不会由于脚蹬的反向运动对车轮施加向前的力。下面的改进将增加自行车作为健身设备的价值，并且还可以提供另一种着重使用不同腿部肌肉和有关肌肉的蹬动方法，这将提高长途骑车旅行的耐力。

　　需要一种自行车的机构，该机构在脚蹬向前和反向运动时均可以使骑车人对车轮施加向前驱动的力，从而获得增强的操作性能。

　　本发明提供一种自行车附件，该附件使得除通过向前转动自行车脚蹬对后轮施加向前的力而外，还可以通过反向转动上述脚蹬向自行车的驱动轮施加向前的力。在一个优选实施例中各个脚蹬可以同时以相对的万向转动。

　　本发明很适合于为使用者提供一种具有多种练习方法的健身器材以便健美大腿、腿筋、小腿肚、腹部、背部与各上前部肌肉，以及侧部肌肉。本发明提供常规的反向蹬动、往复正向蹬动、往复反向蹬动、袋鼠跳动式或跳杆跳跃式蹬动，以及相对蹬动(交替地向前和向后)。

　　本发明装置是不引人注意的，从自行车的右侧几乎看不见。本发明重量轻，可以很容易装在大部分现有的自行车上或包括进新型自行车的设计中。

　　图5是部分为剖视图的图3A所示实施例的顶视图，此实施例经过改进具有活动式切换装置，从自行车把手上通过该切换装置可以选择向前或反向蹬动和脚蹬的相对位置；

　　图1A和1B示出本发明的一个实施例，该实施例通过向前或反向转动脚蹬使自行车向前运动。该实施例通过将特定的装置加装在标准的自行车上而形成。附加的装置在图1中示于虚线B示出涉及本发明的标准的自行车部件。左脚蹬2和右脚蹬3通过脚蹬杆4和5分别固定在脚蹬轴6上。座位支管12和下支管14形成自行车车架。前轮6、驱动轮10、驱动链13和脚蹬链轮15被连接在自行车车架上。

　　在此实施例中，脚蹬轴6由适配器29加长，使得可以加上示于图1A的齿轮装置。增加的部件是伞齿轮16、18和反向伞齿轮20。反向齿轮20是匹配齿轮16和18的齿轮，它在反向齿轮轴22上转动，该齿轮轴22在装于支架26中的轴承24中转动，该支架26通过紧固件28固定在下支管14上。齿轮16装在单向离合器17上，该离合器17使齿轮16在轴6以反时针方向转动时可自由转动(即不施加动力于曲轴上)，但可随轴6一起顺时针方向转动并驱动轴6(即向曲轴施加动力)。齿轮18装在单向离合器19上，该离合器19使齿轮18在轴6以顺时针方向转动时可自由转动，但是在反时针方向上随轴6一起转动并驱动轴6。齿轮16由紧固件30固定而随同脚蹬链轮15一起转动。脚蹬杆4和5被固定在轴6上并随轴6一起转动。链轮15通过轴承11装在轴6上而可以自由转动。

　　当骑车人沿顺时针方向转动脚蹬2和3时，脚蹬轴6也顺时针方向转动，脚蹬轴6的顺时针转动使单向离合器17啮合，该单向离合器17又使伞齿16与脚蹬轴6一起沿顺时针方向转动。这种作用通过紧固件30将顺时针运动加在脚蹬链轮15上、因而沿顺时针方向驱动链条13、后链轮和后轮10。

　　伞齿轮16的向前转动除将顺时针的转动加在紧固件30上而外，还通过反向齿轮20使伞齿轮18反时针转动，但单向离合器19不啮合，所以可允许伞齿轮18沿反时针方向转动，而此时脚蹬轴6沿顺时针方向转动。

　　当骑车人沿反时针方向转动脚蹬2和3时，脚蹬轴6也沿反时针方向转动。脚蹬轴6的反时针转动使单向离合器19啮合，由此使伞齿轮18与脚蹬轴6一起沿反时针转动。伞齿轮18的反时针转动通过反向齿轮20使得伞齿轮16顺时针转动。脚蹬轴6沿反时针方向转动时，伞齿轮16可以顺时针转动，因为脚蹬轴6反时针转动时单向离合器17不啮合。这种作用驱动脚蹬链轮15绕轴承11顺时针转动，而此时脚蹬轴6沿反时针方向转动。如前所述，伞齿轮16的顺时针转动使后轮10通过紧固件30、链轮15、链条13和后链轮沿顺时针方向转动。

　　当脚蹬以向前方向或相反方向转动时齿轮18和20的转动不会造成能量或总的自行车效率的任何显著损失。由于有一些小的传动损耗，所以自行车的总效率有些降低，但不会太大。我们估计，在传动中的这种效率损失实际上是察觉不到的。

　　因此，根据这种改进，骑车人可以交替地顺时针或反时针蹬自行车。本实施例可以采用的蹬自行车的方式包括向前蹬动、反向蹬动、剪刀式左侧蹬动和剪刀式右侧蹬动(见图7)。这种脚蹬转动的变化以稍为不同的方式利用了腿部和相关的肌肉组，这增加了总耐力，使骑车人可以较轻松地进行长距离骑车。

　　齿轮16和18的尺寸最好适于装在现有曲轴的直径上。这一领域的技术人员将看到，很多尺寸和安排的齿轮装置也可以有效地工作。应采用先有技术中熟知的方法为传动装置提供适当的外罩。

　　图2A和2B示出采用如图1A和1B所示相同部件的稍为不同的实施例。图2A和2B不同于图1A和1B之处仅在于脚蹬的位置。具体是，在图2A和2B中，两个脚蹬杆4和5彼此平行并向着自行车的前方。因为每个脚蹬杆是固定在脚蹬轴6上的，所以脚蹬杆4、5保持彼此平行。

　　在此实施例中，骑车人的鞋子应当牢固地固定在脚蹬2和3上。可以采用市售的装置例如脚趾皮带扣将鞋牢固地固定在脚蹬上，或采用可直接栓接在脚蹬2和3上的鞋。

　　为驱动自行车，骑车人同时下蹬脚蹬2和3，接着同时上提脚蹬2和3。向下的冲程和向上的冲程均将动力加在后轮10上。具体是，当骑车人向下蹬脚蹬2和3时，固定在脚蹬杆4和5上的脚蹬轴6便顺时针方向转动。脚蹬轴6的顺时针转动使单向离合器17啮合，这又使伞齿轮16与脚蹬轴6一起沿顺时针方向转动。如前所述，伞齿轮16的顺时针转动便通过紧固件30、脚蹬链轮15和链条13使后轮10顺时针方向转动。

　　当骑车人上提脚蹬2和3时，脚蹬轴6便向反时针方向转动。脚蹬轴6的反时针转动使得单向离合器19啮合，由此使伞齿轮18与脚蹬轴6一起沿反时针方向转动。伞齿轮18的反时针转动使得伞齿轮16通过反向齿轮10的作用而顺时针方向转动。伞齿轮16可绕反时针转动的脚蹬轴6顺时针转动，因为单向离合器17当脚蹬轴6反时针转动时不啮合。伞齿轮16的顺时针转动通过紧固件30、脚蹬链轮15和链条13也使后轮10顺时针转动。

　　如果需要，可在2：00点钟的位置和4：00点钟的位置处设置限制器，将脚蹬的运动限制在2：00点钟和4：00点钟位置之间。或者，可在位置配置限制器，以便提供各种向后和向前、顺时针或反时针的腿部运动。这些选择中很多可对腹部、臀部和有关的肌肉提供更好的锻炼。采用本发明的此实施例，骑车人可以以下述方式蹬自行车：平行向前、平行向后和向下摇摆。(见图7)

　　图3A和3B示出一个实施例，该实施例在脚蹬2和3同时以相对方向转动时可形成自行车的向前运动，这使得往复的脚蹬运动驱动自行车向前。交替运动可从任一主象限开始。该实施例包括图1A和1B所示的部件和两个附加的伞齿轮32和34(类似于齿轮16和18)。应当注意到，仅仅为了例示方便才在自行车车架的右侧示出齿轮组。本领域的技术人员将会看到，可以在自行车的左侧放置一组齿轮，或可以将两组齿轮放在下部支架的罩子中(曲轴箱)。反向从动齿轮40与齿轮32和34匹配，齿轮40在反向轴42上转动，该轴又在装于车架2上的轴承44中转动。齿轮32固定在脚蹬轴6上，齿轮34在轴承36上可绕脚蹬轴6自由转动。右脚蹬杆5也可在轴承47上绕脚蹬轴6自由转动。因为齿轮32和34的配置，所以脚蹬2和3必然以相反方向转动。因为齿轮32被啮合在齿轮34中，所以脚蹬3以相反于脚蹬轴6的转动方向转动，而脚蹬2的转动方向与脚蹬轴6相同。因为上述配置，所以脚蹬的往复运动将产生自行车的向前运动。用于爬梯式腿部运动的此实施例除开锻炼的腿部肌肉而外，可以极好地锻炼臀部和更大的小腿肚肌肉。采用本发明的这一实施例，骑车人可以下列方式蹬车：平行交替向前蹬、平行交替向后蹬、半月形交替向下蹬、反转右侧蹬动、反转左侧蹬动、向前爬楼梯式蹬、向后爬楼梯式蹬、双向左侧蹬和双向右侧蹬(见图7)。也可结合限制器，使脚蹬的交替运动分别限制在7：00点钟到11：00点钟之间和1：00点钟到5：00点钟之间。

　　具体是，当沿顺时针方向驱动脚蹬臂4时，固定在脚蹬臂4上的脚蹬轴6也沿顺时针方向转动。这个作用使单向离合器17啮合，由此使伞齿轮16与脚蹬轴6一起顺时针方向转动。伞齿轮16的顺时针转动通过紧固件30、脚蹬链轮15和链条13使后轮10也顺时针转动。伞齿轮16的顺时针转动通过反向齿轮20使伞齿轮18沿反时针方向转动。伞齿轮18可以绕顺时针转动的脚蹬轴6转动，因为单向离合器19当脚蹬轴6沿顺时针方向转动时不啮合。

　　当脚蹬杆4反时针方向被驱动时，脚蹬轴6也沿反时针方向转动。这种作用使单向离合器19啮合，由此使伞齿轮18反时针转动，与脚蹬轴6转动一致。伞齿轮18的反时针转动使伞齿轮16通过反向齿轮20沿顺时针方向转动。伞齿轮16能够绕反时针转动的脚蹬轴6顺时针转动，因为单向离合器17在脚蹬轴6反时针转动时不啮合。伞齿轮16的顺时针转动通过紧固件30使脚蹬链轮15顺时针方向转动。脚蹬链轮15可以绕轴承11顺时针转动，同时脚蹬轴6反时针转动。脚蹬链轮的顺时针转动通过链条13使后轮10顺时针转动。

　　当顺时针驱动脚蹬杆5时，伞齿轮34也通过紧固件38顺时针转动，该紧固件38固定地装在脚蹬杆5和伞齿轮34上。这种作用通过反向齿轮40使伞齿轮32反时针转动。因为伞齿轮32固定在脚蹬轴6上，所以脚蹬轴6将与伞齿轮32一起反时针转动。脚踏轴6可沿脚蹬杆5的相反方向转动，因为脚蹬杆5在轴承47上绕脚蹬轴6转动。脚蹬轴6的反时针转动使单向离合器19啮合，由此使伞齿轮18反时针转动，与脚蹬轴6转动一致。伞齿轮18的反时针转动通过反向齿轮20使伞齿轮16顺时针方向转动。伞齿轮16的顺时针转动通过脚蹬链轮15和链条13使后轮10也顺时针转动。

　　在反时针驱动脚蹬杆5时，伞齿轮34也通过紧固件38反时针转动。这种作用通过反向齿轮40使伞齿轮32顺时针转动，该反向齿轮40又使脚蹬轴6顺时针转动，因为伞齿轮32固定在脚蹬轴6上。脚蹬轴6的顺时针转动使得单向离合器17啮合，由此使伞齿轮16和脚蹬链轮15顺时针转动。

　　将脚蹬杆5连接在法兰46上而不是连接在齿轮34上可以以连续方式操作自行车，两个脚蹬如前两节所述以相同方向转动。因为法兰46和脚蹬杆4被固定地连接在脚蹬轴6上，所以脚蹬杆4、法兰46(和脚蹬杆5，当其与法兰46连接时)和脚蹬轴6总是以相同方向转动。

　　自行车可以装在固定的健身练习架例如Minoura和Blackburn公司销售的装置上。结果，大多数普通的自行车可以改成多功能健身器，提供范围很广的多种健身方法。

　　本领域的技术人员将会注意到，在上述的本发明的所有实施例中，两脚蹬以相同的速度在相同方向或不同方向转动。在任一情况下，相对开始位置都是重要的。这些开始位置可以以各种各样的方式确定，例如将脚蹬杆按特定的相对位置固定在脚蹬6、齿轮34或法兰46上。

　　当骑车人在道路上骑行时，可以提供使骑车人随意选择脚蹬相对位置和相对转动方向的可能性。采用图5和图6所示的装在车把上的包括的离合装置可以实现这一点。如图5所示，脚蹬轴和齿轮的基本配置与图3A和3B所示相同。但加上了定位圆盘50、52以及控制圆盘54和销56。定位圆盘52装在齿轮34上，可在脚蹬轴6上自由转动。定位圆盘50固定在脚蹬轴6上。脚蹬杆5在轴6上自由转动，并通过支架58可滑动地连接在控制圆盘54上。利用位移机构62可使控制圆盘54沿轴6进行轴向移动，该位移机构通过装在车把66上的操作杆64远距离操纵。绳68构成操作杆64和位移器62之间的联接。图6示出定位圆盘50和控制圆盘54的侧视图。定位圆盘50和52具有与脚蹬轴中心轴等距的四个孔，代表四个主象限。控制圆盘54具有两个销56，该销分开180°，和定位圆盘50和52上的孔匹配。控制圆盘54的边缘由位移机构62通过滑动接头63固定在特定的位置。当骑车人移动位移器64时，控制圆盘54便沿脚蹬轴6进行轴向位移。当位移器64置于“O”时，啮合销56便啮合用于交替蹬动(右侧脚蹬的转动方向与左侧脚蹬和脚蹬轴的转动方向相反)的定位圆盘52。这种作用是由于定位圆盘52固定在伞齿轮34上并因此沿与伞齿轮34相同的转动方向转动造成的。当脚蹬轴4顺时针转动时，伞齿轮34反时针转动，因此使定位圆盘52反时针转动，由此确定脚蹬杆5反时针转动，因为该杆通过销58连接在控制圆盘54上。当位移器64被扳到位置S时，啮合销58啮合用于连续向前或反向蹬动(右侧脚蹬的转动方向与脚蹬轴6和左侧脚蹬的转动方向相同)的定位圆盘50。因为定位圆盘50固定在脚蹬轴6上，所以定位圆盘50的转动方向与脚蹬轴6和脚蹬杆4相同。当控制圆盘54啮合定位圆盘50时，控制圆盘以与定位圆盘50相同的转动方向转动，因此通过销58使脚蹬杆5以与脚蹬杆4相同的方向转动。在位移器64位于中间位置N时，脚蹬可以运动到任何彼此相对的位置。但是，当位移器64位于中间位置时，脚蹬5不能将任何力施加在本发明的传动装置上。

　　虽然本发明已经用上述伞齿轮进行了描述，但是本专业的技术人员将会看出，可以采用很多的齿轮配置而得到基本上相同的结果。一个很好的替代方案是应用正齿轮来达到上述反向效果。图4示出如何用正齿轮达到反向效果。驱动轴75固定在齿轮71上，该齿轮71啮合在轴77上转动的从动齿轮72。齿轮72的宽度比齿轮71和74的宽度大。在轴78上转动的从动齿轮73啮合从动齿轮72及齿轮74。从动齿轮73的宽度比齿轮71和74的宽度大。输出轴76固定在齿轮74上，并与输入轴75同心。从动齿轮和齿轮71、74之间的间隔使得它们彼此之间不会联锁，这样便可以在输入轴75和输出轴76之间达到同心反转。本专业的技术人员也会看到，采用链条和链轮配置也可以达到这些反向效果。事实上，本申请人也采用链条和链轮装置构造它们的作为第一证明的重要示范模型，并且工作地相当好。

　　尽管上述说明包括许多特殊性，但是读者不应当把这些特殊性看作为对本发明范围的限制，只能看作为是本发明优选实施例的例示。本专业的技术人员将会看到属于本发明范围的许多的可能变型。因此要求读者根据所附权利要求或它们的等效法律文件来确定本发明的范围，而不要用举出的例子来确定范围。

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　　一种自行车机构，除通过自行车脚蹬的向前转动将向前的力施加在自行车的驱动轮上以外，还可通过上述脚蹬的向后转动将向前的力施加在驱动轮上。优选实施例允许其中一个脚蹬沿一个方向转动，而另一个脚蹬沿相反方向转动。 。