本发明涉及一种力矩放大式运动装置，特别适用于自行车。 目前已实现许多种属于已知技术的运动装置，这些装置都是力图实现在提高自行车运行所必需的力矩的同时保持肌肉力量基本上恒定这样的目的。
一种最直接的解决方法是通过增大曲柄的长度来提高所需的力矩。
这种方法在原理上虽然正确，在实际上也能实施，但却存在着一些缺点。
第一个缺点是必需提高曲柄的旋转轴相对地面的高度，以便允许脚蹬（当它处在最低的死点位置时）和路面之间有一定的安全高度，防止脚蹬刮擦地面。
第二个缺点是由于下述这样的事实所引起，即这种方法必须提高为实现脚在脚蹬上的推力所必需的腿的骑蹬角。
最后一个缺点是由上述第二个缺点引出来的，即这种方法使得用于在脚蹬上施加推力的直线地倾角增大，从而使推力值也相应地增大，而用来产生运动的垂直分量则仍保持不变。
本发明提出的目的之一是实现一种力矩放大式运动装置，它能提高自行车后轮的力矩，却避免上述的缺点。
另一个目的是关于提高有效力矩，而同时却保持脚蹬的旋转半径等于标准型自行车中同样的脚蹬所具有的旋转半径的可能性。这样也就达到另一个目的，使得蹬车运动所需的体力保持不变。
第二个优点是使用非常低的齿轮传动比的可能性（甚至在自行车从静止位置启动的阶段），因为力矩放大装置显著地降低了开始启动所需的力。
另一个优点在于，由于有较高的力矩利用率，使得在加至脚蹬上的力保持不变的情况下，由于能产生更大的功率而得到较高的自行车前向速度。
再一个优点（但不是最后一个优点）在于，作为本发明对象的这种运动装置能适用于任何自行车，而无需对自行车进行任何机械的或结构的改动，仅只需把所介绍的运动装置的组成部件加上即可。
上面介绍的目标和优点和其它好处将在下文中得到更好的解释，它们都是由于采用这种力矩放大式运动装置来达到的，它特别适用于自行车。根据本专利的权利要求，这种运动装置包括二根杆，每根杆的形状为另一根杆的镜象，在其中间位置上钻孔，在孔中啮合有二个圆柱形轴销，上述的轴销将每根杆与自行车曲柄的每个端部相连接，其特征在于每根杆具有一个呈倾斜轴的端部，在它末的末端部位钻孔，以便于容纳脚蹬;而杆的另一端最好具有圆柱形横截面，以便于在一个具有圆形引导截面的管状支撑件内滑动。其特点还在于，上述的管状引导支撑件用螺栓固定在自行车的后叉上，以及当由于脚蹬的旋转运动使杆作运动期间，上述的支撑件随着杆而围绕着固定点旋转。
从下述对本发明的最佳实施例的说明中将能更好地理解其它的结构和功能方面的详细情况，采用举例来说明，但这不意味着其应用范围受此限制。下述的一组图进一步展示本发明的细节，其中：
图1显示出装有本发明的力矩放大式运动装置的自行车;
图2为杆-脚蹬-曲柄连接的详图;
图3、4、5、6、7表示在运动的不同阶段，脚蹬、连杆、曲柄和杆的相对位置;
图8为装有杆的滑动支撑件的自行车后叉的详图;
图9为按装完毕的力矩放大式运动装置的俯视图;
图10为本发明的运动装置的一般位置图;
图11示出由于曲柄引起的力矩过程;
图12表示的是与运动装置的连杆有关的力矩过程;
图13为由于运动装置的二个力矩所合成的力矩图;
图14为在运动装置的杆和导管之间连接的另一种结构;
图15为图14的连接的又一种不同结构。
由图1和2可见，杆1和2的延长后端3和4具有固定的圆形截面，而其前端7和8则带有倾斜角γ（相对于杆的轴线）;上述的杆与曲柄9和10的头11和12相连接，并在固定于自行车后叉13上的圆柱形管状支撑件5和6内作轴向滑动，这在图8和9上清晰可见。
从图2可看到杆1和2与它们各自的曲柄9和10连接的详细情况。
杆1和2各有一个孔，在这二个孔内的轴销17和16通过插入一个轴衬套固定于曲柄9和10，再用一个螺帽固定。
连杆7和8在其端部有孔22和23，以便于容纳脚蹬24和25。推动力通过连杆7和8以及轴销17和16传递至曲柄9和10，使它们围绕着轴28旋转，这又使得与轴刚性连接的轮盘29旋转。
这意味着通过链条30把运动传递到飞轮31，从而使得与飞轮刚性连接的后轮32旋转，最后使自行车作前向运动。
为了说明所讨论的本发明的优点，参见图3、4、5、6和7，它们顺序地表示出在一个完整的顺时针旋转过程中，脚蹬24和25、连杆7和8、曲柄9和10相互之间所取的相对位置。它取曲柄的二个头之一，从上死点开始，在围绕着旋转中心18作顺时针旋转360度一周后到达新的上死点为止的过程加以说明。
图3表示的是曲柄头11和12相互之间分别在其上死点和下死点的起始位置。
在这种状态下，作用在脚蹬25上的一个垂直力F和作用在脚蹬24上的一个垂直力F1在轴28上产生一个合成力矩，它等于力F和F1分别乘以连杆7和8的长度在水平方向上的投影长度。
基于上述情况，如果我们用l表示连杆7和8的长度，α和α1分别表示由其纵轴相对于水平方向所形成的角度，则力矩可以用以下解析形式的方程表示：
MT3＝F×lcosα+F1×lcosα1
由此，本发明的第一个优点就显而易见。此时在轴28上能得到一个不为零的力矩，虽然曲柄头11和12分别处在它们的上死点和下死点位置上，而在普通类型的自行车中是不能获得这种情况的。
继续作顺时针旋转。脚蹬和它们各自的连杆和曲柄将取得的下一个顺序位置如图4所示，此时脚蹬24处于其下死点。在这种情况下，脚蹬24和作用其上的相应的垂直力F1没有推动作用，因为这时力F1相对于旋转中心28的力臂为零，而垂直作用在脚蹬25上的力F则继续起作用。如果用b表示曲柄的长度，其力矩可用下述解析形式给出：
MT4＝F×（lcosα′+bsinβ）
再继续旋转，脚蹬、连杆和曲柄所取得的下一个顺序位置示于图5，此时脚蹬9和10都处于水平位置。在这种情况下，脚蹬24朝着上死点向上旋转，已经丧失其推动作用，因为垂直力F1不再作用其上，而脚蹬25相对于旋转轴28继续施加一个力矩，因为它继续受着作用于其上的向下垂直力F的作用。
由力F通过脚蹬25所传递的力矩可用解析形式表示如下：
MT5＝F×（b+lcosα″）
在脚蹬25上的力F继续向下作用，将继续顺时针旋转。图6示出的是脚蹬25，连杆27和曲柄9在某个瞬间的相对位置。
对这个位置加以研究是重要的，因为在这个位置上连杆7的纵轴取水平方向，而曲柄9的纵轴相对于垂直方向则形成一个β′角。
这个位置所传递的力矩可用下述解析形式的方程表示：
MT6＝F×（l+bcosβ′）
在作用于脚蹬25上的垂直力F的作用下，再继续使脚蹬围绕着旋转中心28进行旋转，脚蹬、连杆和曲柄的相对位置将达到图7所示的情况，此时曲柄头11到达其下死点，而曲柄头12则到达其上死点，与上面图3所表述的相同情况将再次发生，但是，此时已围绕着轴28旋转了180度。
由作用在脚蹬上的力传递至轴28的力矩与上面介绍的相似，具体的解析形式如下：
MT7＝F1×lcosα+F×lcosα1
可以看到，表示MT7的方程与表示MT3的方程完全相同，仅把F和F1相互替代而已。
从这一位置起，在脚蹬24上的力F1的作用下继续旋转，该脚蹬将从其上死点向其下死点运动，围绕着其旋转中心28完成一个180度旋转，然后，将再次重复出现上面图4、5、6和7已看到和分析过的相同情况。
对于表示传递至轴28的力矩值方程的分析可得出这样的结论，即不存在运动上相配合的一对α和β值能使得上述方程的第二项为零。因此，本发明所提出的解决方法实现了一种力矩永不为零的传动。
很容易理解，所建议发明的另一个优点是实现一种更为均匀的运动，因为在每一瞬间都出现正的力矩。
对上述各图中所表示的在各种情况下，描述所传递的力矩的方程作进一步分析，可以看到总存在一个附加项F×l，这是由于在所研究的运动装置中存在长度为l的连杆7和8所引起的。
在分析项中存在长度为l的这种连杆引起所传递的力矩值的增大，它加至由于存在长度为b的曲柄所作用的力矩值上。曲柄在各图中以数字9和10表示。
相应地，这个事实也说明了作为本发明另一个优点，因为它产生这样一种传动，即不仅不存在零力矩的瞬间（这点在上面已说明），并且还能提供更高的力矩值。此外，此结果是在不改变通过曲柄旋转中心的轴28相对于地面的高度，也不增大为实现脚在脚蹬上的推力所需的腿的骑蹬角度的情况下取得的。实际上，从图9可见，曲柄9和10围绕着旋转中心28描出一个圆，其半径等于以字母b表示的曲柄的长度，而脚蹬24和25是分别装在轴51和53上，围绕着轴54旋转。
按照图9上给出的尺寸，其中b表示曲柄9和10的长度，l表示连杆7和8的长度，可以看出在轴51和53之间的距离等于长度26，即为二倍曲柄长度，这意味着脚蹬所绘出的圆周的直径在360度旋转期间等于曲柄9和10的头11和12在同一旋转过程中所绘出的圆周的直径。
由于这一原因，在骑蹬自行车（装有本发明的运动装置）时所感觉到的脚在脚蹬上的推力的实际感觉与在骑蹬标准自行车时所感觉到的相同。
由力F和F1（它们分别作用在作为本发明对象的力矩放大式运动装置的脚蹬24与25上）产生并传递到轴28上的力矩示于图13。它的横座标以弧度值表示出在0～360度旋转期间曲柄头11和12所取的各种位置，而力矩值则给出在纵座标上。
上述图形是利用作用的叠加原理得到的，它允许分别对由它们各自产生的力矩进行分析然后再将它们相加，面对曲柄9和10以及由连杆7和8产生的总的力矩进行分析。
下面研究图10，它给出杆1、与它相连的曲柄9以及连杆7（此图也同样适用于杆2、与它相连的曲柄10以及连杆8），作用在连杆7上的力F所产生的力矩在图12的纵座标上给出。
作用在曲柄9上由同一个力所产生的力矩在图11的纵座标上给出，它也表示在具有同样长度曲柄的标准自行车上，由于脚在脚蹬上的推力所产生的力矩的变化范围。
图13表示出图11和图12的和。
由图13、12和11可见，与零弧度的位置（参照图3的运动装置的位置）相对应的是在图13的纵座标上点R0值所给出的力矩。
上述的值是由于曲柄9和10的作用得出的力矩（其值相应于图11的点A0）和由于连杆7和8的作用得出的力矩（其值分别相应于图12上的点Bo和B′o）的和。
同样，与π/2弧度的位置（参照图5上的运动装置的位置）相对应的是，由图13上的点Rπ/2相对应的纵座标值所给出的力矩。该力矩值是由图11和图12上相应的点Aπ/2和点Bπ/2所给出的力矩值之和。
由图13上点Rx相对应的纵座标值所给出的力矩相应于图4上运动装置的位置，它相应于x弧度表示的位置。
上述的值是由于图11上的点Ax和图12上的点Bx和B′x相应的值之和给出的。
由图可见，与x弧度的位置相对应，图13在点Rx具有最小值，这是由于相应于点B′x的力矩值为零，因为脚蹬24在此位置上处于其下死点位置上，它已用完它的推动作用。图6的运动位置相应于在π/2和π弧度之间所形成的Y弧度的位置，力矩值为Ry，此结果是由分力矩By和Ay的和所决定。对于在π和2π弧度之间的位置，上述情况将重复发生。
由此明显可见，作为所介绍的本发明力矩放大式运动装置是怎样达到提出的所有目标的。
根据图13的分布表示出的关于上述力矩方程的函数变化情况可见，最小和最大力矩是角度β的函数，这反映出杆1和2的特征，就力矩的最大值而言，假定连杆7和8的长度相等，它们决定于角度γ。
很明显，参数γ和l的最佳选择是按照需要而定，以避免在下死点处脚蹬和地面相接触。
图14所示的为这种解决方法的另一种方案，它用一个管63代替导管6，管63较长，但在另一方面则缩短了杆2，以避免上述的杆突出于车轮的后轴55之外。
图15示出另一种结构方案，其中杆2为管62所代替，在该管内装有圆柱形杆61，杆61通过轴销64固定于自行车的后叉上，轴销与上述的后叉相连接并允许其作摆动。在这种情况下，在运动装置的运动期间，后部的突出问题也被防止。
在具体实施时，本发明可采取不同于上述说明的形状，还可在本发明的范围内增加有建设性的改进。