在狭小空间实现自行车户外运动功能的装置
技术领域
本发明涉及健身器材领域，更具体地说，涉及一种在狭小空间实现自行车户外运动功能的装置。
背景技术
在当今全民提倡运动健身的背景下，很多人都拥有自己的家庭健身器材。现有的跑步机、动感单车是大部分人的首选，然而在使用跑步机、动感单车等设备健身时，设备都是固定不动的，多人无法进行比赛，缺乏竞技比赛的趣味。
CN104826316B公开了一种自行车减速训练装置，但是其存在以下缺点或不足：
1、由于只有两级减速，减速比不够只能用于室外训练。2、体积大、制造成本高。3、连接方式非常不可靠，人骑车重心与地面距离不会低于1m，并且基本是单点固定，几乎克服不了骑行车侧倒的力。4、通用性不强，14寸到29寸自行车的尺寸和结构差异非常大，其与大部分车子的连接可能性几乎是零。5、一个滚筒或者两个滚筒上面轮胎的变形是非常大的，造成很大的阻力很难骑行，而有氧运动是指强度低且富韵律性的运动，其运动时间较长，约30分钟或以上，运动强度在中等或中上的程度，骑行阻力太大时无法做到。6、自行车的骑行往前有很大的惯量，其没有模仿自行车行进惯量的惯量轮，基本没有正常骑自行车的感觉。7、无法根据训练需要调节合适的骑行阻力。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种在狭小空间实现自行车户外运动功能的装置，可以与各种不同尺寸和结构的自行车配合使用，在狭窄空间实现慢速骑行，并且骑行感受与正常骑行时相同。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种在狭小空间实现自行车户外运动功能的装置，包括机架、支撑臂、顶杆、传动结构和惯量飞轮，所述支撑臂的一端铰接在机架上，所述支撑臂的另一端设有两个相对设置的顶杆，通过所述顶杆将自行车的后轮车轴固定在支撑臂上，所述传动结构包括滚轴、减速箱和驱动轮，所述滚轴与自行车轮接触并传动扭矩，所述滚轴与减速箱连接，所述减速箱通过皮带和皮带轮与驱动轮连接，所述驱动轮安装在机架上，所述惯量飞轮固定在滚轴的一端。
上述方案中，所述机架和支撑臂之间还设有调节杆，所述支撑臂上设有第一支座，所述机架上设有第二支座，所述第一支座上设有带螺纹孔的螺纹孔轴，所述第二支座上设有带盲孔的盲孔轴，所述调节杆上设有外螺纹，所述调节杆的一端穿过所述螺纹孔轴的螺纹孔并插入盲孔轴的盲孔内。
上述方案中，所述机架上设有辅助轮。
上述方案中，还包括磁阻尼机构，所述磁阻尼机构包括紫铜环、固定座、铷磁铁、导杆、弹簧和调节开关，所述铷磁铁安装在固定座上，固定座滑动安装在导杆上，所述导杆上还套装有抵住所述固定座的弹簧，所述惯量飞轮带动紫铜环转动，所述调节开关通过钢丝绳与所述固定座连接；
初始状态下，弹簧弹力推动固定座滑到导杆最下端，此时铷磁铁在紫铜环外处于完全脱开的状态，此时无任何无磁阻力，调节调节开关，钢丝绳拉动固定座向上移动，铷磁铁与紫铜环产生靠近，随惯量飞轮转动的紫铜环切割磁感线产生电流，并在紫铜环内部产生涡流消耗能量从而提供阻力，当铷磁铁与紫铜环完全重合时，此时通过紫铜环的磁通量最大，产生的电流与阻力均为最大值。
上述方案中，所述减速箱内部的多级传动齿轮为塑料齿轮。
上述方案中，所述机架下端设有可拆卸底座。
上述方案中，所述顶杆包含把手、杆套、螺杆和卡槽座，所述螺杆穿过杆套与卡槽座连接，通过两侧的卡槽座夹紧自行车的后轴螺母。
上述方案中，所述卡槽座和杆套之间为可转动连接。
上述方案中，所述辅助轮宽度为180～220mm。
实施本发明的在狭小空间实现自行车户外运动功能的装置，具有以下有益效果：
1、本发明装置在使用时，首先与普通自行车的后轮轴进行连接，自行车的后轮车轮与滚轴接触，骑行时，对脚踏施加作用力，后轮转动时带动滚轴转动，通过减速箱和带传动的方式带动驱动轮转动，正常骑行速度通过减速箱大幅度减少，从而实现自行车慢速前行移动，通过设置惯量飞轮使骑行时能够达到自正常行车骑行中的惯量，保证骑行运动的顺畅。
2、通过涡流效应使用铜片和稀土永磁铁，施加阻力达到上坡阻力的效果，实现更多的骑行场景。
3、减速箱和驱动轴之间采用皮带传动的方式连接，利用皮带过载打滑的特性来保护减速箱不受损坏，因此减速箱可以采用塑料齿轮组，可以进一步减轻装置重量，并且降低生产成本。
4、通过旋转调节杆可调节支撑臂与机架间的角度，以适配不同类型的车轮，减小轮胎和滚轴的压力，调节阻力，避免骑行困难。
5、机架上设有辅助轮，既可防止自行车倾倒、又使自行车能够有一定的摇摆空间。
6、机架下端配有可拆卸底座，通过安装底座抬高驱动轮可使驱动轮离地失效，从而达到静止不动也可使用的效果。此时，自行车可当作动感单车，一车两用，能满足客户功能多样性的要求。
7、当不使用此装置时可以向上翻转，直接将本装置翻起来挂在自行车后方，省去拆装步骤。
8、本发明在狭小空间里能够自由前行,完成在大自然或自行车赛场竞速的运动，增加健身的乐趣，家人或伙伴互相督促、鼓励，解决健身运动枯燥一般人不能坚持的问题。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明在狭小空间实现自行车户外运动功能的装置的结构示意图；
图2是图1的零件爆炸示意图；
图3是本发明装置的剖视图；
图4是磁阻尼机构的结构示意图；
图5是本发明在狭小空间实现自行车户外运动功能的装置的使用状态示意图；
图6是本发明装置向上翻转时的示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
如图1-5所示，本发明狭小空间实现自行车户外运动功能的装置包括机架2、支撑臂1、顶杆4、传动结构和惯量飞轮9。
支撑臂1的一端铰接在机架2上，支撑臂1的另一端设有两个相对设置的顶杆4，通过顶杆4将自行车的后轮车轴固定在支撑臂1上。传动结构位于壳体一18和壳体二19内部，其包括滚轴5、减速箱15和驱动轮7，滚轴5与自行车轮接触并传动扭矩，滚轴5与减速箱15连接，减速箱15通过皮带6和皮带轮16与驱动轮7连接，驱动轮7安装在机架2上，惯量飞轮9固定在滚轴5的一端。
本发明装置在使用时，首先与普通自行车的后轮轴进行连接，自行车的后轮车轮与滚轴5接触，骑行时，对脚踏施加作用力，后轮转动时带动滚轴5转动，通过减速箱15和带传动的方式带动驱动轮7转动，正常骑行速度通过减速箱15大幅度减少，从而实现自行车慢速前行移动。减速箱15减速比高达700多倍，可将正常的骑行速度大幅度降低，从而达到运动半小时仅在家骑行一圈的目的。通过设置惯量飞轮9使骑行时能够达到自正常行车骑行中的惯量，保证骑行运动的顺畅。
自行车行进过程中，由于自身有一定动能，此动能可以保持骑行的稳定性和顺畅度，即使在骑行过程中，脚踏上的力有所减小，自行车的运动状态也不会突然改变，而是根据脚踏上的力度变化而平稳改变。利用这一点，本发明在滚轴上增加一惯量飞轮。通过惯量飞轮的高速转动产生的动能来等效骑行的动能，达到模拟骑行的效果。
以70kg的人骑20寸自行车为例计算
车重按10Kg，人和车的总质量m＝70+10＝80kg；
20寸自行车骑行速度一般为10-15km/h，取10km/h＝10/3.6＝2.7m/S；
自行车前进的动能：E＝1/2mv^2＝1/2×80×2.7^2＝291J；
本发明惯量飞轮设计的转动惯量J＝3600kg.mm^2；
同样速度骑行时测得惯量飞轮的转速Wn＝3500r/min＝366rad/s；
惯飞量轮转动的动能W＝1/2Jw^2＝1/2×3600×10^(-6)×366^2＝241J；
考虑到本发明速度低，前进的动能可忽略不计。
由上述公式E≈W可知本方案和自然骑行的自行车顺畅度差不多，即可完全模仿现实的自行车。
进一步的，机架2和支撑臂1之间还设有调节杆3，支撑臂1上设有第一支座，机架2上设有第二支座，第一支座上设有带螺纹孔的螺纹孔轴22，第二支座上设有带盲孔的盲孔轴23，调节杆3上设有外螺纹，调节杆3的一端穿过螺纹孔轴22的螺纹孔并插入盲孔轴23的盲孔内。通过旋转调节杆3可调节支撑臂1与机架2间的角度，以适配不同类型的车轮，减小轮胎和滚轴5的压力，调节阻力，避免骑行困难。
进一步的，机架2上设有辅助轮8，辅助轮8宽度为180～220mm，优选为200mm，既可防止自行车倾倒、又使自行车能够有一定的摇摆空间，更加接近实际骑行场景。
进一步的，本发明装置还包括磁阻尼机构，磁阻尼机构包括紫铜环10、固定座12、铷磁铁11、导杆13、弹簧14和调节开关17，铷磁铁11安装在固定座12上，固定座12滑动安装在导杆13上，导杆13上还套装有抵住固定座12的弹簧14，惯量飞轮9带动紫铜环10转动，调节开关17通过钢丝绳与固定座12连接。
初始状态下，弹簧14弹力推动固定座12滑到导杆13最下端，此时铷磁铁11在紫铜环10外处于完全脱开的状态，此时无任何无磁阻力，调节调节开关17，钢丝绳拉动固定座12向上移动，铷磁铁11与紫铜环10产生靠近，随惯量飞轮9转动的紫铜环10切割磁感线产生电流，并在紫铜环10内部产生涡流消耗能量从而提供阻力，当铷磁铁11与紫铜环10完全重合时，此时通过紫铜环10的磁通量最大，产生的电流与阻力均为最大值。通过涡流效应使用铜片和稀土永磁铁，施加阻力达到上坡阻力的效果，实现更多的骑行场景。
减速箱15和驱动轴之间采用皮带6传动的方式连接，利用皮带6过载打滑的特性来保护减速箱15不受损坏，因此减速箱15本实施例中采用塑料齿轮组，可以进一步减轻装置重量，并且降低生产成本。
进一步的，机架2下端设有可拆卸底座20。通过安装底座20抬高驱动轮7可使驱动轮7离地失效，从而达到静止不动也可使用的效果。此时，自行车可当作动感单车，一车两用，能满足客户功能多样性的要求。
进一步的，顶杆4包含把手25、杆套24、螺杆26和卡槽座27，螺杆26穿过杆套24与卡槽座27连接，通过两侧的卡槽座27夹紧自行车的后轴螺母，实现自行车固定。卡槽座27和杆套24之间为可转动连接，当不使用此装置时可以向上翻转，直接将本装置翻起来挂在自行车后方，如图6所示，省去拆装步骤。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
