不等轮径摆动簧式自行车的制作方法

专利名称：不等轮径摆动簧式自行车的制作方法
技术领域：
本发明不等轮径摆动簧式自行车涉及的是一种人力驱动自行车装置，特别 是二轮、三轮人力驱动自行车装置。
背景技术：
现有的人力驱动自行车有二轮、三轮自行车，皆依靠双脚向下作圆周运动
使之前进，称为普通自行车。脚蹬沿脚拐回转一周所走过的距离为s=2Jtr (r 为脚蹬回转半径)，而所作的功则为w=Fr (F为脚所施的力在沿脚蹬圆切线方 向上的分力)。可见，人在普通自行车驱车过程中，大部分力都没有被利用，而 只有少部分力(约1/3)作有用功。

发明内容
本发明的目的是针对上述不足之处，提供不等轮径摆动簧式自行车，是一 种双摆杆摆动簧式绳链传动低座平蹬人力驱动自行车，该车能能增加有用功、 减少无用功，充分利用人体各方面能量，实现高效高速的目的。本发明与普通
自行车装置相比速度相同时省力，施力相同时增速。
不等轮径摆动簧式自行车是采取以下技术方案实现不等轮径摆动簧式自 行车由车架部分、车座部分、操纵部分和驱动部分组成。
车架部分包括摆轴前撑、摆轴后撑、上斜梁、下斜梁、前叉套、左簧套、 右簧套、后轴架、中轴套和车座套等；上斜梁与下斜梁前端装有前叉套，上斜 梁上部固接有摆轴前撑和摆轴后撑；摆轴前撑和摆轴后撑上端与车把套相固连，车架中部装有中轴套，中轴套上部装有车座套，中撑前端与上斜梁、下斜梁相 固接，中撑后端与平撑、中轴斜撑相连接，中撑上端中轴斜撑与车座套相固接； 车座套通过后斜撑与后轴架相连，后轴架前端与中轴套相连，后轴架后端设有 后轴叉。左簧套与右簧套分别通过簧前撑和簧短撑固定在车架的下斜梁左、右 两侧。
车座部分包括车座与减震器等，车座通过其下端的车座插杆与车架相连， 可通过调节螺栓调整车座上下高度，车座由座椅垫、靠背、车座插杆组成。座 椅垫下部装有减震器，减震器下端装有车座插杆。减震器由两个具有凹腔形状 板的板簧通过螺栓连接组成。
操纵部分包括车把、前刹、后刹、前叉和前轮等；前叉装在车架前部前叉套 内，前叉下部装有前轮，前轮上装有前挡泥板，车把装在车架前上部前叉套内， 前叉通过前叉螺母与车把相连接，车把转动通过前叉，使得前轮转动，而改变自 行车的行驶方向。
前刹装在前叉前端，用于刹前轮，后刹装在后轴上，用于刹后轮，刹车把 装在车把左右两侧。
驱动部分包括左摆杆、右摆杆、左脚蹬、右脚蹬、左绳链、右绳链、左飞 轮、右飞轮、左弹簧、右弹簧、链轮、链条和飞轮。摆杆轴装在摆杆轴套内， 左摆杆装在摆杆轴左侧，右摆杆装在摆杆轴右侧，左摆杆与右摆杆下部分别装 有左脚蹬、右脚蹬，左脚蹬轴、右脚蹬轴上分别固接有左绳链、右绳链，左绳 链、右绳链分别通过左飞轮、右飞轮与左弹簧、右弹簧相连接，左弹簧、右弹 簧分别装在左弹簧套、右弹簧套内，可通过调节螺母调整弹簧松紧程度。中轴 装在中轴套内，中轴左侧装有左飞轮，中轴右侧装有右飞轮，左飞轮、'右飞轮与左绳链、右绳链和左弹簧、右弹簧分别实现共面，即在同一平面内。
后轴装在后轴架后端设有的后轴叉上，后轮装在后轴上，后轮上部装有后
挡泥板，后轴左侧装有后刹车，后轴右侧装有飞轮，链轮通过链条带动飞轮，
驱动后轮运动，带动整车前进。
所述后轴与后轴叉上装有支架，用于支撑整车。
所述左绳链和右绳链是由钢丝绳与滚子链条采用专用连箍相连接，左绳链 和右绳链的链条部分与左、右飞轮相啮合，另一端与装在弹簧套里的弹簧相联, 分别构成左右各一个封闭传动链。左飞轮、右飞轮分别装在中轴的车架两侧， 其内分别装有超越离合器，与普通自行车的飞轮相同，使其只能单向回转。在 链轮上方安装有可前后上下调节、带靠背的低位车座。链轮通过链条带动飞轮 实现单向转动，进而通过后轮轴驱动后轮及前轮前进。
所述前轮与后轮采用不等轮径设计，前轮直径小于后轮直径。 工作原理当左(或右)脚向前施力蹬踩左脚蹬时，脚蹬通过左摆杆绳链 驱动左飞轮正向旋转，通过中轴使链轮带动后飞轮、后轮正向旋转，使自行车 向前运动，当左脚蹬至最前点时，将左簧套中的弹簧拉至最大位置，左脚后退 时，在弹簧力作用下左摆杆将自动复位；当右脚向前施力蹬踩右脚蹬时，情况
类似。当双脚轮番驱动时，变换左右脚，则可实现装置的连续向前运动。 上述绳链驱动为第一级传动，第二级链传动则与普通自行车相同。两级传
动的增速传动比i可基本相同，则总传动比为2-i，即为普通自行车传动比的两
倍，在相同的蹬踩频率下车速可提高一倍以上。
本发明的主要特点有
1、-采用双摆杆-绳链与链轮-后飞轮的二级链传动-现有普通二轮自行车、三轮人力车的驱动是人的双脚蹬踩脚蹬作回转运动 使车前进的，采用双摆杆绳链的二级链驱动装置，其关键技术在于将脚蹬的圆 周运动改变为近于直线的弧线运动。双摆杆绳链的第一级传动左右互不干涉， 即可同时驱动，又可单独驱动或双脚交替驱动。
2、 前、后轮采用不等轮径设计，前轮小于后轮，主要考虑如下问题(1) 摆杆轴摆动幅度较大，当向前摆动到极限位置时，脚踏不能与前轮及前轮护罩 相碰撞，(2)同时保证前叉轴线装配角度符合国家行业标准，使得车把转向灵 活、安全。
3、 采用低位车座带靠背结构-
现在的二轮、三轮自行车座位在脚蹬的上方，驾驶者向下踏动脚蹬时，所 施加的力一般不会超过自身的重量，但当骑赛车时，需把腰弯下，用脚向下蹬 踏，就能用上更大的力气，根据这一原理，本发明装置的车座装在与脚蹬基本 等高的斜平面上，让人像半躺着一样接近水平方向向前去蹬踩脚蹬，同时背靠 弧形靠背能充分发挥人机工学的施力原理，这样在脚蹬上无需多用力，就能把 时速提高l倍以上，如图1所示。
4、 采用变速结构链轮-后飞轮采用变速结构，分若干挡进行变速，实现
开始驱动与爬坡时用低档，非常省力；运动起来以后逐步换高档，加上高速运 动状态下的惯性作用，使所需驱动力减小。即实现开始起动与爬坡时的低速-近 似等比传动；正常运动时的高速-大增速比传动。
5、 综述本发明与现有普通二轮、三轮自行车相比，具有以下优点
1)双摆杆绳链传动驱动装置使得人力驱动装置中的有害分力大幅降低， 有用分力大幅提高，又进---步提高驾驶者的耐力与作功效率，提高了系统的运动速度。
2)低位车座带靠背结构使得人力驱动装置能最大限度的发挥人体结构 的用力功能，降低人的疲劳强度，增强驾驶者的舒适性，提高驾驶者的耐力， 使其能轻松的驱动系统前进。
3) 采用变速结构链轮-后飞轮采用塔轮外变速或后轴内变速结构，分若 干挡进行变速，可实现开始起动与爬坡时的低速-近似等比传动，使得启动时所 需驱动力明显减小，易于启动。
4) 考虑到整体式车架，轻型塑材的选用，可靠的制动系统，起动停车的稳 定性等，可使得采用本发明人力驱动装置制作的二轮、三轮自行车(密闭型或 敞开型)均可作为人们的代步、运输、交通工具，亦可作为体育、休闲健身用 工具。


以下将结合附图对本发明作进一步说明
图1是不等轮径摆动簧式自行车主视图。主要表达车座、操纵部分和驱动
部分的位置、连接关系，包括前轮l、前轴2、前挡泥板3、前叉4、车把5、摆 杆轴6、车架7、右绳链8、车座9、减震器IO、中轴ll、后轮12、后轴13、 飞轮14、后挡泥板15、支架16、右飞轮17、左飞轮18。
图2是不等轮径摆动簧式自行车俯年见图。主要表达驱动部分左右传动机构 的位置、连接关系，包括左摆杆19、左脚蹬20、左弹簧21、左绳链22、右弹 簧23、左脚蹬24、右摆杆25、链轮26、链条27。
图3是不等轮径摆动簧式自行车的车架示意图。主要表达车架部分各个零部 件的位置、连接关系，包括前叉套7-1、摆轴套7-2、摆轴后撑7-3、上斜梁7-4、中撑7-5、车座套7-6、后斜镎7-7、后轴叉7-8、后轴架7-9、中轴套7-10、 中轴斜撑7-11、平撑7-12、簧短撑7-13、左簧套7-14、右簧套7-15、簧前撑 7-16、下斜梁7-17、摆轴前撑7-18。
具体实施例方式
参照附图1 3,本发明不等轮径摆动簧式自行车的实施例为驱动采用双摆 杆摆动弹簧复位式绳链二级传动、前车轮小后车轮大的不等轮径、车座采用低 位带靠背结构制作的自行车。
不等轮径摆动簧式自行车由车架7、车座9、操纵部分和驱动部分组成。
车架7包括摆轴前撑7-18、摆轴后撑7-3、上斜梁7-4、下斜梁7-17、前 叉套7-1、左簧套7-14、右簧套7-15、后轴架7-9、中轴套7-10和车座套7-6; 上斜梁7-4与下斜梁7-17前端装有前叉套7-1，上斜梁7-4上部固接有摆轴前 撑7-18和摆轴后撑7-3，摆轴前撑7-18和摆轴后撑7-3上端与车把套7-2相固 连，车架7中部装有中轴套7-10，中轴套7-10上部装有车座套7-6，中撑7-5 前端与上斜梁7-4、下斜梁7-17相固接，中撑7-5后端与平撑7-12、中轴斜撑 7-11相连接，中撑7-5上端中轴斜撑7-11与车座套7-6相固接。
车座套7-6通过后斜撑7-7与后轴架7-9相连，后轴架7-9前端与中轴套 7-10相连，后轴架7-9后端设有后轴叉7-8。左簧套7-14与右簧套7-15分别 通过簧前撑7-16和簧短撑7-13固定在车架7的下斜梁7-17左、右两侧。
操纵部分包括车把5、前刹、后刹、前叉4和前轮1;前叉4装在车 架7前部前叉套7-1内，前叉4下部装有前轮1，前轮1上装有前挡泥板 3，车把5装在车架7前上部前叉套7-1内，前叉4通过吊紧螺栓与车把5 相连接，车把'5转动通过前叉4，使得前轮转动，而改变自行车的行驶方向。
前刹装在前叉4前端，用于刹前轮1，后刹装在后轴13上，用于刹后轮12, 刹车把装在车把5左右两侧。
驱动部分包括左摆杆19、右摆杆25、左脚蹬20、右脚蹬24、左绳链22、 右绳链8、左飞轮18、右飞轮17、链轮、链条和飞轮14。摆杆轴6装在摆杆轴 套7-2内，左摆杆15装在摆杆轴6左侧，右摆杆25装在摆杆轴6右侧，左摆 杆15与右摆杆25下部分别装有左脚蹬20、右脚蹬24,左脚蹬轴、右脚蹬轴上 分别固接有左绳链22、右绳链8，左绳链22、右绳链8分别通过左飞轮18、右 飞轮17与左弹簧21、右弹簧23相连接，左弹簧21、右弹簧23分别装在左弹 簧套7-14、右弹簧套7-15内，可通过螺母实现调整弹簧松紧程度。中轴ll装 在中轴套7-10内，中轴11左侧装有左飞轮7-18，中轴11右侧装有右飞轮7-17， 左飞轮7-18、右飞轮7-17与左绳链22、右绳链8和左弹簧21、右弹簧23分别 实现共面，即在同一平面内。
后轴13装在后轴架7-9后端设有的后轴叉7-8上，后轮12装在后轴13上， 后轮12上部装有后挡泥板15，后轴13左侧装有后刹车，后轴13右侧装有飞轮 14，链轮26装在中轴11上，通过链条27带动飞轮14，驱动后轮12运动，带 动整车前进。
所述后轴13与后轴叉7-8上装有支架16，用于支撑整车。 车座部分包括车座9与减震器10，车座插杆装在车座套7-6内，通过螺栓 调整上下高度，车座9由座椅垫、靠背、车座插杆组成。车座插杆装在车座套 7-6内，通过螺栓调整上、下高度。座椅垫下部装有减震器10,减震器10下端 装有车座插杆。减震器10由两个具有凹腔形状板的弹簧通过螺栓连接组成。所述车座9采用低位车座，带靠背。
所述左绳链22和右绳链8是由钢丝绳与滚子链条采用专用连箍相连接，左 绳链22和右绳链8的链条部分分别与左右飞轮相啮合，另一端与装在弹簧套里 的弹簧相联，分别构成左右各一个封闭传动链。左飞轮7-18、右飞轮7-17分别 装在中轴11的车架7两侧，其内分别装有超越离合器，与普通自行车的飞轮相 同，使其只能单向廻转。在链轮26上方安装有可前后上下调节、带靠背的低位 车座。链轮26通过链条27带动飞轮14实现单向转动，进而通过后轮轴驱动后 轮及前轮前进。
所述前轮1与后轮12采用不等轮径设计，前轮1直径小于后轮12直径。 参照附图1 3，当左脚向前施力蹬踩左脚蹬20时，左脚蹬20通过左摆杆 19带动左绳链22驱动左飞轮18正向施力，其上离合器闭合且使链轮带动飞轮 14正向旋转，使装置向前运动；与此同时，右脚蹬24则相应向后运动；当左脚 蹬20前移至最前点时，右脚蹬20则运动到最后点，变换脚踩方向，即右脚向 前蹬踩，右飞轮17正转，带动整个装置向前运动，而此时左飞轮18与链轮分 离，左脚蹬20相应向后运动，直至终点完成一个工作循环，如此反复实现装置 的连续向前运动。此为左右脚交替向前运动的情况，当然，由于第一级绳链传 动左右弹簧封闭，故也可使左右脚同时向前向后运动或左右脚各自单独运动， 这就为不同人群包括残疾人的使用提供了方便。
权利要求
1、一种不等轮径摆动簧式自行车，其特征在于由车架部分、车座部分、操纵部分和驱动部分组成；车架部分包括摆轴前撑、摆轴后撑、上斜梁、下斜梁、前叉套、左簧套、右簧套、后轴架、中轴套和车座套；上斜梁与下斜梁前端装有前叉套，上斜梁上部固接有摆轴前撑和摆轴后撑，摆轴前撑和摆轴后撑上端与车把套相固连，车架中部装有中轴套，中轴套上部装有车座套，中撑前端与上斜梁、下斜梁相固接，中撑后端与平撑、中轴斜撑相连接，中撑上端中轴斜撑与车座套相固接；车座套通过后斜撑与后轴架相连，后轴架前端与中轴套相连，后轴架后端设有后轴叉；左簧套与右簧套分别通过簧前撑和簧短撑固定在车架的下斜梁左、右两侧；车座部分包括车座与减震器，车座通过其下端的车座插杆与车架相连，通过调节螺栓调整车座上下高度，车座由座椅垫、靠背、车座插杆组成。座椅垫下部装有减震器，减震器下端装有车座插杆；操纵部分包括车把、前刹、后刹、前叉和前轮；前叉装在车架前部前叉套内，前叉下部装有前轮，前轮上装有前挡泥板，车把装在车架前上部前叉套内，前叉通过前叉螺母与车把相连接，车把转动通过前叉，使得前轮转动，而改变自行车的行驶方向；驱动部分包括左摆杆、右摆杆、左脚蹬、右脚蹬、左绳链、右绳链、左飞轮、右飞轮、左弹簧、右弹簧、链轮、链条和飞轮；摆杆轴装在摆杆轴套内，左摆杆装在摆杆轴左侧，右摆杆装在摆杆轴右侧，左摆杆与右摆杆下部分别装有左脚蹬、右脚蹬，左脚蹬轴、右脚蹬轴上分别固接有左绳链、右绳链，左绳链、右绳链分别通过左飞轮、右飞轮与左弹簧、右弹簧相连接，左弹簧、右弹簧分别装在左弹簧套、右弹簧套内，通过调节螺母调整弹簧松紧程度；中轴装在中轴套内，中轴左侧装有左飞轮，中轴右侧装有右飞轮；后轴装在后轴架后端设有的后轴叉上，后轮装在后轴上，后轮上部装有后挡泥板，后轴左侧装有后刹车，后轴右侧装有飞轮，链轮通过链条带动飞轮，驱动后轮运动，带动整车前进。
2、 根据权利要求l所述的不等轮径摆动簧式自行车，其特征在于所述前刹 装在前叉前端，用于刹前轮，后刹装在后轴上，用于刹后轮，刹车把装在车把 左右两侧j。
3、 根据权利要求l所述的不等轮径摆动簧式自行车，其特征在于所述左飞 轮、右飞轮与左绳链、右绳链和左弹簧、右弹簧分别实现共面，即在同一平面内。
4、 根据权利要求l所述的不等轮径摆动簧式自行车，其特征在于所述后轴 与后轴叉上装有支架，用于支撑整车。
5、 根据权利要求l所述的不等轮径摆动簧式自行车，其特征在于所述减震 器由两个具有凹腔形状板的板簧通过螺栓连接组成。
6、 根据权利要求l所述的不等轮径摆动簧式自行车，其特征在于所述左绳 链和右绳链是由钢丝绳与滚子链条采用专用连箍相连接，左绳链和右绳链的链 条部分与左、右飞轮相啮合，另一端与装在弹簧套里的弹簧相联，分别构成左 右各一个封闭传动链。
7、 根据权利要求l所述的不等轮径摆动簧式自行车，其特征在于所述左飞轮、右飞轮分别装在中轴的车架两侧，其内分别装有超越离合器。
8、 根据权利要求l所述的不等轮径摆动簧式自行车，其特征在于所述前轮与后轮采用不等轮径设计，前轮直径小于后轮直径。
9、 根据权利要求l所述的不等轮径摆动簧式自行车，其特征在于所述车座 采用低位车座，带靠背。
全文摘要
本发明不等轮径摆动簧式自行车涉及的是一种人力驱动自行车装置，特别是二轮、三轮人力驱动自行车装置。由车架部分、车座部分、操纵部分和驱动部分组成；车架部分包括摆轴前撑、摆轴后撑、上斜梁、下斜梁、前叉套、左簧套、右簧套、后轴架、中轴套和车座套；车座部分包括车座与减震器；操纵部分包括车把、前刹、后刹、前叉和前轮；驱动部分包括左摆杆、右摆杆、左脚蹬、右脚蹬、左绳链、右绳链、左飞轮、右飞轮、左弹簧、右弹簧、链轮、链条和飞轮；后轴装在后轴架后端设有的后轴叉上，后轮装在后轴上，后轮上部装有后挡泥板，后轴左侧装有后刹车，后轴右侧装有飞轮，链轮通过链条带动飞轮，驱动后轮运动，带动整车前进。
文档编号B62M1/24GK101590891SQ20091003171
公开日2009年12月2日 申请日期2009年7月10日 优先权日2009年7月10日
发明者刘极峰, 杨小兰 申请人:南京工程学院