一种中轴前置坐式三轮车及其车架
【技术领域】
本发明涉及一种三轮车及其车架,特别是涉及一种带座椅、可以坐着驾驶的轻便三轮车及其车架。
【技术背景】
现有三轮车都是骑行的,骑乘者全身重量压在小小的三角形鞍座上,骑行时不适且容易疲劳,还可能导致身体某些部位发生病变。同时,三轮车的骑行方式大大提高了全车重心,使三轮车在行驶中容易翻侧而发生事故。
ZL 88206280.8公开了一种座椅式三轮自行车,该发明虽然可坐着驾驶,但座椅向车架后端偏移太多,为此必须加长前、后轮轴距,并将车把把手向后大幅延伸,这将导致车身过长并大大降低转向操纵的灵活性;专利CN 85107493A也公开了一种坐式三轮车,该发明不用延长车把把手,而将脚蹬部件装于前管,该方案虽可缩短车身,但必须提升座椅高度,这又将导致全车重心过高而降低行驶的安全性;法国专利FR
2807729公开了一种带座椅的三轮车,该发明将脚蹬部件装于前轮上侧,且脚蹬部件下端夹在前轮之间并采用前轮驱动,该发明车身短、座椅低,中轴部件的位置高于座椅,且前轮承担了转向及驱动双重功能,势必造成蹬踏不便。
【发明内容】
针对现有技术中存在的缺陷,本发明的目的之一是要提供一种可以坐着驾驶、乘坐舒适、重心低、不容易翻侧、行驶稳定安全且小巧轻便的中轴前置坐式三轮车;本发明的另一目的是要提供一种结构简单,体积小、重量轻、方便包装运输的中轴前置坐式三轮车车架。
本发明的目的之一是通过以下技术方案实现的:一种中轴前置坐式三轮车,包括车架、一个前轮、中轴及脚蹬部件,所述的车架包括主车架及后轴连接装置,所述的主车架包括前管、下管、后立管及中轴套管;前管、下管及后立管相互连接成U形,中轴套管安装在下管的前部或中部,所述的中轴套管轴心至前管轴线的垂直距离≤350mm,所述中轴与前轴的轴距在192-530mm之间选择;所述前轮可以选择12″-20″的小轮径车轮,其轮径≤508mm。下管与后立管既可采用单管,也可以采用并列双管,或者直接将单管或并列双管弯曲成J形,以代替下管及后立管。
为增加车架的强度,本发明的主车架可进一步改进:所述的主车架包括上管,上管的前端及后部分别与前管及后立管相接,上管既可采用单管,也可以采用并列双管。
本发明中轴前置坐式三轮车的技术方案还包括:
所述前管的后倾角≤66°;
所述的中轴及脚蹬部件装于中轴套管,中轴的长度≥200mm,左右脚蹬部件内侧在旋转中所形成的最小间隙大于前轮的转向间隙,使前轮在转向时仍可自由蹬踏;
所述的后轴连接装置包括导向件、连接片总成及支承件;所述的连接片总成包括左、右两侧对称设置的连接片、至少一条连接管及装于连接片上的轴承,连接管的两端分别与左、右连接片相接;导向件前端与主车架后下端相接,其后端与连接片总成相接,支承件上端与主车架后上端相接,其下端与导向件后部或连接片总成相接。
本发明的另一目的是通过以下技术方案实现的:一种中轴前置坐式三轮车车架,包括主车架及后轴连接装置,所述的主车架包括前管、下管、后立管及中轴套管;前管、下管及后立管相互连接成U形,中轴套管安装在下管的前部或中部,所述的中轴套管轴心至前管轴线的垂直距离≤350mm;下管与后立管既可采用单管,也可以采用并列双管,或者直接将单管或并列双管弯曲成J形,以代替下管及后立管;
为增加车架的强度,本发明的主车架还可以包括上管,上管的前端及后部分别与前管及后立管相接,上管既可采用单管,也可以采用并列双管;
本发明中轴前置坐式三轮车车架的技术方案还包括:
所述前管的后倾角≤66°;
所述的后轴连接装置包括导向件、连接片总成及支承件;所述的连接片总成包括左、右两侧对称设置的连接片、至少一条连接管及装于连接片上的轴承,连接管的两端分别与左、右连接片相接;导向件前端与主车架后下端相接,其后端与连接片总成相接,支承件上端与主车架后上端相接,其下端与导向件后部或连接片总成相接。
本发明中轴前置坐式三轮车的优点是:
1、骑乘方式从“骑式”改变为“坐式”,乘坐更舒适。自行车或三轮车的设计是以人体工程学为基础的,其中中轴、车把把手及座椅连线所形成的三角形各边有一定的比例关系,现有自行车及三轮车的车把装于前管,其前管后倾角大致为一常数,这就决定了上述三角形与地平面的夹角也是一个常数--这就是现有自行车及三轮车为什么必须采取“骑行”的原因。由于本发明将中轴套管前移至下管的前部或中部,等于该三角形以车把把手为圆心按顺时针方向旋转一定的角度,结果令鞍座高度大大降低,这就有可能用座椅代替原有的鞍座,从而使三轮车的骑乘方式产生革命性的变革:从传统的“骑式”改变为“坐式”,使乘坐更舒适,并适合长距离、长时间驾乘。
2、重心低、不容易侧翻,行驶稳定安全。本发明的座椅高度比现有三轮车鞍座高度降低200-400mm,鞍座高度降低不仅方便上下车,更重要的是全车重心随之降低,使三轮车在行驶中不容易侧翻,碰到紧急情况时两脚还可以同时着地,从而大大提高了车辆行驶的稳定性和安全性。
3、小巧轻便。本发明的车架结构简单,再加上采取小轮径前轮、加长中轴等改进方案,使本发明可以大大缩短车长;该车架配合本发明的后轴连接装置,可进一步缩小全车空间体积,使整车小巧轻便。
4、用途广泛。在本发明的车架上装上电池、电机或内燃机,可进一步将其改进为三轮电动车、三轮助动车或三轮机动车,使本发明既可作为一般的交通代步工具,也可作为休闲、健身、游乐、运动、旅游、送货等工具;由于骑乘方式的改变,本发明还适合老人、儿童或残疾人骑乘。
本发明中轴前置坐式三轮车车架的优点是:
1、结构简单。本发明中轴前置坐式三轮车的车架包括主车架及后轴连接装置,主车架可直接采用现有自行车车架,下管与后立管直接固接,用中轴套管代替中接头,且将其安装在下管的前部或中部。装于主车架后端的后轴连接装置结构简单、紧凑,该装置的部分方案连同主车架一起可直接采用现有自行车车架改装。
2、占用空间小,方便包装运输。后轴连接装置与主车架可采用螺接,并可从主车架拆卸,其部分部件也可以拆卸,因此可大大缩小包装容积,有利降低包装及运输成本。
【附图说明】
图1为本发明U形主车架结构示意图
图2为本发明梯形主车架结构示意图
图3为本发明梯形主车架另一方案示意图
图4为连接片总成透视图
图5为大平叉+大立叉式后轴连接装置透视图
图6为大平叉+减震器式后轴连接装置透视图
图7为小平叉+小立叉式后轴连接装置透视图
图8为平叉接片示意图
图9为导向管+减震器式后轴连接装置透视图
图10为中轴、脚蹬部件与前轮安装位置关系示意图
图11为主车架中的上、下管、后立管采用金属板材加工透视图
图12为主车架中的上、下管采用双管并列透视图
图13为左右对称设置的刹车器(带抱闸圈的抱闸盒)透视图
图14为连接片总成上安装刹车器(带抱闸圈的抱闸盒)透视图
图15为本发明中轴前置坐式三轮自行车优选实施例效果图
图中:
主车架1 上管2 下管3 前管4 后立管5
后轴连接装置6 车把7 前叉部件8 驱动轴9
中轴套管10 中轴11 脚蹬部件12 链轮13
前轮14 座椅16 座椅安装管17 座椅架18
加强架19 导向件61 连接片总成62 支承件63
平叉611 平叉接片612 导向管615 T形导向杆616
导向块617 连接片621、621’ 连接管622 轴承623
立叉631 减震器632 左右抱闸盒81、81’
左右抱闸圈82、82’ 左右曲拐83、83’ 曲拐连接杆84
刹车线中接头85
【具体实施方式】
优选实施例:本实施例为中轴前置坐式三轮自行车。如图3、图12所示,该坐式三轮自行车的车架由主车架1及安装在主车架1后端的后轴连接装置6组成,主车架1由上管2、下管3、前管4、后立管5相互焊接而成,其中前管4的后倾角为62°(前管后倾角是指车架在组装为整车后,在整车落地的情况下,前管轴线与地平面之夹角,这一角度需预先设计,在焊接时予以保证)。为方便安装各部件,上管2及下管3采用两条并列的左右叉管连接,上管2向后延伸形成货架,后立管5装于上管2、下管3的左、右叉管之间;下管3与后立管5之间不设中接头而改设中轴套管10,中轴套管10装于下管3的前部且位于前轮14的后侧,用于安装中轴11及脚蹬部件12,中轴套管10与前轮14的轴距为350mm,这一轴距可以保证中轴11上安装的链轮13与前轮14不致产生运动干涉;为方便不同年龄的人群使用,后立管5前侧装有可前后定位移动、且装于上管2、下管3的左、右叉管之间的座椅安装管17。
如图12所示,本实施例采用T形导向杆+减震器式后轴连接装置。该装置包括T形导向杆616、导向块617、左、右减震器632、632及连接片总成62;连接片总成62(见图4)包括左、右两侧对称设置的连接片621、621’、连接管622、622及装于连接片621、621’中部的轴承623、623,左、右连接片621、621’的间距为300mm,连接管622、622两端与左、右连接片621、621’相接,连接管622、622管壁内侧之间的间距为84mm,使飞轮在两条连接管之间的运转不至受到干涉。导向块617前端纵向设有圆管,后端横向设有3个圆孔,其中前后两侧的圆孔用于安装连接管622、622,中间的圆孔孔径大于驱动轴9,以便驱动轴9能在其中自由运转;T形导向杆616的T形端与主车架1后下端铰接,导向块617与两条连接管622、622中部固接,并通过其前端设置的圆管与T形导向杆616铰接,两条连接管622、622通过左、右减震器632、632与上管2弹性铰接。为使两条连接管受力均匀,在减震器下端与连接管之间加装了减震器架。在安装时,左、右减震器架与导向块617之间必须预留25mm的空隙,以便安装飞轮。
如图3、图15所示,在上述车架的前管4中装上车把7及前叉部件8,在前叉部件8下端装上16″的前轮14,在连接片总成62的轴承623、623中装上长为500mm的驱动轴9,驱动轴9穿过导向块617中间预设的圆孔,一端与一个后轮固接,另一端通过轴承与另一个后轮活接,以形成差速转动,两后轮的轮径均为20″;在中轴套管10中装上长度为240mm的加长中轴11,在中轴11中装上脚蹬部件12,加长中轴及其与前轴的轴距可以保证左右脚蹬部件12内侧在旋转中所形成的最小间隙大于前轮14的转向间隙,使前轮14转向时仍可自由蹬踏而不致产生运动干涉(见图10)。中轴11上装有48齿的链轮13(由于中轴加长,链轮13应单独加工及安装),在驱动轴9上与链轮13相对应部位装上16齿的飞轮,在链轮和飞轮之间装上链条。由于链轮和飞轮之间的相对位置在行驶中经常发生变化,为防止飞轮脱链,在飞轮前端应加装导链轮。如图13-图14所示,本实施例的刹车器8采用普通自行车抱闸,抱闸为对称设置,安装时在左、右连接片621、621’外侧装上带抱闸圈82、82’的抱闸盒81、81’,在两抱闸圈82、82’上的曲拐83、83’之间装上曲拐连接杆84,在曲拐连接杆84中部装上刹车线中接头85,在两后轮的轴套内侧与抱闸盒81、81’对应部位装上抱闸盘(在其他实施例中,也可以采用涨闸或碟刹,其安装方法与本例同),在车把上装上手闸把,在手闸把与刹车线中接头85之间装上刹车操纵线,在前轮装上普通刹车部件,在座椅安装管17上端装上座椅16,在前、后轮外侧装上挡泥板,一辆中轴前置坐式三轮自行车即告组装完毕。
通过上述改进,本实施例可以做得比普通三轮车更小、更轻,其外形尺寸为长1660mm×宽500mm×高800mm,与现有自行车相当,因此,只要自行车可以上路,本发明就有理由上路。本实施例采用“坐式”驾驶,座椅高度为550mm,比现有三轮车鞍座降低约300mm,骑乘方式的改变、全车重心的降低,使本发明乘坐更舒适、行驶更稳定安全。本实施例的后轴连接装置6装有减震器,当后轮一侧碰到不平路面时,可以减少车身的左右摇摆和上下颠簸,当车辆转向时,骑乘者可以象骑自行车一样,通过身体和车身倾斜一定的角度获得向心力而使车辆不致翻侧。本实施例在后轮安装了双轮刹车装置,刹车时两后轮受力均匀,双轮刹车装置与前轮刹车一起组成了可靠的刹车系统,从而大大提高了行驶的安全性。本发明除后轴连接装置6以外,其它部件均可采用现有自行车标准零部件,本实施例中链轮、飞轮及后轮的配合,使其在正常的蹬踏频率下仍可获得15公里左右的时速。因此,本发明结构简单、小巧轻便、重心低、不容易侧翻,行驶稳定安全、乘坐舒适,完全可以作为一般的交通代步工具在城乡推广。
除了本实施例所述采用人力驱动以外,在本发明的车架上装上电池、电机或内燃机,可以进一步将其改进为轻便三轮电动车、轻便三轮助动车或轻便三轮机动车。这些轻便三轮车不仪可以用于代步,还可以广泛用于休闲、健身、游乐、运动、旅游、送货或制成童车、残疾人车使用。
中轴套管前置、加长中轴、采用小轮径车轮、缩小前管后倾角为本发明的四大改进,除了实施例所述以外,这些改进还有其他方案可供选择。
1、中轴套管的安装位置。现有三轮车安装中轴的部件称为中接头,中接头是一个“五通”零件,下管、后立管、左、右平叉、中轴均安装其上,本发明不设中接头而改设中轴套管10(由于该部件不是“接头”,只安装中轴,故称为中轴套管,中轴与中轴套管为同一轴心),且将中轴套管10装于下管3的前部或中部,中轴套管10(或中轴11)的轴心至前管4轴线的垂直距离≤350mm,在40-350mm之间选择;而现有三轮车中轴轴心至前管轴线的垂直距离≥430mm。此外,根据前轮轮径的大小,本发明中轴与前轴的轴距可在192-530mm之间选择,而现有三轮车中轴与前轴的最小轴距必须≥534mm,否则脚蹬部件将与前轮产生运动干涉(设前轮轮径为20″,脚蹬半径为150mm)。由此可见,在中轴套管10的安装位置方面,本发明与现有技术有明显区别。
2、中轴长度。在采用不同轮径的条件下,前轮所需的转向间隙(转向空间)不同,根据AtuoCAD作图确认,当前管后倾角为62°,转向角为40°、前叉翘度(前管轴线延长线与前轮着地点之间的水平距离)为40mm时,各小轮径前轮与最小转向间隙、中轴长度、脚蹬最外侧宽度的关系如下表:
轮径 |
最小转向间隙 |
中轴长度 |
脚蹬最外侧宽度 |
12″(304.8mm) |
157.50mm |
187.50mm |
417.50mm |
14″(355.6mm) |
183.75mm |
213.75mm |
443.75mm |
16″(406.4mm) |
210.00mm |
240.00mm |
470.00mm |
18″(457.2mm) |
236.25mm |
266.25mm |
496.25mm |
20″(508.0mm) |
262.50mm |
292.50mm |
522.50mm |
据上表所示,本发明的中轴长度可以在187.5-300mm之间选择,而现有三轮车的中轴长度一般为150-160mm。在中轴前置的情况下,本发明的中轴必须大大长于现有三轮车的中轴,脚蹬部件与前轮才能避免运动干涉。
3、前轮轮径。前轮轮径对整车结构、转向间隙、中轴套管安装高度、整车重心均有影响,是决定整车宽度(脚蹬最外侧宽度)的主要因素。从上表可见,从车宽考虑,前轮14可以选择12″-20″的小轮径车轮,但最好是14″-18″车轮,最理想是16″车轮。而现有三轮车的前轮轮径则≥20″,本发明的前轮轮径小于现有三轮车。
4、前管后倾角。前管后倾角是指在整车落地的情况下,前管轴线与地平面之夹角(见图3之∠A),现有三轮车的前管后倾角一般为67-69°。本发明由于采用“坐式”,故须大大缩小前管后倾角,该后倾角可在54-66°之间选择,最好是58-62°,最理想是60°。本发明的前管后倾角与现有技术也有很大的区别。
以上1-3项改进为必要条件,必须互相配合,才能实现发明目的。但如果加上第4项,即缩小前管后倾角,可取得更好的实施效果。如果1-3项不加改进,采用现有技术,仅缩小前管后倾角也可实现将三轮车改为“坐式”的发明目的,这是发明人另一项专利申请的保护内容,在此不予详述。
除了优选实施例所述以外,本发明的主车架1及后轴连接装置6还有其他实施方案:
象自行车车架一样,本发明的主车架1可以有很多变化,但主要采取梯形和U形两种形式。梯形车架结构牢固、强度高,但车架本身较重,且不方便上下车,适用于代步、运动、旅游、送货等用途及双人骑乘;U形车架造型美观、简单轻便、容易加工、方便上、下车,但强度不及梯形车架,适用于休闲、健身、游乐、代步等用途及方便儿童、老人、残疾人使用。
梯形车架的上、下管既可采用单管或其他管状物,也可如优选实施例所述采用两条并列的左、右叉管连接而成,上管2既可向后延伸形成货架,也可以不设货架(如图2)。如果不设货架,后立管5可采用并列双管,以方便与上、下管连接及安装座椅16。此外,上、下管还可以采取“上单下双”或“上双下单”(即上管2采用单管、下管3采用双管,或上管2采用双管、下管3采用单管)等形式,或者采用金属板材加工(图11)。
如图1所示,U形车架不设上管2,主车架1只包括前管4、下管3及后立管5,三者依次连接成U形;U形车架的下管3及后立管5既可采用单管或其他管状物,也可以采用并列双管,或者更简单一些,直接将单管或并列双管弯曲成J形,用以代替下管3及后立管5。如果要组装轻便三轮电动车或轻便三轮助动车,不管采用梯形车架还是U形车架,为了方便安装电池和电机,其下管3均以采用并列双管为宜。
优选实施例采用T形导向杆+减震器式后轴连接装置,除此之外,后轴连接装置6还有其他可行方案。
1、大平叉+大立叉式。如图5所示,该方案包括大平叉611、大立叉631(平叉611后端与立叉631下端两叉管的张口有大小之分,其张口与普通自行车大小相似者叫小平叉或小立叉,张口大于普通自行车者叫大平叉或大立叉,下同)及连接片总成62,连接片总成62的组成及其连接方法同优选实施例。平叉611的前端与下管3后端相接,立叉631上端与后立管5上端相接,平叉611后端和立叉631下端两侧分别与左、右连接片621、621’相接。在本实施例中,平叉611与下管3、立叉631与后立管5、平叉611与左、右连接片621、621’之间均可采用螺接,以方便包装和运输。
2、大平叉+减震器式。如图6所示,该方案包括大平叉611,一对左、右并列的减震器632、632及连接片总成62,连接片总成62的组成及其连接方法同优选实施例。平叉611前端与下管3后端铰接,平叉611后端两侧与左、右连接片621、621’相接或直接与两条连接管622、622相接;平叉611后端或连接片总成62与后立管5上端通过左、右减震器632、632实现弹性铰接。
3、小平叉+小立叉式。如图7所示,该方案包括小平叉611、固装于小平叉611后端的平叉接片612、612、小立叉631及连接片总成62;连接片总成62的组成及其连接方法同优选实施例。平叉接片612、612固装于平叉611后端,其上开设有3条与两条连接管622、622及与驱动轴9配合且向下开口的装配槽(见图8),其中中间的装配槽孔径大于驱动轴9,使驱动轴9能在其中自由运转,其两侧的装配槽则用于安装两条连接管622、622。平叉611前端与下管3后端相接,立叉631上端与后立管5上端相接,其下端与平叉611后端或平叉接片612、612固接,平叉接片612、612与两条连接管622、622之间为可拆卸连接。在本例中,平叉611与下管3、立叉631与后立管5及与平叉接片612、612之间可采用螺接。
4、导向管+减震器式。如图9所示,该方案包括导向管615、导向块617,一对左、右并列的减震器632、632及连接片总成62;连接片总成62的组成及其连接方法同优选实施例。导向块617前端纵向伸出一圆杆,其后端横向设有3个圆孔,其中前后两侧的圆孔用于安装两条连接管622、622,中间的圆孔与驱动轴9间隙配合,使驱动轴9能在其中自由运转。导向管615纵向固装于主车架1后下端,导向块617前端的圆杆与导向管615铰接,其后端与两条连接管622、622横向连接,连接管622、622通过左、右减震器632、632与后立管5上端弹性铰接。
说明:1、在以上实施例中,所述的导向件61前端与下管3后端相接,在其他实施例中,导向件61也可以与后立管5下端相接2、所述的支承件63上端均与后立管5的上端相接,在其他实施例中,支承件63上端也可以与上管2的后端相接。
后轴连接装置6还有其他技术方案,但由于这不是本发明的重点,故从略。