CN101450698B - 一种2轮驱动自行车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及自行车的驱动技术，特别是一种2轮驱动的自行车。它包括通过前轮齿条与前轮棘轮啮合，用直线运动的前轮齿条直接驱动前轮棘轮进而驱动的前轮；还包括通过后轮齿条与后轮棘轮啮合，用弧线运动的后轮齿条直接驱动后轮棘轮进而驱动的后轮。本发明的驱动的机械效率高于传统的踏板链轮驱动的自行车，它骑行省力，前进速度快，娱乐性增强，健身效果也更好。

Description

一种2轮驱动自行车

技术领域

本发明涉及自行车的驱动技术，特别是一种2轮驱动的自行车。

背景技术

传统自行车采用踏板链轮系统驱动后轮，人脚向下蹬踏板，踏板作圆周运动，曲柄带动链轮，链轮通过链条带动后论转动，驱动自行车前进。

现在分析踏板链轮驱动系统的效率问题。请看图1，图1是踏板受力分析示意图，图中A是踏板，B是曲柄，C是链轮，踏板A作圆周运动时半径与垂线之间夹角为θ角。踏板A作圆周运动时，踏板A受到来自人腿的向下作用力F，F被分解为沿圆周切线方向的切向F₁和沿圆周法线方向指向轴心的法向力F₂。切向力F₁形成了驱动自行车前进的力矩，法向力F₂因方向指向轴心无法形成力矩而被浪费了。当从0到π区间人腿力做功，切向力F₁驱动自行车前进，从π到2π区间是回程人腿力不做功。在0到π区间自行车依靠人左右腿交替发力做功，其切向力F₁驱动车轮前进。

当θ角在从0变化到π时求F₁的平均值F₁：

从图1可知：

F₁＝FSinθ

${\stackrel{\‾}{F}}_1=\frac{F}{b-a}\underset{a}{\overset{b}{\∫}}\mathrm{Sin\θd\θ}=\frac{F}{\mathrm{\π}-0}\underset{0}{\overset{\mathrm{\π}}{\∫}}\mathrm{Sin\θd\θ}$

${\stackrel{\‾}{F}}_1=\frac{F}{\mathrm{\π}}(-\mathrm{COS\θ}{|}_0^{\mathrm{\π}})=\frac{F}{\mathrm{\π}}[-(-1-1)]$

${\stackrel{\‾}{F}}_1=\frac{2}{\mathrm{\π}}F\≅0.637F$

从上式可知传统的踏板链轮驱动的自行车中，来自人腿的作用力F平均只有63.7％形成驱动轮式装置前进的力矩，36.3％被浪费了。

传统自行车的前轮只用于控制自行车的方向，前轮对自行车的前进没有贡献。骑车人手臂控制前轮时必须承担上半身体重，时间长了手臂肌肉僵化疲劳，感觉很累，手臂化了很多力气但是做的是无用功。

发明内容

本发明的目的是提供一种2轮驱动的自行车，主要解决上述现有技术中所存在的缺陷。骑车人手臂在控制自行车前进方向时，不必费力于上半身支撑，而用于驱动前轮，手臂或腿部用力能最大限度地转化为驱动自行车前进的力矩。

为实现上述发明目的，本发明是这样实现的：

一种2轮驱动躺式自行车，其特征在于：自行车前管上方有支架。

一种2轮驱动躺式自行车，其特征在于：它包括通过前轮齿条与前轮棘轮啮合，用直线运动的前轮齿条直接驱动前轮棘轮进而驱动的前轮；还包括通过后轮齿条与后轮棘轮啮合，用弧线运动的后轮齿条直接驱动后轮棘轮进而驱动的后轮。所述的棘轮，即俗称“飞轮”的自行车零件，由于是众所周知的自行车零件，这里不再描述其原理或内部结构。

所述的2轮驱动躺式自行车，其特征在于：前轮齿条驱动装置有左右2套，分别固定在前轮叉的左右侧；它由手把，前轮齿条外壳，弹簧，与手把连接的推杆，与推杆连接的前轮齿条和前轮棘轮组成；该前轮齿条设置在齿条外壳中，前轮齿条外壳上部外侧向下开有一条纵向口子，该前轮齿条与位于其一侧的前轮棘轮啮合。

所述的2轮驱动自行车，其特征在于：该前轮齿条位于前轮齿条外壳下半部，前轮齿条外壳上半部外侧有长条口，前轮齿条外壳下端是开口的，前轮齿条通过开口与前轮棘轮啮合。

所述的2轮驱动自行车，其特征在于：前轮齿条驱动系统的手把通过推杆和前轮齿条的上端连在一起，推杆周围有弹簧。

所述的2轮驱动自行车，其特征在于：后轮齿条驱动装置有左右2套，分别固定在后轮叉的左右侧；它包括曲柄轴、后轮棘轮、后轮齿条外壳、后轮齿条、一端活动连接曲柄轴另一端连接踏板的曲柄；该后轮齿条外壳是弧形的，套设在后轮齿条外壳的后轮齿条也是弧型的，后轮齿条可以灵活地在后轮齿条外壳内运动；后轮齿条外壳下部侧面开有弧线口，后轮齿条通过该弧线口与曲柄连接；该后轮齿条还与位于其一侧的后轮棘轮啮合。

所述的2轮驱动自行车，其特征在于：曲柄轴内部有弹簧，弹簧使曲柄回到起始位置

所述的2轮驱动自行车，其特征在于：后轮齿条依靠弹簧弹力，能与踏板扣在一起的鞋子，钢丝牵拉复位。

藉由上述发明方法和结构：在采用齿条驱动方法的2轮驱动自行车中，车头前管上的支架支持骑车人的上半身，手握前轮齿条驱动装置手把，控制自行车前进方向。向下推动手把，弹簧被压缩，连杆推动前轮齿条向下运动，直接驱动前轮棘轮和前轮转动。人脚向下蹬踏板，曲柄拉动后轮齿条向下弧线运动，后轮齿条直接驱动后轮棘轮和后轮。驱动的机械效率高于传统的踏板链轮驱动的自行车。因此，2轮驱动自行车骑行省力，前进速度快，娱乐性增强，健身效果也更好。

附图说明

图1是传统自行车踏板受力分析示意图。

图2是本发明2轮驱动自行车正视图。

图3是本发明2轮驱动自行车俯视图。

图4是本发明2轮驱动自行车前轮齿条驱动系统正视图。

图5是本发明2轮驱动自行车后轮齿条驱动系统正视图。

具体实施方式

本发明提供了一种新型的2轮驱动自行车，2轮驱动自行车前轮和后轮都采用齿条驱动装置，车头有支架用于支撑骑车人肩部，承担上半身体重。骑车人手臂可用于推动前轮的齿条驱动装置，驱动前轮转动。

2轮驱动自行车的结构正视示意图见图2。图中1是支架，2是前轮齿条驱动装置，3是前轮叉，4前轮，5是前轮棘轮，6是车座，7是车架，8是后轮齿条驱动装置，9是后轮，10是后轮棘轮，11是曲柄轴，12是曲柄，13是踏板。

2轮驱动自行车的结构俯视示意图见图3。图中1是支架，2是前轮齿条驱动装置，3是前轮叉，4前轮，11是曲柄轴，9是后轮，12是曲柄，6是车座，13是踏板，7是车架。

支架1位于传统自行车车头前管上方，与车身保持垂直，不会随前轮叉转动。支架1外包柔软材料，用于支撑骑车人肩、胸部，2轮驱动自行车骑车人上半身被支架1支撑，手臂不再费力于支撑人体，手臂在控制自行车前进方向的同时，还可以用于驱动前轮4以获得更快的前进速度。

2轮驱动自行车前轮齿条驱动装置2有左右2套，分别固定在前轮叉3的左右侧。图4表示了右侧前轮齿条驱动装置2的结构，14是前轮齿条驱动装置2的手把，15是前轮齿条外壳，16是弹簧，17是推杆，18是前轮齿条，5是前轮棘轮。前轮齿条外壳15上部外侧向下开有一条纵向口子，以便手把14可以向下运动。前轮齿条18可以灵活地在齿条外壳15内运动。手把14与推杆17上端连接，推杆17下端连接前轮齿条18。平时手把14受到弹簧16的弹力位于齿条外壳15上端，当要驱动前轮时，握住手把14向下发力，手把14带动推杆17推动前轮齿条18向下运动，前轮齿条18直接驱动前轮棘轮5和前轮4转动。前轮齿条18依靠手臂收缩复位，弹簧16的弹力帮助复位。驱动前轮4时，骑车人通过手把14随时控制着自行车前进的方向。

2轮驱动自行车的后轮齿条驱动装置8有左右2套，分别固定在后轮叉的左右侧。右侧齿条驱动装置8结构见图5，11是曲柄轴，10是后轮棘轮，19是后轮齿条外壳，20是后轮齿条，12是曲柄，13是踏板。后轮齿条外壳19是弧形的，后轮齿条20也是弧型的，后轮齿条20可以灵活地在后轮齿条外壳19内运动。后轮齿条外壳19下部侧面开有弧线口，以便曲柄12向下运动。后轮齿条20的下端固定在曲柄12中部，踏板13固定在曲柄12右端。骑车人腿部用力，脚睬踏板13，踏板13带动曲柄12进行以曲柄轴11为圆心的转动，曲柄12拉动后轮齿条20进行以曲柄轴11为圆心的向下弧形运动，后轮齿条20直接驱动后轮棘轮10和后轮9转动。

后轮齿条20运动到后轮齿条外壳19下端不能向下运动，后轮齿条外壳19对曲柄12和踏板13有限位作用。

曲柄轴11内部有弹簧，弹簧使曲柄11回到起始位置，同时带动后轮齿条20复位。骑车人还可以用能与踏板13扣在一起的鞋子，当脚向上运动就使后轮齿条20复位。另外，还可用横跨滑轮(滑轮固定在车架上)的钢丝将左右踏板连接起来，左脚向下踩左踏板，钢丝会带动右踏板向上运动使后轮齿条20复位。

2轮驱动自行车采用的前轮齿条驱动装置2中，前轮齿条18沿前轮棘轮5切线方向向下运动，驱动前轮4转动前进，臂力可以100％形成驱动前轮转动的力矩。

2轮驱动自行车采用的后轮齿条驱动装置8中，后轮齿条20沿后轮棘轮10切线方向向下运动，驱动后轮9转动前进。曲柄12进行以曲柄轴11为圆心的转动，转动的角度是θ，如果θ等于30度(π/6)从理论可以计算出：

F₁＝FSinθ

${\stackrel{\‾}{F}}_1=\frac{F}{b-a}\underset{a}{\overset{b}{\∫}}\mathrm{Sin\θd\θ}=\frac{F}{\frac{\mathrm{\π}}{6}}\underset{\frac{\mathrm{\π}}{2}}{\overset{\frac{\mathrm{\π}}{2}+\frac{\mathrm{\π}}{6}}{\∫}}\mathrm{Sin\θd\θ}$

${\stackrel{\‾}{F}}_1=\frac{F}{\frac{\mathrm{\π}}{6}}(-\mathrm{COS\θ}{|}_{\frac{\mathrm{\π}}{2}}^{\frac{\mathrm{\π}}{2}+\frac{\mathrm{\π}}{6}})=\frac{6F}{\mathrm{\π}}[-(-\frac{1}{2}-0)]$

${\stackrel{\‾}{F}}_1=\frac{3}{\mathrm{\π}}F\≅0.955F$

2轮驱动自行车骑车人95.5％的腿力可以形成驱动后轮转动的力矩。

2轮驱动自行车，骑车人上半身体重由车头支架承担。传统自行车，骑车人的手臂要费力支撑上半身。2轮驱动自行车与传统自行车相比，骑车人体力避免了无谓的消耗。

2论驱动自行车，前轮、后轮由齿条驱动装置驱动，骑车人的臂力和腿力能最大限度地转化为驱动自行车前进的力矩。传统自行车骑车人的臂力用于支撑上半身不驱动自行车，腿力63.7％转化为驱动自行车前进的力矩。在消耗相同体力情况下，2轮驱动自行车速度快于传统自行车；在以相同速度前进情况下，骑2轮驱动自行车比骑传统自行车省力。

2轮驱动自行车前轮和后轮都是主动轮，传统自行车前轮是被动轮，后轮是主动轮，2轮驱动自行车比传统自行车上坡能力强。

2轮驱动自行车，骑车人以俯卧姿势“躺”于自行车上，手臂控制方向兼驱动前轮，腿驱动后轮，既分工又合作，符合人体工学。

2轮驱动自行车，骑车人四肢发力驱动自行车前进时，可以产生许多种动作姿势的组合。传统自行车只能有单一动作姿势。

2轮驱动自行车，骑车人手臂象腿部一样有节奏地伸展收缩，人的臂部、胸部、背部、腰部、腿部肌肉群可得到均衡锻炼。2轮驱动自行车比传统自行车有更好的休闲、娱乐、健身效果。

Claims (3)

1.一种2轮驱动自行车，其特征在于：它包括前轮齿条驱动装置和后轮齿条驱动装置；

所述的前轮齿条驱动装置有左右2套，分别固定在前轮叉的左右侧；它由手把，前轮齿条外壳，弹簧，与手把连接的推杆，与推杆连接的前轮齿条和前轮棘轮组成；该前轮齿条设置在齿条外壳中，前轮齿条外壳上部外侧向下开有一条纵向口子，该前轮齿条与位于其一侧的前轮棘轮啮合；它用直线运动的前轮齿条直接驱动前轮棘轮进而驱动的前轮；

所述的后轮齿条驱动装置有左右2套，分别固定在后轮叉的左右侧；它包括曲柄轴、后轮棘轮、后轮齿条外壳、后轮齿条、一端活动连接曲柄轴另一端连接踏板的曲柄；该后轮齿条外壳是弧形的，套设在后轮齿条外壳的后轮齿条也是弧型的，后轮齿条可以灵活地在后轮齿条外壳内运动；后轮齿条外壳下部侧面开有弧线口，后轮齿条通过该弧线口与曲柄连接；该后轮齿条还与位于其一侧的后轮棘轮啮合；它用弧线运动的后轮齿条直接驱动后轮棘轮进而驱动的后轮。

2.根据权利要求1所述的2轮驱动自行车，其特征在于：前轮齿条驱动装置的手把通过推杆和前轮齿条的上端连在一起，推杆周围有弹簧。

3.根据权利要求1所述的2轮驱动自行车，其特征在于：曲柄轴内部有弹簧，弹簧使曲柄回到起始位置。

Images