CN101519092B - 杠杆凸轮联动的自行车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种杠杆凸轮联动的自行车，包含有车架、前车轮、后车轮及车轮驱动装置，车轮驱动装置包含杠杆、摆杆，驱动轮和变速机构，杠杆一端为线性驱动施力端，另一端活动连接于车架上，摆杆下端铰接于杠杆上，摆杆上端设有滚柱，前、后摆杆的中下端用铰接杆相互活动连接，变速机构包括驱动齿圈、介轮、从动齿轮及三角摇板和拉杆，驱动轮内具有与所述滚柱活动连接的轮廓曲面，其以轮轴为中心具有两个对称设置的最远下拉面、最远上抬面与以及连通它们的过渡面和延时角的过渡面。本发明用双杠杆上下运动及双凸轮延时角形成的剪刀差，完成杠杆上下摆动转换成驱动轮旋转运动。取消了曲柄机构双脚无效运动部分，更省力，使力的利用率达到较佳状态。

Description

杠杆凸轮联动的自行车

技术领域

本发明涉及一种自行车，尤其涉及一种杠杆凸轮联动的自行车。

背景技术

自行车既不消耗能源，又不会造成对环境的污染，是普通老百姓广泛使用的代步工具，特别是对能源、环保提出了更高要求的今天，更是受到社会的青睐。然而，迄今为止，目前市面上的自行车均采用曲柄、链轮的驱动结构，致使圆周转动的活动件较多，从而导致故障率高、维修困难，以及需要经常注油、更换的缺陷。

针对上述缺陷做了很大改进的中国专利号ZL200620141925.9公开了一种杠杆棘轮联动的自行车，彻底摈弃了曲柄连杆机构及相关构件，用双脚的上下运动替代了传统的驱动方式，其杠杆-棘轮连动机构驱动方式同样适用于人力三轮车。从原理上提出了利用杠杆-棘轮解决原来曲柄、链轮驱动结构存在的问题。但其结构仍较复杂、并且精度要求高，易磨损，调整修复困难，使用寿命较短。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种设计合理、结构简单，且驱动更省力的杠杆凸轮联动的自行车。

为了达到上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现的：

一种杠杆凸轮联动的自行车，所述自行车包含有车架、前车轮、后车轮以及车轮驱动装置，其中，所述车轮驱动装置包含有杠杆、摆杆，大齿轮机构以及设置在后车轮上的从动齿轮，所述杠杆一端为线性驱动施力端，另一端活动连接于车架上，所述摆杆的下端铰接于所述杠杆上，并且所述摆杆上设有滚柱，所述大齿轮机构包括驱动轮，所述大齿轮机构与所述从动齿轮啮合，所述驱动轮内具有与所述滚柱活动连接的轮廓曲面，所述轮廓曲面以轮轴为中心具有两个对称设置的最远下拉面、两个对称设置的最远上抬面与以及连通最远下拉面与最远上抬面的过渡面。

作为优选，所述大齿轮机构为包括分立两侧的左驱动轮、右驱动轮以及设于两驱动轮之间并与两驱动轮同轴固定为一体的大齿轮，所述大齿轮与所述从动齿轮啮合，或者，所述大齿轮机构为包含两个驱动轮，其中一个驱动轮的外围设有齿，两驱动轮同轴固定为一体，所述驱动轮上的齿与所述从动齿轮啮合。

作为优选，所述自行车的车架还包括在后轮侧面对应设置的两斜叉以及设置在车架后端的后支板，所述大齿轮机构通过在其中心固定连接的轮轴轴接于两斜叉之间，所述杠杆活动连接于车架的后支板上。

作为优选，所述每根杠杆均安装有两摆杆，并且在所述每根摆杆上均设有滚柱。

为了达到上述目的，本发明还可以采用如下的技术方案来实现：

一种杠杆凸轮联动的自行车，所述自行车包含有车架、前车轮、后车轮以及车轮驱动装置，其中，所述车轮驱动装置包含有杠杆、摆杆，驱动轮和变速机构，所述杠杆一端为线性驱动施力端，另一端活动连接于车架上，所述摆杆下端铰接于所述杠杆上，并且所述摆杆上端设有滚柱，前、后摆杆的中下端用铰接杆相互活动连接，所述变速机构包括驱动齿圈、介轮、从动齿轮及三角摇板和拉杆，所述驱动轮内具有与所述滚柱活动连接的轮廓曲面，所述轮廓曲面以轮轴为中心具有两个对称设置的最远下拉面、最远上抬面与以及连通最远下拉面与最远上抬面的过渡面。

作为优选，所述轮廓曲面还包括连通最远下拉面与最远上抬面的延时角的过渡面。

作为优选，所述驱动轮包含分立于后车轮两侧的左驱动轮、右驱动轮，所述左、右驱动轮包含有各自的两只凸轮圈和凸轮座，两只凸轮圈之间保留有放置摆杆与滚柱的间隙，凸轮圈与凸轮座固定，并将两凸轮座固定为一体，固定安装于驱动轴上，所述后车轮左侧还具有刹车盘，所述车轮驱动装置用驱动轴将刹车盘、后车轮和固定于后车轮上的飞轮、从动齿轮滚动连接于中间位置，将后车轮两侧的左驱动轮、驱动齿圈和右驱动轮同轴固定为一体，所述驱动轴通过轴承座与车架固定，所述杠杆与车架的后支板连接。

作为优选，所述变速机构安装在后车轮右侧，其驱动齿圈固定于右驱动轮的左侧，所述驱动齿圈与介轮啮合，介轮带动从动轮及后轮转动，拉动三角板改变转速。

作为优选，所述自行车的车架还包括设在车架后端的后支板，所述杠杆活动连接于车架的后支板上，所述车架的车座上有靠背。

作为优选，所述每根杠杆均安装有两摆杆，两摆杆用铰接杆连在一起，并且在所述每根摆杆上均设有滚柱。

由上述技术方案可知，本发明采用凸轮机构与棘轮机构的结合的办法，即用四摆杆、滚柱与双凸轮配合，使杠杆的上下运动，及双凸轮上的延时角形成的剪刀差，完成杠杆的上、下摆动转化为驱动轮的旋转运动，而不是传统的凸轮转动带动杠杆摆动，将双杠杆、双驱动轮联动，即左侧杠杆下踩拉动驱动轮转动九十度时，右侧杠杆在驱动轮带动下同时上抬九十度，完成左、右杠杆上下交替运动，不断拉动驱动轮形成连续转动。使用靠背使脚的蹬力产生出高于体重的反作用力，从而力的利用率达到较佳状态，解决了现有技术存在的曲柄压力角问题、消除了死角，提供了一种全新的、省力效果明显的自行车车轮驱动装置，而且也便于在残疾车、健身车、休闲车、三轮车上应用，其结构简单，效率高，稳定性好，并减少了双脚的无效运动，而且维修方便，故障率底，使用寿命长。

附图说明

图1是本发明中杠杆凸轮联动的自行车的结构示意图；

图2是杠杆凸轮联动驱动机构的侧面结构示意图；

图3是杠杆凸轮联动驱动机构的俯视结构示意图；

图4是大齿轮机构的组合示意图一；

图5是大齿轮机构的组合示意图二；

图6是滚柱在驱动轮中动作示意图。

图7是本发明中杠杆凸轮联动的自行车的结构示意图；

图8是杠杆凸轮联动的自行车的俯视结构示意图；

图9是杠杆凸轮联动驱动机构的俯视结构放大示意图；

图10A是左驱动轮结构受力示意图；

图10B是左驱动轮俯视结构示意图；

图11A是右驱动轮结构受力示意图；

图11B是右驱动轮俯视结构示意图；

图12是滚柱在驱动轮中动作过程示意图；

图13是驱动齿轮与从动齿轮连接结构示意图。

具体实施方式

有关本发明的详细说明及技术内容，配合附图说明如下，然而附图仅供参考与说明，并非用来对本发明加以限制。

第一实施例：

请参阅图1、图2及图3，本发明提供了一种杠杆凸轮联动的自行车，其包括有车架、前车轮、后车轮以及车轮驱动装置。所述车轮驱动装置包含有杠杆2、摆杆11，大齿轮机构3以及设置在后车轮上的从动齿轮5，所述杠杆2一端为线性驱动施力端，该施力端连接有踏板，所述杠杆另一端活动连接于设于车架的后端的后支板15上，所述摆杆11一端铰接于所述杠杆2上，在本实施例中，所述杠杆2上设有两摆杆11，每个摆杆11中间位置设有滚柱14，在同一根杠杆上的两摆杆通过铰接杆13铰接在一起，杠杆2通过摆杆11上的滚柱14与驱动轮的轮廓曲面形成滚动连接。

如图4所示，所述大齿轮机构3包含分立两侧的左驱动轮32、右驱动轮33以及设于两驱动轮之间并与两驱动轮同轴固定为一体的大齿轮31，所述大齿轮机构3通过在其中心固定连接的轮轴10轴接于两斜又20之间，并与所述从动齿轮5啮合。所述左、右驱动轮内具有与所述滚柱14活动连接的轮廓曲面，所述轮廓曲面的棘齿状部分为对称设置，并以轮轴为中心具有两个的最远面即(最远下拉面)B、最近面(即最远上抬面)A与以及连通最远面B与最近面A的过渡面C。

并且，如图5所示，所述大齿轮机构3还可以采用仅包含两个驱动轮，而不包含大齿轮的形式，其中一个驱动轮的外围设有齿，两驱动轮同轴固定为一体，所述驱动轮上的齿与所述从动齿轮5啮合。

所述左驱动轮32和右驱动轮33的中间相对轮廓曲面位置均设有活动限位板8，并设有用于限位板复位的扭簧9，用于摆杆11上抬时能借助限位板8的弧面顺利到达预定位置，扭簧9用于限位板8复位。所述左、右驱动轮外侧设有定位杆7，固定于斜叉20内侧，用于限制摆杆11的间隙。

后车轮和前车轮通过车架连成整体，车把手和车架与前轮的轮轴相连接。

下面进一步对车轮驱动装置的动作过程加以说明，如图6所示，脚在杠杆线性施力端(即踏板处)的最高点向下踩时，使右侧杠杆2向下转动，带动右侧后端的摆杆11和滚柱14一起向下运动；此时，右侧后端的摆杆11上的滚柱14落在右驱动轮的轮廓曲面的最近面A位置上，后端的摆杆11上滚柱14向下拉的力与凸轮轮廓曲面的最近面A成垂直状态；前端的摆杆11上的滚柱14已从右驱动轮的轮廓曲面最远面B的位置上滑开，进入轮廓曲面的过渡面C位置上，沿轮廓曲面平行滚动，其受力成平行状态，这样就形成单边受力，使大齿轮机构3转动，形成滚柱14拉动右驱动轮、右驱动轮带动大齿轮机构转动，从而大齿轮机构通过齿轮传给后轮轴上的从动齿轮带动后轮转动。所述自行车可设置为两个后车轮，这样能降低座垫高度，从而提高稳定性和骑乘的舒适性。

因为左、右驱动轮都固定于轮轴上，并联为一体，所以右驱动轮按逆时针方向转动时，左驱动轮也同时按逆时针方向转动，在左驱动轮按逆时针方向转动时，左侧前端的摆杆上的滚柱处在左驱动轮的轮廓曲面的最远面B位置上，使左驱动轮的轮廓曲面拉动前滚柱14上抬，前滚柱拉动摆杆11及杠杆2上抬。再在杠杆2上抬的同时，杠杆带动后端的摆杆11上的滚柱、后端的摆杆一起上抬，使滚柱离开轮廓曲面的最近面A位置，及至将前滚柱上抬到最高点。进入到最高点时，前滚柱14借助压力角使前滚柱从最远面B滚向过渡面C，后滚柱14从过渡面C进入到最近面A，为下一个循环做好准备。

其中，所述轮轴10上还可设有衬套(图中未示出)，以用于固定驱动轮，并同时对摆杆11起推动作用，其具体动作过程为：当驱动轮按逆时针方向转动时，摆杆11上抬，衬套与摆杆11侧面接触，当驱动轮继续转动时，在衬套的作用下，将摆杆11向左推动使滚柱14从驱动轮的最远面B向驱动轴方向移动至最远面B的斜面位置，即过渡面C。而在铰接杆13的中间位置上还可增加缓冲块及缓冲弹簧(图中未示出)，用于脚在杠杆2的线性施力端向下踩到底时，缓冲块与定位杆7相抵，此时缓冲块给杠杆一个反冲力，从而达到较平稳过渡。

第二实施例：

请参阅图7至图13，本发明还提供了一种杠杆凸轮联动的自行车，其包括有车架1、前车轮、后车轮以及车轮驱动装置所述车轮驱动装置包含有杠杆2、摆杆11，驱动轮、变速机构30以及设置在后车轮上的从动齿轮51，所述杠杆2一端为线性驱动施力端，该施力端连接有踏板16，所述杠杆另一端活动连接于设于车架的后端的后支板15上，所述摆杆11下端铰接于所述杠杆2上，在本实施例中，所述杠杆2上设有两摆杆11，每个摆杆11上端位置设有滚柱14，在同一根杠杆上的两摆杆11的中下端部位，通过铰接杆13铰接在一起，杠杆2通过摆杆11上的滚柱14与驱动轮的轮廓曲面形成滚动连接。

所述驱动轮包含分立于后车轮两侧的左驱动轮32、右驱动轮33、所述后车轮左侧还设有刹车盘6，所述左驱动轮32、右驱动轮33包含有各自的两只凸轮圈37和凸轮座36，两只凸轮圈37之间保留有放置摆杆11与滚柱14的间隙，凸轮圈37与凸轮座36固定，并将两凸轮座36固定为一体，固定安装于驱动轴34上，所述车轮驱动装置用驱动轴34将刹车盘6、后车轮和固定于后车轮上的飞轮21、从动齿轮51、52滚动连接于中间位置，将后车轮两侧的左驱动轮32、驱动齿圈27和右驱动轮33同轴固定为一体。所述驱动轴34通过轴承座35与车架固定，所述杠杆2与车架的后支板15连接。所述驱动轮内具有与所述滚柱14活动连接的轮廓曲面，所述轮廓曲面为对称设置，并以轮轴为中心具有两个最远下拉面A、最远上抬面B，以及连通最远下拉面A与最远上抬面B的过渡面C，当然了为效果更好，还可以设置为以轮轴为中心具有两个最远下拉面A、最远上抬面B，以及连通最远下拉面A与最远上抬面B的过渡面C和延时角的过渡面D。

并且，所述变速机构30包含齿圈27、介轮17、18、三角摇板19、拉杆20、从动齿轮51、52、飞轮21。从动齿轮51、52和飞轮21固定为一体，并用螺纹固定于后车轮的右侧。

后车轮和前车轮通过车架连成整体，车把手和车架与前轮的轮轴相连接。

下面进一步对车轮驱动装置的动作过程加以说明，如图6所示，脚在杠杆线性施力端16(即踏板处)的最高点向下踩时，使右侧杠杆2向下转动，带动右侧前端的摆杆11和滚柱14一起向下运动；此时，右侧前端的摆杆11上的滚柱14落在右驱动轮33的轮廓曲面的最远面下拉面A的位置上，前端的摆杆11上滚柱14向下拉的力与凸轮轮廓曲面的最远下拉面A成垂直状态；后端的摆杆11上的滚柱14已从右驱动轮的轮廓曲面最远面上抬面B的位置上滑开，进入轮廓曲面的过渡面C位置上，沿轮廓曲面平行滚动，其受力成平行状态，这样就形成单边受力，使滚柱14拉动右驱动轮33转动90度，右驱动轮33带动齿圈27转动，从而齿圈27通过介轮17、18传给后车轮上的从动齿轮51或52，带动后轮转动。

因为左、右驱动轮都固定于轮轴上，并联为一体，所以右驱动轮33按顺时针方向转动时，左驱动轮32也同时按顺时针方向转动，在左驱动轮按顺时针方向转动时，左侧后端摆杆上的滚柱处在左驱动轮的轮廓曲面的延时角平面D的位置上，使左驱动轮32的轮廓曲面拉动后滚柱14上抬，形成即上抬又滑过延时角平面D，进入到最远面B，使左驱动轮的轮廓曲面拉动后滚柱14上抬，后滚柱拉动摆杆11及杠杆2上抬。再在杠杆2上抬的同时，杠杆带动前端的摆杆11上的滚柱、前端的摆杆一起上抬，使滚柱离开轮廓曲面的最远下拉面A位置，及至将前滚柱上抬到最高点。进入到最高点时，后滚柱14借助压力角使后滚柱从最远面B滚向过渡面C，前滚柱14从过渡面C进入到最远下拉面A，为下一个循环做好准备。

本发明可改变为多种方式对本领域的技术人员是显而易见的，这样的改变不认为脱离本发明的范围。所有这样的对所述领域技术人员显而易见的修改将包括在本权利要求的范围之内。

Claims (7)

1.一种杠杆凸轮联动的自行车，所述自行车包含有车架、前车轮、后车轮以及车轮驱动装置，其特征在于，所述车轮驱动装置包含有左右两个杠杆、摆杆、大齿轮机构以及设置在后车轮上的从动齿轮，所述杠杆一端为线性驱动施力端，另一端活动连接于车架上，所述摆杆的下端铰接于所述杠杆上，所述车架还包括在后轮侧面对应设置的两斜叉以及设置在车架后端的后支板，所述杠杆活动连接于车架的后支板上，所述每根杠杆均安装有两摆杆，所述两摆杆通过铰接杆铰接在一起，并且所述每根摆杆上均设有滚柱，所述大齿轮机构包括驱动轮，所述大齿轮机构与所述从动齿轮啮合，所述驱动轮内具有与所述滚柱活动连接的轮廓曲面，所述轮廓曲面以轮轴为中心具有两个对称设置的最远下拉面、两个对称设置的最远上抬面以及连通最远下拉面与最远上抬面的过渡面。

2.如权利要求1所述的杠杆凸轮联动的自行车，其特征在于，所述大齿轮机构为包括分立两侧的左驱动轮、右驱动轮以及设于两驱动轮之间并与两驱动轮同轴固定为一体的大齿轮，所述大齿轮与所述从动齿轮啮合，或者，所述大齿轮机构为包含两个所述驱动轮，其中一个驱动轮的外围设有齿，两驱动轮同轴固定为一体，所述驱动轮上的齿与所述从动齿轮啮合。

3.如权利要求1或2所述的杠杆凸轮联动的自行车，其特征在于，所述大齿轮机构通过在其中心固定连接的所述轮轴轴接于两斜叉之间。

4.一种杠杆凸轮联动的自行车，所述自行车包含有车架、前车轮、后车轮以及车轮驱动装置，其特征在于，所述车轮驱动装置包含有左右两个杠杆、摆杆、驱动轮和变速机构，所述杠杆一端为线性驱动施力端，另一端活动连接于车架上，所述摆杆下端铰接于所述杠杆上，所述车架还包括在后轮侧面对应设置的两斜叉以及设置在车架后端的后支板，所述杠杆活动连接于车架的后支板上，所述每根杠杆均安装有两摆杆，并且所述每根摆杆上端均设有滚柱，所述两摆杆的中下端用铰接杆相互活动连接，所述变速机构包括驱动齿圈、介轮、从动齿轮、三角摇板和拉杆，所述驱动轮内具有与所述滚柱活动连接的轮廓曲面，所述轮廓曲面以轮轴为中心具有两个对称设置的最远下拉面、两个对称设置的最远上抬面以及连通最远下拉面与最远上抬面的过渡面。

5.如权利要求4所述的杠杆凸轮联动的自行车，其特征在于，所述轮廓曲面还包括连通最远下拉面与最远上抬面的延时角的过渡面。

6.如权利要求5所述的杠杆凸轮联动的自行车，其特征在于，所述变速机构安装在后车轮右侧，其驱动齿圈固定于右驱动轮的左侧，所述驱动齿圈与介轮啮合，介轮带动从动轮及后轮转动，拉动三角板改变转速。

7.如权利要求4或5所述的杠杆凸轮联动的自行车，其特征在于，所述车架的车座上有靠背。

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