CN103204213B - 杠杆往复驱动机构及包括其的自行车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种杠杆往复驱动机构及包括其的自行车，杠杆往复驱动机构包括杠杆往复装置、驱动装置、驱动杆上下交叉运动装置和变速装置，驱动杆上下交叉运动装置包含左、右驱动杆、心轴、正反转轮、换向轮、换向轮轴、来回拉绳、换向轮固定板、后轮轴组成。左驱动杆和正反转轮分别固定于心轴的两端，后轮轴内装有心轴且两端的内圆装有轴承，连同两端的左驱动杆、正反转轮在后轮轴内自由转动，右驱动杆与后轮轴活动连接，换向轮与换向轮轴活动连接，换向轮轴两端分别与换向轮固定板和车架连接体固定，来回拉绳绕过换向轮，其两端分别与正反转轮、右驱动杆固定，换向轮固定板分别与换向轮轴固定和心轴活动连接。本发明结构简单、传动率高、维修方便。

Description

杠杆往复驱动机构及包括其的自行车

技术领域

本发明涉及自行车设计与制造技术领域，确切地说涉及一种杠杆往复驱动机构及包括其的自行车。

背景技术

现有的自行车主要是通过曲柄机构进行传递动力。其圆周活动件较多，故障率高。针对上述缺陷做了很大改进的200910134864.1公开了一种杠杆凸轮联动的自行车，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。从原理上提出了用杠杆棘轮机构解决了曲柄驱动结构存在的问题。但其结构仍较复杂、并且精度要求高，调整修复困难。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是：提供一种结构简单的杠杆往复驱动机构及包括其的自行车。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案来实现的：

一种杠杆往复驱动机构，包括杠杆往复装置、驱动装置、驱动杆上下交叉运动装置和变速装置，其中，所述驱动杆上下交叉运动装置由左、右驱动杆、心轴、正反转轮、换向轮、换向轮轴、来回拉绳、换向轮固定板、后轮轴，所述右驱动杆与心轴的一端固定连接，所述正反转轮与心轴的另一端固定连接，所述后轮轴两端的内圆装有轴承，所述心轴置于后轮轴内，连同两端的右驱动杆、正反转轮在后轮轴内自由转动，所述左驱动杆与后轮轴活动连接，所述换向轮与换向轮轴活动连接，所述换向轮轴两端分别与换向轮固定板和车架连接体固定，所述来回拉绳绕过换向轮，所述来回拉绳两端分别与正反转轮、左驱动杆固定，所述换向轮固定板分别与换向轮轴固定和心轴活动连接。

作为优选，所述杠杆往复装置由左、右驱动杆、杠杆、连杆，车架连接体、驱动杆铰接轴、连杆铰接轴、杠杆铰接轴组成。所述左、右驱动杆，其后端分别安装于后轮轴与心轴上，同心绕后轮轴转动，其前端用驱动杆铰接轴与杠杆上的凸块活动连接。所述连杆，其后端用套管将左、右两杆件焊接为一体，套管内安装轴承，连杆通过连杆铰接轴的螺母固定于车架连接体上，前端用杠杆连接轴与杠杆活动连接。所述杠杆，其后端置于套管两端，中间位置有与杠杆相垂直的凸块，并将杠杆、套管、凸块焊接为一体，凸块上有孔槽，用于与驱动杆铰接轴连接，套管内安装轴承，使杠杆通过杠杆铰接轴与连杆铰接转动，杠杆前端与踏板焊接为一体。所述车架连接体置于后轮毂的两侧，左、右驱动杆的内侧，用轴承活动安装于后轮轴上，与车架的斜叉固定，使后轮轴在车架连接体上自由转动。

作为优选，所述驱动装置由左、右驱动杆、棘轮、棘爪、棘爪座、定位环、弹簧、后轮轴、后轮毂、主动齿轮、从动齿轮、过渡齿轮、驱动齿轮、齿轮轴、左齿轮座、右齿轮座、车架连接体组成。所述左、右驱动杆的内侧分别用螺栓与棘爪座固定，所述棘爪座内形成的凹槽、螺孔和弹簧孔绕中轴线互相按角度间隔分布，所述棘爪活动安装于棘爪座的凹槽上，所述弹簧置于棘爪座的弹簧孔内，并与棘爪相抵，所述定位环，其用于容纳棘爪的缺口绕中轴线互相按角度间隔分布，置于棘爪的侧端，并用轴承活动连接于车架连接体处，所述棘轮用平键固定于后轮轴上，所述后轮毂置于后轮轴中部，其两侧分别用轴承安装于车架连接体和右齿轮座的外圆上，并在其上自由转动。所述主动轮用平键固定于后轮轴上，所述从动轮、过渡轮共同用平键固定于齿轮轴上。所述齿轮轴，其中间固定从动轮、过渡轮，其两端用轴承分别与左、右齿轮座活动连接。所述驱动齿轮，其内圆用轴承与后轮轴活动连接，其外圆用轴承安装有左齿轮座，其凸圆用螺栓与后轮毂固定。所述右齿轮座，内圆用轴承与后轮轴活动连接，外圆内侧用轴承与后轮毂活动连接，外圆外侧与车架连接体内圆用平键固定连接。所述左齿轮座，用轴承与驱动齿轮活动连接，并通过齿轮轴与右齿轮座固连，构成齿轮架。所述车架连接体置于后轮毂的两侧，用轴承活动安装于后轮轴上，与车架的斜叉固定，使后轮轴与后轮毂在车架连接体上自由转动。

作为优选，所述变速装置包含杠杆、上、下定位螺栓、回位弹簧、拉绳、下定位螺栓座、调速棘轮、棘轮座、调速扳手、拉绳接头、棘爪、棘爪弹簧、棘爪座、棘轮座固定片组成。所述杠杆的凸块上有孔槽。所述上、下定位螺栓有通孔，用于安装拉绳。所述拉绳安装于拉绳导管内，一端固定于驱动杆上的驱动杆铰接轴上，另一端连接于调速棘轮上。所述下定位螺栓座固定于杠杆上，所述调速棘轮，其上有凸销，用于与拉绳接头连接，所述棘轮座，用于安装调速扳手，调速棘轮和定位螺栓。所述棘爪安装于棘爪座内，置于调速棘轮与棘爪弹簧之间并相抵。所述棘轮座固定片，用于与棘轮座连接并固定于车架上。

本发明还提供了一种包括杠杆往复驱动机构的自行车，其中，所述自行车采用上述任一项中所述的杠杆往复驱动机构。

由上述技术方案可知，本发明的有益效果是：

相比现有技术，本发明采用了最简单的轴棍拉绳原理，解决了驱动杆的上、下交替运动，同时增加连杆关节杠杆，用杠杆拉动驱动杆和连杆平行转动，来控制杠杆的转角，形成双脚的上下平行运动，并可根据需要改变驱动杆与连杆的平行度，从而改变连杆与杠杆的相对角度。通过采用结构简单的往复装置和驱动装置，使整体的结构非常简单。本发明彻底摈弃了曲柄、中轴等构件，改变了原驱动机构的圆周运动为上、下一定角度的转动，减少了摩擦阻力，延长驱动杆长度，是曲柄机构的3-5倍，并可改变车架结构，使自行车的整体造型新颖独特。提供了一种全新的、工作可靠、结构简单、传动率高、使用寿命长、维修方便、骑乘舒适稳定的自行车驱动机构。

附图说明

图1a为本发明的包括杠杆往复驱动机构的自行车的主视结构示意图。

图1b为图1a的俯视结构示意图。

图2为杠杆往复驱动机构俯视放大结构示意图。

图3a为驱动杆上下交叉运动装置的左侧面结构示意图1。

图3b为驱动杆上下交叉运动装置的正面结构示意图2。

图3c为驱动杆上下交叉运动装置的交叉变换部位正面结构示意图3。

图3d为左驱动杆的结构示意图1。

图3e为后轮轴的结构示意图。

图3f为心轴的结构示意图。

图3g为换向轮轴的结构示意图。

图3h为右驱动杆的结构示意图1。

图3i为换向轮的结构示意图。

图3j为正反转轮的结构示意图。

图3k为换向轮固定板的结构示意图。

图4a为往复装置的俯视结构示意图。

图4b为往复装置的主视结构示意图。

图4c为左驱动杆的结构示意图2。

图4d为右驱动杆的结构示意图2。

图4e为连杆的结构示意图。

图4f为杠杆的结构示意图。

图4g为连杆铰接轴的结构示意图。

图4h为杠杆铰接轴的结构示意图。

图4i为驱动杆铰接轴的结构示意图。

图5a为驱动装置的结构示意图。

图5b为棘轮、棘爪、棘爪座、后轮轴和弹簧的结构示意图。

图5c为棘爪、棘爪座、定位环、后轮轴和弹簧的结构示意图。

图5d为棘轮的结构示意图。

图5e为棘爪座的结构示意图。

图5f为棘爪的结构示意图。

图5g为定位环的结构示意图。

图5h为弹簧的结构示意图。

图6a为驱动装置齿轮结构示意图。

图6b为图6a中左车架连接体的结构示意图。

图6c为图6a中右车架连接体的结构示意图。

图6d为驱动齿轮的结构示意图。

图6e为后轮毂的结构示意图。

图6f为从动齿轮的结构示意图。

图6g为齿轮轴的结构示意图。

图6h为左齿轮座的结构示意图。

图6i为右齿轮座的结构示意图

图6j为主动轮的结构示意图。

图6k为过渡轮的结构示意图。

图7a为变速装置上部结构示意图。

图7b为图7a的侧面变速装置上部结构示意图。

图7c为变速装置下部结构示意图。

图7d为杠杆的结构示意图。

图7e为调速棘轮的结构示意图。

图7f为调速扳手的结构示意图。

图7g为拉绳接头的结构示意图。

图7h为棘轮座的结构示意图。

图7i为上、下定位螺栓的结构示意图。

图7j为下定位螺栓座的结构示意图。

图7k为棘轮座固定片的结构示意图。

图7l为棘爪的结构示意图。

图7m为棘爪弹簧的结构示意图。

图7n为棘爪座的结构示意图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图。

其中，图1a为本发明的包括杠杆往复驱动机构的自行车的主视结构示意图。图1b为图1a的俯视结构示意图。图2为杠杆往复驱动机构俯视放大结构示意图。图3a至图3k用于说明驱动杆上下交叉运动装置结构。图4a至图4i用于说明往复装置结构。图5a至图5h用于说明驱动装置棘轮结构。图6a至图6k用于说明驱动装置齿轮结构。图7a至图7n用于说明变速装置结构。

本发明提供了一种杠杆往复驱动机构，包括杠杆往复装置、驱动装置、驱动杆上下交叉运动装置和变速装置。具体请参阅图1a至图3k，所述驱动杆上下交叉运动装置由左、右驱动杆32、31、心轴11、正反转轮12、换向轮13、换向轮轴14、来回拉绳15、换向轮固定板16、后轮轴17组成，所述右驱动杆31，其方孔311处与心轴11右端的方柱111处结合，用螺母固定。所述正反转轮12，其方孔121处与心轴11左端的方柱112处结合，用螺母与心轴11、换向轮固定板16上的轴承固定为一体。所述后轮轴17，其两端的内圆装有轴承。所述心轴11，置于后轮轴17内，连同两端的右驱动杆31、正反转轮12在后轮轴17内自由转动。所述左驱动杆32，其内圆321处与后轮轴17左端的外圆173处用轴承活动连接。所述换向轮13，其与换向轮轴14之间用轴承活动连接。所述换向轮轴14，其两端分别与换向轮固定板16、车架连接体43固定。所述来回拉绳15绕过换向轮13，其两端分别与正反转轮12、左驱动杆32固定。所述换向轮固定板16，其圆孔161端与换向轮轴14固定，其圆孔162端与心轴11的左端的112外侧用轴承活动连接。当右驱动杆31向下运动时通过心轴11带动另一端的正反转轮12同向转动，正反转轮12通过来回拉绳15经过换向轮13拉动左驱动杆32上抬。反之，当左驱动杆32向下运动时，通过来回拉绳15，来回拉绳15经过换向轮13拉动正反转轮12，正反转轮12带动另一端的右驱动杆31上抬，完成驱动杆的上下交替运动。

请参阅图1a至图4i，所述杠杆往复装置由左、右驱动杆32、31，杠杆41、连杆42，车架连接体43、驱动杆铰接轴44、连杆铰接轴45、杠杆铰接轴46组成。所述左、右驱动杆32、31，其后端分别安装于心轴11与后轮轴17上，同心绕后轮轴17转动，其另一端的内圆322、312处安装轴承分别与铰接轴44活动连接。所述连杆42，其后端内圆421、422两杆件用套管423将左、右两杆件焊接为一体，套管内安装轴承，连杆42通过连杆铰接轴45的螺母固定于车架连接体43上，前端的圆孔424用于与杠杆41连接。所述杠杆41，其后内圆411、412两杆件置于用套管413两端，在内圆411与内圆412之间置有与杠杆相垂直的凸块414，并将杠杆41、套管413、凸块414焊接为一体，凸块414上有孔槽416，用于与驱动杆铰接轴44连接，套管内安装轴承，使杠杆41通过杠杆铰接轴46与连杆42铰接转动，杠杆前端与踏板415焊接为一体。所述车架连接体43置于后轮毂21的两侧，左、右驱动杆32、31的内侧，用轴承活动安装于后轮轴17上，与车架1的斜叉固定，使后轮轴17在车架连接体43上自由转动。当杠杆41、连杆42同时绕连杆铰接轴45向下转动时，杠杆41上的凸块414也同时拉动驱动杆31绕后轮轴17向下作同样角度的转动，在连杆42与驱动杆31同时平行向下转动时，由于连杆42的转动轴心与驱动杆31的转动轴心不同，促使杠杆41绕着连杆42作一定角度的回转，将杠杆41基本保持于平行运动状态，完成杠杆41的平行运动，即杠杆41的平行往复运动。

参阅图1a、图1b、图2、图5a至图6k，所述驱动装置由左、右驱动杆32、31、棘轮33、棘爪34、棘爪座35、定位环36、弹簧37、后轮轴17、后轮毂21、主动齿轮22、从动齿轮23、过渡齿轮24、驱动齿轮25、齿轮轴26、左齿轮座28、右齿轮座27、车架连接体43组成。所述左、右驱动杆32、31的内侧分别用螺栓与棘爪座35的352处固定，所述棘爪座35内环内形成的凹槽351、螺孔352和弹簧孔353绕中轴线互相按角度间隔分布，所述棘爪34活动安装于棘爪座35的凹槽351上，所述弹簧37置于棘爪座35的弹簧孔353内，并与棘爪34相抵，所述定位环36，其用于容纳棘爪的缺口绕中轴线互相按角度间隔分布，置于棘爪34的侧端，并用轴承活动连接于车架连接体43上的内圆431处，所述棘轮33用平键固定于后轮轴17外圆上的键槽174、175处，所述后轮毂21，置于后轮轴17中部，其两侧分别用轴承安装于车架连接体43的外圆432处和右齿轮座27的外圆271处，并在其上自由转动。所述主动轮22用平键固定于后轮轴17外圆上的键槽176处，所述从动轮23、过渡轮24共同用平键固定于齿轮轴26上。所述齿轮轴26，其中间固定从动轮23、过渡轮24，其两端用轴承分别与左、右齿轮座28、27外圆的齿轮轴孔281活动连接。所述驱动齿轮25，其内圆用轴承与后轮轴17活动连接，其外圆用轴承安装有左齿轮座28，其凸圆253处用螺栓与后轮毂21固定。所述右齿轮座27，其内圆用轴承与后轮轴17活动连接，其外圆用轴承与后轮毂活动连接，外圆处与车架连接体43的内圆用平键固定连接。所述左齿轮座28，其内圆282用轴承与驱动齿轮25外圆活动连接，并通过齿轮轴26与右齿轮座27固连，构成齿轮架。所述车架连接体43置于后轮毂21的两侧，用轴承活动安装于后轮轴17上，与车架1的斜叉固定，使后轮轴17与后轮毂21在车架连接体43上自由转动。当驱动杆31向下转动时，驱动杆31带动棘爪座35转动时，此时定位环36还处在静止状态，使棘爪34脱离定位环36的外表面，带动棘爪34转动，棘爪34转动时，在弹簧37的作用下，促使棘爪34与棘轮33啮合，棘轮33带动后轮轴17，后抡轴17带动主动轮22，主动轮22带动从动轮23，从动轮23带动过渡轮24，过渡轮24带动驱动齿轮25转动，驱动齿轮25带动后轮毂而驱动后轮2转动。当驱动杆31停止转动时，棘轮33与定位环36继续转动，在棘轮33的推动下将棘爪34抬起脱离啮合，并将棘爪推至定位环36外表面，完全脱离啮合，此时驱动杆31、棘爪座35、棘爪34、定位环36处于静止状态，而棘轮33可以正、反自由转动。

请参阅图1a至图2和图7a至图7n，所述变速装置由杠杆41、上、下定位螺栓51、回位弹簧52、拉绳53、下定位螺栓座54、调速棘轮56、棘轮座57、调速扳手58、拉绳接头59、棘爪60、棘爪弹簧61、棘爪座62、棘轮座固定片63组成。所述杠杆41的凸块414上有孔槽416。所述上、下定位螺栓51有通孔，用于安装拉绳53。所述拉绳53安装拉绳导管55内，一端固定于驱动杆31上的驱动杆铰接轴44上，另一端连接于调速棘轮56上。所述下定位螺栓座54安装于杠杆41的凸块414上，并用螺栓固定。所述调速棘轮56，其上有凸销561，用于与拉绳接头连接，所述棘轮座57，用于连接调速扳手58，调速棘轮56和固定定位螺栓51。所述棘爪60安装于棘爪座62内，置于调速棘轮56与棘爪弹簧61之间并相抵。所述棘轮固定片63，用于与棘轮座57连接并固定于车架1上。其动作过程是，扭动调速扳手58，带动调速棘轮56，调速棘轮56上的凸销拉动拉绳53在拉绳导管55内移动，拉动拉绳53另一端的驱动杆铰接轴44，驱动杆铰接轴44带动驱动杆31在杠杆41上的凸块414的孔槽内移动，改变驱动杆31与连杆42的平行度，改变了杠杆41与连杆42的转动角度，从而改变了杠杆41的运动距离，如果在杠杆41上下运动距离不变的情况下，就改变了驱动杆31的转动角度而改变后轮的转速。

本发明还提供了一种包括杠杆往复驱动机构的自行车，其中，所述自行车采用上述的杠杆往复驱动机构。

上述为本发明的最优选实施方式，在具体实施过程中，所述驱动杆上下交叉运动装置和杠杆往复驱动装置均可以单独的与现有技术结合、或者上述几种与现有技术交叉组合都可以。本发明对各部分都做了相应的改进，例如，往复装置相比现有技术的结构更加简单，调整修复方便；驱动装置的结构也较现有技术更加简单，并且驱动效果更好，传动率高；而驱动杆上下交叉运动装置更是大大节省了部件，工作更加可靠，使用寿命长，维修更加方便，骑乘更加舒适，本发明的技术方案中，与驱动杆上下交叉运动装置、杠杆往复驱动装置相结合，可以实现最大的技术效果，因为三者结合在一起可以互相包容、互相促进，从而实现1+1+1＞3的技术效果，其使本发明的结构更加简单，维修更加方便，骑乘更加舒适和稳定。

需要特别说明的是，有些部件同时作用于不同的装置中，例如左、右驱动杆就同时作用于驱动杆上下交叉运动装置和往复装置中，因此，在具体描述该两个装置时，我们都提到了该两个装置的组成中都包括左、右驱动杆，但并不意指本发明中包括“两对”左、右驱动杆，为了避免造成误解，特此说明，具体请参见附图。

但以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，并非用以局限本发明的专利范围，故凡运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变化，均同理包含在本发明的范围内。

Claims (5)

1.一种杠杆往复驱动机构，包括杠杆往复装置、驱动装置、驱动杆上下交叉运动装置和变速装置，其特征在于，所述驱动杆上下交叉运动装置包含左、右驱动杆、心轴、正反转轮、换向轮、换向轮轴、来回拉绳、换向轮固定板、后轮轴，所述右驱动杆与心轴的一端固定连接，所述正反转轮与心轴的另一端固定连接，所述后轮轴两端的内圆装有轴承，所述心轴置于后轮轴内，连同两端的右驱动杆、正反转轮在后轮轴内自由转动，所述左驱动杆与后轮轴活动连接，所述换向轮与换向轮轴活动连接，所述换向轮轴两端分别与换向轮固定板和车架连接体固定，所述来回拉绳绕过换向轮，所述来回拉绳两端分别与正反转轮、左驱动杆固定，所述换向轮固定板分别与换向轮轴固定和心轴活动连接。

2.如权利要求1所述的杠杆往复驱动机构，其特征在于，所述杠杆往复装置由左、右驱动杆、杠杆、连杆，车架连接体、驱动杆铰接轴、连杆铰接轴、杠杆铰接轴组成，所述左、右驱动杆，其后端分别安装于后轮轴与心轴上，同心绕后轮轴转动，其前端用驱动杆铰接轴与杠杆上的凸块活动连接，所述连杆，其后端用套管将左、右两杆件焊接为一体，连杆通过连杆铰接轴活动安装于车架连接体上，前端与杠杆铰接，所述杠杆，其后端置于另一套管两端，中间位置有与杠杆相垂直的凸块，并将杠杆、套管、凸块焊接为一体，杠杆通过杠杆铰接轴与连杆铰接转动，凸块通过驱动杆铰接轴与驱动杆铰接，杠杆前端与踏板焊接为一体，所述车架连接体置于后轮毂两侧，左、右驱动杆的内侧，活动安装于后轮轴上，与车架的斜叉固定，使后轮轴在车架连接体上自由转动。

3.如权利要求2所述的杠杆往复驱动机构，其特征在于，所述驱动装置由左、右驱动杆、棘轮、棘爪、棘爪座、定位环、弹簧、后轮轴、后轮毂、主动齿轮、从动齿轮、过渡齿轮、驱动齿轮、齿轮轴、左齿轮座、右齿轮座组成，所述左、右驱动杆的内侧分别与棘爪座固定，所述棘爪座内形成的凹槽、螺孔和弹簧孔绕中轴线互相按角度间隔分布，所述棘爪活动安装于棘爪座的凹槽上，所述弹簧置于棘爪座的弹簧孔内，并与棘爪相抵，所述定位环，置于棘爪的侧端，并活动连接于车架连接体上，所述棘轮用平键固定于后轮轴上，所述后轮毂置于后轮轴中部，其两侧分别用轴承安装于车架连接体和右齿轮座的外圆上，并在其上自由转动，所述主动齿轮用平键固定于后轮轴上，所述从动齿轮、过渡齿轮共同用平键固定于齿轮轴上，所述齿轮轴，其两端分别与左、右齿轮座活动连接，所述驱动齿轮，其内圆与后轮轴活动连接，其外圆与左齿轮座活动连接，其凸圆用螺栓与后轮毂固定，所述右齿轮座，内圆与后轮轴活动连接，外圆内侧与后轮毂活动连接，外圆外侧与车架连接体内圆用平键固定连接，所述左齿轮座，与驱动齿轮活动连接，通过齿轮轴与右齿轮座固连，构成齿轮架。

4.如权利要求1至3中任一项所述的杠杆往复驱动机构，其特征在于，所述变速装置由杠杆、上、下定位螺栓、回位弹簧、拉绳、下定位螺栓座、调速棘轮、棘轮座、调速扳手、拉绳接头、棘爪、棘爪弹簧、棘爪座、棘轮座固定片组成，所述杠杆的凸块上有孔槽，所述上、下定位螺栓有通孔，用于安装拉绳，所述拉绳安装于拉绳导管内，一端固定于驱动杆上的驱动杆铰接轴上，另一端连接于调速棘轮上，所述下定位螺栓座固定于杠杆上，所述调速棘轮，其上有凸销，用于与拉绳接头连接，所述棘轮座，用于安装调速扳手，调速棘轮和定位螺栓，所述棘爪安装于棘爪座内，置于调速棘轮与棘爪弹簧之间并相抵，所述棘轮座固定片，用于与棘轮座连接并固定于车架上。

5.一种包括杠杆往复驱动机构的自行车，其特征在于，所述自行车采用如权利要求1至3中任一项所述的杠杆往复驱动机构。