CN103264741B - 一种便携式的折叠自行车 - Google Patents
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Abstract
一种便携式的折叠自行车设计属于自行车结构设计领域。随着人们环保意识的提高，更多市民选择“公交+自行车”的出行方式。但是目前国内主要城市不允许将自行车带上公交，所以将自行车折叠至行李大小并装包便可以解决此矛盾。通过应用双摇杆机构的两个死点位置而设计出骑行时具有良好的力学性能同时折叠后形状扁平便于装包携带的折叠车架。六组两两对称的四杆机构的耦合使车架折叠时自由度为1，便于折叠。插销式固定方便可靠。配合上车把折叠与车座折叠机构使得折叠后的车体尺寸不超过830mmX630mmX280mm，可以装入该尺寸的行李箱或便携背包。采用16英寸车轮，各配件均为标准选配，具有良好的可推广性。<!--1-->
Description
技术领域
本发明是一种折叠后便于装包携带的折叠自行车设计，属于自行车结构设计领域。
背景技术
当今社会，由于污染、交通拥挤等问题越发严重，随着环保意识的提高，人们开始倡导“低碳环保，绿色出行”的理念。越来越多的人选择乘坐公交或地铁出行，但由于公交和地铁线路网络并不能完全覆盖城市的每个角落，这就使绿色出行总会有一些真空区。所以可以灵活折叠、便于存放的自行车在保证绿色出行的同时，可以很好的与其他交通线路衔接起来，形成一条连续的绿色出行路线。
但是北京、天津、上海、大连等地区规定不允许乘客携带折叠自行车乘坐地铁及公交车，若将自行车规则折叠放入背包中便可以随身携带。目前市面上的折叠自行车，多数在折叠后虽体积较小，但形状并不规整，不容易存放于背包中；少数折叠后形状规整的自行车，折叠方式又很复杂，这就给很多喜爱“公交+骑车”出行的人们造成了了困扰。于是本设计针对这个问题，通过应用双摇杆机构的两个死点位置实现了一种便携式的折叠自行车设计。
发明内容
本发明在一般自行车车架的架构基础上通过应用双摇杆的两个死点位置实现了一种折叠后形状扁平，便于装包携带的折叠自行车设计。
折叠车的结构本身存在着矛盾，就是既要保证车体在折叠时的灵活性，又要保证车体在骑行时的稳定性。而双摇杆机构的死点位置便是解决这一问题的关键。一组双摇杆机构通过变换驱动端可以存在两个死点，这很好地对应了折叠自行车打开与折叠的两种状态。同时自行车的后叉与车梁本身可以组成一个四杆机构，通过这两组四杆机构的叠加便可以实现车体更为充分的折叠。在折叠的锁紧结构设计中，又加入了一组曲柄滑块机构以确保骑行时的稳定性。
这三组四杆机构的杆长确定方法是本设计的关键，主要采用的是作图法，在求得的理论值基础上通过三维建模进行微调、实验，最终确定杆长。除这三组四杆机构外，还包括其余的必要折叠部分以保证折叠后的车体便于装入背包中。
一种便携式的折叠自行车，包括：前叉2前轮3、车梁4、中轴6、后下叉7、后轮8、后上叉9、座管12、翻折车座13、车把14；其特征在于还包括如:车把翻折座1、下联动杆5、转动联动杆10、固定销连杆11、折叠固定销15；车架的折叠机构包括四组四杆机构，其中包括关于车梁4对称的两组双摇杆和关于车梁4对称的两组曲柄摇杆；第一转动副21在车梁中部，第二转动副22在中轴附近且不与中轴重合，第三转动副23在车梁尾部，第四转动副24在座管中部，第五转动副25为后上叉与后下叉的交点；第一转动副21与第二转动副22之间的杆为下联动杆5；第一转动21副与第三转动副23之间的杆为车梁4的后半部分；第二转动副22与第四转动副24之间的杆为转动联动杆10；第二转动副22与第五转动副25之间的杆为后下叉7；第三转动副23与第五转动副25之间的杆为后上叉9；其中第一转动副21、第二转动副22、第四转动副24、第三转动副23及它们之间的杆件组成了双摇杆机构；第一转动副21、第二转动副22、第五转动副25、第三转动副23及它们之间的杆件组成了曲柄摇杆机构；在骑行状态时，第二转动副22、第三转动副23、第四转动副24共线构成死点，使得转动联动杆10与座管共线12；在折叠状态时，第二转动副22、第一转动副21、第四转动副24共线构成死点，使得下联动杆5与转动联动杆10共线。
两个死点位置对应折叠自行车骑行与折叠两种状态，兼顾骑行时的稳定性与折叠后尺寸的便携性。第一转动副21、第二转动副22、第五转动副25、第三转动副23组成了曲柄摇杆机构使得折叠后前后轮距减小。在骑行状态时，第二转动副22、第三转动副23、第四转动副24共线构成死点，使得转动联动杆10与座管共线12，此时人体重力有约70%的分量将沿座管12的方向施加在双摇杆机构上，这部分力并不会引起双摇杆机构的运动，其余30%的分力由固定销连杆11承担；在折叠状态时，第二转动副22、第一转动副21、第四转动副24共线构成死点，使得下联动杆5与转动联动杆10共线，此时车架折叠机构使得座管与车梁之间的夹角最小的同时前后轮距也极大地减小，横纵两方向的尺寸缩小实现了折叠的效果。
曲柄滑块是固定车架的关键机构，但并不影响车架的折叠过程，滑块简化为圆柱形的固定销，固定方式为插销式固定。
车座上翻机构由车座转动副31实现，快拆夹紧式固定。设计上翻机构时，其向上旋转的角度依照车架折叠时座管的转动角度而定，即车体折叠前后车座都可以与地面平行，以避免车座与车梁干涉。作图法得到车座翻折转动角度为102.77度。考虑误差的影响，在设计座杆13.2时将其滑动槽的角度定为110度，稍大于车座的翻折转动角度。
车把的折叠功能由两个转动副实现。车把整体可以通过车把翻折座1上的转动副整体翻折下来；车把的一侧可以通过打开伸缩固定套14.2后回翻以减少折叠后车体的长度。车把折叠方式的设计依照车架而定，以折叠后尺寸最小且不干涉为原则。
脚蹬的折叠由一个转动副实现，通过材料的塑性变形夹紧固定。
除上述机构外，其余零件如车闸、车轮等均参照通用标准设计，以保证本设计的可推广性。
便携式折叠自行车设计有如下几个特点：
1.骑行状态下：车轮为16英寸，座管与底面夹角70度，首管与地面夹角72度，脚踏中轴距地面264mm，前后轮距860mm，车座距地面高度在791mm至917mm内可调。
2.折叠状态下：前后轮距419mm，车座距地面616mm，两脚蹬外侧距离267mm，折叠车整体尺寸不超过830mmX630mmX280mm，可装入内部为该尺寸的行李箱或背包中。
3.折叠式：车架折叠机构的自由度为1，简化了折叠步骤，车架折叠机构的锁紧方式为销式固定，稳定可靠。其余部分的锁紧方式为快拆夹紧式，是自行车中常用的锁紧方式。
附图说明
图1为便携式折叠自行车的结构示意图—正视图
图2为便携式折叠自行车的结构示意图—轴测图
图3为整车折叠后意图
图4为折叠后装包示意图
图5为车座上翻折叠机构示意图，图5a为折叠前，图5b为折叠后
图6为车把回翻折叠机构示意图，图6a为折叠前，图6b为折叠后
图7为车架折叠机构原理图
图8为车架折叠机构的双摇杆在骑行死点位置示意图
图9为车架折叠机构的双摇杆在折叠死点位置示意图
具体实施方式
车架的折叠功能由两组四杆机构实现，其中包括一个双摇杆和一个曲柄摇杆。第一转动副21在车梁中部，第二转动副22在中轴前方且不与中轴重合，第三转动副23在车梁尾部，第四转动副24在座管中部，第五转动副25为后上叉与后下叉的交点。第一转动21副与第二转动副22之间的杆为下联动杆5；第一转动21副与第三转动副23之间的杆为车梁4的后半部分；第二转动副22与第四转动副24之间的杆为转动联动杆10；第二转动副22与第五转动副25之间的杆为后下叉7；第三转动副23与第五转动副25之间的杆为后上叉9。
第一转动副21、第二转动副22、第四转动副24、第三转动副23组成了双摇杆机构，它的两个死点位置对应折叠自行车骑行与折叠两种状态，兼顾骑行时的稳定性与折叠后尺寸的便携性。第一转动副21、第二转动副22、第五转动副25、第三转动副23组成了曲柄摇杆机构使得折叠后前后轮距减小。
在骑行状态时，第二转动副22、第三转动副23、第四转动副24共线构成死点，使得转动联动杆10与座管共线12，此时人体重力有约70%的分量将沿座管12的方向施加在双摇杆机构上，这部分力并不会引起双摇杆机构的运动，其余30%的分力由固定销连杆11承担；在折叠状态时，第二转动副22、第一转动副21、第四转动副24共线构成死点，使得下联动杆5与转动联动杆10共线，此时车架折叠机构使得座管与车梁之间的夹角最小的同时前后轮距也极大地减小，横纵两方向的尺寸缩小实现了折叠的效果。曲柄滑快是固定车架的关键机构，但并不影响车架的折叠过程，滑块简化为圆柱形的固定销，固定方式为插销式固定。
车架折叠机构的设计主要依靠作图法，再通过三维建模方针进行微调。
车座上翻机构由车座转动副31实现，快拆夹紧式固定。设计上翻机构时，其向上旋转的角度依照车架折叠时座管的转动角度而定，即车体折叠前后车座都可以与地面平行，以避免车座与车梁干涉。作图法得到车座翻折转动角度为102.77度。考虑误差的影响，在设计座杆13.2时将其滑动槽的角度定为110度，稍大于车座的翻折转动角度。
车把的折叠功能由两个转动副实现。车把整体可以通过车把翻折座1上的转动副整体翻折下来；车把的一侧可以通过打开伸缩固定套14.2后回翻以减少折叠后车体的长度。车把折叠方式的设计依照车架而定，以折叠后尺寸最小且不干涉为原则。
应用实施案例：
便携式折叠自行车折叠功能的实现需要如下几个步骤：
第一步：打开车座快拆；第二步：抬起车座；第三步：打开车把快拆与车把快拆钩；第四步：车把下翻；第五步：打开车把固定套；第六步：车把回翻；第七步：打开车架固定销快拆；第八步：拔出车架固定销；第九步：折叠车架；第十步：插回车架固定销；第十一步：折叠脚蹬；第十二步：需要时装包。
这样可以使折叠后的车体尺寸不超过830mmX630mmX280mm，可装入内部为该尺寸的行李箱或背包中。
Claims (2)
1.一种便携式的折叠自行车，包括：前叉（2）前轮（3）、车梁（4）、中轴（6）、后下叉（7）、后轮（8）、后上叉（9）、座管（12）、翻折车座（13）、车把（14）；其特征在于还包括如:车把翻折座（1）、下联动杆（5）、转动联动杆（10）、固定销连杆（11）、折叠固定销（15）；车架的折叠机构包括四组四杆机构，其中包括关于车梁（4）对称的两组双摇杆和关于车梁（4）对称的两组曲柄摇杆；第一转动副（21）在车梁中部，第二转动副（22）在中轴附近且不与中轴重合，第三转动副（23）在车梁尾部，第四转动副（24）在座管中部，第五转动副（25）为后上叉与后下叉的交点；第一转动副（21）与第二转动副（22）之间的杆为下联动杆（5）；第一转动副（21）与第三转动副（23）之间的杆为车梁（4）的后半部分；第二转动副（22）与第四转动副（24）之间的杆为转动联动杆（10）；第二转动副（22）与第五转动副（25）之间的杆为后下叉（7）；第三转动副（23）与第五转动副（25）之间的杆为后上叉（9）；其中第一转动副（21）、第二转动副（22）、第四转动副（24）、第三转动副（23）及它们之间的杆件组成了双摇杆机构；第一转动副（21）、第二转动副（22）、第五转动副（25）、第三转动副（23）及它们之间的杆件组成了曲柄摇杆机构；在骑行状态时，第二转动副（22）、第三转动副（23）、第四转动副（24）共线构成死点，使得转动联动杆（10）与座管共线（12）；在折叠状态时，第二转动副（22）、第一转动副（21）、第四转动副（24）共线构成死点，使得下联动杆（5）与转动联动杆（10）共线。
2.根据权利要求1中所述一种便携式的折叠自行车，其特征在于，车座上翻机构由车座转动副（31）实现，车座在骑行状态与折叠状态间翻折的角度为102.77度。
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