CN103707981B - 一种俯卧式自行车 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种俯卧式自行车，包括车架、前轮、后轮、用于带动后轮的传动机构以及用于驱动传动机构的蹬踩机构，所述前轮和后轮分设于车架的前部和后部，所述车架的前部设有前臂支撑机构，所述蹬踩机构与车架之间装设有随蹬踩机构同步运动的膝部动态支撑机构。该俯卧式自行车采用动静结合的多点支撑、提高了骑行舒适性和骑行效率、兼具爬行健身功能。
Description
技术领域
本发明涉及一种自行车，尤其涉及一种俯卧式自行车。
背景技术
当今，自行车正在从代步的交通工具逐步向运动型、休闲娱乐型以及旅游型方面发展，并且，还有进一步向健身型自行车方面发展的趋势。然而，传统的坐骑式自行车远远满足不了上述这些发展趋势的需要。
传统的坐骑式自行车在空气动力学、人体解剖学、人体生物学、血液动力学和人机工程学等方面存在许多缺陷：1、由于骑车者上身直立坐在鞍座上，迎风面积大，空气阻力成为影响效率和行驶速度的主要因素；2、直立坐姿增加了人体脊柱的受压强度；3、为了减少空气阻力，骑车者不得不将上身俯卧、弯曲地趴在车把上，这种上身弯曲的姿势使腹部压力增大，并且对腰椎造成高度压迫；4、从血液动力学的观点来看，坐骑式对下肢静脉血液的回流不利；5、由于骑车者的体重大部分由臀部承受，并且与鞍座产生强烈的摩擦，使臀部感到不适且容易产生很多副作用。
为了克服传统坐骑式自行车的上述缺点，有人提出了俯卧式自行车的提案，如公告号为CN1126683C的中国专利文献，发明名称为“带有链传动及多齿轮和放在后轮外的踏板的自行车”；公告号为CN2564461Y的中国专利文献，实用新型名称为“卧骑式自行车”；公告号为US5887882A的美国专利文献，发明名称为“pronebicycle”（俯卧式自行车）；还有公告号为US6050584A的美国专利文献，发明名称为“bicycleplacingriderinsubstantiallysemi-proneridingposition”（半俯卧式自行车）。虽然上述几种提案中都将骑车者身体的姿势从直立式改变为俯卧式或半俯卧式，但是都没有很好地解决骑车者身体的支撑问题。
在传统坐骑式姿势中，自行车的把手支撑了骑车者部分上肢重量，脚蹬支撑了骑车者部分下肢的重量，而鞍座却支撑了骑车者大部分的体重。根据公告号为CN1126683C的中国专利文献的说明，骑车者的支撑点有：腿在脚踏板上的支撑，大腿和臀部在鞍座上的支撑，胸部和肩部在腋窝支撑件的支撑，或者肩垫和围腰胸衣的支撑，以及胳膊和前臂在把手上的支撑。我们不难看出有些支撑点是不合理的，或者不是有效的。其一，与传统直立坐骑式不同，在俯卧姿势下，骑车者的腿基本上是水平的，腿的重量不可能再由脚踏板来支撑了，如果不提供特殊设计的脚蹬，比如带脚套的脚蹬，腿在蹬踩过程中就有可能掉下来而脱离脚蹬；其二，利用鞍座来提供支撑，在俯卧姿势下也是不合理的，在传统直立坐骑式下，利用鞍座来提供支撑是唯一的选择，也是最有效的支撑，但是，在俯卧姿势下，骑车者身体基本上是水平的，鞍座就不能提供有效的支撑了，尤其不能有效地支撑臀部，充其量也只能在两腿间的下裆处提供有限的支撑而已，从人体解剖学的观点来看，无论是男性还是女性，这个部位都不适合作为支撑部位；其三，从人体解剖学的观点来看，胸部作为支撑会影响呼吸系统；其四，腋窝的支撑限制了骑车者对车把方向的控制并造成上下车的不便。在上述公告号为CN2564461Y和US5887882A的专利文献中，设计者只提供了肩支撑和胸腹支撑，这两处支撑的缺陷前文已有阐述，在此不再重复；同时，由于上述两个专利文献所公开的技术方案都没有提供鞍座对臀部和腿部的支撑，也就是说，没有对下肢提供任何支撑，腿在蹬踩过程中就有掉下来而脱离脚蹬的危险。在公告号为US6050584A的专利文献中，设计者提供的也只是肩支撑和鞍座支撑，这两处支撑也是不尽合理的，其缺陷前文已有阐述，在此不再重复。此外，上述几种技术方案都没有为骑行者提供体位变换的可能性，这对于长途骑行是非常不利的，并且上述几种技术方案都不具备健身功能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种采用动静结合的多点支撑、提高了骑行舒适性和骑行效率、兼具爬行健身功能的俯卧式自行车。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种俯卧式自行车，包括车架、前轮、后轮、用于带动后轮的传动机构以及用于驱动传动机构的蹬踩机构，所述前轮和后轮分设于车架的前部和后部，所述车架的前部设有前臂支撑机构，所述蹬踩机构与车架之间装设有随蹬踩机构同步运动的膝部动态支撑机构。
所述传动机构包括从动链轮、主动链轮和链条，所述从动链轮装设于后轮上，所述主动链轮设于车架的后下部，所述链条绕设于从动链轮和主动链轮上；所述蹬踩机构包括分设于车架两侧的一对曲柄和一对脚踏板，各曲柄一端与主动链轮中心固接，另一端与脚踏板铰接。
所述膝部动态支撑机构包括分设于车架两侧的一对摆杆、一对连杆和一对膝部支撑垫，各摆杆上端铰接于车架的后上部，各连杆一端与摆杆的下端铰接，另一端与所述曲柄铰接，位于主动链轮同侧的摆杆、连杆和曲柄构成一组曲柄摇杆机构，各膝部支撑垫通过一支座悬挂装设于摆杆与连杆的连接处。
所述膝部动态支撑机构包括分设于车架两侧的一对摆杆、一对连杆和一对膝部支撑垫，各摆杆上端铰接于车架的中上部，各连杆一端与摆杆的下端铰接，另一端与所述曲柄铰接，位于主动链轮同侧的摆杆、连杆和曲柄构成一组曲柄摇杆机构，各膝部支撑垫通过一支座悬挂装设于连杆的中部。
所述膝部动态支撑机构包括分设于车架两侧的一对摆杆、一对连杆和一对膝部支撑垫，各摆杆上端铰接于车架的中上部，各连杆一端与摆杆的下端铰接，另一端设有U形连接头，所述U形连接头与所述脚踏板的转轴铰接，位于主动链轮同侧的摆杆、连杆和曲柄构成一组曲柄摇杆机构，各膝部支撑垫通过一支座装设于连杆的中部，所述膝部支撑垫和支座的承力支点位于连杆的正上方。
所述传动机构包括从动链轮、主动链轮和链条，所述从动链轮装设于后轮上，所述主动链轮设于车架的后上部，所述链条绕设于从动链轮和主动链轮上；所述蹬踩机构包括分设于车架两侧的一对曲柄和一对脚踏板，各曲柄一端与主动链轮中心固接，另一端与脚踏板铰接。
所述膝部动态支撑机构包括分设于车架两侧的一对摆杆、一对连杆和一对膝部支撑垫，各摆杆下端铰接于车架的中下部，各连杆一端与摆杆的上端铰接，另一端设有U形连接头，所述U形连接头与所述脚踏板的转轴铰接，位于主动链轮同侧的摆杆、连杆和曲柄构成一组曲柄摇杆机构，各膝部支撑垫通过一支座装设于连杆的中部，所述膝部支撑垫和支座的承力支点位于连杆的正上方。
所述膝部动态支撑机构包括分设于车架两侧的一对导轨、一对连杆和一对膝部支撑垫，各导轨固定于车架上，各连杆一端滑动设置于导轨上，另一端设有U形连接头，所述U形连接头与所述脚踏板的转轴铰接，位于主动链轮同侧的导轨、连杆和曲柄构成一组曲柄滑块机构，各膝部支撑垫通过一支座装设于连杆的中部，所述膝部支撑垫和支座的承力支点位于连杆的正上方。
所述传动机构包括从动链轮、主动链轮和链条，所述从动链轮装设于后轮上，所述主动链轮设于车架的中部，所述链条绕设于从动链轮和主动链轮上；所述蹬踩机构包括分设于车架两侧的一对曲柄、一对脚踏板和一对踏板连杆，各曲柄一端与主动链轮中心固接，各踏板连杆一端与曲柄铰接，另一端与脚踏板铰接。
所述膝部动态支撑机构包括分设于车架两侧的一对摆杆和一对膝部支撑垫，各摆杆下端铰接于车架的后下部，上端与所述脚踏板的转轴铰接，位于主动链轮同侧的摆杆、踏板连杆和曲柄构成一组曲柄摇杆机构，各膝部支撑垫通过一支座悬挂装设于踏板连杆的中部。
所述膝部动态支撑机构包括分设于车架两侧的一对摆杆和一对膝部支撑垫，各摆杆上端铰接于车架的后上部，下端与所述脚踏板的转轴铰接，位于主动链轮同侧的摆杆、踏板连杆和曲柄构成一组曲柄摇杆机构，各膝部支撑垫通过一支座悬挂装设于踏板连杆的中部。
所述膝部动态支撑机构包括分设于车架两侧的一对导轨和一对膝部支撑垫，各导轨固定于车架上，各踏板连杆一端与曲柄铰接，另一端设有U形连接头并通过该U形连接头与脚踏板的转轴铰接，所述U形连接头滑动设置于导轨上，位于主动链轮同侧的导轨、踏板连杆和曲柄构成一组曲柄滑块机构，各膝部支撑垫通过一支座装设于踏板连杆的中部，所述膝部支撑垫和支座的承力支点位于踏板连杆的正上方。
所述传动机构包括所述后轮的转轴；所述蹬踩机构包括分设于转轴两端的一对曲柄和一对脚踏板，各曲柄一端与转轴固接，另一端与脚踏板铰接。
所述膝部动态支撑机构包括分设于转轴两侧的一对摆杆、一对连杆和一对膝部支撑垫，各摆杆上端铰接于车架的中上部，各连杆一端与摆杆的下端铰接，另一端与所述曲柄铰接，位于转轴同侧的摆杆、连杆和曲柄构成一组曲柄摇杆机构，各膝部支撑垫通过一支座悬挂装设于摆杆与连杆的连接处。
所述前臂支撑机构包括把手和肘部支撑垫，所述把手连接于车架的前叉上部，所述肘部支撑垫设于把手的后方。
所述前臂支撑机构下方设有上肢支撑把手，所述上肢支撑把手连接于车架的前叉中部。
所述脚踏板上设有用于防止脚掌脱离脚踏板的脚套。
所述膝部支撑垫与支座之间设有用于减振缓冲的弹性元件。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的俯卧式自行车，在车架的前部设有前臂支撑机构，蹬踩机构与车架之间装设有随蹬踩机构同步运动的膝部动态支撑机构，前臂支撑机构实现对上身的静态支撑，膝部动态支撑机构作为对下身的主要动态支撑，而蹬踩机构可作为对下身的辅助动态支撑，这种动静结合的多点支撑方案，将骑车者身体的重量分散到多个支撑点，减轻了单个支撑点的负荷，完美的解决了俯卧姿势下人体重力的支撑问题，提高了俯卧姿势下骑行的舒适性，有利于长途骑行；减轻了现有骑行姿态下人体重力产生的副作用，骑行时通过合理的调整人体重心还可以利用人体重力做功，从而提高骑行效率；这种利用前臂和双膝支撑的俯卧骑行方式与人类爬行时的运动非常相似，从而可以为骑车者提供类爬行运动的健身功能。
附图说明
图1是本发明实施例1的第一视角立体结构示意图。
图2是本发明实施例1的第二视角立体结构示意图。
图3是本发明实施例2的第一视角立体结构示意图。
图4是本发明实施例2的第二视角立体结构示意图。
图5是本发明实施例3的第一视角立体结构示意图。
图6是本发明实施例3的第二视角立体结构示意图。
图7是本发明实施例4的第一视角立体结构示意图。
图8是本发明实施例4的第二视角立体结构示意图。
图9是本发明实施例5的第一视角立体结构示意图。
图10是本发明实施例5的第二视角立体结构示意图。
图11是本发明实施例6的第一视角立体结构示意图。
图12是本发明实施例6的第二视角立体结构示意图。
图13是本发明实施例7的第一视角立体结构示意图。
图14是本发明实施例7的第二视角立体结构示意图。
图15是本发明实施例8的第一视角立体结构示意图。
图16是本发明实施例8的第二视角立体结构示意图。
图17是本发明实施例9的第一视角立体结构示意图。
图18是本发明实施例9的第二视角立体结构示意图。
图19是本发明实施例10的第一视角立体结构示意图。
图20是本发明实施例10的第二视角立体结构示意图。
图21是实施例1中前臂支撑机构的结构示意图。
图22是前后距离可调的前臂支撑机构的结构示意图。
图23是实施例1中膝部支撑垫的悬臂式安装结构示意图。
图24是另一种膝部支撑垫的悬臂式安装结构示意图。
图25是实施例3中膝部支撑垫的非悬臂式安装结构示意图。
图26是另一种膝部支撑垫的非悬臂式安装结构示意图。
图27是一种导轨的支撑结构示意图。
图28是另一种导轨的支撑结构示意图。
图中各标号表示：
1、车架；2、前轮；3、后轮；4、传动机构；5、蹬踩机构；6、前臂支撑机构；7、膝部动态支撑机构；8、上肢支撑把手；11、前叉；31、转轴；41、从动链轮；42、主动链轮；43、链条；51、曲柄；52、脚踏板；53、踏板连杆；61、把手；62、肘部支撑垫；71、摆杆；72、连杆；73、膝部支撑垫；74、支座；75、导轨；76、弹性元件；77、防滑垫片；521、脚套；721、U形连接头；741、悬臂轴；742、轴套；743、弹簧夹；744、U形支架；745、紧固螺栓；746、十字座；761、弓形弹簧；762、螺旋弹簧。
具体实施方式
实施例1：图1和图2示出了本发明的第一种俯卧式自行车实施例，该俯卧式自行车包括车架1、前轮2、后轮3、用于带动后轮3的传动机构4以及用于驱动传动机构4的蹬踩机构5，前轮2和后轮3分设于车架1的前部和后部，车架1的前部设有前臂支撑机构6，蹬踩机构5与车架1之间装设有随蹬踩机构5同步运动的膝部动态支撑机构7。我们通过对现有技术的分析发现，仅仅依靠静态支撑很难满意地解决俯卧姿势下骑车者身体的支撑问题，本发明以人体解剖学、仿生学和人机工程学为依据，认真研究了人类以双肘和双膝着地的俯卧爬行姿势，借鉴人类爬行时的支撑方式，提出了静态支撑和动态支撑相结合的多点支撑方案，由于骑车者上身基本静止，故上身采用前臂支撑机构6实现静态支撑，由于骑车者下肢是运动的，故下身采用随蹬踩机构5同步运动的膝部动态支撑机构7作为主要动态支撑，而蹬踩机构5可作为辅助动态支撑，这种动静结合的多点支撑方案，将骑车者身体的重量分散到多个支撑点，减轻了单个支撑点的负荷，完美的解决了俯卧姿势下人体重力的支撑问题，提高了俯卧姿势下骑行的舒适性，有利于长途骑行；减轻了现有骑行姿态下人体重力产生的副作用，骑行时通过合理的调整人体重心还可以利用人体重力做功，从而提高骑行效率；这种利用前臂和双膝支撑的俯卧骑行方式与人类爬行时的运动非常相似，从而可以为骑车者提供类爬行运动的健身功能。
如图21所示，本实施例的前臂支撑机构6包括一对把手61和一对肘部支撑垫62，一对把手61连接于车架1的前叉11上部，且呈前窄后宽设置，把手61前端朝上翘起，肘部支撑垫62设于把手61的后端，肘部支撑垫62可以分散肘部受力，提高操作舒适性；前臂支撑机构6下方设有上肢支撑把手8，上肢支撑把手8连接于车架1的前叉11中部，骑车者在骑行过程中可以选用前臂支撑机构6对上身支撑，此时主要依靠肘部受力，还可以选用上肢支撑把手8对上身支撑，此时主要依靠手掌和腕部受力，两种支撑方式可以随时转换，便于骑车者通过变换体位来缓解疲劳，以适应长途骑行的需求。在其他实施例中，把手61和肘部支撑垫62可以设计成角度可调的结构，也可设计成如图22所示的前后距离可调的结构，以适应不同身体条件骑车者的需求；同样，上肢支撑把手8也可设计成高低位置可调的结构。
本实施例中，传动机构4包括从动链轮41、主动链轮42和链条43，从动链轮41装设于后轮3上，主动链轮42设于车架1的后下部，链条43绕设于从动链轮41和主动链轮42上；蹬踩机构5包括分设于车架1两侧的一对曲柄51和一对脚踏板52，一对曲柄51呈180度布置，各曲柄51一端与主动链轮42中心固接，另一端与脚踏板52铰接，脚踏板52上设有用于防止脚掌脱离脚踏板52的脚套521，该脚套521由一根脚背带、一根脚尖带和一根连接带组成，脚背带和脚尖带成90度安装，二者的两端分别固定在脚蹬轴的两端，连接带在其中部，并将脚背带和脚尖带连接起来，构成两个T型带。膝部动态支撑机构7包括分设于车架1两侧的一对摆杆71、一对连杆72和一对膝部支撑垫73，各摆杆71上端铰接于车架1的后上部，各连杆72一端与摆杆71的下端铰接，另一端与曲柄51铰接，位于主动链轮42同侧的摆杆71、连杆72和曲柄51构成一组曲柄摇杆机构，各摆杆71和各连杆72上均设有多个用于调节长度的连接孔，选用不同的连接孔时，可以调节其长度，以适应不同骑车者的下肢长度，各膝部支撑垫73通过一支座74悬挂装设于摆杆71与连杆72的连接处，膝部支撑垫73与支座74之间设有用于减振缓冲的弹性元件76。如图23所示，本实施例的膝部支撑垫73根据膝盖的形状进行设计，可减轻对膝部的压力和不舒适感，该支座74由一悬臂轴741和一十字座746构成，十字座746装设于悬臂轴741上，悬臂轴741的一端连接于连杆72上，弹性元件76为设置在十字座746四个端头的螺旋弹簧762。如图24所示，在其它实施例中，支座74也可由悬臂轴741、轴套742和弹簧夹743构成，弹性元件76由四件连接于底座套与膝部支撑垫73之间的弓形弹簧761构成，弹簧夹743设在两件纵向布置的弓形弹簧761的直线段上，弹簧夹743通过轴套742和螺母固定在悬臂轴741的一端，弹簧夹743与轴套742之间设有防滑垫片77，悬臂轴741的另一端连接于连杆72上，松开螺母可以对弹簧夹743及所连弹性元件76和膝部支撑垫73的俯仰角度进行调节，还可以使弹簧夹743在弓形弹簧761的直线段上进行前后位置微调，以便骑车者找到最舒适的膝部支撑角度和位置，拧紧螺母可以在防滑垫片77的辅助作用下增强紧固，防止膝部支撑垫73任意转动。
骑车者在骑行时双膝跪在膝部支撑垫73上，由膝部支撑垫73提供两个主要的动态支撑，双脚踩在脚踏板52上，并由带脚套521的脚踏板52提供两个辅助动态支撑，这样既能可靠地支撑下肢，又能灵活和有效地踩动脚踏板52作圆周运动，在骑行过程中，骑车者的大腿随摆杆71摆动，膝部随之作圆弧轨迹运动，臀部无上下运动。
实施例2：图3和图4示出了本发明的第二种俯卧式自行车实施例，本实施例与实施例1基本相同，区别仅在于：膝部动态支撑机构7包括分设于车架1两侧的一对摆杆71、一对连杆72和一对膝部支撑垫73，各摆杆71上端铰接于车架1的中上部，各连杆72一端与摆杆71的下端铰接，另一端与曲柄51铰接，位于主动链轮42同侧的摆杆71、连杆72和曲柄51构成一组曲柄摇杆机构，各膝部支撑垫73通过一支座74悬挂装设于连杆72的中部，该连杆72的长度较长，其中部设有多个调节孔，以便调节膝部支撑垫73的位置来适应不同骑车者小腿的长度，摆杆71与连杆72连接的一端也开设有多个调节孔，方便调节摆杆71的长度，以适应不同骑车者大腿的长度。
由于位于连杆72中部的某一点的运动轨迹为椭圆，因此，膝盖随膝部支撑垫73运动的轨迹为椭圆而不是圆弧往复运动，同时臀部也有一定的上下运动，这样就更加真实的模拟了爬行动作，这种模拟爬行的骑行动作有利于脊柱和心血管的康复和锻炼，是一种很好的健身方式；并且，在蹬踩过程中，当曲柄51过了最高点后，可以利用作用在膝部支撑垫73上的部分身体重力帮助驱动曲柄51向下转动，就像在传统直立坐骑式骑行姿态下，骑行者为了增加驱动力离开鞍座利用身体重力蹬踩脚蹬一样。
实施例3：图5和图6示出了本发明的第三种俯卧式自行车实施例，本实施例与实施例2基本相同，区别仅在于：膝部动态支撑机构7包括分设于车架1两侧的一对摆杆71、一对连杆72和一对膝部支撑垫73，各摆杆71上端铰接于车架1的中上部，各连杆72一端设有U形连接头721，U形连接头721与脚踏板52的转轴铰接，各连杆72另一端也设有U形结构，并通过U形结构与摆杆71的下端铰接，位于主动链轮42同侧的摆杆71、连杆72和曲柄51构成一组曲柄摇杆机构，各膝部支撑垫73通过一支座74装设于连杆72的中部，膝部支撑垫73和支座74的承力支点位于连杆72的正上方，形成非悬臂连接。如图25所示，该支座74取消了悬臂结构，转而采用U形支架744将十字座746连接固定于连杆72正上方的结构，这种非悬臂连接方式使连杆72和膝部支撑垫73的受力情况更好，不会由于连杆72长且悬臂连接而产生偏斜。如图26所示，在其它实施例中，支座74也可由紧固螺栓745、U形支架744和弹簧夹743构成，并将弹性元件76改为由四件弓形弹簧761组成的结构，弹簧夹743挂设在两件纵向布置的弓形弹簧761的直线段上，U形支架744设于两个弹簧夹743之间，弹簧夹743与U形支架744之间垫有防滑垫片77，紧固螺栓745穿过弹簧夹743、防滑垫片77、U形支架744和连杆72并通过螺母固定在连杆72正上方，松开螺母可以对弹簧夹743及所连弹性元件76和膝部支撑垫73的俯仰角度进行调节，还可以使弹簧夹743在弓形弹簧761的直线段上进行前后位置微调，以便骑车者找到最舒适的膝部支撑角度和位置，拧紧螺母可以在防滑垫片77的辅助作用下增强紧固，防止膝部支撑垫73任意转动。
实施例4：图7和图8示出了本发明的第四种俯卧式自行车实施例，本实施例与实施例1基本相同，区别仅在于：传动机构4包括从动链轮41、主动链轮42和链条43，从动链轮41装设于后轮3上，主动链轮42设于车架1的后上部，链条43绕设于从动链轮41和主动链轮42上；蹬踩机构5包括分设于车架1两侧的一对曲柄51和一对脚踏板52，各曲柄51一端与主动链轮42中心固接，另一端与脚踏板52铰接。膝部动态支撑机构7包括分设于车架1两侧的一对摆杆71、一对连杆72和一对膝部支撑垫73，各摆杆71下端铰接于车架1的中下部，各连杆72一端与摆杆71的上端铰接，另一端设有U形连接头721，U形连接头721与脚踏板52的转轴铰接，位于主动链轮42同侧的摆杆71、连杆72和曲柄51构成一组曲柄摇杆机构，各膝部支撑垫73通过一支座74装设于连杆72的中部，膝部支撑垫73和支座74的承力支点位于连杆72的正上方。
本实施例的骑行特点是：摆杆71与车架1的连接点改为车架1的中下部，同时将主动链轮42转移到车架1的后上部，大概处于后轮3的45度相位的位置，这样增大了膝部动态支撑机构7和传动机构4整体高度，从而可以配选较小的车轮，并在转向时防止传动机构4与地面刮擦，同时使骑车者的重心降低，提升对自行车的操控性。
实施例5：图9和图10示出了本发明的第五种俯卧式自行车实施例，本实施例与实施例4基本相同，区别仅在于：膝部动态支撑机构7包括分设于车架1两侧的一对相互平行的导轨75、一对连杆72和一对膝部支撑垫73，各导轨75固定于车架1上，各连杆72一端通过滚轮滑动设置于导轨75上，导轨75和连杆72至车架1之间的距离相等，各连杆72另一端设有U形连接头721，U形连接头721与脚踏板52的转轴铰接，位于主动链轮42同侧的导轨75、连杆72和曲柄51构成一组曲柄滑块机构，各膝部支撑垫73通过一支座74装设于连杆72的中部，膝部支撑垫73和支座74的承力支点位于连杆72的正上方。本实施例中，滚轮外圈做成凹弧形曲面，与圆管截面的导轨75相配合，导轨75下部还装有限位滚轮，以保证传动的平稳性。如图27所示，在其它实施例中，可以将滚轮外圈做成外凸的弧形曲面，使之与凹型截面的导轨75相配合；还可以采用如图28所示的双排滚轮与截面大体成C形且底部带凹凸形槽体的导轨75相配合的结构。本实施例的骑行特点与实施例4基本相同，在此不再赘述。
实施例6：图11和图12示出了本发明的第六种俯卧式自行车实施例，本实施例与实施例5基本相同，区别仅在于：一对相互平行的导轨75位于后轮3两侧，且导轨75相对于地面平行设置，一对连杆72的长度更短，连杆72靠近导轨75的一端向下延伸一短杆，短杆下端装有滑设于导轨75上的滚轮，膝部支撑垫73安装于连杆72靠近导轨75的位置。
由于本实施例膝部支撑垫73安装在连杆72的端部，而且导轨75与地面平行，因此，本实施例的骑行特点是：膝部基本是直线往复运动，臀部基本没有上下运动。
实施例7：图13和图14示出了本发明的第七种俯卧式自行车实施例，本实施例与实施例1基本相同，区别仅在于：传动机构4包括从动链轮41、主动链轮42和链条43，从动链轮41装设于后轮3上，主动链轮42设于车架1的中部，链条43绕设于从动链轮41和主动链轮42上；蹬踩机构5包括分设于车架1两侧的一对曲柄51、一对脚踏板52和一对踏板连杆53，各曲柄51一端与主动链轮42中心固接，各踏板连杆53一端与曲柄51铰接，另一端与脚踏板52铰接。膝部动态支撑机构7包括分设于车架1两侧的一对摆杆71和一对膝部支撑垫73，各摆杆71下端铰接于车架1的后下部，即位于后轮3后下方45度左右的位置，上端与脚踏板52的转轴铰接，位于主动链轮42同侧的摆杆71、踏板连杆53和曲柄51构成一组曲柄摇杆机构，各膝部支撑垫73通过一支座74悬挂装设于踏板连杆53的中部。安装时，摆杆71下端铰接点尽可能接近地面，这样可以使整个曲柄摇杆机构的重心降低，从而使骑车者的重心降低，以保证行车的平稳性。
本实施例的骑行特点是：骑车者在骑行时臀部有上下运动，膝部作椭圆轨迹运动，脚蹬作圆弧往复运动，当曲柄51转过拐点后，骑车者可以利用身体的重力使曲柄51向下转动，增加了驱动效率。
实施例8：图15和图16示出了本发明的第八种俯卧式自行车实施例，本实施例与实施例7基本相同，区别仅在于：膝部动态支撑机构7包括分设于车架1两侧的一对摆杆71和一对膝部支撑垫73，各摆杆71上端铰接于车架1的后上部，下端与脚踏板52的转轴铰接，位于主动链轮42同侧的摆杆71、踏板连杆53和曲柄51构成一组曲柄摇杆机构，各膝部支撑垫73通过一支座74悬挂装设于踏板连杆53的中部。
本实施例的骑行特点与实施例7基本相同，相比之下本实施例可以选用更小的车轮，使骑车者的重心更低一些。
实施例9：图17和图18示出了本发明的第九种俯卧式自行车实施例，本实施例与实施例7基本相同，区别仅在于：膝部动态支撑机构7包括分设于车架1两侧的一对相互平行的导轨75和一对膝部支撑垫73，各导轨75固定于车架1上，同侧的导轨75和踏板连杆53与车架1的间距相等，各踏板连杆53一端与曲柄51铰接，另一端设有U形连接头721并通过该U形连接头721与脚踏板52的转轴铰接，U形连接头721滑动设置于导轨75上，位于主动链轮42同侧的导轨75、踏板连杆53和曲柄51构成一组曲柄滑块机构，各膝部支撑垫73通过一支座74装设于踏板连杆53的中部，膝部支撑垫73和支座74的承力支点位于踏板连杆53的正上方。本实施例在U形连接头721与踏板连杆53直杆部分相接处垂直向下连接一短杆，在短杆下端装设滚轮，同时在短杆与踏板连杆53之间设有加强杆。
本实施例的骑行特点是：骑车者在骑行时臀部有上下运动，膝部作椭圆轨迹运动，脚蹬作直线往复运动。本实施例也可以采用较小的车轮，使骑车者的重心降低。
实施例10：图19和图20示出了本发明的第十种俯卧式自行车实施例，本实施例与实施例1基本相同，区别仅在于：传动机构4包括后轮3的转轴31，蹬踩机构5包括分设于转轴31两端的一对曲柄51和一对脚踏板52，各曲柄51一端与转轴31固接，另一端与脚踏板52铰接，膝部动态支撑机构7包括分设于转轴31两侧的一对摆杆71、一对连杆72和一对膝部支撑垫73，各摆杆71上端铰接于车架1的中上部，各连杆72一端与摆杆71的下端铰接，另一端与曲柄51铰接，位于转轴31同侧的摆杆71、连杆72和曲柄51构成一组曲柄摇杆机构，各膝部支撑垫73通过一支座74悬挂装设于摆杆71与连杆72的连接处。
本实施例的骑行特点是：取消了链轮传动机构，可以减小前轮2与后轮3的轴距。在其它实施例中，膝部动态支撑机构7也可根据需要采用类似于实施例2至7中所采用的结构。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。
Claims (16)
1.一种俯卧式自行车，包括车架（1）、前轮（2）、后轮（3）、用于带动后轮（3）的传动机构（4）以及用于驱动传动机构（4）的蹬踩机构（5），所述前轮（2）和后轮（3）分设于车架（1）的前部和后部，其特征在于：所述车架（1）的前部设有前臂支撑机构（6），所述蹬踩机构（5）与车架（1）之间装设有随蹬踩机构（5）同步运动的膝部动态支撑机构（7），所述膝部动态支撑机构（7）包括一对膝部支撑垫（73）且膝部支撑垫（73）的运动轨迹为椭圆轨迹。
2.根据权利要求1所述的俯卧式自行车，其特征在于：所述传动机构（4）包括从动链轮（41）、主动链轮（42）和链条（43），所述从动链轮（41）装设于后轮（3）上，所述主动链轮（42）设于车架（1）的后下部，所述链条（43）绕设于从动链轮（41）和主动链轮（42）上；所述蹬踩机构（5）包括分设于车架（1）两侧的一对曲柄（51）和一对脚踏板（52），各曲柄（51）一端与主动链轮（42）中心固接，另一端与脚踏板（52）铰接。
3.根据权利要求2所述的俯卧式自行车，其特征在于：所述膝部动态支撑机构（7）还包括分设于车架（1）两侧的一对摆杆（71）和一对连杆（72），各摆杆（71）上端铰接于车架（1）的中上部，各连杆（72）一端与摆杆（71）的下端铰接，另一端与所述曲柄（51）铰接，位于主动链轮（42）同侧的摆杆（71）、连杆（72）和曲柄（51）构成一组曲柄摇杆机构，各膝部支撑垫（73）通过一支座（74）悬挂装设于连杆（72）的中部。
4.根据权利要求2所述的俯卧式自行车，其特征在于：所述膝部动态支撑机构（7）还包括分设于车架（1）两侧的一对摆杆（71）、和一对连杆（72），各摆杆（71）上端铰接于车架（1）的中上部，各连杆（72）一端与摆杆（71）的下端铰接，另一端设有U形连接头（721），所述U形连接头（721）与所述脚踏板（52）的转轴铰接，位于主动链轮（42）同侧的摆杆（71）、连杆（72）和曲柄（51）构成一组曲柄摇杆机构，各膝部支撑垫（73）通过一支座（74）装设于连杆（72）的中部，所述膝部支撑垫（73）和支座（74）的承力支点位于连杆（72）的正上方。
5.根据权利要求1所述的俯卧式自行车，其特征在于：所述传动机构（4）包括从动链轮（41）、主动链轮（42）和链条（43），所述从动链轮（41）装设于后轮（3）上，所述主动链轮（42）设于车架（1）的后上部，所述链条（43）绕设于从动链轮（41）和主动链轮（42）上；所述蹬踩机构（5）包括分设于车架（1）两侧的一对曲柄（51）和一对脚踏板（52），各曲柄（51）一端与主动链轮（42）中心固接，另一端与脚踏板（52）铰接。
6.根据权利要求5所述的俯卧式自行车，其特征在于：所述膝部动态支撑机构（7）还包括分设于车架（1）两侧的一对摆杆（71）和一对连杆（72），各摆杆（71）下端铰接于车架（1）的中下部，各连杆（72）一端与摆杆（71）的上端铰接，另一端设有U形连接头（721），所述U形连接头（721）与所述脚踏板（52）的转轴铰接，位于主动链轮（42）同侧的摆杆（71）、连杆（72）和曲柄（51）构成一组曲柄摇杆机构，各膝部支撑垫（73）通过一支座（74）装设于连杆（72）的中部，所述膝部支撑垫（73）和支座（74）的承力支点位于连杆（72）的正上方。
7.根据权利要求5所述的俯卧式自行车，其特征在于：所述膝部动态支撑机构（7）还包括分设于车架（1）两侧的一对导轨（75）和一对连杆（72），各导轨（75）固定于车架（1）上，各连杆（72）一端滑动设置于导轨（75）上，另一端设有U形连接头（721），所述U形连接头（721）与所述脚踏板（52）的转轴铰接，位于主动链轮（42）同侧的导轨（75）、连杆（72）和曲柄（51）构成一组曲柄滑块机构，各膝部支撑垫（73）通过一支座（74）装设于连杆（72）的中部，所述膝部支撑垫（73）和支座（74）的承力支点位于连杆（72）的正上方。
8.根据权利要求1所述的俯卧式自行车，其特征在于：所述传动机构（4）包括从动链轮（41）、主动链轮（42）和链条（43），所述从动链轮（41）装设于后轮（3）上，所述主动链轮（42）设于车架（1）的中部，所述链条（43）绕设于从动链轮（41）和主动链轮（42）上；所述蹬踩机构（5）包括分设于车架（1）两侧的一对曲柄（51）、一对脚踏板（52）和一对踏板连杆（53），各曲柄（51）一端与主动链轮（42）中心固接，各踏板连杆（53）一端与曲柄（51）铰接，另一端与脚踏板（52）铰接。
9.根据权利要求8所述的俯卧式自行车，其特征在于：所述膝部动态支撑机构（7）还包括分设于车架（1）两侧的一对摆杆（71），各摆杆（71）下端铰接于车架（1）的后下部，上端与所述脚踏板（52）的转轴铰接，位于主动链轮（42）同侧的摆杆（71）、踏板连杆（53）和曲柄（51）构成一组曲柄摇杆机构，各膝部支撑垫（73）通过一支座（74）悬挂装设于踏板连杆（53）的中部。
10.根据权利要求8所述的俯卧式自行车，其特征在于：所述膝部动态支撑机构（7）还包括分设于车架（1）两侧的一对摆杆（71），各摆杆（71）上端铰接于车架（1）的后上部，下端与所述脚踏板（52）的转轴铰接，位于主动链轮（42）同侧的摆杆（71）、踏板连杆（53）和曲柄（51）构成一组曲柄摇杆机构，各膝部支撑垫（73）通过一支座（74）悬挂装设于踏板连杆（53）的中部。
11.根据权利要求8所述的俯卧式自行车，其特征在于：所述膝部动态支撑机构（7）还包括分设于车架（1）两侧的一对导轨（75），各导轨（75）固定于车架（1）上，各踏板连杆（53）一端与曲柄（51）铰接，另一端设有U形连接头（721）并通过该U形连接头（721）与脚踏板（52）的转轴铰接，所述U形连接头（721）滑动设置于导轨（75）上，位于主动链轮（42）同侧的导轨（75）、踏板连杆（53）和曲柄（51）构成一组曲柄滑块机构，各膝部支撑垫（73）通过一支座（74）装设于踏板连杆（53）的中部，所述膝部支撑垫（73）和支座（74）的承力支点位于踏板连杆（53）的正上方。
12.根据权利要求1所述的俯卧式自行车，其特征在于：所述传动机构（4）包括所述后轮（3）的转轴（31）；所述蹬踩机构（5）包括分设于转轴（31）两端的一对曲柄（51）和一对脚踏板（52），各曲柄（51）一端与转轴（31）固接，另一端与脚踏板（52）铰接。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的俯卧式自行车，其特征在于：所述前臂支撑机构（6）包括把手（61）和肘部支撑垫（62），所述把手（61）连接于车架（1）的前叉（11）上部，所述肘部支撑垫（62）设于把手（61）的后方。
14.根据权利要求1至12中任一项所述的俯卧式自行车，其特征在于：所述前臂支撑机构（6）下方设有上肢支撑把手（8），所述上肢支撑把手（8）连接于车架（1）的前叉（11）中部。
15.根据权利要求2至12中任一项所述的俯卧式自行车，其特征在于：所述脚踏板（52）上设有用于防止脚掌脱离脚踏板（52）的脚套（521）。
16.根据权利要求3或4或6或7或9或10或11所述的俯卧式自行车，其特征在于：所述膝部支撑垫（73）与支座（74）之间设有用于减振缓冲的弹性元件（76）。
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