CN104773249A - 一种超长驱动臂滑轨式人力驱动的装置及其自行车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用人力驱动的滑轨式驱动技术，特别是一种超长驱动臂滑轨式人力驱动的装置及其自行车，其特征是通过脚踏施力，再通过两个超长驱动臂沿前后滑轨作上下交替滑动或前后交替滑动来带动驱动或输出轮组的旋转，运用滑轨式驱动方法可以使驱动臂做的很长，从而使驱动施力点与被驱动点的距离大大拉大，大大增加杠杆力的作用，并且，滑轨式驱动方法所产生的驱动力自始至终都是一样的，使人力交通工具在完全人力驱动的前提下，大幅度提高其速度而不用花费太大的力气，并且具有连续高速行进的耐久力和骑行舒适性。

Description

一种超长驱动臂滑轨式人力驱动的装置及其自行车

(所属技术领域)

本发明涉及一种用人力驱动的滑轨式驱动技术，特别是一种超长驱动臂滑轨式人力驱动的装置及其自行车，其特征是应用杆杆原理采用滑轨式设计，使超长驱动臂在做功时不受支点与臂长距离关系的制约而能够发挥最大的效能，使自行车能够轻快的骑行，采用上下踩踏或前后蹬踏的驱动方式骑行。 

(背景技术)

目前广泛使用的用于人力驱动的车辆，主要是由安装于中轴部位的曲柄以及与之相配合的主动驱动链轮通过带动一条环形链接安装于后轮轴飞轮上的链条作循环旋转来实现前行的，这种方法和技术也是目前人力驱动的车辆所采用的主要技术的典范，已被全世界广泛应用，其技术也一直无法被超越，其循环圆周回转式踩踏驱动结构，自从第一辆由链条传动的自行车问世以来一直沿用至今，没有实质性的改进，如果不改变其驱动原理、结构和方法就不可能有实质性的改进，虽然目前在中、后轴部位的外变速和后轮轴上的内变速方面有了一些改进，但也只能做到相对速度下的省力，并不能改变骑行要快速就不省力，要省力就没速度的现状，当然也解决不了骑行速度与骑行省力的矛盾，骑行距离与骑行耐久力的矛盾，因为回转式蹬踏方式受人体结构的限制，两个曲柄相加的长度超过40厘米，一般的人就无法骑行了!传统自行车的驱动曲柄长度一般是17至19厘米，要想骑得快，就必须花很大的力气，况且整个回转踩踏用力的过程只有三分之一在作功，而且不能做到持久的用力踩踏，当风力较大时，要想获得前进的动力，1、要么改变速比，使速度放慢；2、增加骑蹬力量；3、增加曲柄的长度、改变驱动的方法。第一种是可行的，也是目前唯一的办法，但是只能是以牺牲速度来换取前进。第二种是行不通的，因为骑行者的整个体重是有限的，不可能再增加踩踏力量了。第三种，是真正可行的，但必须突破传统，那就是：增加曲柄的长度，改变蹬踏的形式，创造出一种新的驱动方法和装置，这就是本发明所要揭示的。 

(发明内容)

本发明的目的是要提供一种用人力驱动的滑轨式驱动技术，特别是一种滑轨式用人力上下驱动或前后驱动的装置及其自行车，主要解决上述现有技术中所存在的缺陷和不足，使人力交通工具在完全用人力驱动的前提下，大幅度提高其速度而不用花费太大的力气，并且具有连续高速行进的耐久力和骑行舒适性。 

要在技术上真正解决这一问题，首先要将“循环圆周回转式踩踏驱动方式”改为上下踩踏或前后蹬踏式的驱动方式，然后，利用杠杆原理大幅度加长驱动臂的长度，只有将驱动施力点(踏脚板)与作功支点(滑轨与滑轮)的距离尽量拉开，才能使驱动臂加长；(原来的作功支点就是驱动链轮的中心点，它与驱动施力点的距离只有7英寸，显然距离太短)再后，创造出一种滑轨式人力驱动的机械装置，其作功支点的安装点必须是远离踏脚板(驱动施力点)的，而作功点可以沿着装置中的后滑轨平行移动，并且始终具有相同的输出功率；滑轨与滑轮是本发明的关键部件，也是本发明的主要元素，而安装于滑轨中的杠杆式超长驱动臂是本发明的又一个重要部件，它与滑轨一起共同组成了本发明的核心，这个核心就是本发明所要揭示的，即：用人力通过脚踏板施力，对连接着的两个杠杆式超长驱动臂沿前后滑轨作上下交替滑动或前后交替滑动并通过固定在杠杆式超长驱动臂上的直齿条来带动安装于驱动轴上的齿轮，而同轴上的链轮、齿轮或滑轮被带动旋转进而带动输出轮组的旋转，最后通过链条、齿轮、皮带或绳索驱动车辆前进。最后，通过上下踩踏或前后蹬踏所必须具备的驱动臂回复 装置才可以完成整个驱动过程。 

(技术方案)

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种滑轨式用人力上下驱动或前后驱动的装置及其自行车，包括：车架、左杠杆式超长驱动臂、右杠杆式超长驱动臂、后左滑轨、后右滑轨、驱动直齿条、驱动输出轮组、驱动链条、齿轮或皮带、被驱动单向飞轮、齿轮或皮带轮、滑轮、踏板、前左滑轨、前右滑轨、驱动臂链接链条或绳索、减震器、回复链轮、皮带盘或绳索盘、车把、车轮、车座；有四条滑轨分左右两边对称的安装在车架上，车架的前部在左、右各有一条滑轨，它们是相同的，主要起定位和防止驱动臂在驱动时的扭曲，使左、右两条杠杆式超长驱动臂在驱动时不会往左右两边摇晃和倾斜；车架的后部在左、右也各有一条滑轨，它们是相同的，与杠杆式超长驱动臂相结合，主要起驱动作用，在其根部装有弹性件，以防止杠杆式驱动臂撞击车架，并且可以起回弹作用，弹性件可以是橡胶质的，也可以是弹簧或液压件；在驱动时，两条杠杆式驱动臂沿滑轨上下滑动或前后滑动，其安装在杠杆式超长驱动臂上的直齿条带动驱动输出轮组中的单向齿轮来带动链条、扇形齿轮驱动轴或驱动绳索输出到被驱动轴上从而驱动车辆；驱动输出轮组由安装在圆轴上的二个单向驱动飞轮和多个大小不一的链轮、齿轮或皮带盘组成，其单向驱动飞轮的外壁可以是链轮、齿轮或滑轮，多个大小不一的链轮、齿轮或滑轮起变速作用，驱动输出轮组中的链轮、齿轮或皮带盘是本发明中的驱动端或输出端，可以通过链条、齿轮、皮带或绳索将动力输出；杠杆式超长驱动臂为左、右对称的两个，它的形状可以是直的，也可以是多边形的，两条杠杆式超长驱动臂每条的末端安装着四个以上的滑轮，与滑轨相配合可作上下或前后运动，滑轮的滑槽可以是U形的，也可以是V形、凸形或凹形的，滑轨的截面可以是圆形的，也可以是方形、菱形、T形、L形、一字形或凹形的；当杠杆式超长驱动臂上下驱动或前后驱动时，滑轮起到上下滑动或前后滑动的作用，并起到支点的作用，使杠杆式超长驱动臂始终可以在滑轨上作功，而所作的功则通过安装在杠杆式超长驱动臂侧面的直齿条来带动单向齿轮使驱动输出轮组旋转，而它的前端安装着两个踏脚板，踏脚板是施力点，它的中前端部位的每个侧面还安装着四个以上的滑轮，其造型和形状与安装在驱动臂末端的一样，可以安插在滑轨中沿滑轨作上下或前后自由滑动，主要起定位作用，使两条杠杆式超长驱动臂在上下滑动或前后滑动时不会左右摇晃或侧倾；前滑轨和后滑轨是平行的，在杠杆式超长驱动臂上装有回复装置，它由链轮、链条、滑轮或绳索、皮带以及避震件组成，选用链轮的用链条来连接，选用滑轮的则用绳索或皮带来连接，所述的回复装置安装于车架的前部、中部或后部；两个踏脚板分别安装于两个杠杆式超长驱动臂的前端，使用时双脚上下踩踏驱动或前后踩踏驱动，上下踩踏驱动时是坐姿，而前后蹬踏时则是躺姿。 

一般情况下，杠杆越长它的驱动行程就越短，而本发明所设计的杠杆驱动原理突破了这一定律，本发明的精髓和关键是驱动方法的大胆创新，运用滑轨式驱动方法可以使驱动臂做的很长，从而使驱动施力点与被驱动点的距离大大拉大，并且，滑轨式驱动方法所产生的驱动力自始至终都是一样的，因此不会缩短驱动行程；只有将驱动施力点放置于远离被驱动点的地方，才能大大增加杠杆力的作用，达到省力增速的目的；而滑轨式上下踩踏或前后蹬踏的驱动方式使得这一发明得以真正实现。 

上述人力驱动的装置可以安装于两轮人力驱动的车上，也可以安装于三轮和四轮人力驱动的车上。 

上述人力驱动的装置可以安装于人力驱动的车的前部，也可安装于后部或中部。 

上述人力驱动的装置安装于人力驱动的车的数量可以是一个，也可以是一个以上。 

本发明的有益作用是： 

一、从产品本身来讲：改变了人力驱动的车以往的驱动方法，使驱动更加省力和快速；改变了以往的驱动原理，使其作为远距离人力交通工具成为可能；改变了人力驱动的车以往 的骑行方式，使人的坐姿更加合理和舒服，克服了以往骑马式坐姿对人体生理所造成的伤害。 

二、从社会效益来讲：使更多的人将人力驱动的车作为交通工具，对提高全民的身体素质很有好处，并且可以大大减少因燃料燃烧所排放的废气，改善空气质量，减少灾害性气候的产生；节省地球资源，延长可持续发展的时间。 

总之，彻底解决了“人力驱动的车要快速就不省力，要省力就没速度的现状；当然也解决了骑行速度与骑行省力的矛盾，骑行距离与骑行耐久力的矛盾”。 

(附图说明)

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。 

图1是本发明的一种正视图。选择链条驱动，左右两个杠杆式超长驱动臂，分别通过直齿条带动驱动输出轮组里的两个单向外齿飞轮，外齿飞轮再通过同轴上的驱动输出轮组里的链轮带动被驱动单向飞轮，驱动输出轮组与被驱动单向飞轮由链条作环绕连接，采用上下踩踏驱动或前后蹬踏驱动。 

图2是本发明中图1的俯视图。可作为图1的补充。 

图3是本发明的又一种俯视图。采用齿轮驱动，左右两个杠杆式超长驱动臂，分别通过直齿条带动驱动输出轮组里的两个单向外齿飞轮，外齿飞轮再通过同轴上的驱动输出轮组里的伞形齿轮带动被驱动单向伞形齿轮，驱动输出轮组里的伞形齿轮与被驱动单向伞形齿轮由纵轴中的另外两个伞形齿轮相连接，采用上下踩踏驱动或前后蹬踏驱动。 

图4是本发明的又一种俯视图。选择皮带或绳索驱动，左右两个杠杆式超长驱动臂，分别通过直齿条带动驱动输出轮组里的两个单向外齿飞轮，外齿飞轮再通过同轴上的驱动输出轮组里的皮带盘或绳索盘驱动被带动单向皮带盘或绳索盘，驱动输出轮组里的皮带盘或绳索盘与被驱动单向皮带盘或绳索盘由皮带或绳索相连接，采用上下踩踏驱动或前后蹬踏驱动。 

图5是本发明的又一种俯视图。主要描述了前、后滑轨与滑轮的造型与形状的不同。本附图所选择的是椭圆型的滑轨和带圆弧的凹形滑轮，无论选择何种形状的滑轨和滑轮，只要与本发明所表述的相符，都能实现其发明。 

图6是本发明的又一种俯视图。主要描述了前、后滑轨与滑轮的造型与形状的不同。本附图所选择的是长方型的滑轨和凹形滑轮，无论选择何种形状的滑轨和滑轮，只要与本发明所表述的相符，都能实现其发明。 

图7是本发明的又一种俯视图。主要描述了前、后滑轨与滑轮的造型与形状的不同。本附图所选择的是凹型的滑轨和凸形滑轮，无论选择何种形状的滑轨和滑轮，只要与本发明所表述的相符，都能实现其发明。 

图8是本发明的又一种俯视图。主要描述了前、后滑轨与滑轮的造型与形状的不同。本附图所选择的是菱型的滑轨和V形滑轮，无论选择何种形状的滑轨和滑轮，只要与本发明所表述的相符，都能实现其发明。 

图9是本发明的又一种俯视图。主要描述了前、后滑轨与滑轮的造型与形状的不同。本附图所选择的是L型的滑轨和2个凹形滑轮配2个无槽滑轮，无论选择何种形状的滑轨和滑轮，只要与本发明所表述的相符，都能实现其发明。 

图10是本发明的又一种俯视图。主要描述了前、后滑轨与滑轮的造型与形状的不同。本附图所选择的是T型的滑轨和凹形滑轮，无论选择何种形状的滑轨和滑轮，只要与本发明所表述的相符，都能实现其发明。 

(具体实施) 

在图1所示实施例中，车架(1)是本发明装置的基础，有四条滑轨分左右两边对称的安装其中，前部左边的一条与前部右边的一条是相同的，它们是前左滑轨(12)与前右滑轨(13)，由两个滑轮(10)作为一组分别安装于前左滑轨(12)和前右滑轨(13)，通过连接件与左杠杆式超长驱动臂(2)和右杠杆式超长驱动臂(3)相连接，主要起定位作用，使左杠杆式超 长驱动臂(2)与右杠杆式超长驱动臂(3)在驱动时不会往左右两边摇晃；左边后部的一条滑轨与右边后部的一条滑轨也是相同的，它们是后左滑轨(4)和后右滑轨(5)，在上下驱动或前后驱动时起移动支点的作用，在车架(1)的前部和后部装有减震器(15)，以防止左、右杠杆式超长驱动臂(2)、(3)对车架底部的撞击，并且可以起到限位和回弹作用，其减震部件可以是橡胶质的，也可以是金属弹簧或液压阻尼件的；左杠杆式超长驱动臂(2)和右杠杆式超长驱动臂(3)分别安装有四个滑轮(10)，在驱动时沿后左滑轨(4)和后右滑轨(5)上下滑动或前后滑动，使安装于驱动臂侧边的驱动直齿条(6)作同步上下或前后的运动，带动驱动输出轮组(7)里的单向驱动齿轮(17)旋转，最后通过驱动链条、伞形齿轮皮带或绳索(8)连接到被驱动单向飞轮、单向伞形齿轮或单向皮带轮(9)输出动力，最后输出到车辆、船只或飞车上；驱动输出轮组(7)由二个单向驱动齿轮、一个或多个大小不一的飞轮组成，飞轮的外壁可以是链轮、齿轮或滑轮，多个大小不一的链轮、齿轮或滑轮起驱动和变速作用，两条杠杆式超长驱动臂(2)、(3)的末端是作功点(驱动点)，末端上装有驱动直齿条(6)，它与驱动输出轮组(7)中的单向驱动齿轮(17)相吻合，通过上下运动或前后运动来带动驱动输出轮组(7)旋转，而它的前端安装着两个踏板(11)，踏板(11)是施力点，杠杆式超长驱动臂(2)、(3)为左右对称的，它的形状可以是直的，也可以是多边形的，它的末端安装着四个以上的滑轮(10)，可以使其与左后滑轨(4)和右后滑轨(5)相配合；驱动臂回复装置由驱动臂连接链条、皮带或绳索(14)和回复链轮、皮带盘或绳索盘(16)组成，选用链轮的用链条来连接，选用皮带盘的用皮带来连接，而选用绳索盘的则用绳索来连接。使用时采用坐姿双脚上下踩踏驱动或前后蹬踏驱动。 

在图3所示实施例中，基本与图1所述相同，只是选择通过伞形齿轮来带动被驱动单向伞形齿轮(9)输出动力，所以有所不同，其余皆相同。 

在图4所示实施例中，基本与图1所述相同，只是选择通过皮带或绳索来带动被驱动单向伞形齿轮(9)输出动力，所以有所不同，其余皆相同。 

在图5所示实施例中，所述的是左前滑轨(12)和前右滑轨(13)，左后滑轨(4)和右后滑轨(5)，与匹配的滑轮(10)之间的形状和种类的选择应用。本附图所选择的是椭圆形滑轨和带圆弧的凹型滑轮。 

在图6所示实施例中，所述的是前左滑轨(12)和右滑轨(13)，左后滑轨(4)和右后滑轨(5)，与匹配的滑轮(10)之间的形状和种类的选择应用。本附图所选择的是长方形滑轨和平底的凹型滑轮。 

在图7所示实施例中，所述的是前左滑轨(12)和右滑轨(13)，左后滑轨(4)和右后滑轨(5)，与匹配的滑轮(10)之间的形状和种类的选择应用。本附图所选择的是凹形滑轨和凸形滑轮。 

在图8所示实施例中，所述的是前左滑轨(12)和右滑轨(13)，左后滑轨(4)和右后滑轨(5)，与匹配的滑轮(10)之间的形状和种类的选择应用。本附图所选择的是菱形滑轨和V形滑轮。 

在图9所示实施例中，所述的是前左滑轨(12)和右滑轨(13)，左后滑轨(4)和右后滑轨(5)，与匹配的滑轮(10)之间的形状和种类的选择应用。本附图所选择的是L形滑轨和凹型滑轮与无槽滑轮。 

在图10所示实施例中，所述的是前左滑轨(12)和右滑轨(13)，左后滑轨(4)和右后滑轨(5)，与匹配的滑轮(10)之间的形状和种类的选择应用。本附图所选择的是T形滑轨和凹型滑轮。 

Claims (10)

1.一种超长驱动臂滑轨式人力驱动的装置及其自行车，包括：车架(1)，左杠杆式超长驱动臂(2)，右杠杆式超长驱动臂(3)，后左滑竿(4)，后右滑竿(5)，驱动齿条(6)，驱动输出轮组(7)，单向驱动齿轮(17)，驱动链条或皮带(8)，被驱动单向飞轮或皮带轮(9)，滑轮(10)，踏板(11)，前左固定滑轨(12)，前右固定滑轨(13)，驱动臂链接链条(14)，减震器(15)，回复链轮、皮带盘或绳索盘(16)，其特征是：车架(1)是本发明装置的基础，有四条滑轨分左右两边对称的安装其中，前部左边的一条与前部右边的一条是相同的，它们是前左滑轨(12)与前右滑轨(13)，由四个滑轮(10)作为一组分别安装于前左滑轨(12)和右滑轨(13)，通过连接件与左杠杆式超长驱动臂(2)和右杠杆式超长驱动臂(3)相连接，主要起定位作用，使左杠杆式超长驱动臂(2)与右杠杆式超长驱动臂(3)在驱动时不会往左右两边摇晃；左边后部的一条滑轨与右边后部的一条滑轨也是相同的，它们是后左滑轨(4)和后右滑轨(5)，在上下驱动或前后驱动时起移动支点的作用，在车架(1)的前部和后部装有减震器(15)，以防止左、右杠杆式超长驱动臂(2)、(3)对车架底部的撞击，并且可以起到限位和回弹作用，其减震部件可以是橡胶质的，也可以是金属弹簧或液压阻尼件的；左杠杆式超长驱动臂(2)和右杠杆式超长驱动臂(3)分别安装有四个滑轮(10)，在驱动时沿后左滑轨(4)和后右滑轨(5)上下滑动或前后滑动，使安装于驱动臂侧边的驱动直齿条(6)作同步上下或前后的运动，带动驱动输出轮组(7)里的单向驱动齿轮(17)旋转，最后通过驱动链条、伞形齿轮皮带或绳索(8)连接到被驱动单向飞轮、单向伞形齿轮或单向皮带轮(9)输出动力，最后输出到车辆上；驱动输出轮组(7)由二个单向驱动齿轮(17)、一个或多个大小不一的飞轮组成，飞轮的外壁可以是链轮、齿轮或滑轮，多个大小不一的链轮、齿轮或滑轮起驱动和变速作用，两条杠杆式超长驱动臂(2)、(3)的末端是作功点(驱动点)，末端上装有驱动直齿条(6)，它与驱动输出轮组(7)中的单向驱动齿轮(17)相吻合，通过上下运动或前后运动来带动驱动输出轮组(7)旋转，而它的前端安装着两个踏板(11)，踏板(11)是施力点，杠杆式超长驱动臂(2)、(3)为左右对称的，它的形状可以是直的、弯的、三角形的、也可以是多边形的，它的末端安装着四个以上的滑轮(10)，可以使其与左后滑轨(4)和右后滑轨(5)相配合；驱动臂回复装置由驱动臂链接链条、皮带或绳索(14)和回复链轮、皮带盘或绳索盘(16)组成，选用链轮的用链条来连接，选用皮带盘的用皮带来连接，而选用绳索盘的则用绳索来连接，回复装置可以安装在车架的中部或者后部，安装的数量可以是一个也可以是多个，使用时采用坐姿双脚上下踩踏驱动或前后蹬踏驱动。

2.根据权利要求1所述的装置及其自行车，其特征是所述后左滑竿(4)，后右滑竿(5)，前左滑轨(12)与前右滑轨(13)的外沿【与滑轮(10)的接触面】可以是平的，也可以是带齿或有纹理的。

3.根据权利要求1所述的装置及其自行车，其特征是所述滑轮(10)的外沿【与后左滑竿(4)，后右滑竿(5)，前左滑轨(12)，前右滑轨(13)的接粗面】可以是平的，也可以是带齿或有纹理的。

4.根据权利要求1所述的装置及其自行车，其特征是所述的前左滑轨(12)和前右滑轨(13)，左后滑轨(4)和右后滑轨(5)的截面是圆形的，也可以是椭圆形的、三角形的、方形的、凹形的、凸形的、L形的、T形的。

5.根据权利要求1所述的装置及其自行车，其特征是所述的滑轮(10)的外沿【与滑轨(12)、(13)、(4)、(5)的接触面】是圆形的，也可以是椭圆形的、三角形的、方形的、凹形的、凸形的、L形的、T形的。

6.根据权利要求1所述的装置及其自行车，其特征是上述的机械装置安装于人力驱动的车上的数量可以是一个或多个。

7.根据权利要求1所述的装置及其自行车，其特征是上述的机械装置安装于人力驱动的车的前部，也可安装于后部或中部。

8.根据权利要求1所述的装置及其自行车，其特征是上述的机械装置可以水平反方向安装于人力驱动的车的前部，也可安装于后部或中部。

9.根据权利要求1所述的装置及其自行车，其特征是驱动直齿条(6)可以安装在杠杆式超长驱动臂(2)、(3)的任何一个侧边。

10.根据权利要求1所述的装置及其自行车，其特征是与驱动直齿条(6)相咬合的驱动齿轮可以是平齿轮、斜齿轮或伞形齿轮。