CN105836030A - 一种双摆杆驱动式省力自行车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双摆杆驱动式省力自行车，包括车架、龙头、前叉、前轮、后叉、后轮、中轴、脚踏板、大链轮、小链轮和链条，其特征是：还包括两边对称设置的长摆杆，该长摆杆的后端通过轴承与设在所述后叉中部靠前部位的长摆杆轴配合连接、前端与所述脚踏板配合连接，在所述长摆杆中部靠前的部位设有滚轮槽；还包括两边对称设置且位于所述长摆杆内侧的短摆杆，该短摆杆的一端通过单向轴承与设在所述车架上的中轴配合连接、另一端通过滚轮与所述滚轮槽滑动配合。本发明结构简洁，可靠性高，能够获得连续的大驱动力矩，提高脚施加的力的利用效率，骑行非常省力和轻松。

Description

一种双摆杆驱动式省力自行车

技术领域

本发明涉及一种人力驱动车辆，尤其是一种双摆杆驱动式省力自行车。

背景技术

自行车是人们在生活中最常用的一种短途交通工具。传统自行车的驱动方式是用脚踩踏脚踏板使一对反向曲柄转动，再通过中轴、链轮、链条和飞轮来带动后轮转动，从而驱动自行车向前行驶。在曲柄做圆周运动的过程中，作用在后轮上的驱动力矩在不断地发生变化。假设脚施加的力是恒定的，并且始终向下；当脚踏板在最高位置时，曲柄处于上死点位置，由于力臂为零，作用在中轴上的力矩也为零；当曲柄开始转动时，力臂逐渐增长，力矩也逐渐变大，当曲柄转到90°时，曲柄处于水平位置，力臂为曲柄长度，此时力矩最大；当曲柄继续旋转时，随着力臂长度的变短，力矩又逐渐变小，当曲柄转到180°时，脚踏板的位置最低，曲柄处于下死点位置，力矩又变为零。力矩从零到最大，再从最大到零的循环变化所形成的曲线形似正弦曲线。这一力矩又等于驱动力（作用在飞轮上的力）乘以链轮半径，由于链轮的半径不变，致使作用在后轮上的驱动力也形成了同样的变化，即驱动力从零到最大之间循环变化。自行车要省力就必须让脚向下施加的力始终有一个较长的力臂与之匹配，只有这样，传导到后轮上的驱动力矩才会始终保持较大，理想情况是脚向下施加的力是恒定的，与之对应的力臂始终长而保持不变，这样，传导在后轮上的驱动力就会大而恒定，脚施加的力才会毫无损耗低转换为驱动力。但传统自行车在用脚向下施加力使曲柄转动的过程中，只有当曲柄转到水平位置附近的一定范围内时，由于力臂较长，作用在后轮上的驱动力矩较大，骑行才会感觉比较省力，其余情况下，由于力臂较短，作用在后轮上的驱动力矩较小，骑行的感觉是比较吃力的，特别在开始用脚施加力和施加力快要结束时，由于力臂更短，作用在后轮上的驱动力矩更小，就会感到更加吃力，若遇爬坡，且坡度稍大时就会感觉非常吃力。当曲柄处于上死点位置时，由于作用在后轮上的驱动力矩为零，人们为了能省点力，一般都是在曲柄从上死点位置转过30°后才开始用脚向下施加力，当距下死点位置约30°时就不再施加力。所以，作用在后轮上的驱动力矩是不连续的，具有间歇性。从以上看出，在曲柄旋转一圈的过程中，脚施加的力只有三分之二做功，三分之一不做功。

综上所述，传统自行车存在的问题是驱动力矩变化过大，且不连续，脚施加的力的利用效率太低，最终导致骑行不省力。变速自行车尽管可以通过变速来增大驱动力矩，但它是以降低速度为代价，驱动力矩增大一倍，速度就要降低一倍。如CN203975126U公开了一种可变速的省力自行车，其结构特点是：车架前端和后端分别设有前轮和后轮，车架中间安装有变速箱，所述前轮上端设有龙头，龙头上安装有变速手柄、变速手柄和变速箱上的变速摆臂通过变速钢丝线绕过两个小滑轮连接，所述车架一侧安装有大链轮和小链轮，大链轮和变速箱上的链轮轴连接，小链轮通过飞轮和后轮上的轴连接，左脚蹬和右脚蹬和变速箱上的踏脚轴连接。该省力自行车简单实用，操作简便，在车架底部安装一个微型三级变速的齿轮变速箱，通过拉动装有拨叉的变速摆臂来实现骑行速度，适当增长脚蹬的力臂，轻快省力，特别适合在野外，爬坡能力强。 又如CN103523146A公开的“前驱动往复式无级省力自行车”，包括现有部件；车架前端偏后处焊一轴套，以轴承经轴棒其一端固定一飞轮，另一端固定链轮和另一飞轮；前叉筒外径套连轴承滑轮；两飞轮下端车架上连接有脚踏的左右两杠杆；中段为钢绳构成的链条，绕轴承滑轮咬合两飞轮之后两端与两杠杆前端偏后处连接；车架中轴右端有变径传动轮以小齿轮经一链条连接链轮，以大齿轮经一链条连接后圈飞轮。其有缩短蹬踩周期时间利于骑行提速、不循环消失力臂杠杆效益少费一倍动力、力臂长于阻臂三倍少费更多动力、脚踏沿杠杆滑动实现无级变速其省力效果大于变速车效果、双腿自重力满足骑行动力免除劳累适应远行、利于降堵、减排节能和低碳生活，发挥极大经济效益和社会效益的优点。毫无疑问，这些都是所属技术领域的有益尝试。

发明内容

本发明的目的是提供一种双摆杆驱动式省力自行车，其结构简洁，可靠性高，能够获得连续的大驱动力矩，提高脚施加的力的利用效率，骑行非常省力和轻松。

本发明所述的一种双摆杆驱动式省力自行车，包括车架、龙头、前叉、前轮、后叉、后轮、中轴、脚踏板、大链轮、小链轮和链条，其特征是：还包括两边对称设置的长摆杆，该长摆杆的后端通过轴承与设在所述后叉中部靠前部位的长摆杆轴配合连接、前端与所述脚踏板配合连接，在所述长摆杆中部靠前的部位设有滚轮槽；还包括两边对称设置且位于所述长摆杆内侧的短摆杆，该短摆杆的一端通过单向轴承与设在所述车架上的中轴配合连接、另一端通过滚轮与所述滚轮槽滚动配合。

进一步，所述的双摆杆驱动式省力自行车，还包括连接在所述车架上的摆杆联动装置，其包括上端与所述车架焊接的滑轮架固定板、呈倒T形的滑轮架、大滑轮、两个小滑轮和钢丝绳；所述大滑轮和滑轮架的上端通过螺杆、螺母及垫圈与所述滑轮架固定板连接，所述两个小滑轮分别与所述滑轮架下部的两端配合连接；所述钢丝绳绕在所述大滑轮和两个小滑轮上，所述钢丝绳的两端分别设有连接头，两连接头上分别设有通孔，两螺栓分别穿过两个连接头上的通孔与所述一短摆杆内侧中部靠前的部位螺纹连接。

进一步，在所述滚轮槽的外侧设有滚轮槽盖。

本发明的有益效果是：由于将传统自行车曲柄的旋转运动改为长摆杆与短摆杆的同向摆动，摆动消除了上下死点，保持了驱动力的连续性。长摆杆的杆长较长，力臂也相应地较长，传导在短摆杆上的力矩会变大。长摆杆与短摆杆同向摆动的配合还改变了力的方向，而力的方向的改变正好增加了短摆杆上所施加力的力臂长度，因此，后轮能连续获得较大的驱动力矩。在实际骑行的过程中，本发明要比传统自行车快，这是因为，在骑行传统自行车时，脚是做圆周运动，在旋转一圈的过程中速度方向总是不断地改变，加之小腿弯曲较大，使得蹬踏频率的提高受到限制，而骑行发明时，脚是在做近似于上下方向的直线运动，腿的弯曲也不是太大，这有利于蹬踏频率的提高。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的传动机构示意图（为左右两边的长摆杆处于平直状态的俯视图）；

图3是本发明的摆杆联动装置示意图；

图4是图3的左视图；

图5是图2的A部放大图；

图6是图2的B部放大图。

图中：1－车架，2－龙头，3－前叉，4－前轮，5－后叉，6－后轮，7－中轴，8－脚踏板，9－滚轮槽盖，10－大链轮，11－小链轮（飞轮），12－单向轴承，13－链条，14－短摆杆，15－螺栓，16－长摆杆，17－滚轮槽，18－滚轮，19－长摆杆轴，20－滑轮架固定板，21－滑轮架， 22－大滑轮，23－螺杆，24－螺母，25－小滑轮，26－钢丝绳，27－轴承，28－垫圈，29－连接头。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

参见图1、图2、图3、图4、图5和图6所述的一种双摆杆驱动式省力自行车，包括车架1、龙头2、前叉3、前轮4、后叉5、后轮6、中轴7、脚踏板8、大链轮10、小链轮11和链条13，其突出的实质性特点是：

还包括两边对称设置的长摆杆16，该长摆杆的后端通过轴承27与设在所述后叉5中部靠前部位的长摆杆轴19配合连接、前端与所述脚踏板8配合连接，在所述长摆杆16中部靠前的部位设有滚轮槽17。在所述滚轮槽17的外侧设有滚轮槽盖9。

还包括两边对称设置且位于所述长摆杆16内侧的短摆杆14，该短摆杆的一端通过单向轴承12与设在所述车架1上的中轴7配合连接、另一端通过滚轮18与所述滚轮槽17滑动配合。滚轮能够在长摆杆的滚轮槽中来回滚动。

还包括连接在所述车架1上的摆杆联动装置，其包括上端与所述车架焊接的滑轮架固定板20、呈倒T形的滑轮架21、大滑轮22、两个小滑轮25和钢丝绳26；所述大滑轮22和滑轮架21的上端通过螺杆23、螺母24及垫圈28与所述滑轮架固定板20连接，所述两个小滑轮25分别与所述滑轮架21下部的两端配合连接；所述钢丝绳26绕在所述大滑轮22和两个小滑轮25上，所述钢丝绳26的两端分别设有连接头29，两连接头上分别设有通孔，两螺栓15分别穿过两个连接头上的通孔与所述一短摆杆14内侧中部靠前的部位螺纹连接。

同一边的长摆杆和短摆杆做同向摆动，一边的长摆杆和短摆杆和另一边的长摆杆和短摆杆做交替摆动，即一边的长摆杆和短摆杆同时向下摆动时，会通过钢丝绳带动另一边的长摆杆和短摆杆同时向上摆动，从而实现两边摆杆之间的联动；两边的短摆杆再通过其单向轴承带动中轴连续转动，最后，中轴的连续转并通过动大链轮、链条和小飞轮带动后轮转动，从而驱动自行车前行。

长摆杆有上下两个极限位置，上下极限位置间的范围就是长摆杆的摆动范围，摆动范围由两极限位置处脚踏板间的距离来确定,当一边的长摆杆处于下极限位置时，另一边的长摆杆必然处于上极限位置，长摆杆在上下极限位置内摆动时，钢丝绳始终处于拉紧状态。长摆杆的下极限位置是由滚轮槽在长摆杆上的位置来确定的，具体来说就是当长摆杆处于下极限位置时，长摆杆上滚轮槽的端头正好与短摆杆上的滚轮接触。因为，此刻短摆杆连同滚轮一起就会勾住长摆杆，长摆杆无法继续向下摆动。当长摆杆处于上极限位置时，可松开螺母通过沿直线槽孔移动滑轮架，使长摆杆中的滚轮与其滚轮槽的端头不接触，即其间略有间隙，以使长摆杆的极限位置完全由下极限位置来确定，不受上极限位置的影响。

当长摆杆向下摆动时，短摆杆也向下摆动，而短摆杆向下摆动时，会通过单向轴承内外圈的啮合来带动中轴一起转动；当长摆杆向上摆动时短摆杆也向上摆动，但短摆杆向上摆动时，单向轴承内外圈会松开，因此，短摆杆只自身向上摆动，而中轴则在另一边向下摆动的短摆杆的作用下，仍按以前的转动方向继续转动。这样，当两边的短摆杆连续交替向下摆动时，中轴就会在两边单向轴承的交替作用下获得连续的驱动。

参见图3和图4，该自行车两边摆杆的联动是通过“摆杆联动装置”来实现的，具体来说是：滑轮架固定板固定在车架上并位于中轴的上方，当两边的长摆杆处于极限位置时，松开螺母可沿直线槽孔向上移动滑轮架来拉紧钢丝绳。当两边的短摆杆处于同一高度时，两钢丝绳连接头的距离应与两小滑轮的距离、大滑轮的直径大致相等；钢丝绳经大滑轮和小滑轮后，其连接头与两边的短摆杆上的连接头配合连接，这样，当两边的长摆杆摆动时，其滚轮槽中的滚轮始终与滚轮槽的上表面接触。

本发明与传统自行车相比（两者的车轮和飞轮大小相同），在脚施加的力相同、脚的移动速度相同、自行车的行驶速度也基本相同的前提下，在两边短摆杆交替向下摆动的作用下，通过单向轴承使中轴获得连续的驱动，再通过大链轮、链条和小链轮（飞轮）使自行车后轮获得连续的驱动力矩驱动。双摆杆驱动式省力自行车的最大驱动力矩比传统自行车略大，但最小驱动力矩却达到了传统自行车最大驱动力矩的90%，即后轮获得了连续的大驱动力矩的驱动，因此骑行非常省力和轻松。

Claims (3)

1.一种双摆杆驱动式省力自行车，包括车架（1）、龙头（2）、前叉（3）、前轮（4）、后叉（5）、后轮（6）、中轴（7）、脚踏板（8）、大链轮（10）、小链轮（11）和链条（13），其特征是：

还包括两边对称设置的长摆杆（16），该长摆杆的后端通过轴承（27）与设在所述后叉（5）中部靠前部位的长摆杆轴（19）配合连接、前端与所述脚踏板（8）配合连接，在所述长摆杆（16）中部靠前的部位设有滚轮槽（17）；

还包括两边对称设置且位于所述长摆杆（16）内侧的短摆杆（14），该短摆杆的一端通过单向轴承（12）与设在所述车架（1）上的中轴（7）配合连接、另一端通过滚轮（18）与所述滚轮槽（17）滚动配合。

2.根据权利要求1所述的双摆杆驱动式省力自行车，其特征是：还包括连接在所述车架（1）上的摆杆联动装置，其包括上端与所述车架焊接的滑轮架固定板（20）、呈倒T形的滑轮架（21）、大滑轮（22）、两个小滑轮（25）和钢丝绳（26）；所述大滑轮（22）和滑轮架（21）的上端通过螺杆（23）、螺母（24）及垫圈（28）与所述滑轮架固定板（20）连接，所述两个小滑轮（25）分别与所述滑轮架（21）下部的两端配合连接；所述钢丝绳（26）绕在所述大滑轮（22）和两个小滑轮（25）上，所述钢丝绳（26）的两端分别设有连接头（29），两连接头上分别设有通孔，两螺栓（15）分别穿过两个连接头上的通孔与所述一短摆杆（14）内侧中部靠前的部位螺纹连接。

3.根据权利要求1或2所述的双摆杆驱动式省力自行车，其特征是：在所述滚轮槽（17）的外侧设有滚轮槽盖（9）。