CN106853858A - 一种自行车的曲柄上下往复摆动驱动装置与方法 - Google Patents

一种自行车的曲柄上下往复摆动驱动装置与方法 Download PDF

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吴上生
王红飞
喻钟鸣
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    • B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M1/00—Rider propulsion of wheeled vehicles
    • B62M1/24—Rider propulsion of wheeled vehicles with reciprocating levers, e.g. foot levers

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Abstract

本发明公开了一种自行车的曲柄上下往复摆动驱动装置与方法，包括单向推力球轴承、深沟球轴承、前锥齿轮、左右滚动轴承、左右锥齿轮、中轴等部件；前双排链轮固定在中轴上，左单向离合器和右单向离合器通过键与中轴的两端连接；左锥齿轮和右锥齿轮的一端通过键分别与左单向离合器和右单向离合器连接，并分别放置在左滚动轴承和右滚动轴承上，再通过左轴承座和右轴承座固定在箱体上；左锥齿轮和右锥齿轮分别与前锥齿轮进行啮合；中轴两端通过深沟球轴承放置在左锥齿轮和右锥齿轮的轴孔内。本发明在自行车骑行时模拟人体正常行走的姿态，符合人体生理习惯，避开了传统自行车骑行过程出现的“死点”现象。

Description

一种自行车的曲柄上下往复摆动驱动装置与方法
技术领域
本发明涉及自行车骑行的驱动机构，尤其涉及一种自行车的曲柄上下往复摆动驱动装置与方法。
背景技术
自行车是人们喜爱的代步工具之一，也是人们休闲娱乐和锻炼身体的一种方式。近些年来，人们日益增长的悠闲与健康的生活体验的需求促使自行车在设计时要充分考虑人体的因素，同时要充分考虑不同人群和场合的使用特点，使得自行车的设计朝着“占用空间少、灵活便捷，舒适耐用”等特点不断发展。
现在自行车采用的驱动机构是通过中轴连接两个脚踏和曲柄。人在施力的过程中，人的脚掌通过作用在脚踏上的力来驱动曲柄旋转，而脚掌作用在脚踏上的力随着曲柄位置的不同，其作用力的大小和方向也不同，该作用力或为沿曲柄径向作用，或为沿曲柄切向作用。尤其当曲柄转动到与大腿、小腿和髋关节共线的位置时，出现两次“死点”现象，即人体施加在脚踏上的力均为径向力。此时只能通过人体自行改变骑车姿势来改变死点位置以使得自行车继续运动。而此时由于自行车鞍座位置相对于曲柄的位置是不变的，要施加一个驱动自行车前行的切向分力比较困难。为此，骑行者或者躬身屈腿，或者把身体向后移动一点距离，从而使脚掌对脚踏偏离一定角度以产生水平方向的分力，同时由于一些鞍座位置的布置也不符合人体结构功能的需要，骑行者很容易产生疲劳。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种结构简单、驱动灵活的自行车的曲柄上下往复摆动驱动装置与方法。本发明驱动装置符合人体正常行走姿势，使驱动力得到最大利用。
本发明通过下述技术方案实现：
一种自行车的曲柄上下往复摆动驱动装置，包括：单向推力球轴承1、深沟球轴承2、前锥齿轮3、右滚动轴承4、右锥齿轮5、中轴6、右深沟球轴承7、右单向离合器8、右轴承座9、前双排链轮10、链条11、后轴12、后双排链轮13、左轴承座15、左滚动轴承16、左单向离合器17、左深沟球轴承18、左锥齿轮19、左曲柄20、左脚踏板21、箱体22、右曲柄23、右脚踏板24；
前锥齿轮3放置在深沟球轴承2和单向推力球轴承1上，并通过轴承座与箱体22固定；
前双排链轮10固定在中轴6上，左单向离合器17和右单向离合器8通过键与中轴6的两端连接；
左锥齿轮19和右锥齿轮5的一端通过键分别与左单向离合器17和右单向离合器8连接，并分别放置在左滚动轴承16和右滚动轴承4上，再通过左轴承座15和右轴承座9固定在箱体上；左锥齿轮19和右锥齿轮5分别与前锥齿轮3进行啮合；
中轴6的两端通过左深沟球轴承18、右深沟球轴承7放置在左锥齿轮19和右锥齿轮5的轴孔内；
后双排链轮13装在后轴12上，前双排链轮10通过链条11与后双排链轮13连接，用于动力的传送。
左锥齿轮19和右锥齿轮5的另一端分别与左曲柄20和右曲柄23的一端螺纹连接。
左曲柄20、右曲柄23的另一端与左脚踏板21和右脚踏板24连接。
后轴12的右端安装有链轮14。
一种实现自行车左右曲柄换向方法，其包括如下步骤：
自行车运动时，人体下肢施加的力或由人体重力通过左右脚掌所形成的蹬踏力分别作用在自行车的左脚踏板21和右脚踏板24上；具体包括如下两种运动模式：
模式一：
先设定人体施加的蹬踏力作用在左脚踏板21上，与左脚踏板21固定连接的左曲柄20和左锥齿轮19共同向下转动，并通过左单向离合器17带动中轴6转动，则中轴6上的前双排齿轮10通过链条11带动后双排齿轮13转动，自行车前进运动。同时通过齿轮间的啮合作用，前锥齿轮3转动，带动右锥齿轮5转动，与之连接的右曲柄23转动，则右脚踏板24上升，从而实现自行车左曲柄20和右曲柄23换向；
模式二：
再设人体蹬踏力作用在右脚踏板24上，与右脚踏板24固定连接的右曲柄23和右锥齿轮5共同向下转动，并通过右单向离合器8带动中轴6转动，则中轴6上的前双排链轮10通过链条带动后双排链轮13转动，自行车前进运动；同时通过齿轮间的啮合作用，前锥齿轮3转动，带动左锥齿轮19转动，与之连接的左曲柄20转动，则左脚踏板21上升，从而实现自行车左曲柄20和右曲柄23换向。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
本发明通过换向机构和传动机构的串联，巧妙地把原来曲柄周转驱动方式改为曲柄上下往复摆动驱动方式，并能利用人体重力驱动自行车前行。
当左边的曲柄向下摆动带动左锥齿轮转动，通过啮合，前锥齿轮转动，从而带动右锥齿轮转动，进而右边的曲柄上升，来实现左右曲柄的上下往复换向动作。
本发明单向离合器安装在中轴两端，并通过键与左/右锥齿轮相连，左/右锥齿轮一端连接在左/右曲柄上，双排链轮安装在中轴上。当左曲柄向下摆动，带动左锥齿轮转动，通过单向离合器带动中轴转动，从而带动链轮转动，实现自行车运动。与此同时，右曲柄上升，右边单向离合器起隔离动力作用。
综上所述，本发明在自行车骑行时模拟人体正常行走的姿态，符合人体生理习惯，避开了传统自行车骑行过程出现的“死点”现象。改变传统自行车依靠蹬踏力以驱动自行车前行的方式，能利用人体重力驱动自行车前行，驱动力大且省力。采用空间机构组合驱动链轮，结构更加的紧凑，技术手段简便易行，占用空间少。
附图说明
图1是本发明自行车的曲柄上下往复摆动驱动装置主视示意图。
图2为图1中B-B剖面结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。
实施例
如图1至2所示。本发明公开了一种自行车的曲柄上下往复摆动驱动装置，包括：单向推力球轴承1、深沟球轴承2、前锥齿轮3、右滚动轴承4、右锥齿轮5、中轴6、右深沟球轴承7、右单向离合器8、右轴承座9、前双排链轮10、链条11、后轴12、后双排链轮13、左轴承座15、左滚动轴承16、左单向离合器17、左深沟球轴承18、左锥齿轮19、左曲柄20、左脚踏板21、箱体22、右曲柄23、右脚踏板24；
前锥齿轮3放置在深沟球轴承2和单向推力球轴承1上，并通过轴承座与箱体22固定；
前双排链轮10固定在中轴6上，左单向离合器17和右单向离合器8通过键与中轴6的两端连接；
左锥齿轮19和右锥齿轮5的一端通过键分别与左单向离合器17和右单向离合器8连接，并分别放置在左滚动轴承16和右滚动轴承4上，再通过左轴承座15和右轴承座9固定在箱体上；左锥齿轮19和右锥齿轮5分别与前锥齿轮3进行啮合；
中轴6的两端通过左深沟球轴承18、右深沟球轴承7放置在左锥齿轮19和右锥齿轮5的轴孔内；
后双排链轮13装在后轴12上，前双排链轮10通过链条11与后双排链轮13连接，用于动力的传送。
左锥齿轮19和右锥齿轮5的另一端分别与左曲柄20和右曲柄23的一端螺纹连接。
左曲柄20、右曲柄23的另一端与左脚踏板21和右脚踏板24连接。
后轴12的右端安装有链轮14。
自行车运动时，人体下肢施加的力或由人体重力通过左右脚掌所形成的蹬踏力分别作用在自行车的左右脚踏板上。先设定人体施加的蹬踏力作用在左脚踏板21上，与左脚踏板21固定连接的左曲柄20和左锥齿轮19共同向下转动，并通过左单向离合器17带动中轴6转动，则中轴6上的前双排齿轮10通过链条11带动后双排齿轮13转动，自行车前进运动。同时通过齿轮间的啮合作用，前锥齿轮3转动，带动右锥齿轮5转动，与之连接的右曲柄23转动，则右脚踏板24上升，由于右单向离合器8隔离动力，此时右边机构的运动也不会影响自行车运动，从而实现自行车左右曲柄换向的目的。
再设人体蹬踏力作用在右脚踏板24上，与右脚踏板24固定连接的右曲柄23和右锥齿轮5共同向下转动，并通过右单向离合器8带动中轴6转动，则中轴6上的前双排链轮10通过链条带动后双排链轮13转动，自行车前进运动。同时通过齿轮间的啮合作用，前锥齿轮3转动，带动左锥齿轮19转动，与之连接的左曲柄20转动，则左脚踏板21上升，由于左单向离合器17隔离动力，此时左边机构的运动也不会影响自行车运动，从而实现自行车左右曲柄换向的目的。
本发明同样适用于三轮车，只是后车轮为两个，并带有车厢，骑行者骑行方法也相同。同时本发明适用于各类人力下肢驱动的交通工具或传动设备中。
如上所述，便可较好地实现本发明。
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种自行车的曲柄上下往复摆动驱动装置，其特征在于包括：单向推力球轴承(1)、深沟球轴承(2)、前锥齿轮(3)、右滚动轴承(4)、右锥齿轮(5)、中轴(6)、右深沟球轴承(7)、右单向离合器(8)、右轴承座(9)、前双排链轮(10)、链条(11)、后轴(12)、后双排链轮(13)、左轴承座(15)、左滚动轴承(16)、左单向离合器(17)、左深沟球轴承(18)、左锥齿轮(19)、左曲柄(20)、左脚踏板(21)、箱体(22)、右曲柄(23)、右脚踏板(24)；
前锥齿轮(3)放置在深沟球轴承(2)和单向推力球轴承(1)上，并通过轴承座与箱体(22)固定；
前双排链轮(10)固定在中轴(6)上，左单向离合器(17)和右单向离合器(8)通过键与中轴(6)的两端连接；
左锥齿轮(19)和右锥齿轮(5)的一端通过键分别与左单向离合器(17)和右单向离合器(8)连接，并分别放置在左滚动轴承(16)和右滚动轴承(4)上，再通过左轴承座(15)和右轴承座(9)固定在箱体上；左锥齿轮(19)和右锥齿轮(5)分别与前锥齿轮(3)进行啮合；
中轴(6)的两端通过左深沟球轴承(18)、右深沟球轴承(7)放置在左锥齿轮(19)和右锥齿轮(5)的轴孔内。
2.根据权利要求1所述自行车的曲柄上下往复摆动驱动装置，其特征在于：后双排链轮(13)装在后轴(12)上，前双排链轮(10)通过链条(11)与后双排链轮(13)连接，用于动力的传送。
3.根据权利要求1或2所述自行车的曲柄上下往复摆动驱动装置，其特征在于：左锥齿轮(19)和右锥齿轮(5)的另一端分别与左曲柄(20)和右曲柄(23)的一端螺纹连接。
4.根据权利要求3所述自行车的曲柄上下往复摆动驱动装置，其特征在于：左曲柄(20)、右曲柄(23)的另一端与左脚踏板(21)和右脚踏板(24)连接。
5.根据权利要求3所述自行车的曲柄上下往复摆动驱动装置，其特征在于：后轴(12)的右端安装有链轮(14)。
6.一种实现自行车左右曲柄换向方法，其特征在于采用权利要求1至5中任一项所述自行车的曲柄上下往复摆动驱动装置实现，其包括如下步骤：
自行车运动时，人体下肢施加的力或由人体重力通过左右脚掌所形成的蹬踏力，分别作用在自行车的左脚踏板(21)和右脚踏板(24)上；具体包括如下两种运动模式：
模式一：
先设定人体施加的蹬踏力作用在左脚踏板(21)上，与左脚踏板(21)固定连接的左曲柄(20)和左锥齿轮(19)共同向下转动，并通过左单向离合器(17)带动中轴(6)转动，则中轴(6)上的前双排齿轮(10)通过链条(11)带动后双排齿轮(13)转动，自行车前进运动。同时通过齿轮间的啮合作用，前锥齿轮(3)转动，带动右锥齿轮(5)转动，与之连接的右曲柄(23)转动，则右脚踏板(24)上升，从而实现自行车左曲柄(20)和右曲柄(23)换向；
模式二：
再设人体蹬踏力作用在右脚踏板(24)上，与右脚踏板(24)固定连接的右曲柄(23)和右锥齿轮(5)共同向下转动，并通过右单向离合器(8)带动中轴(6)转动，则中轴(6)上的前双排链轮(10)通过链条带动后双排链轮(13)转动，自行车前进运动；同时通过齿轮间的啮合作用，前锥齿轮(3)转动，带动左锥齿轮(19)转动，与之连接的左曲柄(20)转动，则左脚踏板(21)上升，从而实现自行车左曲柄(20)和右曲柄(23)换向。
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