CN109353441B - 一种直立踏步式自行车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直立踏步式自行车，包括车把总成、前轮总成、后轮总成、脚踏和车架；所述车架包括一纵向固定轴，在所述纵向固定轴外转动套设有旋转套，在所述旋转套上自前至后依次套接有脚踏连杆、前单向轮和后单向轮，所述前单向轮和后单向轮是一对镜像对称且均设有内啮合单动式棘轮机构、外设有斜齿的主动轮，在位于前单向轮和后单向轮之间的旋转套上设有开口，在位于开口内的纵向固定轴上垂直固设有横向固定轴，在所述横向固定轴上转动套设有从动轮，所述从动轮上设有与主动轮相适配的斜齿，并且，所述从动轮与套接在后轮轴端部的链轮传动连接，所述脚踏通过直柄与脚踏连杆转动连接。本发明实现了站立行走方式驱动自行车，具有健身运动功效。

Description

一种直立踏步式自行车

技术领域

本发明是涉及一种自行车，具体说，是涉及一种直立踏步式自行车。

背景技术

由于在科技发达的今天，虽然人们的生活水平在不断地提高，但工作压力也在不断地加大，运动健身的时间越来越少，人们的身体大多处于严重的亚健康状态，因而兼具健身功能的脚踏自行车作为一种健身代步的出行工具已开始越来越受到人们的欢迎。

但现有的脚踏骑行自行车是在链轮上设置曲柄，并在曲柄上设置脚蹬，通过左右两只脚轮流给予左右脚蹬力，使得踏板带动曲柄、进而带动链轮转动，起到自行车前行的目的。因这种自行车需要以坐姿骑行，以致存在如下缺陷：1)长时间弓着背骑行，将会对腰椎和颈椎产生损害；2)长时间坐在鞍座上，容易压迫腿部血流不畅和挤压会阴部位导致例如前列腺等疾病的发生，反而损害身体健康；3)由于重心高，稳定性差，操控难度大，以致初学难度大，且不适合儿童和老年人使用；4)因骑行时，骑行者是坐在鞍座上，如果遇到紧急情形，很难实现弃车避险；5)另外，这种脚蹬踏板通过曲柄带动链轮做圆周运动的方式，在左右脚蹬处于一个竖直面时，力矩为零，属于用力死点，虽在左右脚蹬处于一个水平面时，力矩最大，但踩起来很费劲，存在能耗大、做功效率低的缺陷。

正因脚踏骑行自行车存在上述诸多缺陷，因此诞生了以站立姿态、踩踏驱动的传动装置及其驱动的自行车，例如：专利号为CN201520799839.6的中国实用新型专利中公开了一种行走运动式的自行车传动装置，其包括左脚踏、右脚踏、左曲柄、右曲柄、弹簧、中轴、链轮等，所述左曲柄、右曲柄均为活动连接着的两节直杆构成，并在一则设置有一根拉力弹簧，当曲柄转至上方脚不再蹬脚踏时，曲柄就会在弹簧的拉动下向前弯折，使脚踏越过脚踩施力的零转矩线，以提高脚踩做功的效率；专利号为CN201720354528.8的中国实用新型专利中公开了一种站立式踏板自行车，包括导向把总成、车架、驱动轮总成、踏板、复位弹簧、支点轴承、连杆、大齿轮、单向齿轮；所述踏板通过支点轴承固定在车架上构成杠杆结构；所述踏板的一端通过复位弹簧与车架连接，另一端通过连杆与大齿轮连接；所述大齿轮与单向齿轮啮合；该专利通过踩踏踏板将杠杆力传递给大齿轮，大齿轮将扭矩传递给单向齿轮从而带动驱动轮总成向前移动，带动自行车向前移动，当释放踏板时，利用复位弹簧牵引踏板复位。由上所述可见，虽然上述专利技术可实现站立行走方式驱动自行车，但结构复杂、体积庞大、做功效率低，尤其是，采用弹簧复位的方式，使可靠性降低。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种直立踏步式自行车，不仅实现站立行走方式驱动自行车，而且结构简单、体积小、安全可靠、初学容易、适用对象广。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种直立踏步式自行车，包括车把总成、前轮总成、后轮总成、脚踏和车架；所述车架包括一纵向固定轴，在所述纵向固定轴外转动套设有旋转套，在所述旋转套上自前至后依次套接有脚踏连杆、前单向轮和后单向轮，所述前单向轮和后单向轮是一对镜像对称且均设有内啮合单动式棘轮机构、外设有斜齿的主动轮，在位于前单向轮和后单向轮之间的旋转套上设有开口，在位于开口内的纵向固定轴上垂直固设有横向固定轴，在所述横向固定轴上转动套设有从动轮，所述从动轮上设有与主动轮相适配的斜齿，并且，所述从动轮与套接在后轮轴端部的链轮传动连接，所述脚踏通过直柄与脚踏连杆转动连接。

一种实施方案，所述车把总成包括把手和升降调节杆，所述前轮总成包括前叉、前轮、前轮轴和前挡泥板，所述后轮总成包括后叉、后轮、后轮轴和后挡泥板，所述车架包括一纵向固定轴和一弧形连接架，所述前叉与升降调节杆固定连接，所述弧形连接架的前端与升降调节杆固定连接，所述弧形连接架的后端与纵向固定轴的前端固定连接，所述纵向固定轴的后端与后叉固定连接。

一种实施方案，所述主动轮包括内套和外套，在内套的外周部铰接有棘爪，在外套的内壁设有与棘爪相适配的棘齿，在外套的外表面设有斜齿，且所述内套的内径与旋转套的外径过盈配合。

一种实施方案，所述从动轮由共轴心的斜齿部和链轮部组成，在斜齿部的外表面设有斜齿，且在所述横向固定轴上套接有转动轴承，所述轴心的内径与所述转动轴承的外径过盈配合。

一种实施方案，所述直柄的上端与脚踏连杆的端部通过销轴连接，所述直柄的下端与脚踏的内侧部固定连接。

一种优选方案，所述直柄的下端与脚踏的内侧部采用可拆卸式固定连接。

一种实施方案，所述的直立踏步式自行车还包括脚踏平衡机构。

一种实施方案，所述脚踏平衡机构包括纵向杆和横向杆，所述纵向杆垂直固定在位于脚踏连杆前侧方或后侧方的纵向固定轴的底部，所述横向杆的中心部与纵向杆的下端转动连接，且所述横向杆的两端部分别与位于相应端部的直柄通过销轴连接。

一种优选方案，在位于脚踏连杆前方的纵向固定轴上固设有承载板。

一种实施方案，在所述承载板上固设有置物框或篮。

一种优选方案，所述的直立踏步式自行车还包括前轮刹车机构或/和后轮刹车机构。

相较于现有技术，本发明的有益技术效果在于：

1)传动结构简单、传动环节较少，能量转化损耗低，可靠性高，节省体力；

2)传动结构小巧紧凑，且集中于车身后半部，不仅使车体轻便，而且便于后期进行折叠设计；

3)实现了踏步行走方式驱动自行车，双腿垂直上下踏步运动，不仅符合人体工学，踩踏时便于腿部发挥力量，提供更大动力，而且可起到运动健身功效；

4)由于做功效率高，因此在实现相同车速下，本发明只需较小直径的车轮，从而使骑行者的重心可降低，把控容易，遇到危急情形可方便快捷地离车，安全性高；

5)由于所述自行车的驱动方式是采用人体直立行走姿势，因此初学容易，适用对象广，能适用于儿童和老人，不仅方便了人们出行，而且同时获得了健身运动；

综上所述，本发明相对于现有技术，具有显著进步性和实用价值。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种直立踏步式自行车的立体结构示意图；

图2至图6是本发明实施例提供的直立踏步式自行车的部分装配结构示意图；

图7为本发明实施例提供的主动轮的立体结构示意图；

图8为本发明实施例提供的从动轮的立体结构示意图；

图9为本发明实施例提供的从动轮的剖视图。

图中标号示意如下：1、车把总成；1-1、把手；1-2、升降调节杆；2、前轮总成；2-1、前叉；2-2、前轮；2-3、前轮轴；2-4、前挡泥板；3、后轮总成；3-1、后叉；3-2、后轮；3-3、后轮轴；3-4、后挡泥板；4、脚踏；4A、右脚踏；4B、左脚踏；4-1、直柄；5、车架；5-1、纵向固定轴；5-1-1、转动轴承；5-2、弧形连接架；6、旋转套；6-1、开口；7、脚踏连杆；8、主动轮；8A、前单向轮；8B、后单向轮；8-1、内套；8-1A、前单向轮的内套；8-1B、后单向轮的内套；8-2、外套；8-2A、前单向轮的外套；8-2-1A、斜齿A；8-2B、后单向轮的外套；8-2-1B、斜齿B；8-3、棘爪；8-3A、前单向轮的棘爪；8-3B、后单向轮的棘爪；8-4、棘齿；8-4A、前单向轮的棘齿；8-4B、后单向轮的棘齿；9、横向固定轴；10、从动轮；10-1、轴心；10-2、斜齿部；10-2-1、斜齿C；10-3、链轮部；11、链轮；12、链条；13、脚踏平衡机构；13-1、纵向杆；13-2、横向杆；14、承载板；15、后轮刹车机构。

具体实施方式

以下将结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步清楚、详细地描述。

实施例

如图1所示：本发明提供的一种直立踏步式自行车，包括车把总成1、前轮总成2、后轮总成3、脚踏4和车架5，所述车把总成1包括把手1-1和升降调节杆1-2，所述前轮总成2包括前叉2-1、前轮2-2、前轮轴2-3和前挡泥板2-4，所述后轮总成3包括后叉3-1、后轮3-2、后轮轴3-3和后挡泥板3-4。

请再结合图1至图6所示：

本实施例中所述车架5包括一纵向固定轴5-1和一弧形连接架5-2，所述前叉2-1与升降调节杆1-2固定连接，所述弧形连接架5-2的前端与升降调节杆1-2固定连接，所述弧形连接架5-2的后端与纵向固定轴5-1的前端固定连接，所述纵向固定轴5-1的后端与后叉3-1固定连接；在所述纵向固定轴5-1外转动套设有旋转套6(具体说，本实施例是在纵向固定轴5-1上套接转动轴承5-1-1，然后使旋转套6套接在转动轴承5-1-1外，请参阅图5所示)，在所述旋转套6上自前至后依次套接有脚踏连杆7、前单向轮8A和后单向轮8B，所述前单向轮8A和后单向轮8B是一对镜像对称且均设有内啮合单动式棘轮机构、外设有斜齿(如图6中所示的8-2-1A和8-2-1B)的主动轮8，在位于前单向轮8A和后单向轮8B之间的旋转套上设有开口6-1，在位于开口6-1内的纵向固定轴上垂直固设有横向固定轴9，在所述横向固定轴9上转动套设有从动轮10(具体说，本实施例是在横向固定轴9上套接转动轴承(图中未示出)，然后使从动轮10套接在转动轴承外)，所述从动轮10上设有与主动轮8上的斜齿8-2-1A和8-2-1B均相适配的斜齿C 10-2-1(请参阅图6所示)，并且，所述从动轮10与套接在后轮轴3-3端部的链轮11通过链条12传动连接。

所述脚踏4是通过直柄4-1与脚踏连杆7转动连接，本实施例中，所述直柄4-1的上端与脚踏连杆7的端部通过销轴连接，所述直柄4-1的下端与脚踏4的内侧部固定连接(优选可拆卸式固定连接，以便后期的维护拆装)。

为了保证脚踏4能始终处于垂直上下的踏步状态，所述的直立踏步式自行车还包括脚踏平衡机构13，本实施例中，所述的脚踏平衡机构13包括纵向杆13-1和横向杆13-2，所述纵向杆13-1垂直固定在位于脚踏连杆7前侧方或后侧方(图中示出的是前侧方，但也可以是后侧方)的纵向固定轴5-1的底部，所述横向杆13-2的中心部与纵向杆13-1的下端转动连接，且所述横向杆13-2的两端部分别与位于相应端部的直柄4-1通过销轴连接。

以图4所示为例，由于连接脚踏4的直柄4-1与脚踏连杆7间是转动连接，且与横向杆13-2之间也是转动连接，而横向杆13-2与纵向杆13-1之间也是转动连接，因此，直柄4-1与脚踏连杆7及横向杆13-2组成可活动平行四边形，当右脚踏4A、左脚踏4B在踩动下上下往复运动时，直柄4-1在平行四边形原理作用下始终能保持与13-1的平行关系，即始终垂直向下，因而可保证右脚踏4A、左脚踏4B始终保持水平状态，不会随脚踏连杆7左右倾斜，从而可保证两脚能垂直上下踩踏脚踏4，真正实现以直立踏步行走姿势驱动所述的自行车前行，使骑行者感到安全、舒适。

请再结合图5和图7所示，本实施例所述的前单向轮8A和后单向轮8B的结构完全相同，只是以镜像对称装配在旋转套6上；所述的前单向轮8A和后单向轮8B均为主动轮8，包括内套8-1和外套8-2，在内套8-1的外周部铰接有棘爪8-3，在外套8-2的内壁设有与棘爪8-3相适配的棘齿8-4，所述内套8-1的内径与旋转套6的外径过盈配合。

请再结合图8和图9所示，本实施例所述的从动轮10是由共轴心10-1的斜齿部10-2和链轮部10-3组成，在所述横向固定轴9上套接有转动轴承(图中未示出)，所述轴心10-1的内径与所述转动轴承(图中未示出)的外径过盈配合；从而在斜齿部10-2与前单向轮8A或后单向轮8B发生啮合传动时，就能同步将动力传送给链轮部10-3，再由链轮部10-3传送给链轮11，从而驱使后轮3-2前行。

另外，可在位于脚踏连杆7前方的纵向固定轴5-1上固设承载板14，以用于携带人或物；作为进一步便利设计，还可在所述承载板14上固设一个置物框或篮(图中未示出)，以便骑行者使用。以及，为了便于安全行驶控制，还可采用现有常规设计，在所述的直立踏步式自行车上加装前轮刹车机构或/和后轮刹车机构(本实施例图1中示出的是后轮刹车机构15，但不限于图中所示)。

本发明所述的直立踏步式自行车的工作过程如下：

请参阅图3和图4所示，以面向骑行前进方向，当右脚踩下右脚踏4A时，会使脚踏连杆7的右端向下、左端朝上运动，因脚踏连杆7是套接在旋转套6上，因此脚踏连杆7产生的右端向下、左端朝上的跷起运动会致使旋转套6发生顺时针旋转，又因前单向轮的内套8-1A和后单向轮的内套8-1B都是套接在旋转套6上，当旋转套6发生顺时针旋转时，前单向轮的内套8-1A和后单向轮的内套8-1B必然同步发生顺时针旋转；再参阅图3所示可见，当前单向轮的内套8-1A发生顺时针旋转时，前单向轮上的棘爪8-3A将与棘齿8-4A相咬合，此时前单向轮的内套8-1A带动前单向轮的外套8-2A随着旋转套6一起发生顺时针旋转；由于后单向轮8B与前单向轮8A是一对镜像对称装配在旋转套6上的单向轮，因此由图4所示可见，当后单向轮的内套8-1B随着旋转套6发生顺时针旋转时，后单向轮上的棘爪8-3B与棘齿8-4B间处于相脱离状态，后单向轮的内套8-1B的转动不能带动后单向轮的外套8-2B做同方向旋转。

再参阅图6所示，因为前单向轮的外套8-2A上设有斜齿A 8-2-1A、后单向轮的外套8-2B上设有斜齿B 8-2-1B，且斜齿A 8-2-1A与斜齿B 8-2-1B是镜像对称关系，因此，当在从动轮10的斜齿部10-2上设置与斜齿A 8-2-1A和斜齿B 8-2-1B相适配的斜齿C 10-2-1时，从动轮10将与前单向轮的外套8-2A和后单向轮的外套8-2B均形成相啮合的配合关系；因此，当前单向轮的外套8-2A随着旋转套6一起发生顺时针旋转时，前单向轮的外套8-2A将带动从动轮10产生向前的正向旋转，而当从动轮10产生向前的正向旋转时，必然会推动与其同时啮合的后单向轮的外套8-2B发生逆时针旋转。

另外，再参阅图1所示可见，由于从动轮10是与套接在后轮轴3-3端部的链轮11通过链条12传动连接，因此，当从动轮10产生向前的正向旋转时，必然会驱使后轮3-2产生前行运动。

反之，当左脚踩下左脚踏4B时，将会使脚踏连杆7的左端向下、右端朝上运动，从而致使旋转套6发生逆时针旋转，进而带动前单向轮的内套8-1A和后单向轮的内套8-1B同步发生逆时针旋转；而由图3所示可见，当前单向轮的内套8-1A发生逆时针旋转时，前单向轮上的棘爪8-3A将与棘齿8-4A相脱离，此时前单向轮的内套8-1A不能带动前单向轮的外套8-2A随着旋转套6一起发生逆时针旋转；而由图4所示可见，当后单向轮的内套8-1B随着旋转套6发生逆时针旋转时，后单向轮上的棘爪8-3B与棘齿8-4B间处于相咬合状态，后单向轮的内套8-1B的逆时针转动将带动后单向轮的外套8-2B同步做逆时针旋转；而在后单向轮的外套8-2B做逆时针旋转时，会带动从动轮10产生向前的正向旋转，而从动轮10产生向前的正向旋转时，也必然驱使后轮3-2产生前行运动，此时前单向轮的外套8-2A在从动轮的推动下发生顺时针旋转。

由上所述可见，通过左脚与右脚的交替踩踏运动，能实现后轮的持续前行运动。

另外，还需要说明的是：本发明的核心创新是关于所述直立踏步式自行车的传动结构的巧妙设计，至于其他结构的设计，例如：车把的形状、升降调节结构、车轮的形状和尺寸、折叠结构的设计等，均可采用现有技术和常规设计进行相应设计，在此不做赘述和特殊限定。

综上所述可见，本发明不仅实现了站立行走方式驱动自行车，而且传动结构简单、传动环节较少，能量转化损耗低，可靠性高，节省体力，并且传动结构小巧紧凑，且集中于车身后半部，不仅使车体轻便，而且便于后期进行折叠设计，以及安全可靠、初学容易、适用对象广，不仅方便了人们环保出行，还可同时起到运动健身功效；因此，本发明相对于现有技术，具有显著进步性和推广应用价值。

最后有必要在此指出的是：以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种直立踏步式自行车，包括车把总成、前轮总成、后轮总成、脚踏和车架；其特征在于：所述车架包括一纵向固定轴，在所述纵向固定轴外转动套设有旋转套，在所述旋转套上自前至后依次套接有脚踏连杆、前单向轮和后单向轮，所述前单向轮和后单向轮是一对镜像对称且均设有内啮合单动式棘轮机构、外设有斜齿的主动轮，在位于前单向轮和后单向轮之间的旋转套上设有开口，在位于开口内的纵向固定轴上垂直固设有横向固定轴，在所述横向固定轴上转动套设有从动轮，所述从动轮上设有与主动轮相适配的斜齿，并且，所述从动轮与套接在后轮轴端部的链轮传动连接，所述脚踏通过直柄与脚踏连杆转动连接；所述车把总成包括把手和升降调节杆，所述前轮总成包括前叉、前轮、前轮轴和前挡泥板，所述后轮总成包括后叉、后轮、后轮轴和后挡泥板，所述车架包括一纵向固定轴和一弧形连接架，所述前叉与升降调节杆固定连接，所述弧形连接架的前端与升降调节杆固定连接，所述弧形连接架的后端与纵向固定轴的前端固定连接，所述纵向固定轴的后端与后叉固定连接；所述主动轮包括内套和外套，在内套的外周部铰接有棘爪，在外套的内壁设有与棘爪相适配的棘齿，在外套的外表面设有斜齿，且所述内套的内径与旋转套的外径过盈配合；所述从动轮由共轴心的斜齿部和链轮部组成，在斜齿部的外表面设有斜齿，在所述横向固定轴上套接有转动轴承，所述轴心的内径与所述转动轴承的外径过盈配合；所述直柄的上端与脚踏连杆的端部通过销轴连接，所述直柄的下端与脚踏的内侧部固定连接；所述的直立踏步式自行车还包括脚踏平衡机构，所述脚踏平衡机构包括纵向杆和横向杆，所述纵向杆垂直固定在位于脚踏连杆前侧方或后侧方的纵向固定轴的底部，所述横向杆的中心部与纵向杆的下端转动连接，且所述横向杆的两端部分别与位于相应端部的直柄通过销轴连接。

2.根据权利要求1所述的直立踏步式自行车，其特征在于：在位于脚踏连杆前方的纵向固定轴上固设有承载板。

3.根据权利要求2所述的直立踏步式自行车，其特征在于：在所述承载板上固设有置物框或篮。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的直立踏步式自行车，其特征在于：所述的直立踏步式自行车还包括前轮刹车机构或/和后轮刹车机构。