CN1114620A - 符合运动机能的人力驱动自行车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种简单、安全、有普及意义的手脚并用型自行车。本发明的关键是采用了在结构非常简洁的曲柄连杆机构上加装一个克服死点的拉伸弹簧，本发明的关键是采用了在结构非常简洁的曲柄连杆机构，就有效地将手脚操作杆做功产生的水平往复运动转换为驱动车轮向前的单向连续旋转运动；本发明的另一个关键是通过将前叉转动轴与横梁连接处的位置后移，即从横梁最上端移到横梁中前部，从而提高了车子的平衡稳定性。

Description

符合运动机能的人力驱动自行车

本发明涉及的是一种符合运动机能的人力驱动装置，更具体地说是一种手脚并用的自行车。

手脚并用的自行车国外已有人提出，如美国专利4,437,677等。但由它们的解决方案设计出的车子都具有复杂的动力转换系统，复杂的方向控制系统。这些不可克服的明显的缺点使这些发明由于高昂的制造费用而变得无利可图；而且更重要的是由于这些车子手脚操作杆位置的不合理，导致了车身很长，重心太后，从而操作方向不稳，操作不舒适；同时在方向操作上由于使用的是与手用力做功同方向的手的推拉力，更导致了方向的难于控制，所以这些车不论从造价上还是本身的性能上都没有实用价值。

本人的专利申请“符合运动机能的人力驱动装置”(申请号93101958,3公开号：CN1078698A)已在结构上有了彻底的突破：一方面手脚操作杆由在一条直线上只具有一个公共转动轴变为手脚操作杆分离且各自有一个转动轴，而手脚操作杆运动的协调统一通过了一连杆实现另一方面，方向的操作是使用了与手用力做功互不叠加相干的垂直于地面的竖直方向的上下操作力。这样，在本质上已经克服了其它各种此类型车的缺点，使其具备了实用性。但在本人申请的该发明中提出的动力转换机构，即将水平往复运动转换为使车轮前行的单向旋转运动机构在经济上或是性能上还不是非常理想：另外该发明方向操作系统在两轮自行车应用时，平衡稳定性还应进一步提高。

本发明的目的就是针对本人发明的“符合运动机能的人力驱动装置”进行优化，主要是使动力转换机构更加简单，而性能更加优越可靠，同时也使该车的平衡、稳定性不低于现有的普通自行车，从而使这种手脚并用的更符合运动机能的人力驱动自行车真正实用化、普及化。

本发明的目的是这样实现的：它的动力转换机构采用了非常简洁的一种曲柄连杆机构，它只包含一个连杆、一个曲柄和一个帮助越过死点的弹簧，通过这个简单机构就可有效的将手脚操作杆产生的水平往复运动转化成链盘单向连续旋转运动；该车平衡及方向稳定性的提高是通过将前叉转动轴与横梁的连接位置后移实现的。本发明的其它一些优化及改进将在下面的具体结构论述中提到。

图1是整体结构图

图2是驱动系统结构图

图3是手操作系统结构图

图4是脚操作系统结构图

下面结合附图对本发明做详述。

参照图1，图2，本人发明的车子基本结构可分为动力部分、动力转换部分、链传动部分、方向控制部分和车轮部分。动力部分由手操作杆(26)及其上的手把(75)手柄(27)脚操作杆(15)及其上的脚踏板(17)和脚靠(18)、摇杆(12)、连杆(16)、连板(24)、叉杆(20)及横梁(1)和座位(30)组成；动力转换部分分为连杆(21)、曲柄(45)和帮助越过死点的弹簧(46)；链传动部分指链盘(42)、链条(50)、张紧轮(52)和棘轮(51)；方向控制部分包括手把(75)、手柄(27)、滑轮(54)(见图3)操作线(7)、导向轮(25)及转向滑轮(5)、齿轮(3，74)(见图2)、前叉(4)及前叉转动轴(73)；车轮部分有前后轮(19，49)及后叉(43)。

动力部分中，手操作杆(26)在横梁(1)的中部或中下部与其活连接，参见图3，横梁(1)上安装有轴承(59)并通过螺杆(58)将手操作杆(26)固定，这样可使手操作杆(26)通过轴承(59)与横梁(1)相对转动运动。脚操作杆(15)在横梁(1)的前端与其活连接，参见图4，横梁(1)上的轴套(64)与脚操作杆(15)固定连接的轴套(14)可相对滑动转动，但轴套(14)与摇杆(12)由于经过螺丝(13)紧固不能相对转动，所以脚操作杆(15)受力时，在与横梁(1)相对转动运动时将带着摇杆(12)同时运动，而摇杆(12)运动也将通过连杆(16)及连板(24)迫使手操作杆(26)运动；反之，手操作杆(26)的运动也将通过连板(24)、连杆(16)及摇杆(12)带动脚操作杆(15)运动，从而实现了手、脚操作杆(26、15)统一谐调运动。手脚操作杆(26、15)相对角度的调整可通过拧松螺丝(13)，改变摇杆(12)与脚操作杆(15)的角度实现。

动力转换部分，它的作用是将水平往复运动转变成单向旋转运动，故非常关键。参见图2，曲柄(45)的转动轴心与键盘的中心轴(53)紧密连接，所以当曲柄(45)受到力矩不为零的力的作用时，将会带动轴(53)及链盘(42)在轴承(44)上做圆周旋转运动。为了使曲柄(45)获得力的作用，通过叉杆(20)连接连杆(21)再活连接曲柄(45)；为了使车前行，链盘(42)必须逆时针旋转，所以必须使曲柄(45)获得逆时针方向的力矩，并能越过力矩为零的状态，即越过死点，也就是不能让连杆(21)与曲柄(45)保持一条直线的状态，为此在连杆(21)与曲柄(45)的活连接处(48)与横梁(1)的适当位置(47)之间安装一弹簧(46)，当连杆、曲柄(21，45)在左边共线时，弹簧(46)对部位(48)产生一个张力，使其向下偏离一定距离；而当连接点(48)在右边(72)与连杆、曲柄(21，45)成一直线时，弹簧(46)对接点(48)将产生一个拉力，使其停留在偏上的某一个位置。这样无论何时人坐于座位(30)，手拉手柄(27)，脚蹬脚踏板(17)或手推手柄(27)，脚后跟钩脚靠(18)用力做功时，都能保证曲柄(45)得到一个不为零的逆时针方向的力矩；而在连续做功中，由于弹簧(46)产生的力的介入，所以合力矩始终不为零并是逆时针方向的，从而使链盘(42)始终逆时针连续旋转。另外，当运动达不到一定幅度就变某一推拉过程为拉推过程时，弹簧(46)产生的力矩与做功产生的力矩都将是顺时针的，这时链盘(42)通过链条(50)带动棘轮(51)空转，将有利于迅速回到起始位置重新开始某一做功周期，这就好象普通自行车的路半圈，可供操作者选择使用。为了使手脚操作杆(26，15)的运动幅度更适宜不同人，可通过调节叉杆(20)旋入螺母(23)的深度(图3中有说明)和调节连杆(21)的长度进行。

方向控制部分，也就是方向操作系统，参见图3。支架(55)与手操作杆(26)通过螺栓固定或直接焊牢，而与手把(75)通过轴承(57)活连接，这样手把(75)只能绕轴承(57)上下运动，或同时带动手操作杆(26)做前后往复运动。这两个运动所需的力互不干扰，很容易谐调。当手把(75)上下转动时，将使滑轮(54)随之旋转运动。与滑轮(54)轮吻合张紧的操作线(7)从空心手操作杆(26)中穿出并通过导向轮(25)与滑轮(5)的轮槽紧密吻合。操作线(7)的张紧度可通过接头处的连接螺丝进行调整。另外，在两滑轮(54，5)上有预紧螺丝，防止操作线(7)在轮槽内滑动。在图2中，滑轮(5)与齿轮(74)被同心轴(6)固定于装有轴承(8)的外壳(2)上，滑轮(5)与齿轮(74)之间不能相对运动。齿轮(3)和与前叉相接的前叉转动轴(73)紧固连接，同时与齿轮(74)相啮合。这样，滑轮(54)顺时针旋转时，将通过操作线(7)经过导向轮(25)带动滑轮(5)及与其连接的齿轮(74)逆时针旋转，而与齿轮(3)啮合的齿轮(74)将与轴(73)及前叉(4)一同顺时针旋转；反之亦然。从而达到了操作方向的目的。当手把(75)与手操作杆(26)同时前后运动时，由于操作线(7)在导向轮(25)轮沿与轴(58)的轴心相切运动，而且操作线(7)是对称经过左右两导向轮的封闭线路，所以不会对方向操作带来任何影响。

为了使车子的平衡稳定性更好，将前叉转动轴(73)与横梁(1)的夹角选在70°左右比较合适，同时使其与横梁(1)的连接位置选在横梁(1)前端1/4到1/3处或在两操作杆(26，15)与横梁(1)连接处(58，66)的中部较为合适，这样前叉的质量惯性比较大，增加了操作力矩，增加了行驶稳定性，而且结构也更加紧凑。

该车的后叉(45)与轴套(35)处装有避震弹簧(36)，通过调节螺杆(37)可调整弹簧(36)的行程，即调整了避震的幅度。座位(30)可在放松螺栓(34)的情况下前后移动以调整一个最适合位置。该车手柄(27)在垂直位置都向前向内倾斜，太大太小都会造成手感的不适。其前方部位(28)是制动操作手柄，其上可连接闸线，用于刹车。

本发明是针对自行车论述的，但其基本结构系统更容易应用于相关的需人力驱动的机械。

Claims (1)

1.一种符合运动机能的人力驱动自行车，它是由动力部分、动力转换部分、链传动部分、方向控制部分和车轮部分组成，其特征在于它的动力转换部分是由连杆(21)曲柄(45)和帮助越过死点的弹簧(46)组成的一种此柄连杆机构，它的方向控制部分中的前叉转动轴(73)与横梁(1)相连接的位置在横梁(1)前端1/4到1/3处或在手脚两操作杆(26，15)与横梁(1)连接处(58，66)的中部。

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