CN112298438A - 新一代高工效省力自行车及其曲柄滑块式脚踏驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了“新一代高工效省力自行车(人力脚踏车)”设计方案，若更具体说，是涉及一种：可约束左(右)脚踏板、皆呈“近似椭圆形”之踩踏(回转)运动轨迹的“曲柄滑块式(增矩省力型)”脚踏驱动装置。而所涉及该“曲柄滑块式”脚踏驱动装置及其设计方案，不仅能够方便用于现有自行车之人力脚踏驱动机构的“高工效”优化设计(具体为：若“踏频及车速”皆与现有自行车相同、则至少可省力50﹪，或者是“踏力及踏频”皆与现有自行车相同、则可相应提高车速1倍及以上)；并且，该“曲柄滑块式”脚踏驱动装置，亦广泛适配于包括：由两脚交替(接续)踩踏左(右)脚踏板作“上下前后、周而复始”回转运动之脚踏驱动方式做功的各种人力机械。

Description

新一代高工效省力自行车及其曲柄滑块式脚踏驱动装置

技术领域

本发明涉及自行车(人力脚踏车)技术领域，尤其涉及一种：同比于现有传统自行车、至少可使脚踏驱动机构之“踩踏骑行工效(即：人力脚踏做功工效)”提高1倍(同比提升至200﹪)及以上的“新一代高工效省力自行车”。若更具体说，是涉及一种：可约束左(右)脚踏板、皆呈“近似椭圆形”之踩踏(回转)运动轨迹的“曲柄滑块式(增矩省力型)”脚踏驱动装置。而所涉及该“曲柄滑块式”脚踏驱动装置及其设计方案，不仅能够方便用于现有自行车之人力脚踏驱动机构的“高工效”优化设计(具体为：若“踏频及车速”皆与现有自行车相同、则至少可省力50﹪，或者是“踏力及踏频”皆与现有自行车相同、则可相应提高车速1倍及以上)；并且，该“曲柄滑块式”脚踏驱动装置，亦广泛适配于包括：由两脚交替(接续)踩踏左(右)脚踏板作“上下前后、周而复始”回转运动之脚踏驱动方式做功的各种人力机械。

背景技术

公知的，自行车发明至今逾200年历史，若回溯其发展历程及演变过程或从中不难发现：起初的自行车是靠骑车者两脚交替用力蹬地(类似于奔跑方式)驱车前行的；直至1861年法国的米肖父子安装了能转动的脚踏板(用于直接驱动前轮)，以至之后的1869年法国人吉尔梅将脚蹬安装在车身中间、并用链条将动力传递给后轮，进而逐步演变成了由“曲柄回转式”脚踏驱动机构+链传动装置(用于驱动后轮)之“驱动及传动方式”。而该“驱动及传动方式”，不仅使骑车者的双脚离开了地面、且“人体重心高度”亦相对较低，继而使得“驾车舒适性与安全性”明显改善；特别是，与之前的“两脚交替用力蹬地”驱车(驱动)方式相比，而自采用了“曲柄回转式”脚踏驱动机构+链传动方式、更使得“人力脚踏驱动做功之工效”明显提升，进而奠定了现代自行车之“脚踏驱动及其传动系统”雏形、并且沿用至今；尤其是，目前任沿用该“脚踏驱动及传动方式”的现有自行车产品(商品)、其“市场占有率”依然较高，仍然是当前自行车(人力脚踏车)产业(行业)及消费市场之主流产品。

诚然，传统自行车所采用的“曲柄回转式”脚踏驱动机构+链传动方式，之所以能够延续逾百年之久、仍沿用至今，若究其原因或在于：它不仅仅只是对于早期自行车的改进与完善、所体现出的“经济性与实用性”之特点乃尤为显著；而且，它对于推动自行车实现产业化(商品化)与广泛普及、继而成为普罗大众日常出行之代步工具，更具有极其深远之影响。比如，更具体说，目前任沿用“曲柄回转式脚踏驱动机构+链传动方式”的现有自行车产品，而就其产品(商品)本身仍保留和传承的“经济实用、使用便捷、易于广泛普及”等诸多固有特点来讲：首先，它不仅可作为更广泛普通人群、人人皆可拥有的日常出行(通勤)之交通代步工具，同时还兼有“运动健身、娱乐休闲”器材之功能；再者，就当今汽车(家用轿车)后普及时代而言，自行车更赋有“低碳环保节能减排(有益于改善生态环境)”、以及“占道面积少可缓解路面交通拥堵(有益于改善和提升城市交通运行效率)”等诸多社会公益性特征，乃有助于倡导“运动健身、绿色环保”的中短途出行方式。特别是，近些年来，具有中国特色之“共享单车”一时间盛行，更可谓是“满血复活”；而即便它更侧重于“移动互联网+单车”之所谓共享模式(本质上讲，乃一种“分时租赁”B2C商业模式)，但就目前普遍采用(优先选用)“非机动车属性”的传统自行车、作为“互联网租赁自行车”商业模式之载体来讲，而传统自行车其本身所具有的“通用性(适用人群之广泛性)”却恰恰能够表明：乃迄今为止，利用人力脚踏驱动(做功)的传统自行车、任然是人类发明最为成功的人力机械之一。

然而，就目前广泛使用的自行车之“脚踏驱动及传动装置”而言，虽经过150多年的演变与改进，但就如何能够进一步提高脚踏驱动机构之“踩踏骑行工效(即：人力脚踏做功工效)”、继而获得“骑行更为省力(或者是相应提高车速)”之效果，可迄今为止尚未能取得更多“实质性”进展。比如，更具体讲，现有自行车产品(诸如：包括一般城市道路通勤自行车、山地车、公路车、以及折叠车等等各种车型)，无论是采用链传动、还是轴传动、或者是其它传动方式(亦包括各类变速传动)；亦不论是造价昂贵的竞技型(竞速型)产品、还是价格相对低廉的经济型(普及型)产品，皆沿用了逾百年前传统自行车之“曲柄回转式”脚踏驱动机构、且通常成人自行车的“曲柄长度(回转中心距)”为165-175mm(约为成人身高的1/10)。再比如，我们通常都会认为自行车及其“脚踏驱动装置”技术发展至今已相当成熟，欲进一步提升“骑行工效”之优化改进空间甚微，而目前技术应用相对成熟的、或只有通过调节传动装置之“传动比”的变速自行车，可实现“相对省力”；但严格地讲，变速自行车的所谓省力，或只是“力量与速度及踏频”相互间的一种转换，即所谓省力不省功、省功不省力(若欲减小“脚踏力”乃须提高“踏频”)，可这对于进一步提升骑行工效(有效降低人力做功之“体能消耗”)并未有根本性(实质性)改变。

有鉴于如上所述的目前自行车及其“脚踏驱动装置”技术发展现状，我们不妨换一种思路、来探讨(探究)其问题的本质所在，例如：在遵循“能量守恒定律(原则)”之前提下，进而可从“人-车能量传递效应”、以及“人体能量做功之有效利用率”的角度，来更深入探寻(寻觅)现有自行车之“骑行工效(即：人力脚踏做功工效)”难以获得进一步提高的确切原因所在，继而寻求更为有效的技术解决方案加以改进。现就此，具体分析研讨如下(以供参考)：

为便于讨论，我们暂且将“脚踏驱动机构”乃视为一个“能量转换器”，它是将“人的脚踏力(人体能量)”转换为“驱动转矩(机械能)”的一种人力机械，而这就涉及到“人-车能量传递(转换)效应”、以及“人体能量做功之有效利用率”等问题；为方便进一步讨论，我们不妨引入(或参照)“能效比”之参数概念，而具体针对于“人力脚踏车”来讲，则将“能效比”定性并理解为：乃脚踏驱动机构的“输出转矩”与“输入踏力”之比[即：能效比＝输出转矩(M)/输入踏力(F)]。显然，基于如上分析讨论、尤其是引入“能效比(M/F)”之参数概念来探讨问题，进而可从“人力(脚踏力)对机械(脚踏机构)做功所产生的实际效果(即：人-车能量传递效应)”之角度、来探究其问题的本质原因所在；那么，则可以更为确切地讲，制约脚踏驱动机构之“能效比(M/F)”难以获得进一步提升的最主要原因乃在于如下方面：首先，由于现有自行车依然沿用逾百年前传统自行车之“曲柄回转式”脚踏驱动机构，而为了能够适应人体下肢运动“可及范围”，则使得“曲柄(驱动力臂)”的进一步加长受到限制；再者，由“杠杆原理”可知，力矩(M)＝力(F)×力臂(L)，据此，当脚踏力(F)及“踏频”一定时，而由于“曲柄[驱动力臂(L)]”的进一步加长受到限制，则限制了脚踏驱动机构其“能效比(M/F)”难以获得更进一步提升。乃因此，而制约了现有传统自行车、至今仍沿用的“曲柄回转式”脚踏驱动机构之“踩踏骑行工效(即：人力脚踏做功工效)”难以实现更进一步提高。

不仅于此，自行车逾百年来一直沿用的“曲柄回转式”脚踏驱动机构，是通过两脚交替(接续)踩踏脚蹬联动曲柄作“上下前后、周而复始”的360°回转(圆周)运动，而这就涉及到人体下肢肌肉收缩运动与曲柄转动之间的“实时能量传递(转换)”问题。那么，若在向前(向下)“踩踏做功”的半周期内、假定踩踏施力方向是“竖直向下”的，则随着曲柄转动角度的变化、曲柄其“有效长度”亦随之变化；只有当脚踏板(脚蹬子)处于(位于)最前点(即“脚踏施力方向与曲柄相垂直”时刻)，而曲柄(驱动力臂L)其“有效长度”达到“最大值”，则此时所产生的驱动力矩(输出转矩M)最大、其“能效比M/F(瞬时值)”亦最高。换言之，或就是说，在向前(向下)“踩踏做功”的半周期内(即：脚踏板自“上止点”围绕“中轴”转至“下止点”的180°做功范围内)，只有沿着(或趋于)圆周切线方向施力(即：脚踏施力方向始终保持与曲柄相垂直、或趋于垂直)，方能使“脚踏做功工效”得以进一步提升，以至“综合工效[即：由‘两脚交替(接续)踩踏左(右)脚踏板做功一周’之平均力矩(驱动转矩的‘平均值’)]”乃相应提高；但这对于“尚未经过特殊训练”的更广泛普通人群(非专业自行车运动员)来讲，就更加难以做到。不仅如此，在实际骑行体验中，为节省体力，我们通常都会借助于人体自身重量向下踩踏施力，则“踩踏施力方向”乃趋于“竖直向下”的。而基于以上分析与研讨，则更为客观地讲：自行车逾百年来一直沿用的“曲柄回转式”脚踏驱动机构，由于受到其固有机械原理(机构特征)及人体下肢运动“可及范围”等限制，加之人们“习以为常”的骑车方式与“自然而然”的踩踏习惯(即：踩踏施力方向总体上是趋于“竖直向下”的)，则使得驱动力臂(L)“有效长度”、乃随着曲柄转动角度之变化而“实时变化”，以至驱动力矩(输出转矩M)亦按照(或趋于)“正弦曲线(注：正半周曲线)”变化；故而导致“两脚交替(接续)踩踏左(右)脚踏板做功一周”之驱动力矩(输出转矩)的“平均值

”、仅为(约为)驱动力矩(输出转矩)“最大值Mmax”的0.637倍，以致“人体能量(脚踏力)做功之有效利用率”也只有63.7﹪左右(即：人力脚踏做功效率η≈0.637)。乃因此，而使得现有传统自行车、至今仍沿用的“曲柄回转式”脚踏驱动机构之“踩踏骑行工效(即：人力脚踏做功工效)”难以做到更有效提高。

鉴于此，而许多发明者拟通过增加曲柄(踏杆)长度、并改用“上下交替往复踩踏”之脚踏方式，欲摆脱传统自行车“曲柄回转式”驱动机构及其脚踏方式之束缚与桎梏；进而可在保持(维持)原有“上下踏幅”不变(或相当)之前提下，乃通过相应增加驱动力臂(L)“有效长度”、即可相应提高驱动力矩(M)；又据杠杆原理：力矩(M)＝力(F)×力臂(L)，故而可获得“增矩省力(增臂省力)”之效果。诸如：申请号为CN200820091303.9、CN201020502615.1、CN201120501823.4、CN201320627919.4、CN201510126497.6、CN201620450969.3以及CN201610352262.3等专利文献所提供的技术解决方案中，无一例外的皆采用(改用)了这种由两脚交替作“上下往复踩踏”之脚踏驱动方式。

可是，上述“上下交替往复踩踏”之脚踏驱动方式，即便从“杠杆省力”原理上讲、看似是可行的，但却难以付诸于实际应用，究其原因就在于：若改用“上下交替往复踩踏”驱动方式，乃有悖于人体运动的自然规律与生理特征。具体而言，公知的，我们在行走或奔跑时，总是下意识的一脚在前、而另一脚在后，加之两臂的摆动、来保持行进过程中身体重心的平衡；不仅如此，我们通过仔细观察人体奔跑过程或从中不难发现：我们下肢(两脚)交替作“上下前后、周而复始”回转运动所形成的轨迹，皆呈“近似圆形”轨迹。而据如上所述或不难理解，现有自行车通常所采用的“骑姿踩踏”驱动方式[即：人体上身前倾或略前倾、而下肢(两脚)交替踩踏脚蹬作“上下前后、周而复始”的360°回转(圆周)运动]，之所以延续了逾百年之久、仍沿用至今，乃遵循了人体运动的基本规律；尤其是，当我们需用上肢(手臂)掌握车把时，而下肢(两脚)交替作“上下前后、周而复始”的回转运动，则是维持运动过程中“人体重心”之自然平衡状态不可或缺的，亦更符合“两脚交替(接续)踩踏(回转)”过程中人体下肢运动的生理特征。而基于以上分析与研讨，则较为客观地讲，前述技术解决方案或存在的最大问题(弊端)就在于：它不仅仅只是忽略了人体运动的基本规律，而且更有悖于人体运动的生理特征、以至“上下交替往复踩踏”过程中易导致“人体重心”或失去自然平衡状态，乃缺乏“传承性(继承性)”；以致难以适应人们“习以为常”的骑车方式与“自然而然”的踩踏习惯。或因此，则试图改用“上下交替往复踩踏”之脚踏驱动方式、以替代已沿用了逾百年之久的“曲柄回转式”驱动机构及其脚踏方式的自行车，至今亦尚未能被普遍接受；而现实情况更印证了其难以获得推广普及与实际应用，至少目前尚未有“技术应用较为成熟、且易于被广泛消费者(骑行爱好者)普遍接受的”该类或类似的“普及型(经济型)”自行车产品(商品)面世。

很显然，就如何能够适应(符合)“骑姿状态”人体运动自然规律(即：两脚交替作“上下前后、周而复始”回转运动过程中，人体重心始终处于自然平衡状态)之前提下，来进一步更有效提高传统自行车“曲柄回转式”驱动机构及其脚踏方式之“做功工效”、以获得“骑行更为省力(或者是相应提高车速)”之效果，乃成为诸多发明者逾百年来一直为此而不懈努力探索(探究)之课题；而就目前已知的相关技术改进方案中，通常多是采用由“伸缩式曲柄+偏心圆定位导槽(导轨)及滚轮(即：曲柄伸缩牵引滑轮)”等构成的技术解决方案。例如，申请号为CN200720083239.5、CN201120510451.1、CN201520741221.4以及CN201710725315.6等专利文献所提供的典型案例中，不仅皆采用了相同的设计原理、并且其共同特征是：当向前(向下)“踩踏做功”的半周期内曲柄相应伸长、以增加驱动力臂其“有效长度”，继而可获得“增矩省力(增臂省力)”之效果；而在向后(向上)“回转复归”的半周期内曲柄相应缩短、以适应人体下肢运动“可及范围”。很明显，据上所述典型案例可见，它们不仅仍基本保留了公知的“传统自行车”之左(右)脚踏板(脚蹬子)、皆呈圆形(或近似圆形)的踩踏(回转)运动轨迹，而且更为重要的是：皆延续了人们“习以为常”的骑车方式与“自然而然”的踩踏习惯[即：人体上身前倾或略前倾、而下肢(两脚)交替(接续)踩踏左(右)脚踏板作“上下前后、周而复始”的回转运动]，传承性(继承性)较好，而这似乎为实际应用与推广普及或提供了可能性。

然而，针对于如上所述“典型案例”，或需要指出与商榷的是：由该类技术方案所构成的脚踏驱动机构(装置)，它的耐用性能及其工作可靠性或存在可谓“致命性”缺陷。诸如：前述典型案例中，所述“伸缩式曲柄”在受力情况下、“伸缩机构”相互间的摩擦阻力会相应增大，而即便是采用“直线轴承导轨”及踏杆、来相应减轻“伸缩机构”相互间的摩擦阻力，但就“脚踏驱动机构”整体(总体)构造而言，它的耐用性能(结构强度)及其工作可靠性或难以保障；特别是，所述“伸缩式曲柄”的伸缩，是通过“偏心圆定位导槽”及置于偏心圆导槽内的“滚轮(即：曲柄伸缩牵引滑轮)”来实现的，但由于脚踏板(脚蹬子)位于(安装于)曲柄(踏杆)端部的外侧，当踏动(踩踏)脚蹬施力(发力)时、伸缩式曲柄(踏杆)将发生歪扭(形变)，而由此所产生的“侧向力(侧偏力)”，则使得安装于“伸缩式曲柄(踏杆)内侧、并置于偏心圆导槽内的滚轮(即：曲柄伸缩牵引滑轮)”与“偏心圆导槽”二者之间，乃产生类似于“面接触”的侧向滑动摩擦阻力，可这与诸发明者原先设计初衷之“偏心圆导槽与滚轮”二者间为“点接触(即以为：仅有‘滚动摩擦’阻力)”的理想状态、或相差甚远；尤其是，当滚轮(即：曲柄伸缩牵引滑轮)与“偏心圆导槽”相互间、在“受力(侧偏力)”情况下，即便是瞬间或产生(出现)类似于“面接触”的侧向滑动摩擦阻力、乃将远大于“点接触”的滚动摩擦阻力，则难以避免“卡滞(卡顿)现象(情况)”的发生。总而言之，前述典型案例及其类似技术解决方案的“可实施性(实用性与经济性)”乃有待商榷，至少目前尚未有该类技术解决方案、或已成功实现“商品化(至少应该是小批量产销规模)”的实际应用案例，而相关公开出版物及媒体亦未见有“具体产品(商品)实际推广普及使用情况”的相关报道；或许是，由于该类技术解决方案其综合实施成本相对较高，这其中主要包括“偏心圆定位导槽及伸缩式曲柄机构”等非标零部件的制作成本相对较高、且制造工艺(加工装配精度及结构强度)要求亦相对较高，或因此乃使得整车造价(综合实施成本)相对较高、而“性价比”不高，以致目前仍未见该类或类似的“普及型(经济型)”自行车产品(商品)面世。

发明内容

为有效克服前述诸技术解决方案存在的缺陷、以及现有技术之不足，本发明提出一种：同比于现有传统自行车、至少可使脚踏驱动机构之“踩踏骑行工效(即：人力脚踏做功工效)”提高1倍(同比提升至200﹪)及以上的“新一代高工效省力自行车”及其经济型(高性价比)技术解决方案。旨在攻克(有效解决)逾百年来诸多发明者欲攻克、但始终未能有效解决的或可谓“世纪性”技术难题：就如何实现“更高工效(增矩省力型)自行车”的商品化与广泛普及、乃迄今为止(已延续一个多世纪之久)尚未能取得更多“实质性(实效性)”进展。为此，本发明的总体改进思路(设计方案)及其主要目标任务更集中于以下两点：其一，提供一种可约束左(右)脚踏板、皆呈“近似椭圆形”之踩踏(回转)运动轨迹的“曲柄滑块式(增矩省力型)”脚踏驱动装置，即可在显著提升脚踏驱动机构之“能效比[注：能效比＝输出转矩(M)/输入踏力(F)]”的同时，仍基本保留和继承现有传统自行车及其人们“习以为常”的骑车方式与“自然而然”的踩踏习惯[即：由两脚交替(接续)踩踏左(右)脚踏板作“上下前后、周而复始”的回转运动]，易于广泛消费者(骑行爱好者)普遍接受，以便于推广普及；其二，运用典型的“曲柄滑块式连杆机构”之基本工作原理而构成的“增矩省力型”脚踏驱动装置，则须对“曲柄滑块机构”之移动副(滑块及导轨)、以及“连杆机构(包括‘转动副’)”作相应的(切合实用的)优化与创新改进，进而使脚踏驱动装置(总体上)乃具备：造价低廉、工作性能可靠、简便易实施、便于推广应用、以至易于实现“新一代高工效省力自行车”的商品化与广泛普及等诸多技术优势及显著优点。而为了完成如上所述预期(既定)目标任务，则本发明是通过如下所述技术解决方案来实现的。

为节省本说明书篇幅、且便于更直观地阐明本发明所述的“新一代高工效省力自行车及其曲柄滑块式脚踏驱动装置”，以及便于(有助于)理解本发明“设计原理”及其所述技术解决方案的“科学合理性与可实施性(实用性和经济性)”等，现结合如下所述“典型实施例”、并对照附图予以说明。

新一代高工效省力自行车及其曲柄滑块式脚踏驱动装置，包括自行车和曲柄滑块式脚踏驱动装置，其典型实施方案如下(请参见附图1、1a、1b、2、2a及2b所示)：

优选地，将“中轴”[1]的左(右)两端、分别与所对应的左(右)“短臂曲柄”[2a(2b)]的一端作固定连接(刚性连接)，而所述左(右)“短臂曲柄”之左曲柄[2a]与右曲柄[2b]二者间、则呈“相差(互差)180°转角”的对称布置，而后，再将所述左(右)“短臂曲柄”[2a(2b)]的延伸端(另一端)其端部外侧、分别装有左(右)“销轴”[3a(3b)]；其中所述装于左(右)“短臂曲柄”[2a(2b)]的延伸端其端部外侧的左(右)“销轴”[3a(3b)]、与左(右)“短臂曲柄”[2a(2b)]之间为“螺纹联接”；而这其中，左销轴[3a]与左曲柄[2a]之间、为正向螺纹联接，即“顺时针”旋进(旋紧)；而右销轴[3b]与右曲柄[2b]之间、则为反向螺纹联接，即“逆时针”旋进(旋紧)；将左(右)“延伸踏杆(连杆)”[4a(4b)]其前端部位之外侧、分别装有左(右)“脚踏板”[5a(5b)]，而将所述左(右)“延伸踏杆(连杆)”[4a(4b)]的中段部位、则分别与所述左(右)“短臂曲柄”[2a(2b)]实施“转动副”连接；而所述“转动副”及其连接方式，则是由分别安装于左(右)“短臂曲柄”[2a(2b)]的延伸端其端部外侧的左销轴[3a]及右销轴[3b]、分别经“双列轴承”[6a]及[6b]，再分别与所对应的左(右)“延伸踏杆(连杆)”[4a(4b)]的中段部位完成(实施)“转动连接”；而这其中，所述装于左(右)“短臂曲柄”[2a(2b)]的延伸端其端部外侧的左(右)“销轴”[3a(3b)]其“轴心线”、以及左(右)“脚踏板”[5a(5b)]其转轴的“轴心线”，皆与“中轴”[1]的“轴心线”相平行；

进一步，优选地，将所述左(右)“延伸踏杆(连杆)”[4a(4b)]的后端部位，分别与坐落于“车架”[7]后部左(右)两侧的“滚轮式移动副”相连接；而所述“滚轮式移动副”，则是由分别安装于左(右)“延伸踏杆”[4a(4b)]后端部位之内侧的“双滚轮(上、下滚轮)”和置于其间的“单导轨”组合构成；而所述置于“双滚轮(上、下滚轮)”其间的“单导轨”之左导轨[8a]及右导轨[8b]、皆由“条状圆柱体”构成，而所述左导轨[8a]与右导轨[8b]二者之间、则为彼此相互平行的“左右横向对称布置”，并且左导轨[8a]及右导轨[8b]、皆呈“前后纵向水平状(或趋于水平状)”；而所述“双滚轮(上、下滚轮)”的构成及其连接方式，则是由分别垂直安装于左(右)“延伸踏杆”[4a(4b)]后端部位之内侧的左(右)“销轴”[9a(9b)]、并通过该“销轴”[9a]及[9b]的延伸端(另一端)部位，再分别安装“轴承滚轮”[10a]及[10b]；而所述“轴承滚轮”[10a]及[10b]其外圆(滚套)皆带有V型槽、并将其分别置于所对应的左导轨[8a]及右导轨[8b]的下方，继而使该“轴承滚轮”[10a]及[10b]其外圆(滚套)所带有的V型槽、则与由“条状圆柱体”所构成的左导轨[8a]及右导轨[8b]接触(或接触滚动)时，皆为“点接触(两点接触)”；

而所述(上述)“轴承滚轮”[10a]及[10b]、分别与所对应的左导轨[8a]及右导轨[8b]接触(或接触滚动)时皆为“点接触(两点接触)”，则是通过分别置于左导轨[8a]及右导轨[8b]上方的“轴承滚轮”[11a(11b)]及其“拐臂式弹性约束装置(上、下滚轮自调节束紧机构)”来实现的；而所述该“拐臂式弹性约束装置(上、下滚轮自调节束紧机构)”的构成及其连接方式，则是分别将“拐臂”[12a]及[12b]的一端、与分别置于左(右)“导轨”[8a(8b)]上方的“轴承滚轮”[11a]及[11b]其转轴的外侧一端作固定连接(紧固连接或铆接)，而所述“拐臂”[12a]及[12b]的另一端、则分别与垂直安装于左(右)“延伸踏杆”[4a(4b)]后端部位之内侧的左销轴[9a]及右销轴[9b]的中段部位实施“轴套式”铰接，而后，再分别由弹性约束件之“拉力弹簧”[13a]及[13b]的一端、分别与“拐臂”[12a]及[12b]的中段部位相连接，而所述“拉力弹簧”[13a]及[13b]的另一端、则分别与所对应的左(右)“延伸踏杆”[4a(4b)]的后端部位相连接，所述用于构成“拐臂式弹性约束装置(上、下滚轮自调节束紧机构)”的“拉力弹簧”[13a]及[13b]，也可以选用“扭力弹簧”[16a]及[16b]、并将其分别套置于所对应的左销轴[9a]及右销轴[9b]的中段部位上(如附图1b所示)；而这其中，所述分别置于左导轨[8a]及右导轨[8b]上方的“轴承滚轮”[11a]及[11b]其转轴的“轴心线”，以及用于分别安装“轴承滚轮”[10a]及[10b]、并垂直安装于左(右)“延伸踏杆”[4a(4b)]后端部位之内侧的左(右)“销轴”[9a(9b)]其“轴心线”，皆与安装于左(右)“延伸踏杆”[4a(4b)]前端部位之外侧的左(右)“脚踏板”[5a(5b)]其转轴的“轴心线”相平行，并且所述(上述)诸“轴心线”亦皆与“中轴”[1]的“轴心线”相平行；

再进一步，优选地，将所述左(右)“导轨”[8a(8b)]、分别安装固定于左(右)“导轨基架”[14a(14b)]上，并通过该“导轨基架”[14a]及[14b]、再分别与“车架”[7]后部左(右)两侧作固定连接(紧固连接或焊接)；而这其中，令所述分别置于左(右)“导轨”[8a(8b)]下方的“轴承滚轮”[10a]及[10b]、分别沿着所对应的左导轨[8a]及右导轨[8b]作“前后交替往复滚动”时，二者的“移动轨迹”皆与同一“空间平面”重合；而所述该“空间平面”包含(或趋于)“空间水平面”，并且该“空间平面”也与“中轴”[1]的“轴心线”重合(或者是“相平行而不重合”)；进而令所述“轴承滚轮”[10a]及[10b]、分别沿着所对应的左导轨[8a]及右导轨[8b]滚动时，二者“前后交替往复滚动”之移动轨迹(直线轨迹)的“延长线”、皆与“中轴”[1]的“轴心线”垂直相交(或者是“相垂直而不相交”)，乃构成左(右)两套、且相差(互差)180°转角的“曲柄滑块(滚轮式)连杆机构”；而所述该“曲柄滑块(滚轮式)连杆机构”，其中包含典型的“对心式”曲柄滑块(滚轮)连杆机构、以及“偏距(e)”≦所述“短臂曲柄[2a(2b)]”2/3长度(回转中心距)的“偏置式”曲柄滑块(滚轮)连杆机构；而所述(上述)左(右)两套、且相差(互差)180°转角的“曲柄滑块(滚轮式)连杆机构”，则可以约束装于左(右)“延伸踏杆(连杆)”[4a(4b)]其前端部位之外侧的左脚踏板[5a]及右脚踏板[5b]、二者“交替(接续)踩踏(回转)”之运动轨迹，皆呈“近似椭圆形”轨迹。

本发明设计原理[以“对心式”曲柄滑块机构(工作原理)为例(请重点参见附图3、3a及附图1、2所示)]及其工作方法(骑行踩踏驱动方式)：

据前所述(所称)“近似椭圆形”轨迹，为“横坐标(x轴)对称、纵坐标(y轴)非对称”的不规则椭圆形，具体为：该“近似椭圆形(轨迹)”之短轴(C-D)与横坐标(x轴)重合，而长轴(A-B)则与纵坐标(y轴)相平行(不重合)、且位于(靠近于)“中轴”[1]的“短半轴(C-o)”一侧[即：长轴(A-B)与短轴(C-D)垂直相交之“相交点(o′)”位于“短半轴(C-o)”一侧]；令所述“近似椭圆形(轨迹)”之长轴(A-B)的“上端点A”至“下端点B”二者间的距离、与现有传统自行车之左(右)脚踏板二者间的距离相同(或相当)，即“上(下)踏幅”与现有传统自行车相同(或相当)；而当交替(接续)踩踏左(右)脚踏板时，则由左(右)“延伸踏杆”[4a(4b)]同步联动左(右)“短臂曲柄”[2a(2b)]作旋转(回转)运动；而当左(右)“脚踏板”[5a(5b)]其转轴的“轴心线”、分别位于(相交于)长轴(A-B)的“上端点(上止点)A”及“下端点(下止点)B”位置时，则安装于左(右)“短臂曲柄”[2a(2b)]延伸端其端部的左(右)“销轴”[3a(3b)]其“轴心线”、亦旋转至(对应于)其本身“圆形(圆周)”运动轨迹的“最高点(上止点)a”及“最低点(下止点)b”位置{即：此时左(右)“短臂曲柄[2a(2b)]”皆与所述“近似椭圆形(轨迹)”的长轴(A-B)相平行}；这其中，令“坐标原点o(z轴)”为所述“近似椭圆形”轨迹的“回转(转动)中心”、并且以纵坐标(y轴)作为“临界基准线”，以及参照(比照)“圆形(圆周)”运动轨迹、来划分“驱动(做功)角”与“回转(复归)角”，则：自长轴(A-B)的“上端点(上止点)A”围绕“坐标原点o(z轴)”向前(向下)旋转(运动)至长轴(A-B)的“下端点(下止点)B”、所转过的“有效驱动角”α(∠AoB)≧180°，而与之相对应的“回转复归角”β(∠BoA)≦180°(如附图3a所示)；

而如上所述(所称)“有效驱动角α≧180°”、以及“回转复归角β≦180°”，则是在交替(接续)踩踏装于左(右)“延伸踏杆[4a(4b)]”其前端部位之左脚踏板[5a]或右脚踏板[5b]时、皆“竖直向下”踩踏施力，而所述(所称)“竖直向下”踩踏施力、是指“踩踏施力方向”与纵坐标(y轴)相平行(或趋于平行)，并且，是以“坐标原点o(z轴)”作为回转(转动)中心、并以“纵坐标(y轴)”为界(临界基准线)，来划分其“有效驱动角(α)”与“回转复归角(β)”的；而当左脚踏板[5a]或右脚踏板[5b]其转轴的“轴心线”，分别(交替)沿着所述“近似椭圆形”轨迹、向后(向上)回转(复归)至与“纵坐标(y轴)”上方相交位置(相交点A′)时，而与之同步联动的“短臂曲柄”之左曲柄[2a]或右曲柄[2b]的延伸端其端部、所对应的位置已越过(转过)其本身“圆形(圆周)”运动轨迹的“最高点(上止点)a”[注：“a点”位置与“A点”位置是“相对应”的(如附图3所示)]，则此时“竖直向下”踩踏施力(做功)、乃可避开(避免)左脚踏板[5a]或右脚踏板[5b]处于(位于)其本身“近似椭圆形”轨迹的“上止点(上‘死点’)A”位置(即：此时位于A′位置)；并且，此时(踩踏瞬间)驱动力臂的“有效长度”、同比于现有公知的“传统自行车”则相应延长，而所述(所称)相应延长了的驱动力臂其“有效长度”、则为(等于)“坐标原点o(z轴)”至中轴[1]其“轴心线”二者间连线(线段)的长度，而所述连线(线段)的长度、则为该“连线”垂直相交于中轴[1]其“轴心线”所测量(测得)的距离；这其中，设“坐标原点o(z轴)”至中轴[1]其“轴心线”二者间连线(线段)的长度为L1、并且令L1≧现有“传统自行车”之曲柄(回转中心距R)的长度(即：L1≧R)；

而如上所述(所称)驱动力臂的“有效长度”，乃随着左(右)脚踏板[5a(5b)]其“运动轨迹”之变化而实时变化；而当左脚踏板[5a]或右脚踏板[5b]其转轴的“轴心线”、分别(交替)沿着所述“近似椭圆形”轨迹，自“纵坐标(y轴)”上方相交位置(相交点A′)、向前(向下)运动时，则驱动力臂的“有效长度”将随之逐渐增加(延长)；而当运动至与“横坐标(x轴)”相交位置(相交点D)时，则此时驱动力臂的“有效长度”达到“最大值”，而所述驱动力臂其“有效长度”的“最大值”、则为(等于)L1+L2，其中L2为所述“近似椭圆形”轨迹之“短半轴(o-D)”的长度、并且L2与所述“短臂曲柄[2a(2b)]”其长度(回转中心距r)相同(即：L2＝r)；而当左脚踏板[5a]或右脚踏板[5b]其转轴的“轴心线”，分别(交替)沿着所述“近似椭圆形”轨迹、继续向下运动时，则驱动力臂其“有效长度”将随之逐渐减小(缩短)；而当运动至与“纵坐标(y轴)”下方相交位置(相交点B′)时，则此时驱动力臂其“有效长度”亦等于L1，从而使得“左(右)脚踏板(两脚)交替(接续)踩踏(做功)一周”之平均力矩

(即：驱动转矩的“平均值”)、同比于现有传统自行车将获得较大幅度的提高[注：这其中，设“踏力及踏频”皆与现有传统自行车相同，并且“骑行踩踏驱动方式”亦大抵相同(即由两脚交替踩踏脚蹬作“上下前后、周而复始”的回转运动)；那么，严格意义上讲，本发明与传统自行车二者之间不仅具备了“可比性”、且所述“可比性”亦更趋于“合理性与严谨性”]。

根据如前所述的“新一代高工效省力自行车及其曲柄滑块式脚踏驱动装置”，其实施方案要点包括(请重点参见附图1、1a及1b所示)：

所述分别垂直安装于左(右)“延伸踏杆”[4a(4b)]后端部位之内侧的左(右)“销轴”[9a(9b)]其端部为“方形状(或菱形状)”，它与左(右)“延伸踏杆”[4a(4b)]后端部位所带有的方形孔(或菱形孔)作“锥度配合”连接、再分别由“紧固件(螺栓)”[15a]及[15b]将其固紧；或者是，将安装于“延伸踏杆[4a(4b)]”后端部位之内侧的“销轴[9a(9b)]”其端部、与“延伸踏杆[4a(4b)]”其后端部位二者间，也可采用“花键(亦包括方形花键)”结构及其连接方式、将其作固定(紧固)连接。

所述用于左(右)“延伸踏杆(连杆)”[4a(4b)]中段部位之“转动副”连接的“双列轴承”[6a]及[6b]，也可以分别由两个及以上的“单列轴承”组合构成，或选用“滚针(滚柱)轴承”、或采用“轴碗”结构。

所述用于安装固定左(右)“导轨”[8a(8b)]的左(右)“导轨基架”[14a]及[14b]，在整车设计时也可作为“车架”[7]的一部分，即分别与“车架”[7]后部左(右)两侧构为一体。

综上所述或不难看出，本发明所述的“新一代高工效省力自行车及其曲柄滑块式脚踏驱动装置”，乃采用(运用)了典型的“曲柄滑块式连杆机构”之基本工作原理而构成、并作了相应的(切合实用的)优化与创新改进。而为了能够充分阐明本发明所具有的“突出性特点(优点)”及显著效果(有益效果)，现就本发明所涉及的“关键技术(要点)”，以及本发明与传统自行车及现有技术相比、所具有的“创新性与先进性”及其所具备的“可实施性(实用性和经济性)”，作如下进一步具体说明(阐释)。

由本发明前述“典型实施例”及其相关技术特点可见，将常规的“曲柄滑块机构”之“滑块及滑槽”更换(更改)为“双滚轮及单导轨”、所构成的“滚轮式移动副”及其“曲柄滑块(滚轮式)连杆机构”，它的“工作可靠性及耐用性能”乃将得以显著提高。而为了便于(有助于)理解之后所阐述的本发明其“综合改进效果与可实施性”，现就本发明所涉及的“关键技术(要点)”及其作用原理简述如下(供参考)：由附图1、2、3、4所示可见，当交替(接续)踩踏左右“延伸踏杆(连杆)”其前端部位之外侧的左右脚踏板，并通过“延伸踏杆(连杆)”中段部位之“转动副”、来同步联动左右“短臂曲柄”作回转(圆周)运动的同时，而安装于左右“延伸踏杆(连杆)”后端部位之内侧的轴承滚轮[10a]及[10b]、则分别沿着所对应的左导轨[8a]及右导轨[8b]作“前后(交替)往复滚动”。进一步地，请参见附图4所示，附图4为本发明之脚踏驱动装置的“左侧结构原理示意图”{注：图4中，F为施加脚蹬的作用力，而由“延伸踏杆(连杆)”中段部位之“转动副”构成“支点”、则安装于“延伸踏杆(连杆)”后端部位之内侧的轴承滚轮[10a]受到的作用力为F′}。为方便理解，现以此“左侧结构(机构)”为例作如下详细说明：当轴承滚轮[10a]在受力(作用力F′)情况下、作“前后滚动(往复运动)”时，而轴承滚轮[10a]其外圆(滚套)带有的“V型槽”与“条状圆柱体导轨[8a]”二者间为“点接触(如附图4a所示的‘两点接触’)”，则滚轮[10a]与导轨[8a]二者间的“滚动摩擦”阻力、乃远小于常规的“滑块及滑槽”机构之“面接触”的滑动摩擦阻力，即可在“移动副(滚轮机构)”受力(作用力F′)的情况下、作“前后往复滚动”时，能够有效避免“卡滞现象(情况)”的发生；这不仅使其“工作可靠性及耐用性能”显著提高，而整体结构构成亦更为简约(实用)、且总体造价亦相对低廉(整车综合实施成本增加甚微)，则“性价比”相对较高。不止如此，经上述优化与改进后的“滚轮式移动副”及其“曲柄滑块(滚轮式)连杆机构”，不仅仅是为了提高其本身的“工作可靠性及耐用性能”，而更为重要的功能作用还在于：经改进后的“曲柄滑块(滚轮式)连杆机构”，则可以约束装于左右“延伸踏杆(连杆)”其前端部位之左脚踏板[5a]及右脚踏板[5b]、二者“交替(接续)踩踏(回转)”之运动轨迹，皆呈如附图2、3及3a所示的“近似椭圆形”轨迹。那么，它与现有公知的“传统自行车”之左(右)脚踏板、皆呈“圆形”之踩踏(回转)运动轨迹相比，其“综合改进效果(有益效果)”将具体体现于如下方面。

具体而言，本发明之“近似椭圆形”踩踏(回转)运动轨迹、相比于现有传统自行车之“圆形”踩踏(回转)运动轨迹，所具有的“技术优势(设计方案的创新性与先进性)”及其有益效果就在于：它不仅与“人机工效学(人体工程学)”基本原理(设计理念)更趋于吻合；而且，其显著效果更体现于如下多方面。诸如：其一，相比于“圆形”轨迹，“近似椭圆形”轨迹、可在保持与现有传统自行车之脚踏机构其“上下踏幅相同(或相当)”的前提下，可使“踏程”相应缩短，乃有助于提高“踏频”和提升“骑行工效”(请具体参见附图5所示：图中虚线标注的“圆形轨迹”为现有自行车脚踏板之运动轨迹，而本发明之脚踏板其运动轨迹、则为“近似椭圆形”轨迹)。其二，本发明之“近似椭圆形”轨迹、相比于传统自行车之“圆形”轨迹，可在保持“上下踏幅相同(或相当)”之前提下，左(右)脚踏板的“前(点)、后(点)”距离相应(适当)缩短[推荐取：现有自行车左(右)曲柄总长度(R+R)的2/3长度(2/3R+2/3R)为宜(如附图5所示)，而具体所涉及的相关零部件尺寸将在之后的“具体实施方式”中给出]；进而使得骑车者下肢运动范围(前、后运动幅度)相应(适当)减小，继而使骑车者“臀部及大腿根部(内侧)”与“鞍座”之间的摩擦强度、亦相应减轻，则使得“骑行舒适性”明显改善。其三，本发明之“近似椭圆形”轨迹、相比于传统自行车之“圆形”轨迹，可有效解决(或改善)现有自行车之曲柄机构“过止点(死点)”位置(区域)时、其驱动力矩的“不连续(不连贯)”，以及左(右)脚踏板(两脚)交替(接续)踩踏(做功)一周、其“驱动转矩”存在着“波动幅度较大”等迄今为止仍未能有效解决的技术难题(固有缺陷)，现就此作如下更进一步说明(阐释)，具体分析研讨如下(以供参考)：

(1)对于传统自行车而言，所谓“止点(死点)”位置，通常是指：当“竖直向下”踩踏施力(做功)、其踩踏施力方向与曲柄(驱动力臂L)相平行，即“作用力(F)”施于中轴其“轴心线”时，而此时“有效驱动力臂(L)”为零、则“驱动力矩(输出转矩M)”亦为零。但除此之外，或有必要予以进一步明确和指出的是：对于公知的“传统自行车”而言，由于曲柄(驱动力臂L)的“有效长度”、乃随着曲柄转动角度的变化而“实时变化”；只有当脚踏板(脚蹬子)处于(位于)最前点(即“踩踏施力方向与曲柄相垂直”时刻)，而驱动力臂(L)其“有效长度”达到“最大值”，则此时所产生的驱动力矩(输出转矩M)最大、且远大于“止点(死点)及附近区域”之驱动力矩(输出转矩M)；故而导致“两脚交替(接续)踩踏(做功)”过程中[即：左、右脚踏板交替(交互)转换(做功)过程中]，乃存在“驱动力矩(输出转矩M)”波动幅度较大、且“不连续(不连贯)”等问题(注：现有传统自行车迄今为止一直存在的固有缺陷)。

(2)由如上(1)所述内容与讨论分析可见，对于公知的“传统自行车”而言，所谓“止点(死点)”位置并非相对固定的一个点，而将其视为左(右)脚踏板交替(交互)转换做功过程中、存在一段“过渡区域[包括‘止点’及其附近‘不易(不宜)发力’区域]”，或更趋于客观性与合理性；并且，在实际骑行体验中，当“过止点(死点)”位置(区域)时，为节省体力，我们通常会将“上位脚”向前轻拨(推)一下、而同时亦将“下位脚”向后轻拨(拉)一下，以过渡至“易发力”区域(即“高效率”区域)；乃因此，而使得曲柄机构之“有效驱动(做功)角度”仅为(约为)120°左右(请参见附图6所示)，则使其“综合工效[即‘左右脚踏板(两脚)交替(接续)踩踏(做功)一周’之平均力矩

(驱动转矩的‘平均值’)]”大为降低。那么，与此相对照，本发明之“近似椭圆形”轨迹、相比于传统自行车之“圆形”轨迹，其“上、下止点(死点)”位置，不仅更趋于一个点(如附图3及3a中所示的A点、B点)；而且，若以本发明所述“近似椭圆形(轨迹)”之纵坐标(y轴)为界(临界基准线)来划分，则：有效驱动(做功)角α≧180°，而与之相对应的“回转(复归)角”β≦180°(如附图3a所示)。诚然，更为严格地讲，若以本发明所述“近似椭圆形(轨迹)”之长轴(A-B)、作为“临界基准线”，并且以“长轴(A-B)与短轴(C-D)垂直相交点(o′)”作为“回转(转动)中心”、来划分“有效驱动(做功)角α”与“回转(复归)角β”，那么，在实际骑行体验中、其“有效驱动(做功)角α”或感到会略小于(接近于)180°{这是因为：所述“近似椭圆形”轨迹的“上、下止点(A点、B点)”位置，与所述“短臂曲柄[2a(2b)]”其本身圆形(圆周)运动轨迹的“上、下止点(a点、b点)”位置是相对应的(如附图3所示)}；但即便如此，本发明之“有效驱动(做功)角α”亦更趋于(接近于)180°，并且，亦远大于现有传统自行车约120°之“有效驱动(做功)角度”(如附图6所示)。不仅于此，由于本发明“有效驱动(做功)角α”更趋于(接近于)180°，而当左(右)脚踏板(两脚)交替(交互)转换做功时，依靠惯性作用、则瞬间即可(很容易)越过(滑过)“止点(死点)”位置；进而有效解决(或改善)了左(右)脚踏板(两脚)交替(交互)转换做功时，其“驱动力矩(输出转矩M)”的“不连续(不连贯)”、以及“波动幅度较大”等问题；特别是：(请参见附图3所示)当瞬间越过(滑过)“上止点(上死点)A”位置时刻(即位于A′位置时刻)，随即可“竖直向下”踩踏施力(发力)，而且，此时(踩踏瞬间)所产生的“驱动力矩(输出转矩M)”亦将远远大于现有自行车、刚刚越过“上止点(上死点)”位置时刻(瞬间)的驱动力矩(输出转矩M)。而为了更便于理解，现举例说明如下(以资参考)：

而据本发明前述“典型实施例(请对照附图3及3a所示)”及其设计原理可知，当瞬间越过(滑过)“上止点A”位置时刻(即位于A′位置时刻)，本发明之驱动力臂的“有效长度”为L1，并且本发明可以方便做到(实现)L1≧现有传统自行车之曲柄(回转中心距R)的长度(即：L1≧R)；也就是说，它至少可以做到：与现有传统自行车之脚踏板运动至“最前点”时刻、其“有效驱动力臂(L)”的“最大值”相当。若更进一步讲，就是说，在向前(向下)“踩踏做功”的半周期内、且“脚踏力(F)”亦相同时，而本发明之驱动力矩(输出转矩)的“最小值Mmin”、至少可以做到：与现有自行车之驱动力矩(输出转矩)的“最大值Mmax”相当；进而使得本发明之“综合工效[即‘左右脚踏板(两脚)交替(接续)踩踏(做功)一周’之平均力矩

(驱动转矩的‘平均值’)]”乃将获得较大幅度的提高。而就如上所述、或需要着重强调与补充说明的是：若“踏力及踏频”皆与现有传统自行车相同、并且骑行踩踏驱动方式(即由两脚交替踩踏脚蹬作“上下前后、周而复始”的回转运动)亦大抵相同，那么，严格意义上讲，本发明与现有传统自行车二者之间不仅具备了“可比性”、且所述“可比性”亦更趋于“合理性与严谨性”。

综合如上分析与研讨、或从中不难看出，本发明相比于现有传统自行车、二者的明显区别就在于：由于本发明左(右)脚踏板的“回转(转动)中心”相应前移，并通过“延伸踏杆(连杆)”来同步联动“短臂曲柄”作回转(圆周)运动、继而带动“中轴”同步转动，则驱动力臂(L)其“有效长度”将获得较大幅度延长。而根据杠杆原理：力矩(M)＝力(F)×力臂(L)，则：当“踏力(F)”及“踏频”皆相同(包括“骑行踩踏驱动方式”亦大抵相同)之前提下，而本发明同比于现有传统自行车、其“驱动力矩(输出转矩M)”将获得较大幅度的提高。若是更为严谨地讲，就是：本发明同比于现有传统自行车、其“左(右)脚踏板(两脚)交替(接续)踩踏(做功)一周”之平均力矩

(即：驱动转矩的“平均值”)将获得较大幅度的提高。很显然，与现有公知的“传统自行车”所采用(已沿用逾百年之久)的固定长度之“曲柄回转式”脚踏驱动机构相比，而本发明运用“曲柄滑块机构”之基本工作原理、所构成的“曲柄滑块(滚轮式)连杆机构”及其脚踏驱动装置，乃使得驱动力臂(L)其“有效长度”获得较大幅度的延长，则具有显著的“增矩省力(增臂省力)”效果；进而使得本发明之脚踏驱动机构其“能效比[即：输出转矩(M)/输入踏力(F)]”获得较大幅度提升。而为了能够更直观地阐明如上所述改进效果及其“实际应用效果”，乃有必要着重做出如下补充说明的是：

本发明之所以堪称为“新一代高工效省力自行车”，则是因为本发明能够实现的预期目标(技术指标)为：它同比于现有公知的“传统自行车”、至少可使脚踏驱动机构之“踩踏骑行工效(即：人力脚踏做功工效)”提高1倍(同比提升至200﹪)及以上。而为了方便理解、则更具体说，就是：当“踏力、踏频、路况及风阻”等诸条件皆相同的前提下，本发明同比于现有传统自行车、至少可使脚踏驱动机构之“平均力矩

(即：驱动转矩的‘平均值’)”提高1倍(同比提升至200﹪)及以上。并且，由此所带来的“实际应用效果”亦将集中体现于以下两点：其一，它同比于现有公知的“传统自行车”，而当“踏频、车速(包括：后轮轮径及传动系数)”皆相同的前提下，则同比至少可以相应减少1半(50﹪)的踏力，即至少可以节省1半(50﹪)的体能消耗。其二，相比于现有公知的“传统自行车”，若保持(维持)“踏力、踏频”皆相同(即：骑行踩踏之“体能消耗”大抵相同)，而通过相应增加(增大)传统系统(传动装置)之“传动比”、则理论上讲可相应提高车速1倍及以上(注：这其中，未计“风阻”等影响)。为便于更直观地理解，现举例说明如下：比如，若以现有普及型城市道路通勤自行车“平均时速15公里”作为参照，则本发明可使“平均时速”相应提升至30公里及以上(注：这其中“踏力、踏频”皆与现有自行车相同)。而为了能够充分阐释(印证)如上所述“实际应用效果”，则在之后的“具体实施方式”中，将列举“优选实施例”、并通过本发明与传统自行车(脚踏驱动机构)之“平均力矩

(即：驱动转矩的‘平均值’)”等相关技术指标(参数)对比，予以更为详细(详尽)的具体说明(以资参考)。

附图说明

图1为本发明总体构造之“主体结构(脚踏驱动装置)”示意图；

图1a为本发明主体结构(脚踏驱动装置)之其中的“拐臂式弹性约束装置(上、下滚轮自调节束紧机构，其中弹性约束件为拉力弹簧)”结构原理示意图；

图1b为为本发明主体结构(脚踏驱动装置)之其中的“拐臂式弹性约束装置(上、下滚轮自调节束紧机构，其中弹性约束件为扭力弹簧)”结构原理示意图；

图2为本发明运用“对心式”曲柄滑块机构之工作原理、所构成的“脚踏驱动装置”结构原理示意图(右侧主视图)；

图2a为本发明运用“下偏置式”曲柄滑块机构之工作原理、所构成的“脚踏驱动装置”结构原理示意图(右侧主视图)；

图2b为本发明运用“上偏置式”曲柄滑块机构之工作原理、所构成的“脚踏驱动装置”结构原理示意图(右侧主视图)；

图3及3a是用于说明(阐释)本发明(脚踏机构)之“近似椭圆形”踩踏(回转)运动轨迹及其动态过程、以及脚踏机构(相关部件)所对应的位置及其变化过程的“三维空间坐标(x轴-y轴-z轴)”示意图(右侧主视图)；

图4为本发明之脚踏驱动装置及其“延伸踏杆(连杆机构)”受力分析参考示意图[左侧结构(机构)原理示意图]；

图4a为图4中“相关部件(导轨8a及滚轮10a)”局部剖视示意图；

图5为本发明脚踏机构之“近似椭圆形”运动轨迹与传统自行车脚踏机构之“圆形”运动轨迹、二者“踏程”对照(对比)分析(研讨)参考示意图；

图6为现有公知的“传统自行车”脚踏驱动机构(曲柄机构)的半周期“高效率驱动(做功)角度(约120°)”之分析(研讨)参考示意图；

图7为本发明优选实施例之“整车结构(架构)”参考示意图(右侧主视图)；

图8是以现有自行车之曲柄长度(尺寸)其“比率(比值)”作为参照系、来选择本发明“短臂曲柄”及“延伸踏杆”长度(尺寸)的示意图(俯视图)；

图9为现有公知的“传统自行车”之左(右)脚踏板、交替(接续)踩踏(做功)一周之“驱动转矩(平均力矩)”曲线示意图；

图10为本发明之左(右)脚踏板、交替(接续)踩踏(做功)一周之“驱动转矩(平均力矩)”曲线示意图。

图中标注：1、中轴；2a、左短臂曲柄；2b、右短臂曲柄；3a、左销轴；3b、右销轴；4a、左延伸踏杆；4b、右延伸踏杆；5a、左脚踏板；5b、右脚踏板；6a、左双列轴承；6b、右双列轴承；7、车架；8a、左导轨；8b、右导轨；9a、左踏杆销轴；9b、右踏杆销轴；10a、左下轴承滚轮；10b、右下轴承滚轮；11a、左上轴承滚轮；11b、右上轴承滚轮；12a、左拐臂；12b、右拐臂；13a、左拉力弹簧；13b、右拉力弹簧；14a、左导轨基架；14b、右导轨基架；15a、左紧固件；15b、右紧固件；16a、左扭力弹簧；16b、右扭力弹簧；17、座管；18、头管；19、车把；20、鞍座；21、前轮；22、链轮。

具体实施方式

为了能够充分阐释(印证)本发明能够实现的“预期目标(技术指标)”，即具体为：(如前文所述的)本发明同比于现有公知的“传统自行车”、至少可使脚踏驱动机构之“踩踏骑行工效(即：人力脚踏做功工效)”提高1倍(同比提升至200﹪)及以上。为此，现列举如下“优选实施例”予以进一步具体描述与详细说明(以资参考)。

1.关于本发明之整车结构(架构)布置(调整)的简要说明

公知的，目前现有传统自行车(人力脚踏车)通常采用“骑姿踩踏”驱动方式[即：人体上身前倾或略前倾，而下肢(两脚)交替(接续)踩踏脚蹬作“上下前后、周而复始”的回转运动]；而为了保留和继承上述传统自行车及其人们“习以为常”的骑车方式与“自然而然”的踩踏习惯，乃需要对整车结构(架构)及相关部件(位置)作相应(适当)的调整。其中，由于本发明左右脚踏板皆呈“近似椭圆形”踩踏(回转)运动轨迹、且左右脚踏板的“回转(转动)中心”亦相应前移；那么，若保留“中轴”原有位置不变，则需要将“鞍座(即：人体重心)”相应前移，以使得“左(右)脚踏板(回转中心距)”与“鞍座”及“车把”、三者间原有“相对位置”大抵保持不变。而为了便于实施和有效降低整车综合实施成本，特推荐如下具体实施方式(以供参考)：

请参见附图7所示，可将现有自行车车架之“座管”[17]原有向后倾斜状，调整为“略趋于竖直状”、并将其相应前移，继而使得“鞍座位置(即：人体重心)”亦相应前移；而与此同时，还需将“头管”[18]及“车把”[19]位置亦相应(适当)前移、以使得“车把”[19]与“鞍座”[20]原有相对位置(距离)大抵保持不变。而为了使左(右)“脚踏板”运动至最前点时刻、它与“前轮”[21]其“后缘”原有相对位置(最小距离)保持不变，并且使前(后)轮“轴距”不宜增加过多，则可将“前轮[21]”尺寸(轮径)适当减小，继而使得整车长度、与现有自行车产品(商品)大抵相当。诚然，之所以推荐如上“具体实施方式”，乃基于“有效降低整车造价(综合实施成本)、以及便于实施和有助于推广应用”等多方面统筹考虑。为此，或需要做出如下补充说明的是：

首先，如上所述“具体实施方式”，不仅使整车结构(架构)与现有自行车大抵相同，而且更为重要的是，它仍基本保留和继承了现有传统自行车及其人们“习以为常”的骑车方式与“自然而然”的踩踏习惯[即：人体上身前倾或略前倾、而下肢(两脚)交替踩踏脚蹬作“上下前后、周而复始”的回转运动]，易于广泛消费者(骑行爱好者)普遍接受，而这亦将为本发明的“实际推广应用”与广泛普及，乃奠定了坚实基础；并且，亦将为现有自行车产品之“全面优化与升级改造”，以至有助于实现“新一代高工效(增矩省力型)自行车”及其经济型(高性价比)产品(商品)之“标准化、系列化、通用化设计与转型升级”提供方便(简便易实施)。再者，如上所述“具体实施方式”，除了车架部分及“脚踏驱动机构(装置)”略有改动外，而整车及零部件的制作(加工)工艺皆与现有自行车相同；特别是，传动系统亦皆与现有自行车相同[这其中包括：目前广泛使用的“链传动”、以及“轴传动”或其它传动方式，亦包括各类“变速传动装置(方式)”]，进而使得整车造价亦相对低廉(整车综合实施成本增加甚微)、且便于实施，则“性价比”相对较高；尤其是，它对于目前使用较为广泛的普及型(经济型)自行车产品(如“共享单车”等)而言，则更易于推广应用、且极易获得广泛普及使用。当然，还须进一步补充申明的是，上述“具体实施方式”仅为经济型(普及型)自行车产品较佳(优选)实施方式之一，而不应理解为：对本发明及其“延展设计(拓展设计)”的限制。

2.关于本发明之“短臂曲柄、延伸踏杆”长度(尺寸)的选择

公知的，现有传统自行车之曲柄长度(回转中心距R)通常为165-175mm(约为成人身高的1/10)。而为了使本发明能够充分保留现有自行车之脚踏驱动机构的“通用性与广泛性”，则本发明之“短臂曲柄、延伸踏杆”长度(尺寸)的选择，皆以现有自行车之曲柄长度(尺寸)其“比率(比值)”作为参照系来选择；而这样，既保留了脚踏机构的“通用性与广泛性”，也更便于(有助于)“能效比[即：输出转矩(M)/输入踏力(F)]”等相关技术指标(参数)的对比，继而使得本发明与现有自行车相比、其“可比性”亦更趋于“合理性与严谨性”。具体选择方法(方案)如下(请参见附图8及附图3、5所示)：

(1)设：现有传统自行车之曲柄长度(回转中心距)为R、而本发明之左(右)“短臂曲柄”[2a(2b)]的长度(回转中心距)皆为r；那么，可选择(推荐选择)r为R的2/3长度(即：r＝2/3R＝0.667R)。

(2)请参见附图8所示，设：现有传统自行车之曲柄长度(回转中心距)为R；那么，可选择本发明左(右)“延伸踏杆”[4a(4b)]的总长度皆为R+1.8R。这其中，“延伸踏杆[4a(4b)]”中段部位之“转动副”至前端部位之“脚踏板[5a(5b)]”其转轴的长度(中心距)为R；而“延伸踏杆[4a(4b)]”中段部位之“转动副”至后端部位之“轴承滚轮[10a(10b)]”其安装轴的长度(中心距)则为1.8R。而参照如上之选择，则可以约束装于左右“延伸踏杆[4a(4b)]”其前端部位之左脚踏板[5a]及右脚踏板[5b]、二者“交替(接续)踩踏(回转)”之运动轨迹，皆呈如附图3及附图5所示的“近似椭圆形”轨迹。

3.关于本发明脚踏机构之“驱动转矩

”与传统自行车“驱动转矩

”的对比分析与计算(设：“踏力、踏频”皆相同，求：

)

(1)关于传统自行车“驱动转矩

[注：

为平均力矩(驱动转矩的‘平均值’)]”之定性及半定量分析与计算(请参见附图6、9所示)

如附图6所示，设“踏力”为F、有效驱动力臂的“最大值”为R，而当脚踏板运动至“最前点(即：脚踏施力方向与曲柄相垂直时刻)”，则此时驱动力矩的“最大值”为Mmax＝FR；那么，我们所需要的“平均力矩(即：驱动转矩的平均值

)”如何来计算，则可以通过“积分计算(略)”便能够得出其结果为：平均值＝最大值的0.637倍。为方便理解，现对照附图9作进一步说明，附图9为现有传统自行车之左(右)脚踏板、交替(接续)踩踏(做功)一周之“驱动转矩(平均力矩)”曲线示意图，这其中，设：驱动力矩的“最大值”为Mmax＝FR＝1，则：由两脚交替(接续)踩踏左(右)脚踏板做功一周、继而带动“中轴”同步旋转一周之驱动转矩(平均力矩)为

(2)关于本发明“驱动转矩

[注：

为平均力矩(驱动转矩的‘平均值’)]”之定性及半定量分析与计算(请参见附图3、3a、10所示)

设本发明之“踏力、踏频”皆与现有传统自行车相同，并且由附图3及3a所示可见，而当左(右)脚踏板其转轴的“轴心线”、分别位于(相交于)纵坐标(y轴)上方“相交点A′”或下方“相交点B′”位置时，则此时驱动力臂的“有效长度”皆为L1。而令L1与现有“传统自行车”脚踏板运动至“最前点”位置时刻、其驱动力臂“有效长度”的“最大值R”相等(即：L1＝R)；那么，本发明“驱动转矩

(平均力矩)”之其中的

(请参见附图10、9及附图3、3a所示)，则与前述现有“传统自行车”驱动力矩的“最大值Mmax”相等，即：

[注：这其中L1＝R，请参考前述(前文)所述相关内容]。进一步地，而当本发明之左脚踏板或右脚踏板其转轴的“轴心线”、运动至“最前点”位置时刻，即与“横坐标(x轴)”相交位置(相交点D)时刻(请对照附图3、3a所示)，则此时驱动力臂其“有效长度”为(等于)L1+L2，即此时“有效驱动力臂(L＝L1+L2)”达到“最大值”，而本发明之驱动转矩(输出转矩M)亦达到“最大值”；那么，本发明之“驱动转矩(平均力矩)

”如何来计算？我们可计算出如附图10所示的

而后，再与之前所计算出的

相加(即：

)，便可得出最终结果，具体如下：

为节省本说明书篇幅、且简化

的计算，我们同样可参照前述传统自行车之“驱动转矩(平均力矩)

”、所采用的“积分计算”方法来计算(即：平均值＝最大值的0.637倍)，并且其计算结果为：

[注：这其中L2＝r＝0.667R(请参考前述相关内容)]。当然，对此计算结果或需要进一步解释的是：由附图3及附图5所示可见，本发明之“近似椭圆形(轨迹)”为“横坐标(x轴)对称、纵坐标(y轴)非对称”的不规则椭圆形，但在向前(向下)踩踏(做功)半周期内之运动轨迹(曲线)、是以横坐标(x轴)为“对称轴”的，并且其运动轨迹(曲线)之“曲率”、亦明显小于传统自行车“圆形(轨迹)”之曲率(如附图5所示)；因此，即便是参照前述传统自行车之“积分计算”的计算方法、而得出如上之结果(即：

)，但仍有一定“富余量”。至此，我们可将之前

的计算结果与

的计算结果相加(求代数和)，便可最终得出本发明之驱动转矩(平均力矩)为：

为方便理解，请重点参见附图10所示，附图10为本发明之左(右)脚踏板(两脚)交替(接续)踩踏(做功)、继而同步联动“中轴[1]及链轮[22](请参见附图1所示)”旋转一周之“驱动转矩(平均力矩)”曲线示意图；并且，它是以前述传统自行车脚踏驱动机构之“力矩(M)、力角(θ)”作为参照系的(请对照附图9与附图10所示)，乃具有(具备)“可比性与严谨性”。而由附图10与附图9所示的“相关数据(指标)”之对比、亦明显可见：当本发明之“踏力、踏频”皆与现有传统自行车相同时，则

4.关于本发明“驱动功率(P-2)”与传统自行车“驱动功率(P-1)”的对比分析与计算(设：“踏力、踏频”皆相同，求：P-2/P-1＝？)

据公式P＝M×ω[注：这其中ω为踏频(可具体理解为：乃脚踏机构之“踩踏回转”运动时的“角频率也称角速度”)]，又据前述

那么，本发明“驱动功率P-2(平均值)”与现有传统自行车“驱动功率P-1(平均值)”之比、则为：

显然，由如上“P-2/P-1”的比值结果亦表明：本发明同比于现有传统自行车，若“踏力F、踏频ω”皆相同时，则可将“驱动功率P(平均值)”相应提升至223.7﹪。据此，亦充分印证了本发明能够实现的“预期目标(技术指标)”，即具体为：(如前文所述的)本发明同比于现有公知的“传统自行车”、至少可使脚踏驱动机构之“踩踏骑行工效(即：人力脚踏做功工效)”提高1倍(同比提升至200﹪)及以上。并且，由此而带来的“实际应用效果”亦将集中体现于以下两点：其一，同比于现有传统自行车，而当“踏频及车速(包括：后轮轮径及传动系数)”皆相同、且“驱动功率P(平均值)”亦相同之前提下，则本发明可将“踏力(F)”相应(同比)减少至44.7﹪(1/2.237＝0.447)，即可相应节省55.3﹪(1-0.447＝0.553)的体能消耗。其二，本发明相比于现有自行车，若维持“踏力、踏频”皆相同，而通过相应增加(增大)传统系统(传动装置)之“传动比”，则理论上讲、可将“车速”相应提升至223.7﹪(注：这其中，未计“风阻”等影响)；为便于更直观地理解，现举例说明如下：比如，若以现有普及型城市道路通勤自行车“平均时速15公里”作为参照，而本发明则可将“平均时速”相应提升至33.555(15×2.237＝33.555)公里[补充说明：这其中，“踏力、踏频”皆与现有自行车相同，并且“骑行踩踏驱动方式”亦大抵相同(即由两脚交替踩踏脚蹬作“上下前后、周而复始”回转运动)；而据此，则严格意义上讲，本发明与传统自行车二者间相比，不仅具有(具备)“传承性与可比性”、且所述“传承性与可比性”亦更趋于“合理性与严谨性”]。

很显然，由如上列举的“优选实施例”及其相关技术参数(指标)的对比，亦充分印证了本发明之“显著进步”及其有益效果就在于：它同比于现有传统自行车，至少可使脚踏驱动机构之“踩踏骑行工效(即：人力脚踏做功工效)”实现倍增、且“省力(或增速)”效果乃尤为显著的。特别是：相比于现有传统自行车、本发明可在“不增加体能消耗(即‘踏力及踏频’皆与现有自行车相同)”之前提下，而将“平均时速”由原先的约为15公里(注：以现有普及型城市道路通勤自行车为参照)、相应提升至“30公里”及以上，则更使得本发明之“相关技术指标[如：最高时速(限速指标)]”、乃相当于(或优于)目前使用的“电动(电助力)自行车”[注：目前欧盟标准及中国标准(新国标)皆为≦25公里/小时]；并且，本发明相比于“非机动车属性”的现有电助力自行车(如：脚踏驱动装置装有“力矩传感器”的智能型电助力自行车)，不仅车辆本身造价大为降低、且“综合使用成本”亦更为低廉，既免去了动力蓄电池“充电的烦恼(麻烦)”、且能够有效杜绝(避免)充电过程中“易发生火灾”等安全隐患，而这些显著优点都将有助于“本发明”更容易获得广泛普及使用(应用)。尤其是：本发明若能够广泛应用于目前普及使用的“共享单车”，则对于有效改善(减轻)“超过15公里(或骑行半小时及以上)”的中短途骑行疲劳、并相应提高人们日常通勤(出行)效率，其“省时、省力效果(实际骑行体验)”乃显而易见的。而这不仅更有助于倡导“运动健身、绿色环保”的中短途(5-10公里)出行方式；并且，就当今汽车(家用轿车)后普及时代而言，自行车更赋有“低碳环保节能减排(有益于改善生态环境)”、以及“占道面积少可缓解路面交通拥堵(有益于改善和提升城市交通运行效率)”等诸多社会公益性特征。不止如此，本发明若得以广泛应用，则对于目前广泛使用的“共享单车(亦包括：城市公共自行车)”的未来发展(可持续发展)，或可谓具有“承前启后、继往开来”的现实意义；尤其是本发明同比于现有自行车、至少可使脚踏驱动机构其“能效比[即：输出转矩(M)/输入踏力(F)]”实现倍增，若就此改进效果其“显著性”而言，或堪称自行车发展史上、甚至可谓具有重要里程碑意义或也不为过[补充说明：回溯自行车逾200年发明(发展)史及其“产业化(商品化)”演变过程，并就本发明与传统自行车及现有技术相比、所具备的“可实施性(传承性与实用性和经济性)”及其相关技术指标的“先进性与可比性及严谨性”而言，则乃“实事求是”与相对客观地讲、亦并非是“夸大其词”]。

最后需要申明的是：本发明不仅限于前文所述的“典型实施例”、以及“具体实施方式”中所列举的“优选实施例”，而本发明所涉及的应用范围及其相关产品亦较为广泛的。例如，由本发明所提供的“曲柄滑块式(增矩省力型)”脚踏驱动装置，亦广泛适配于包括：由两脚交替(接续)踩踏左(右)脚踏板作“上下前后、周而复始”回转运动之脚踏驱动方式做功的各种人力机械。比如，典型的有：可直接应用于现有“人力三(四)轮脚踏车、以及景区人力脚踏游览船”等相关类似产品。又比如，将本发明之“曲柄滑块式(增矩省力型)”脚踏驱动装置、通过相应的“传动装置”与终端设备相连接，乃可以构成诸如：人力脚踏车载“一体式”(便携式)低扬程抽水机(泵)；小型谷物脱粒机；小容量(小功率)人力脚踏发电机等等[具体应用范围(场景)不再一一赘述]。而据如上所述，乃有必要予以进一步申明的是：凡运用本发明主体结构(脚踏驱动装置)所构成的各种“利用人力脚踏驱动(做功)”之人力机械[包括延展设计(拓展设计)的相关产品及装置或设备]，若是所涉及到的“相关技术特征(以‘权利要求书’为参照)”并未有明显的“实质性”改进与进步、或者仅仅只是对于本发明之“曲柄滑块式(增矩省力型)”脚踏驱动装置(本质特征)及其零部件的“等效替换”；那么，皆理应落入本发明“权利要求”之保护范围。

Claims (8)

1.新一代高工效省力自行车及其曲柄滑块式脚踏驱动装置，包括自行车和曲柄滑块式脚踏驱动装置，所述曲柄滑块式脚踏驱动装置包括滚轮式移动副曲柄滑块机构和拐臂式弹性约束机构以及紧固件，所述滚轮式移动副曲柄滑块机构包括车架(7)、中轴(1)、短臂曲柄、销轴、延伸踏杆、脚踏板、双列轴承、导轨、踏杆销轴、下轴承滚轮和导轨基架，所述拐臂式弹性约束机构包括上轴承滚轮、拐臂和弹性约束件，所述短臂曲柄包括左短臂曲柄(2a)、右短臂曲柄(2b)，所述销轴包括左销轴(3a)、右销轴(3b)，所述延伸踏杆包括左延伸踏杆(4a)、右延伸踏杆(4b)，所述脚踏板包括左脚踏板(5a)、右脚踏板(5b)，所述双列轴承包括左双列轴承(6a)、右双列轴承(6b)，所述导轨包括左导轨(8a)、右导轨(8b)，所述踏杆销轴包括左踏杆销轴(9a)、右踏杆销轴(9b)，所述下轴承滚轮包括左下轴承滚轮(10a)、右下轴承滚轮(10b)，所述上轴承滚轮包括左上轴承滚轮(11a)、右上轴承滚轮(11b)，所述拐臂包括左拐臂(12a)、右拐臂(12b)，所述弹性约束件包括左弹性约束件、右弹性约束件，所述导轨基架包括左导轨基架(14a)、右导轨基架(14b)，所述紧固件包括左紧固件(15a)、右紧固件(15b)，其特征在于：

所述中轴(1)的左右两端分别与所对应的左短臂曲柄(2a)和右短臂曲柄(2b)的一端刚性连接，所述左短臂曲柄(2a)和右短臂曲柄(2b)二者间呈互差180°转角的对称布置，所述左短臂曲柄(2a)和右短臂曲柄(2b)远离中轴(1)的延伸端其端部外侧分别安装有左销轴(3a)和右销轴(3b)，所述装于左短臂曲柄(2a)和右短臂曲柄(2b)的延伸端其端部外侧的左销轴(3a)和右销轴(3b)与左短臂曲柄(2a)和右短臂曲柄(2b)之间为螺纹联接，所述左销轴(3a)与左短臂曲柄(2a)之间为正向螺纹联接、即顺时针旋进，所述右销轴(3b)与右短臂曲柄(2b)之间为反向螺纹联接、即逆时针旋进；所述左销轴(3a)和右销轴(3b)、分别经左双列轴承(6a)和右双列轴承(6b)转动连接于左延伸踏杆(4a)和右延伸踏杆(4b)的中段部位；所述左延伸踏杆(4a)和右延伸踏杆(4b)其前端部位的外侧分别装有左脚踏板(5a)和右脚踏板(5b)；所述左销轴(3a)和右销轴(3b)的轴心线、以及左脚踏板(5a)和右脚踏板(5b)其转轴的轴心线皆与中轴(1)的轴心线相平行；

所述车架(7)后部左右两侧分别设置有左导轨基架(14a)、右导轨基架(14b)，所述左导轨基架(14a)、右导轨基架(14b)上分别设置有左导轨(8a)、右导轨(8b)，所述左导轨(8a)和右导轨(8b)皆为条状圆柱体，所述左导轨(8a)与右导轨(8b)平行对称布置，所述左导轨(8a)和右导轨(8b)所在平面与中轴(1)的轴心线平行，所述左导轨(8a)和右导轨(8b)与中轴(1)的轴心线垂直；所述左延伸踏杆(4a)和右延伸踏杆(4b)的后端部位内侧分别安装有左踏杆销轴(9a)和右踏杆销轴(9b)，所述左踏杆销轴(9a)和右踏杆销轴(9b)的另一端安装有左下轴承滚轮(10a)和右下轴承滚轮(10b)；所述左拐臂(12a)和右拐臂(12b)的一端分别套置于左踏杆销轴(9a)和右踏杆销轴(9b)的中端部位上，所述左拐臂(12a)和右拐臂(12b)分别铰接于左踏杆销轴(9a)和右踏杆销轴(9b)的中端部位上；所述左上轴承滚轮(11a)、右上轴承滚轮(11b)的转轴外侧一端分别与左拐臂(12a)、右拐臂(12b)的另一端固定连接；所述左弹性约束件和右弹性约束件的一端分别与左拐臂(12a)和右拐臂(12b)的中段部位相连接，所述左弹性约束件和右弹性约束件的另一端分别与所对应的左延伸踏杆(4a)和右延伸踏杆(4b)的后端部位相连接；

所述左导轨(8a)、右导轨(8b)，分别设置在左下轴承滚轮(10a)和左上轴承滚轮(11a)之间、右下轴承滚轮(10b)和右上轴承滚轮(11b)之间；所述左下轴承滚轮(10a)及右下轴承滚轮(10b)的外圆皆带有V型槽、并将其分别置于所对应的左导轨(8a)及右导轨(8b)的下方，所述左下轴承滚轮(10a)及右下轴承滚轮(10b)的外圆所带有的V型槽与由条状圆柱体所构成的左导轨(8a)及右导轨(8b)接触滚动时皆为两点接触；所述左下轴承滚轮(10a)及右下轴承滚轮(10b)和左上轴承滚轮(11a)及右上轴承滚轮(11b)的轴心线、皆与中轴(1)的轴心线相平行；

所述导轨与水平面趋于平行，所述下轴承滚轮在导轨上的直线移动轨迹至中轴(1)轴心线的垂直距离为偏置距，所述偏置距为e，所述短臂曲柄回转中心距的长度为r，所述e小于等于2/3r。

2.根据权利要求1所述的新一代高工效省力自行车及其曲柄滑块式脚踏驱动装置，其特征在于：所述装于延伸踏杆后端部位内侧的踏杆销轴其端部为菱形状且与延伸踏杆后端部位带有的菱形孔锥度配合连接、并由紧固件紧固。

3.根据权利要求1所述的新一代高工效省力自行车及其曲柄滑块式脚踏驱动装置，其特征在于：所述装于延伸踏杆后端部位内侧的踏杆销轴与延伸踏杆二者间花键连接、并由紧固件紧固。

4.根据权利要求1所述的新一代高工效省力自行车及其曲柄滑块式脚踏驱动装置，其特征在于：所述左弹性约束件和右弹性约束件、分别为左拉力弹簧(13a)和右拉力弹簧(13b)。

5.根据权利要求1所述的新一代高工效省力自行车及其曲柄滑块式脚踏驱动装置，其特征在于：所述左弹性约束件和右弹性约束件、分别为左扭力弹簧(16a)和右扭力弹簧(16b)，所述左扭力弹簧(16a)、右扭力弹簧(16b)分别套置于所对应的左踏杆销轴(9a)、右踏杆销轴(9b)的中段部位上。

6.根据权利要求1所述的新一代高工效省力自行车及其曲柄滑块式脚踏驱动装置，其特征在于：所述双列轴承选用两个及以上的单列轴承组合构成。

7.根据权利要求6所述的新一代高工效省力自行车及其曲柄滑块式脚踏驱动装置，其特征在于：所述双列轴承选用滚柱轴承。

8.根据权利要求6所述的新一代高工效省力自行车及其曲柄滑块式脚踏驱动装置，其特征在于：所述双列轴承选用轴碗。

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