CN1197025A - 微型自行车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种主要供成年人代步的自行车,其特征是使用摆动式踏杆结合行星齿轮传动装置来驱动自行车前进,从而大大提高传动比并增加了踏杆工作时的有效力矩,使整车在不降低车速的情况下实现微型化和省力化。本发明对于二轮、三轮或四轮自行车均适用,其动力来源既可脚动,也可手动。

Description

微型自行车

本发明是一种主要供成年人使用的自行车。

现有的自行车经过近百年的发展和完善，技术已十分成熟，因此盛行至今，但它也有两个不足，一是比较笨重，体积大，搬动、存放均不方便；另一个是蹬自行车上坡时较费力。

现有的自行车尺寸大，主要是由于车轮太大，这并非是车轮本身不能更小，而是由于受现有传动机构传动比的限制，使车轮大幅度减小后，传动比难以相应大福度增加，从而车速就不能达到成人骑用的要求。

现有自行车蹬车较费力，是由于现有的旋转式踏杆不能很好地把脚的蹬力转化为驱动自行车前进的有效力矩。在踏杆作360度旋转的过程中，只在约100度的工作范围内骑车人在用力蹬踏板，其余皆为空转，两只脚交替用力，中间有约60度的范围内两只脚都使不上力，存在一个空行程，自行车靠惯性滑过这一段空行程后才能再次用力，这就造成骑车人的力量使用不均匀，特别是上坡时，自行车难以靠惯性滑过这一段空行程，骑车人只好在踏杆工作时使很大的力量蹬车，以便自行车获得足够的惯性能，滑过这一空行程，才能维持前进。另外，蹬踏板的力的方向同踏板之间有一定角度α，动力臂＝踏杆长度×Sinα，当α＝90°，即蹬力垂直于踏杆时，动力臂最大，蹬车最省力，存在一个最佳工作点，现有自行车踏杆转动360度只有一次经过最佳工作点。离最佳点越近，蹬车时的动力臂越长，有效力矩越大，蹬车越省力。

本发明的目的就是大大减小现有自行车的尺寸和重量，而不降低其速度，同时，使踏杆始终在最佳工作点附近摆动，消除空行程，提高踏杆的传力效果，使骑车更加省力。总之，是使现有的自行车微型化和省力化。

本发明的自行车传动系统总体技术方案是由摆杆棘轮机构带动行星增速机构来驱动现有自行车的链传动机构或直接用行星机构来驱动后轮，使自行车前行，在前者情况下，本发明事实上是在现有自行车传动链的主动轮和踏杆之间，增加了一级行星齿轮传动机构，组成具有很大传动比的二级增速传动机构。在后者情况下，则直接由行星齿轮传动机构来驱动后轮，二者都用摆动式踏杆来代替现有自行车的旋转式踏杆，并在摆动式踏杆和行星机构之间使用棘轮机构来传递动力。采用以上传动方案可以大大增加传动比，大幅度减小自行车的车轮而不降低车速，同时，使用摆动式踏杆可以消除旋转式踏杆工作时的空行程，增加踏杆工作时的有效力矩，从而使骑车更省力。

为了实现减小车轮而不降低车速的目的，本发明采用了体积小而传动比很大的行星齿轮传动机构(见附图3、4)行星机构由一个内齿轮固定，行星架输入，太阳轮输出的NGW型行星增速器构成，内齿轮7位于两件行星架5之间，内齿轮7的两端面和靠内齿轮的行星架端面相应位置上有滚珠槽，内有滚珠6，行星架5可以在滚珠6上绕内齿轮7的中心自由转动。两件行星架之间通过小轴3装有行星轮4，行星轮4可以绕小轴3自转，同时也同内齿轮7和太阳轮1啮合，绕太阳轮1公转。用四颗沉头螺钉16分别穿过行星架5上的四个过孔和四个垫片15拧到另一个行星架上的螺孔中，调整垫片15的厚度，可使滚珠得到适当的间隙。太阳轮同轴做成一体，是齿轮轴，太阳齿轮轴1通过两个轴承2装在行星架5的轴承孔内，就组成了一个NGW型行星增速器。行星增连器同摆动式踏杆10之间用摆杆棘轮机构来传递动力，踏杆充作摆杆，行星架5同时兼作棘轮，用来把踏杆的动力输入到行星增速器，增速后的动力由太阳齿轮轴1输出后用采驱动第二级传动的主动轮或直接用来驱动车轮，这样就可以大幅度提高传动比，为整车的微型化打下基础。

为了更好地利用脚的蹬力，本发明采用摆动式踏杆10代替现有自行车的旋转式踏杆，踏杆同行星机构之间用摆杆棘轮机构来传递动力，踏杆既是摆杆，踏杆的摆动支点位于棘轮的旋转轴线上，另一端装有踏板，行星增速器的行星架5兼作棘轮，棘爪8通过小轴9装在踏杆10上并用弹簧14使棘爪8轻压在棘轮5上到位。拉线17跨过装在车架上的线轮18，其两端各拉住一根踏杆10，线轮18可自由转动。线轮上加轮罩(未画出)，防止拉线脱出。拉线17的作用是使一根踏杆向下运动时，把另一根踏杆向上拉回到工作初始位置，保证踏杆总有一根在最佳点附近工作，消除空行程，提高爬坡能力，另外，摆动式踏杆工作时经过最佳点的次数比旋转式要多，也提高了其传力效果。由于摆动式踏杆不作360度旋转，只在一定角度范围内摆动，因此，可以采用适当增加踏杆长度的方法来使脚的蹬力的方向同踏杆更接近垂直，从而充分地把脚的蹬力转化为驱动自行车的有效力矩，而不必担心踏杆工作时会碰到地面上或转到最高点时超过脚的收缩极限。由于踏杆工作时踏板上、下摆动的垂直距离不能随踏杆加长而增加，因而加长踏杆后，其转角要减小，这就要相应增加传动比，才能保持车速不下降，踏杆长度增加同传动比的增加成线性关系，因此，加长踏杆后蹬车用的力同现有自行车相当，似乎不省力，但用同样的力却可以产生比现有自行车大的有效力矩，因此，其省力效果体现在把脚的蹬力更充分地转化为有效力矩。显然，也可使用弹簧来代替拉线17使摆杆10回位。

在采用二级传动方案的情况下，本发明的自行车整体结构同现有自行车相似，都具有前轮轴、后轮轴和中间传动轴。行星增速器位于中间轴处，其输出端用键19和主动轮(大飞)11装在一起。大飞11用链条同小飞21相连(对无链自行车，则由主动轮通过传动杆带动被动轮)。只用一个单后叉来支撑后轮。后叉支杆，座鞍支杆同横杆形成一个牢固的三角形结构，组成车架，其余结构同现有普通自行车相似。

在采用行星增速器直接驱动后轮的情况下，本发明自行车的整体结构将更为简化，自行车将只有前轮轴和后轮轴而没有中间轴，后轮轴成为驱动轴。由于取消了中间轴，前后轮的轮距将可以进一步减小，摆动踏杆还可以适当加长，将更有利于增大踏杆工作时的有效力矩，使骑车更省力。车架结构也将进一步简化，后叉支杆可兼作鞍座支杆，使整车更轻巧。

采用以上技术方案后，本发明可大大减小整车尺寸和重量而不降低车速，且骑车更省力。集微型、省力和优良的滑行性能于一身。本发明的行星增速器和摆动式踏杆对于二轮、三轮和四轮的有链或无链自行车均适用，其动力既可脚动，也可手动，具有广阔应用前景。

下面结合附图对本发明作进一步描述

附图说明：附图1：本发明的二级传动微型自行车正二侧立体图(1∶5)附图2：本发明的后轮直接驱动微型自行车正二侧立体图(1∶5)附图3：本发明的摆动踏杆行星增速传动装置装配图(1∶1)附图4：本发明的摆动踏杆行星增速传动装置的正等侧分体图(1∶2)附图5：本发明的二级传动微型自行车的传动系统运动简图附图6：本发明的后轮直接驱动微型自行车的传动系统运动简图

实施例1：本实施例是采用二级增速传动方案，其传动系统运动简图见附图5。选用13英寸的车轮，其大小为现有26英寸自行车轮的一半，行星增速器的齿轮选用2模数，分度圆压力角20度，太阳轮为9，齿变位数+0.5，行星轮为13齿，变位系数+0.77，内齿轮为37齿，变位系数+0.77，行星增速器的传动比为i＝1+37/9＝5.1，按以上参数加工各零件，其中太阳轮同轴做成一体，成为齿轮轴1，用两个203型轴承2把齿轮轴1装在行星架5的轴承孔中并用弹性档圈13作轴向定位，两件行星架之间通过小轴3装有两个行星轮4，行星轮4可以绕小轴3自转，同时与内齿轮7和太阳轮1啮合，绕太阳轮1公转，两个行星轮的中心距为48毫米。内齿轮7固定在车架上。用四颗M6沉头螺钉16分别穿过行星架5上的过孔和四个小垫片15，拧到另一件行星架上的四个螺孔中，使内齿轮7位于两件行星架之间。内齿轮7的两端面和行星架5靠内齿轮的端面相应位置上有滚珠槽，槽内有滚珠6。调整垫片15的厚度，让滚珠有适当间隙，使行星架5能在滚珠上自由转动。行星架5的外圆上做成棘轮齿，齿数为66。摆动踏杆10支点一端套在行星架5的凸台上，凸台上切有卡环槽，用弹性档圈12使踏杆10轴向定位。踏杆10上通过小轴9装有棘爪8，用弹簧14使棘爪压在棘轮5上，线轮18装在车架上并可自由转动，拉线17跨过线轮18，其两端各拉住一根踏杆，线轮上加有轮罩(未画出)，防止拉线脱出。内齿轮7两端面上下各设一档块20，用来限定踏杆的转动范围为67度，调节拉线长度，可使踏杆在以上范围内工作，踏板最低时离地面120毫米，踏杆长度为250毫米，踏板上下的垂直距离为275毫米，主动链轮(大飞)11通过键19装在太阳齿轮轴1上，并用弹性档圈23作轴向定位。大飞11为27齿，小飞21为18齿。链传动的传动比为27/18＝1.5，这样，两级传动的总传动比i＝5.1×1.5＝7.65。本发明的自行车踏杆只须在以上67度范围内摆动，其摆动角速度同现有26英寸自行车相当，车速也基本相同，自行车前后轮距可减小到700毫米，车高不变，整车很轻巧，骑行也更省力。实施例2：本实施例采用行星增速器直接驱动后轮转动，其传动系统运动简图见附图6，选用车轮为16英寸，行星增速器的齿轮选用2模数，分度圆压力角20度。太阳轮为9齿，变位系数+0.474，行星轮为31齿，变位系数+0.689，内齿轮为73齿，变位系数+0.689，行星增速器传动比i＝1+73/9＝9.1，按以上参数加工各零件并用和实施例1相同的方法装配成一个行星增速器，并把它装到自行车后轮的左侧，内齿轮用销钉22固定在车架上，使之不能转动。行星齿轮轴即成为后轮驱动轴，此轴通过两个轴承21装在车架上，后轮轮毂也通过两个轴承装在轴上，轮毂同轴之间用和现有自行车小飞中的内接式棘轮机构相似的机构来连接，棘轮装在后轮右侧的轮毂上，棘爪装在轴上的凹槽内即可。踏杆10的长度为380毫米，其转角范围用档块20限定为40度，踏板最低处离地120毫米，踏板上下运动的垂直距离为260毫米。采用本方案的车架结构更为简化，可用后叉支杆兼作鞍座支杆，前后轮的轮距可进一步缩小至500-600毫米，整车更为轻巧，骑行也更省力。

Claims (3)

1、一种自行车，其特征是在现有自行车传动链的踏杆和主动轮之间增加一级行星齿轮传动机构，组成二级增速传动机构，并用摆杆代替现有自行车的旋转式踏杆，摆杆同行星机构之间用棘轮机构来传递动力，摆杆的回位使用拉线或弹簧。

2、一种自行车，其特征是使用行星齿轮传动机构来直接驱动自行车后轮，并用摆杆代替现有自行车的旋转式踏杆，摆杆同行星机构之间用棘轮机构来传递动力，摆杆的回位使用拉线或弹簧。

3、如权利要求1或2所述的行星齿轮传动机构，其特征是由一个内齿轮固定，行星架输入，太阳轮输出的NGW型行星增速器组成，行星增速器同摆动式踏杆之间用棘轮机构来传递动力。

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