CN1228544C

CN1228544C - 往复式驱动装置

Info

Publication number: CN1228544C
Application number: CNB021017743A
Authority: CN
Inventors: 朴俊信
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-01-20
Filing date: 2002-01-18
Publication date: 2005-11-23
Anticipated expiration: 2022-01-18
Also published as: US6578861B2; KR100385757B1; JP3655590B2; JP2002264878A; CN1367316A; US20020105161A1; KR20020062459A

Abstract

一种往复式驱动装置，用于自行车、婴儿车和轮椅，此驱动装置的齿轮箱设置在车体的顶管上；驱动齿轮和被驱动齿轮，彼此啮合，侧齿轮与被驱动齿轮制成一体，这些齿轮均安装在齿轮箱内；驱动元件包括三个连杆，通过单向离合器只在前进方向使驱动齿轮旋转，驱动元件设置在车体的两侧；齿轮与在第二连杆上制出的齿条啮合，用于操纵驱动元件；顶端齿轮与侧齿轮啮合，通过轴承设置在顶管的下部；中间齿轮，通过单向离合器而设置在顶端齿轮之下；中继齿轮与中间齿轮啮合，设置在驱动轴的顶部，驱动轴通过驾驶轴的叉部安装在顶管上；输出齿轮设置在驱动轴的下部，用于传递力矩；轮毂齿轮与输出齿轮啮合，设置在前轮的轮毂上。此驱动装置可使使用者方便地驱动。

Description

往复式驱动装置

技术领域

本发明涉及用于驱动自行车、婴儿车、轮椅或类似车辆的驱动装置，更特别地涉及一种往复式驱动装置，用于驱动自行车、婴儿车、轮椅或类似的车辆，此驱动装置可由使用者以方便而舒适的方式驱动。

背景技术

通常，传统自行车结构设置成通过使脚踏板转动满360°而驱动，因此对于腿部的运动是不符合人类工程学的，所以操纵脚踏板是不方便的。此外，存在的另一个问题是，当使用者的腿在向上方向蹬踏或向后方向蹬踏脚踏板时，由于没有驱动力而行驶功率降低。

此外，传统自行车车体结构复杂，这是由于设置在车体中部的曲柄机构和从车体中部延伸到后轮的链条传动机构太长，此外，车轮的直径有限。结果，由于设计上的限制，难于提高行驶速度，即使通过增加自行车轮直径为城市用的自行车寻求到了提高行驶速度的途径，但如果需要减小车轮直径，问题仍旧存在。在山区或上坡路行驶又存在另外的问题。

另一方面，结构问题与传统婴儿车相关，因为男女保护人不能骑婴儿车，这是由于车的结构设计均认为男女保护人是从后面推婴儿车。传统的轮椅不方便使用之处在于，使用者在以前的驱动之后，以重复方式再次接触和转动车轮前，必须把手放在车轮之外。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种往复式驱动装置，其用于驱动自行车、婴儿车、轮椅或类似的车辆，可由使用者以方便而舒适的方式驱动，该驱动装置包括：前轮和后轮，分别设置在车体的前部和后部；齿轮箱，设置在车体的顶管上；驱动齿轮和被驱动齿轮，彼此啮合，侧齿轮与被驱动齿轮制成一体，这些齿轮均安装在齿轮箱内；驱动元件，每一驱动元件包括三个连杆，用于通过单向离合器只在前进方向使驱动齿轮旋转，驱动元件设置在车体的两侧；齿轮与在第二连杆上制出的齿条啮合，适用于交替操纵驱动元件；顶端齿轮，与侧齿轮啮合，通过轴承设置在顶管的下部；中间齿轮，通过单向离合器而设置在顶端齿轮之下；中继齿轮，与中间齿轮啮合，设置在驱动轴的顶部，驱动轴穿过驾驶轴的叉部，并且安装在顶管上；输出齿轮，设置在驱动轴的下部，用于传递力矩；轮毂齿轮，与输出齿轮啮合，设置在前轮的轮毂上。

附图说明

在此，图1至8示出了一种自行车，其中，该自行车设置了根据本发明的往复式驱动装置，

图1示出了自行车的前视图，其中，设置了根据本发明的往复式驱动装置；

图2示出了图1所示自行车的侧视图；

图3示出了本发明重要部分的透视图；

图4示出了驱动装置的透视图，该图图解说明了该装置的操作；

图5示出了齿轮箱内部结构的透视图；

图6a和6b分别示出了齿轮箱纵向剖面和水平剖面的剖视图；

图7示出了一种双向离合器结构的剖面图；

图8示出了轮毂齿轮和输出齿轮的剖面图；

图9示出了婴儿车中所设置的根据本发明驱动装置的透视图；和

图10示出了轮椅中所设置的根据本发明驱动装置的透视图。

具体实施方式

对本发明的一个推荐实施例，结合附图在下面给予说明。

根据本发明的驱动装置如图1至10所示，其基本特征在于，驱动装置包括：前轮W1和后轮W2，分别设置在车体10的前部和后部；驱动齿轮20和被驱动车轮30，两个齿轮相互啮合，侧齿轮31与被驱动齿轮制成一体，这些齿轮均安装在齿轮箱B中；驱动元件40，每一驱动元件包括三个连杆41、42、43，用于通单向离合器C1使驱动齿轮20只在向前的方向旋转，驱动元件设置在车体10的两侧；齿轮50，与齿条42a啮合，该齿条构成第二连杆42，用于驱动元件40的交替操作；顶端齿轮60，与侧齿轮31啮合，通过轴承61设置在顶端管(headpipe)11的下部；中间齿轮70，通过单向离合器C2设置，中间齿轮设置在顶端齿轮下面；中继齿轮81，与中间齿轮70啮合，设置在驱动轴80的顶部，驱动轴穿过驾驶轴12的叉部13，并且安装在顶端管11内；输出齿轮82，设置在驱动轴的下部，用于传递力矩；轮毂齿轮90，与输出齿轮82啮合，设置在前轮W1的轮毂H上。

车体10构成均由根据本发明的驱动装置驱动的自行车、婴儿车或轮椅的骨架，该车体具有顶端管11，该顶端管设置在车体10的前部，其中，驾驶轴12可转动地安装在顶端管11内。设置在驾驶轴12下部的叉部13，与前轮W1的轮毂H可旋转地连接。

设置在顶端管11上的齿轮箱B，安装了驱动齿轮20、被驱动齿轮30和侧齿轮31。驱动齿轮20在齿轮箱B内，设置成可旋转地与被驱动齿轮30啮合，其中，侧齿轮31在被驱动齿轮的一侧与被驱动齿轮30制成一体。

驱动元件40各由三个连杆41、42和43构成，此驱动元件设置在车体10的两侧，用于通过齿轮50交替产生向上和向下的运动，以驱动齿轮20，从而使前轮W1只沿向前的方向行进，对此，将在下面进一步说明。

第一连杆41，在其相应的前部安装了单向离合器C1，此单向离合器与驱动齿轮20的轴21连接，每一第一连杆41的后端部制出长孔41a。

第二连杆42可在上、下引导元件44内侧上下运动，其中，每一第二连杆42的顶端，通过穿过长孔41a的销45，与各第一连杆41可旋转地连接。第二连杆的内侧与齿条42a制成一体，该齿条与齿轮50啮合。上、下引导元件44固定安装在车体10上，用于引导第二连杆42的垂直运动。

第三连杆43通过轴销46与车体10可旋转地连接，在第三连杆的前端制出长孔43a，销47插入并贯穿该孔，用于与第二连杆42的下端以可转动的方式连接。

上述单向离合器C1各包括：内轮1，压配在驱动齿轮20的轴21上；外轮2，压配在第一连杆41的前部，如图7所示，其中，每一滚针4与内轮1的外表面接触，该滚针装入在外轮2上制出的多个离合器槽3中。

此种单向离合器C1是众所周知的。当一个第一连杆41逆时钟方向转动，即在使前轮向前行进的方向转动，外轮2逆时钟方向转动，以推压插入外轮2的离合器槽2中的滚针4，使其进入离合器槽3的较窄空间而进入抑制状态，于是外轮2的力矩可传递至内轮1，以使驱动齿轮20逆时钟方向转动，如图4和5所示。反之，当第一连杆41沿时钟方向转动，即使前轮沿后退方向转动，滚针4运动至离合器槽3的扩展部而处于自由状态，结果，由外轮2传递的力矩中断以避免内轮转动。

齿轮50可旋转地安装在车体10上，如图3和4所示，该齿轮与设置在两侧第二连杆42上的齿条42a啮合，于是，齿轮50可使设置在一侧的第二连杆42向上运动，而使设置在另一侧的第二连杆42向下运动，在随后的循环中，第二连杆42的相反运动跟随一个循环，这两个循环重复进行，以使车连续前进。

因此，当第三连杆43被压向下，可绕轴销46转动的第三连杆43的前端，使二连杆42其中之一向上运动，因此使第一连杆41其中之一在使前轮W1前进的方向转动，即在本例中沿逆时钟方向转动，在此，通过单向离合器C1的作用，驱动齿轮20因此沿逆时钟方向转动。

但是，与此同时，在另一侧的驱动元件40，由于齿轮50的作用而被反向操作，使另一个第一连杆41沿时钟方向转动。不过，其对于驱动齿轮20的力矩传递，由于安装在第一连杆41上的单向离合器C1的缘故而被阻隔，不过，在下一个循环中该另一个驱动元件40的连杆43的后部被下压时，此单向离合器C1将力矩传递至驱动齿轮20以使前轮前进。因此，驱动齿轮20可以只在逆时钟方向被连续地驱动旋转，以使前轮W1向前行进，这是通过将一个第三连杆43的后部下压，然后将在此时间内已经上升的另一个第三连杆的后部下压，并在两侧重复交替进行下压作用实现的，其中，两个驱动元件40之可以交替操作，是通过中间齿轮50完成的。

于是，被驱动元件40输入的使驱动齿轮20逆时钟方向转动的旋转力距，被传递至被驱动齿轮30，现在被驱动齿轮沿时钟方向转动，并使与其制成一体的侧齿轮31也沿时钟方向转动。

顶端齿轮60，通过轴承61可旋转地安装在顶端管11下部外，如图6a所示，该齿轮与侧齿轮31啮合，在沿时钟方向旋转的侧齿轮31所传递力矩的作用下，沿图5中箭头所示方向旋转。

中间齿轮70，如图6a所示，通过单向离合器C2安装在顶端齿轮60下面，该中间齿轮在顶端齿轮60所传递力矩的作用下沿图5中箭头所示方向旋转。但是，在前轮W1向左和向右驱动之间转换方向过程中，如果中间齿轮70沿与箭头方向相反的方向旋转，借助于离合器C2，力矩并不传递至顶端齿轮60。

驱动轴80可旋转地设置成穿过叉部13的侧顶部，如图6a所示，在驱动轴的顶端设置了中继齿轮81，中继齿轮在中间齿轮70所传递力矩的作用下，可沿图5中箭头所示方向旋转。同时，安装在驱动轴80下端的输出齿轮82，沿图5中箭头所示方向旋转。

与上述类似，中继齿轮81的孔内也设置了单向离合器C3，虽然中继齿轮81在中间齿轮70所传递力矩的作用下，通常是沿图5中箭头所示方向旋转，如果由于前轮W1改变驾驶方向，中继齿轮81沿与箭头所示方向相反的方向转动时，此单向离合器用于防止力矩传递至中间齿轮70。

轮毂齿轮90安装在前轮W1的轮毂H上，与输出齿轮82啮合，通过接受从输出齿轮82所传递的力矩沿逆时钟方向旋转，即沿图5所示方向旋转，与此同时使前轮W1向前行进。

此外，由于轮毂齿轮90内孔也设置了单向离合器C4，轮毂齿轮90在输出齿轮82所传递的力矩作用下，沿箭头所示方向旋转，使前轮W1向前行进，但是由于设置了单向离合器C4，当前轮W1反向旋转时，力矩并不传递到输出齿轮82。

如上所述啮合齿轮传动系统中，驱动齿轮20、被驱动齿轮30、中间齿轮70和中继齿轮81为直齿轮，而侧齿轮31、顶端齿轮60、输出齿轮82和轮毂齿轮90为圆锥齿轮。需要指出，单向离合器C2、C3和C4与图7所示单向离合器C1的结构相同。

在如上所述根据本发明的往复式驱动装置结构中，在压下一个和另一个驱动元件40的期间，当驱动元件交替作用时，驱动齿轮20通过单向离合器C1的作用沿逆时钟方向旋转，驱动齿轮20将力矩传递至被驱动齿轮30，使其与侧齿轮31沿时钟方向旋转，侧齿轮31的力矩传递至顶端齿轮60，以将中间齿轮70沿图中箭头所示方向旋转，由于中间齿轮70的力矩传递给中继齿轮81，输出齿轮82沿箭头所示方向旋转，最后，输出齿轮82的力矩传递给轮毂齿轮90，以最终使前轮W1连续沿逆时钟方向转动，从而前轮可继续向前行进。

于是，根据本发明驱动装置的能量传递过程如下：第一连杆43是传动起始件，经过第二连杆42、第一连杆41、单向离合器C1、驱动齿轮20、被驱动齿轮30、侧齿轮31、顶端齿轮60、单向离合器C2、中间齿轮70、中继齿轮81、单向离合器C3、输出齿轮82、轮毂齿轮90、单向离合器C4，最终传递至前轮W1。

在行进中，由于前轮W1在向左和向右方向之间改变方向而使中继齿轮81在相反方向转动的情况下，顶端齿轮60和中间齿轮70反方向的力矩传递，如上所述，通过单向离合器C2和C3予以阻隔。因此，在行进过程中没有能量传递的干扰发生，允许平滑地改变行进方向，并避免齿轮干涉或损坏、磨耗或类似故障。

即使由于前轮W1向后运动而使轮毂齿轮90反向旋转，如上所述，由于在轮毂齿轮90中设置了单向离合器C4，可避免相应的反向力矩传递至输出齿轮82。

在图1至8中示出了本发明的一个实施例，其中，应用了根据本发明的驱动装置，其结构与操作如上所述，该实施例在车架10的上顶部设置了自行车座凳100，在驾驶轴12的顶部设置了手柄110，可交替下压的脚踏板120设置在两侧驱动元件40的后端部，其中，脚踏板120制成使其与使用者的双脚舒适地结合或解除结合。

传统的自行车设计成通过脚踏板转动360°驱动，因此对于包括使用者腿部在内的物理运动而言，是不符合人体工程学的，因此操纵脚踏板是不舒适的。此外存在另一个问题，当使用者的腿在向上方向蹬踏或向反方向蹬踏脚踏板时，由于没有驱动力行驶功率降低。但是，当将此新颖的驱动装置安装在自行车上时，驱动能量的产生，只需通过简单地在有限的转角范围，交替下压脚踏板以操纵两侧的驱动元件来实现，这样，首先可方便地进行驱动运动，此外，使用者的体重在下压脚踏板时，可用脚额外施加在脚踏板上，因此，增强的驱动力可用于获得更高的速度，或在必要时使能够或容易爬升陡的上坡路。

安装在车体中部的曲柄机构和从中部延伸至后部的链传动机构，这些传统自行车所需要的均可免去，使得既简化了车体的结构也减短了车体的长度。对于城市自行车而言，通过增加自行车车轮的直径可提高自行车行进速度，而且，如果需要，还可以减小车轮直径。特别地，通过前轮驱动，对于在山区或向上行驶中，给容易而舒适地操纵自行车会带来额外的优点。

图9示出了另一个实施例，其中，本发明的驱动装置设置在婴儿车上，座椅200设置在车体10的上部，驾驶叉210与叉部13在两侧连接，操纵杠杆220通过万象接头230与驾驶叉210的后部连接，操纵杠杆220与车体10可摆动地连接，在座椅200的后面，驾驶杆240设置成可垂直地摆动，并在其下端与操纵杠杆220的后端连接，两个驱动元件40均同时设置，在其后端设置了用于下压的脚踏板250，脚踏板向后突出于座椅200之后。

而传统的婴儿车所存在结构上的问题在于，由于其设计是基于从后面推车的假设，操作者不可能骑在车上，在设置了根据本发明驱动装置的婴儿车中，允许操作者骑在婴儿车上时依次使脚踏板往复运动。此外，当操作者骑在车上时，可容易地调整前轮的前进方向，这是通过操作驾驶杆240以致动操纵杠杆220、万象接头230和驾驶叉210实现的。

图10又示出了另一个实施例，其中，具有如上所述结构和操作方法的新颖驱动装置设置在轮椅上，其中，座椅300设置在车体10的后部，驾驶轮310设置在驾驶轴12的顶部，驱动元件40的第三连杆43通过钢丝绳320与第二连杆42连接，而第三连杆与座椅300的两侧可转动地连接，第三连杆43的下端制出曲线形表面330，而第三连杆43的上端分别设置了用于交替操作的驱动手柄340。

传统的轮椅不方便之处在于，使用者在以前的驱动之后，再次以重复的方式接触和转动轮子之前，必须将其双手放在车轮之外。当轮椅使用了此新颖的驱动装置时，可交替地操作两个手柄340使驱动元件40，通过钢丝绳320进行操纵，以驱动前轮W1，这样，使用者更方便地操纵轮椅，容易地通过操纵驾驶轮310调整前轮的行进方向。

尽管对于具体实施例对本发明进行了说明，应当理解，本发明并不局限于这些实施例，对本领域的技术人员而言，通过参考所公开的附图与说明，在本发明的精神范围内，根据具体情况可进行各种变更与替换，因此，这些更改或替换均不超出本发明的范围，本发明的范围应当只由所附权利要求所限定。

Claims

1.一种往复式驱动装置，该驱动装置包括：前轮和后轮(W1，W2)，分别设置在车体(10)的前部和后部；齿轮箱(B)，设置在车体(10)的顶管(11)上；驱动齿轮和被驱动齿轮(20，30)，彼此啮合，侧齿轮(31)与被驱动齿轮(30)制成一体，这些齿轮均安装在齿轮箱(B)内；驱动元件(40)，每一驱动元件包括三个连杆(41，42，43)，用于通过单向离合器(C1)只在前进方向使驱动齿轮(20)旋转，驱动元件设置在车体(10)的两侧；齿轮(50)与在第二连杆(42)上制出的齿条(42a)啮合，适用于交替操纵驱动元件(40)；顶端齿轮(60)，与侧齿轮(31)啮合，通过轴承(61)设置在顶管(11)的下部；中间齿轮(70)，通过单向离合器(C2)而设置在顶端齿轮(60)之下；中继齿轮(81)，与中间齿轮(70)啮合，设置在驱动轴(80)的顶部，驱动轴穿过驾驶轴(12)的叉部(13)，并且安装在顶管(11)上；输出齿轮(82)，设置在驱动轴(80)的下部，用于传递力矩；轮毂齿轮(90)，与输出齿轮(82)啮合，设置在前轮(W1)的轮毂(H)上。

2.如权利要求1所述的驱动装置，其中，中继齿轮(81)和轮毂齿轮(90)分别设置了内置式单向离合器(C3，C4)。

3.如权利要求1所述的驱动装置，其中，座凳(100)设置在车体(10)的后上部，手柄(110)设置在驾驶轴(12)的顶部，用于垂直往复交替操纵的脚踏板(120)，分别设置在两驱动元件(40)的后部。

4.如权利要求1所述的驱动装置，其中，座椅(200)设置在车体(10)的后上部，驾驶叉(210)在两侧与叉部(13)连接，操纵杠杆(220)通过万象接头(230)与驾驶叉(210)的后端连接，操纵杠杆(220)可摆动地连接在车体(10)上，在座椅(200)后面，设置了可垂直摆动的驾驶杆(240)，其下端与操纵杠杆(220)的后端连接，两驱动元件(40)的后端，设置了适用于下压的脚踏板(250)，脚踏板(250)向后突出于座椅(200)之后。

5.如权利要求1所述的驱动装置，其中，座椅(300)设置在车体(10)的后部，驾驶轮(310)设置在驾驶轴(12)的顶部，驱动元件(40)的第三连杆(43)通过钢丝绳(320)与第二连杆(42)连接，第三连杆可转动地设置在座椅(300)的两侧，第三连杆(43)的下端制出曲线形表面(330)，第三连杆(43)的上端分别设置了用于交替操作的驱动手柄(340)。