CN1280152C - 一种微型四轮车 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微型四轮车。该车的主体结构车架包括上表面或下表面为平面的上架及下架、主销定位连接装置和驱动轴安装装置，上架与下架相接，主销定位连接装置和驱动轴安装装置分别装在车架两端。该车架结构简单、集全车承载主体与装备基体于一身，装上四个车轮、驱动装置、转向装置、刹车装置及座椅等，可制成微型四轮自行车、微型四轮电动车、微型四轮机动车和微型四轮助动车。本发明小巧轻便、重心低、行驶稳定安全、乘坐舒适，适合不同年龄的人群使用，可作为城乡主要交通代步工具，及开发为具有多种用途的游乐车、健身车、旅游车、童车及残疾人车等。
Description
技术领域
本发明涉及一种四轮车，特别是一种微型四轮车。
背景技术
自1987年以来，中国已公开了80多项四轮自行车专利，但至今没有成功实施的案例和市场化的产品，原因是这些发明体积太大、车体笨重，在城乡难于推广，而且采用人力驱动也十分费力。目前市面所售的微型四轮电动车仅为残疾人在平整的路面上使用，这类四轮车因其车体重、重心高、离地间隙小、速度低而无法作为交通代步工具在城乡普遍推广。造成以上问题的原因主要是作为微型四轮车主体结构的车架在设计方面没有取得突破，普遍存在结构复杂、功能单一、零部件不易安装等问题。据检索，ZL98800333.3和ZL00236141.8作为最接近的对比文件，同样未能解决这一难题。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种结构简单、小巧轻便、在城乡可以作为交通代步工具及具有多种功能的微型四轮车。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：微型四轮车的主体结构车架包括上架、下架、主销定位连接装置和驱动轴安装装置，其中上架与下架的上表面或下表面中至少有一侧为平面，上架与下架相接，主销定位连接装置和驱动轴安装装置分别安装在车架的两端。
上述的上架或下架两端弯曲成圆弧或直线与对方固接，两者之间装有支撑杆或支撑平面。上架与下架由金属板材或碳素纤维制成，其断面可以采取一字形或槽形断面，也可以采取T形或矩形断面，一字形断面两侧可以加设加强条。主销定位连接装置由固定架、两块钢板和轴承组成，固定架装于下架前端或后端，两块钢板上下平行分别固接于下架及固定架上，钢板两端装有可安装主销的关节轴承。驱动轴安装装置由左、右摆臂、摆臂轴、左、右避震器、轴承和避震器轴组成。左、右摆臂一端装有轴承且分别与左、右避震器下端铰接，另一端与固装于下架的摆臂轴铰接，左、右避震器上端与固接于上架的避震器轴铰接。
下架中部横向装有用以安装脚蹬部件的中轴套管，上架与下架中部通过套管轴承装有可转动的方向盘杆套管，方向盘杆套管内装有可上下滑动的方向盘杆，方向盘杆通过定位螺丝可以固定在方向盘杆套管的适当位置上。上架后部设有安装槽，安装槽上装有座椅，座椅上的连接螺栓穿过安装槽与调节螺母配合使座椅可以固定在上架的适当位置上。
本发明的有益效果是：1.主体结构车架结构简单、功能突出、集全车承载主体和装配基体于一身。本发明的车架采用了与传统管式车架不同的一侧带平面结构及纵向垂直布局，这种改进使车架结构大大简化，而且牢固可靠，全车重量通过上、下车架及连接装置比较合理地分布在四个车轮上，带有平面的车架成为安装平台，全车主要部件包括车轮、驱动装置、转向装置、刹车装置、传动装置、座椅、货架等都可以直接或通过简单的连接件安装在车架上。
2.整车小巧轻便，可采用人力驱动的方式作为交通代步工具在城乡普遍推广。由于车架结构方面的改进并采用小轮径轮胎，使本发明可以大幅度降低重心、减轻车重及缩小全车体积。在优选实施方案中，座椅仅高55cm，全车体积为长175cm×宽50cm×高100cm，与普通24″自行车相当，采用金属车架制成的整车约重15-20kg，比自行车略重。采用前轮驱动、后轮转向的微型四轮车还可以做得更小更轻。这种小巧轻便的四轮自行车完全可以替代两轮自行车在城乡普遍推广。
3.行驶稳定安全、乘坐舒适，可开发为多种用途的功能车。本发明的四个车轮分布在车身四周及低重心结构，大大提高了行驶的稳定性和安全性；前后轮采用弹性悬架，在带靠背的座椅上采取半躺式驾驶，增加了乘坐的舒适性；可以调节的座椅和方向盘适合不同年龄的人群使用。以上功能使本发明不仅可以作为一般的交通代步工具，还可以开发为游乐车、健身车、旅游车、童车，装上电池、电动机或内燃机还可以成为电动车、机动车、助动车或残疾人车。
4.工艺简单、容易加工、成本较低。本发明的车架结构简单，可采用金属板材一次成型，不需要专用接头，焊接及定位也比较容易，因此加工成本相对较低。
附图说明
图1为本发明微型四轮车的主体结构车架一个实施例结构图
图2为本发明微型四轮车一个实施例效果图
图3为座椅安装结构图
图4为上、下架前圆弧后直线固接方式示意图
图5为上、下架前直线后圆弧固接方式示意图
图6为上、下架前、后圆弧固接方式示意图
图7为上、下架梯形固接方式示意图
图8为塑料车架主体结构示意图
图9为双横杆式主销定位连接装置结构示意图
图10为工字梁式主销定位连接装置结构示意图
图11为钢板式驱动轴安装装置结构示意图
图12为钢板弹簧式驱动轴安装装置结构示意图
图13为调节杆式驱动轴安装装置结构示意图
图14为图13的仰视图
图15为前后横向固定杆式驱动轴安装装置结构示意图
图16为上下横向固定杆式驱动轴安装装置结构示意图
图17为U字形叉式驱动轴安装装置结构示意图
图中：
上架1 下架2 主销定位连接装置3 驱动轴安装装置4支撑杆5 中轴套管6 方向盘杆套管7 座椅8 滑槽21安装槽22 横杆连接块23 中轴套管连接块24 方向盘杆套管连接块25 摆臂轴连接块26 避震器轴连接块27 固定架31上、下钢板32、32′ 轴承33 上下横杆311、311′ 工字梁或T字梁321 支架322 左、右摆臂41、41′ 摆臂轴42 左、右避震器43、43′ 轴承44 避震器轴45 左、右导向钢板411、411′导向钢板定位轴412 前、后横向固定轴421、421′ 左、右钢板弹簧422、422′ 吊耳423 吊耳销424 左、右钢板431、431′ 钢板固定轴432 负荷调节杆433 调节螺栓434 调节螺母435横向固定杆441、441′ 固定杆连接块442 U字型立叉451 U字型平叉452 两叉连接块453 连接平面52 套管轴承71、71′方向盘杆72 定位螺73 连接螺栓81 连接螺母82
具体实施方式
本发明的优选实施例：本实施例为微型四轮自行车，如图1所示，其主体结构车架包括上架1、下架2、主销定位连接装置3和驱动轴安装装置4。上架1及下架2的上表面为平面，上架1前端向下弯曲成圆弧、后端向下弯曲成直线与下架2固接，上架1与下架2之间装有3条支撑杆5。主销定位连接装置3和驱动轴安装装置4分别安装在车架的前端和后端。上架1与下架2由钢板制成，厚度为4毫米，宽度为80毫米，上、下架断面分别为一字形和槽形。这种一侧带平面且沿纵向垂直布局的车架是本发明的一大改进，因为相对于传统的管式车架来说，其结构更简单，不需要各种接头即可安装各种零部件，而且容易定位，连接也更牢固可靠。
本实施例的主销定位采用钢板式主销定位连接装置，该装置由固定架31、上、下钢板32、32′、轴承33组成。固定架31装于下架2前端，上、下钢板32、32′平行分别固接于下架2及固定架31上，上、下钢板32、32′两端装有可安装主销的关节轴承33。在安装时，上、下轴承中心线上端分别向车身后侧和内侧倾斜3.5°，以形成合适的主销后倾角和主销内倾角，满足转向轮定位的要求。前轮的安装可采用汽车转向轮的一般安装方法：带通孔的转向节臂与转向节相接，主销穿过转向节臂通孔与轴承33铰接，前轮装在转向节上。由于钢板带有弹性，所以本实施例可实现转向轮独立悬架。以上装置与下述的方向盘杆72、方向盘杆套管7连同转向传动机构组成转向装置。
本实施例采用摆臂式驱动轴安装装置。该装置装在车架后端，由左、右摆臂41、41′、摆臂轴42、左、右避震器43、43′、调心轴承44和避震器轴45组成。左、右摆臂41、41′一端装有调心轴承44且分别与左、右避震器43、43′下端铰接，另一端与固装于下架2的摆臂轴42铰接，左、右避震器43、43′上端与固接于上架1后端的避震器轴45铰接。左、右摆臂41、41′后端装有与轴承44同心的抱闸盒。驱动轴穿过调心轴承44，其中部与链轮相对部位装有飞轮，一端与一个后轮固接，另一端通过轴承与另一个后轮活接，以形成差速转动。飞轮与链轮之间可以安装自行车变速机构。两后轮的轴套上与抱闸盒对应部位装有抱闸盘，抱闸盒与抱闸盘连同其它部件组成刹车装置。
本实施例的下架2中部横向装有中轴套管6，中轴套管6用以安装普通的自行车脚蹬部件，使本发明实现人力驱动。脚蹬部件连同上述的飞轮、变速机构、驱动轴组成了本发明的驱动装置和传动装置。上架1与下架2中部通过套管轴承71、71′装有可转动的方向盘杆套管7。方向盘杆套管7下端向前倾斜与平面形成54°夹角(在其他实施例中，该夹角可在45°-70°之间选择)，管内装有可上下滑动的方向盘杆72，根据使用者的不同情况，通过定位螺丝73可将方向盘杆72固定在适当位置上。采用方向盘转向不仅提升了四轮车的档次，还可以大大增加驾驶乐趣。
如图3所示，上架1后部设有安装槽22，安装槽22上装有塑料制成的座椅8，座椅8上的连接螺栓81穿过安装槽22与连接螺母82配合，使座椅8可以前后调节并固定在适当位置。座椅8和方向盘杆72的配合调节，使本发明可以适合不同年龄的人群使用，并解决了随着儿童年龄增长需不断换车的问题。此外，车架后端可以设置货架，前端可以安装童椅，既充分利用了空间，又使其具有更多的功能。
如图2所示，以上述车架制成的整车配合采用前轮16″、后轮20″的小轮径车轮，使全车体积可以缩小至长175cm×宽50cm×高100cm，与普通24″自行车相当，整车约重15-20kg，比自行车略重。这种小巧轻便、乘坐安全舒适的微型四轮自行车完全可以替代两轮自行车在城乡普遍推广。
本发明作简单改进，还可制成前轮驱动、后轮转向的微型四轮车。改进时只需将主销定位连接装置3装在车架后端，驱动轴安装装置4装在车架前端即可。改进后的微型四轮车配上小轮径车轮，长度可以缩短到150-160cm，这种超微型四轮车加上采用塑料车架，会更适合儿童使用。
在本发明的下架2装上电池、电机或内燃机，还可以将其进一步改进为微型四轮电动车、微型四轮机动车或微型四轮助动车。这些微型四轮车不但可以用于代步，还可以广泛用于健身、游乐、旅游，送货或作为残疾人车使用。
除了以上所述的实施例以外，本发明的主体结构车架各组成部份的变化还可以形成多种实施方式：
(一)上架与下架
1、断面：上架1与下架2不仅可以采取槽形断面(参图9-图17，下架2为槽形断面)，而且可以采取一字形、T形或矩形断面，不管采取何种断面，其上表面或下表面都应带有平面，一字形断面两侧可以加设加强条。
2、连接方式与形状：上架1与下架2两端都可以弯曲成圆弧或直线与对方固接，但作为主梁的下架2多采取直线形，故一般采用上架1向下弯曲成圆弧或直线与下架2固接的形式，此外还可以采取两架之间以支撑平面连接的形式(附图未示出)。从加工难易考虑，第一种形式应为首选。该形式除了前述微型四轮自行车采用的如图4所示的前圆弧后直线式以外、还有如图5所示的前直线后圆弧式、图6所示的前后圆弧式、图7所示的梯形式等。各种形状的车架都有其特定的用途：前圆弧后直线式车架前端具有流线型美，车架较短、较轻，后端适合安装摆臂式驱动轴安装装置(如优选实施例所述)、以及钢板式、调节杆式或U字形叉式驱动轴安装装置，后部还有较大空间安装货架；前直线后圆弧式、前后圆弧式车架后端适合安装钢板弹簧式驱动轴安装装置；梯形式车架适合安装横向固定杆式驱动轴安装装置；前圆弧后直线式及前直线后圆弧式车架前端可以安装童椅。此外，为增加车架的强度，两架之间还装有1-5条支撑杆或支撑平面5(见图1)。
本发明的车架可用塑料制成。如图8所示，塑料车架的上架1、下架2之间通过纵向连接平面52以一次成型的方式实现整体式连接，主销定位连接装置3中的两条横杆311、311′、驱动轴安装装置4中的摆臂轴42和避震器轴45(或两条横向固定杆)、中轴套管6、方向盘杆套管7等部位可与车架一起整体预塑横杆连接块23、摆臂轴连接块26、避震器轴连接块27、中轴套管连接块24、方向盘杆套管连接块25并预留孔位，安装时只需将以上零件套入并固定即可。
3、材料：上架1与下架2可用碳素钢、合金钢、碳素纤维或塑料制成。金属板材车架的厚度约3-5毫米，宽度为40-120毫米，其优点是具有高强度、高刚度、成本低，但稍重。碳素纤维车架重量轻、高强度、高刚度，且有一定的弹性，但成本较高，适合开发高档车。塑料车架重量轻、可一次成型，但强度和钢度较差，适合制作低速童车，如制作成人用车，需增加厚度和宽度，并用支撑平面加固。
(二)主销定位连接装置
除了优选实施例中所采用的钢板式主销定位连接装置以外，还可以采用双横杆式和工字梁式主销定位连接装置。如图9所示，双横杆式主销定位连接装置由上、下横杆311、311′、固定架31和轴承33组成。固定架31装于下架2的前端或后端，上、下横杆311、311′平行分别固接于下架2及固定架31上，上、下横杆311、311′两端装有可安装主销的关节轴承33。
如图10所示，工字梁式主销定位连接装置由工字梁或T字梁321、轴承33、支架322组成，工字梁或T字梁321横向固装于下架2前端或后端，其两端装有滚珠轴承33，工字梁或T字梁321与下架2之间可以安装支架322，也可以不安装支架322。
主销定位连接装置3的安装必须满足这样的要求：上、下轴承中心线上端必须分别向车身后侧和内侧倾斜2°-8°，以形成合适的主销后倾角和主销内倾角。
(三)驱动轴安装装置
优选实施例采用了摆臂式驱动轴安装装置，除此之外还可以采用以下五种方式安装驱动轴：
1、钢板式驱动轴安装装置。如图11所示，该装置由左、右导向钢板411、411′，左、右避震器43、43′，轴承44、导向钢板定位轴412及避震器轴45组成。左、右导向钢板411、411′一端装有轴承44且分别与左、右避震器43、43′下端铰接，另一端与固装于下架2的导向钢板定位轴412固接，左、右避震器43、43′上端与固接于上架1的避震器轴45铰接。由于行走时驱动轴位置经常变化，所以轴承44应采用调心轴承。本例结构简单，钢板导向性好，实现非独立悬架，也是驱动轴安装装置的首选方案之一。
2、钢板弹簧式驱动轴安装装置。如12所示，该装置由前、后横向固定轴421、421′，左、右钢板弹簧422、422′，吊耳423，吊耳销424及轴承44组成。前、后横向固定轴421、421′分别固接于下架2及上架1，两端带卷耳的左、右钢板弹簧422、422′一端与前横向固定轴421铰接，另一端通过吊耳423和吊耳销424与后横向固定轴421′铰接，轴承44采用调心轴承并安装于钢板弹簧422、422′中部。本例采用了一般汽车后轮悬架方式，优点是导向性好，连接牢固可靠，缺点是结构稍复杂。
3、调节杆式驱动轴安装装置。如图13和图14所示，该装置由左、右钢板431、431′，钢板固定轴432、负荷调节杆433、调节螺栓434、调节螺母435及轴承44等组成。左、右钢板431、431′前端与固接于下架2的钢板固定轴432固接，后端装有轴承44(本例的轴承44也为调心轴承)，位于下架2下方的负荷调节杆433两端搭在左、右钢板431、431′上侧，负荷调节杆433上的调节螺栓434穿过下架2的滑槽21与调节螺母435配合。本例的钢板弹簧兼具导向和弹性悬架双重功能，负荷可因人调节，配合座椅和方向盘的调节，适合儿童在不同成长期使用。
4、横向固定杆式驱动轴安装装置。如图15所示，该装置由前后两根横向固定杆441、441′、固定杆连接块442及轴承44组成。两根横向固定杆441、441′分别水平横向固装于下架2且两端与固定杆连接块442固接，固定杆连接块442上装有轴承44。此外，如图16所示，上例中的两根横向固定杆还可以上下分别安装于上架1和下架2而形成另一种实施方式。以上两种方式在安装时，两根横向固定杆之间必须留有足够的空间用以安装飞轮、链条和变速机构。本例结构简单，定位良好，连接牢固可靠，但没有弹性悬架，乘坐舒适性较差。
5、U字形叉式驱动轴安装装置。如图17所示，该装置由U字型立叉451、U字型平叉452、两叉连接块453及轴承44组成。U字型立叉451与U字型平叉452开口端分别与两叉连接块453固接，另一端分别与上架1及下架2固接，两叉连接块453上装有轴承44(由于本例和上例的驱动轴位置相对固定，所以均采用滚珠轴承)。本例定位良好，连接牢固可靠，立叉与平叉可预制，但结构稍复杂，且没有弹性悬架，乘坐舒适性较差。
Claims (16)
1、一种微型四轮车车架，其特征是：所述的车架包括上表面或下表面为平面的上架(1)及下架(2)、主销定位连接装置(3)和驱动轴安装装置(4)，上架(1)与下架(2)相接，主销定位连接装置(3)和驱动轴安装装置(4)分别安装在车架的两端。
2、根据权利要求1所述的微型四轮车车架，其特征是：所述的上架(1)或下架(2)两端弯曲成圆弧或直线与对方固接，上架(1)与下架(2)之间装有支撑杆或支撑平面(5)。
3、根据权利要求2所述的微型四轮车车架，其特征是：所述的上架(1)与下架(2)由金属板材或炭素纤维制成，其断面可以采取一字形或槽形断面，也可以采取T形或矩形断面。
4、根据权利要求1所述的微型四轮车车架，其特征是：所述的上架(1)与下架(2)由塑料制成，上架(1)与下架(2)之间通过纵向连接平面(52)相接。
5、根据权利要求1所述的微型四轮车车架，其特征是：所述的主销定位连接装置(3)中设有固定架(31)，该固定架(31)装于下架(2)的前端或后端，上钢板(32)、下钢板(32’)平行且分别固接于下架(2)及固定架(31)上，上钢板(32)、下钢板(32’)两端装有可安装主销的轴承(33)。
6、根据权利要求1所述的微型四轮车车架，其特征是：所述的主销定位连接装置(3)中设有固定架(31)，该固定架(31)装于下架(2)的前端或后端，上横杆(311)、下横杆(311’)平行且分别固接于下架(2)及固定架(31)上，上横杆(311)、下横杆(311’)两端装有可安装主销的轴承(33)。
7、根据权利要求1所述的微型四轮车车架，其特征是：所述的主销定位连接装置(3)中的工字梁或T字梁(321)横向固装于下架(2)前端或后端，其上下两端装有轴承(33)，工字梁或T字梁(321)底侧与下架(2)之间装有支架(322)。
8、根据权利要求1所述的微型四轮车车架，其特征是：所述的驱动轴安装装置(4)中的左摆臂(41)和右摆臂(41’)一端装有轴承(44)且分别与左避震器(43)和右避震器(43’)下端铰接，另一端与固装于下架(2)的摆臂轴(42)铰接，左避震器(43)和右避震器(43’)上端与固接于上架(1)的避震器轴(45)铰接。
9、根据权利要求1所述的微型四轮车车架，其特征是：所述的驱动轴安装装置(4)中的左导向钢板(411)和右导向钢板(411’)一端装有轴承(44)且分别与左避震器(43)和右避震器(43’)下端铰接，另一端与固装于下架(2)的导向钢板定位轴(421)固接，左避震器(43)和右避震器(43’)上端与固接于上架(1)的避震器轴(45)铰接。
10、根据权利要求1所述的微型四轮车车架，其特征是：所述的驱动轴安装装置(4)中的前横向固定轴(421)和后横向固定轴(421’)分别固接于上架(1)和下架(2)，两端带卷耳的左钢板弹簧(422)和右钢板弹簧(422’)一端与前横向固定轴(421)铰接，另一端通过吊耳(423)和吊耳销(424)与后横向固定轴(421’)铰接，轴承(44)安装于左钢板弹簧(422)和右钢板弹簧(422’)中部。
11、根据权利要求1所述的微型四轮车车架，其特征是：所述的驱动轴安装装置(4)中的左钢板(431)和右钢板(431’)前端与固装于下架(2)的钢板固定轴(432)固接，后端装有轴承(44)，位于下架(2)下方的负荷调节杆(433)两端搭在左钢板(431)和右钢板(431’)上侧，负荷调节杆(433)上的调节螺栓(434)穿过下架(2)的滑槽(21)与调节螺母(435)配合。
12、根据权利要求1所述的微型四轮车车架，其特征是：所述的驱动轴安装装置(4)中的两根横向固定杆(441、441’)水平横向固装于下架(2)，或上下横向固装于上架(1)和下架(2)，且固定杆(441、441’)两端与固定杆连接块(442)固接，固定杆连接块(442)上装有轴承(44)。
13、根据权利要求1所述的微型四轮车车架，其特征是：所述的驱动轴安装装置(4)中的U字型立叉(451)与U字型平叉(452)开口端分别与两叉连接块(453)固接，另一端分别与上架(1)及下架(2)固接，两叉连接块(453)上装有轴承(44)。
14、根据权利要求1所述的微型四轮车车架，其特征是：所述的下架(2)中部横向装有中轴套管(6)。
15、根据权利要求1所述的微型四轮车车架，其特征是：所述的上架(1)与下架(2)中部通过套管轴承(71、71’)装有可转动的方向盘杆套管(7)。
16、根据权利要求1所述的微型四轮车车架，其特征是：所述的上架(1)后部设有座椅安装槽(22)。
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