CN1385334A - 步行倍速器 - Google Patents

Abstract

步行倍速器包括小型车架和传动、转向、刹车机构;传动机构包括带前高后低托架的传力带、滚轴、轴端轮和副轮。人可在传力带上自然行走,传力带将人的重力之下滑分力自动转变为前滚轴的转动力矩,并经轴端轮和副轮传递到车轮上,使车体加速前进。这种特殊构造使驱车人不必学习自然行走之外的任何技能,不必作出特殊施力动作就能大幅度提高步行的速度,并且应用范围可以扩大到能步行的所有人,包括能行走的儿童、老年人和体弱多病者。

Description

步行倍速器

本发明涉及一种无轨陆用车辆，具体地说涉及一种轮式脚踏车。

轮式脚踏车一般包括支地轮、车架和传动装置。中国实用新型说明书CN-2270010Y和CN-2300571Y分别公开了一种四轮脚踏车和四轮驱动自行车。它们都能把人的驱动力经过传动装置逐级传递到与地面接触的支地轮上，从而使整个车体与人一起同时向前运动。

这类装置的缺点是：使用时它们改变了人自然行走的姿势，人体传递驱动力的双脚受到空间位置上的束缚，驱动时双脚之间还需要互相配合，需要作出特殊施力动作并要求具有额外的技能或体力条件才能使用，因而应用范围也受到限制。

本发明的目的是提供一种人在自然行走的过程中自然地产生驱动力加速前进的步行加速工具。

为实现本发明的目的，作为一种轮式脚踏车的步行倍速器，包括支地轮、车架和传动装置，但传动装置与现有的传动装置不同，它由环形传力带、前滚轴及其左右两个轴端轮、前端两个支地轮对应的两个副轮以及后滚轴组成，它们之间的连接方式为：环形传力带的前后两端分别环绕前滚轴和低于并平行于前滚轴的后滚轴，并受之支撑，后滚轴安装在车架后端，前滚轴的左右两端分别与两个轴端轮相连，两个副轮分别与车体前部的两个支地轮共轴连接，该两副轮又分别与上述两个轴端轮外接，在前滚轴与轴端轮之间，或者副轮与前支地轮之间，设置有单向传动机构，也可以都设置单向传动机构，传动方向均为传力带上方向后运动时能把转动力矩传递给两个前端支地轮，反之则不传递转动力矩，设置单向运动机构的目的是在传力带停止运动时，车体仍然能依靠惯性向前运动，单向运动机构可以按棘轮机构或离合机构等原理设计。

轴端轮和副轮外接的方式有多种，例如齿轮啮合、摩擦接触等，因此轴端轮和副轮可以都是齿轮，轴端轮轮缘和副轮的轮缘也可以同时嵌有橡胶，以增大轴端轮和副轮之间的传递功率。

支地轮的轴、前滚轴及其轴端轮的轴以及后滚轴的轴由车架连接在一起，车架上还可以设置传力带托架、后垫板、扶手、方向控制机构与刹车机构。

传力带托架设置在传力带环内、前滚轴与后滚轴之间。托架的形式有多种，例如弧形板、多块平面板、多个滚轴或者是它们的组合。由于前滚轴高于后滚轴，传力带及其托架前高后低，因而人在传力带上行走时能够自然地产生下滑分力，带动传力带上侧向后运动。后垫板设置在传力带后方的尾部车架上，其目的是阻止人滑下车体后方，并且在车体自由滑行时便于站立，还可用于慢速行走时在换脚的间隙让传力带及前、后滚轴按惯性继续运动。

为增大传力带与前滚轴之间的传递功率，在环形传力带左右两端可以嵌链条，在前滚轴和后滚轴的相应部位设置链轮；也可以采用同步齿形带作为环形传力带，齿条在内侧，同时在前滚轴和后滚轴的相应部位设置同步齿槽。

在本发明正常使用情况下，车体运动速度与人相对于传力带的行走速度之比为 $K=\frac{r_2{r}_4}{r_1{r}_3}$ 式中r₁为前滚轴的半径，r₂为轴端轮的半径，r₃为副轮的半径，r₄为前支地轮的半径，k为倍速比。

为使本发明具备克服车轮与水平地面之间的滚动阻力的能力，传力带脚踏部位所在切面与水平地面的锐角θ应满足下式： $\sin \mathrm{\θ}\≥f\·\frac{r_2{r}_4}{r_1{r}_3}\·\frac{P+W}{P}$ 或

                           sinθ≥fk(1+W/P)式中f为支地轮与地面之间的滚动阻力系数，P为驱车人的重量，W为车体重量。

本发明传动装置各部件之间以及它们与支地轮和车架之间的尺寸关系和位置关系，应满足该公式的要求。在不计车内各种阻力的情况下，驱车时该结构能使车体在水平路面运行，并且使车速达到步行速度的k倍。为使车体能够爬坡并克服车内各种阻力，θ值宜适当增大，以便达到实用要求。

本发明使用环形传力带承接两脚的作用力，人在传力带上行走时，下滑分力使传力带上侧向后运动，带动前滚轴及其轴端轮同向转动，轴端轮又通过副轮将转动力矩分别反向传递到前方支地轮上，从而驱车前行。

由于采用上述技术方案，人可以在传力带上自然地行走，传力带将人的重力之下滑分力自动地转变为前滚轴的转动力矩，经轴端轮和副轮传递到前支地轮上，使人和车体加速前进。显然驱车人不必学习自然行走之外的任何技能，不必作出特殊施力动作就能使车前进，增强了自然、舒适的感觉，并且应用范围可以扩大到能步行的所有人，包括能行走的儿童、老年人和体弱多病者。通过结构上的合理设计，它还能大幅提高步行的速度。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是该发明的立体图；

图2是该发明的后视图；

图3是该发明的侧视图；

图4是该发明的俯视图。

环形传力带1环绕前滚轴2和后滚轴3，并受之支撑。

前滚轴2的左右两端分别与两个齿轮4、5连接，连接处设置有棘轮单向传动机构，人在传力带上行走时，下滑分力使传力带上侧向后运动，带动前滚轴2及其相连齿轮4、5同向转动，但传力带1及前滚轴2反向运动时，转动力矩不向齿轮4、5传送；车体前部还设计有两个连接在同一轴6上的支地轮7、8，该两支地轮的内侧分别连接着共轴齿轮9、10，该两齿轮又分别与上述两个齿轮4、5啮合，并处于下方，既分别承担上方齿轮4、5的压力，又将它们的转动力矩分别反向传递到与之相连的前方支地轮7、8上。

前方支地轮7、8的轴6，后方支地轮19、20的轴21、22，前滚轴2的轴11与后滚轴3的轴12连接在一起形成车架14，车架上还设置有扶手15、传力带托架16、后垫板23、方向控制支架17、方向控制台13与刹车机构18。前滚轴2高于后滚轴3，从而使传力带1及其托架16前高后低。

车架尾梁24的左右两端分别与后端的两个支地轮19、20的轴21、22垂直铰连接(只能在水平方向活动)，轴21、22之间由梯形拉杆25固定连接，该拉杆25又与方向传递杆26双向杠杆连接，承受左右推力，用以改变后支地轮19、20的方向。方向传递杆26铰支在方向控制支架17上，另一端又与方向操纵杆27双向杠杆连接，传递左右推力，方向操纵杆27铰支在方向控制台13上，它可以在水平面内活动，用以操纵方向。方向控制支架17附近还设置有刹车机构18，用以控制后端的两个支地轮19、20减速。

使用时，环形传力带承接两脚的作用力，人在传力带上行走，下滑分力使传力带上侧向后运动，带动前滚轴及其轴端轮同向转动，轴端轮又通过副轮将转动力矩分别反向传递到前方支地轮上，从而驱车前行。

Claims (7)

1、作为一种轮式脚踏车的步行倍速器，包括支地轮(7、8、19、20)、车架(14)和传动装置，其特征是：传动装置由环形传力带(1)、前滚轴(2)及其左右两个轴端轮(4、5)、前端两个支地轮(7、8)对应的两个副轮(9、10)以及后滚轴(3)组成，它们之间的连接方式为：环形传力带(1)的前后两端分别环绕前滚轴(2)和低于并平行于前滚轴(2)的后滚轴(3)，并受之支撑，后滚轴(3)安装在车架(14)的后端，前滚轴(2)的左右两端分别与两个轴端轮(4、5)相连，两个副轮(9、10)分别与车体前部的两个支地轮(7、8)共轴连接，该两副轮(9、10)又分别与上述两个轴端轮(4、5)外接，在前滚轴(2)与轴端轮(4、5)之间，或者在副轮(9、10)与前支地轮(7、8)之间，至少有一处设置单向传动机构，传动方向为传力带(1)上方向后运动时能把转动力矩传给两个前端支地轮(7、8)，反之则不传递转动力矩。

2、根据权利要求1所述的步行倍速器，其特征是轴端轮(4、5)和副轮(9、10)都是齿轮。

3、据权利要求1所述的步行倍速器，其特征是轴端轮(4、5)的轮缘和副轮(9、10)的轮缘都嵌有橡胶。

4、据权利要求1所述的步行倍速器，其特征是环形传力带(1)左右两端嵌有链条，前滚轴(2)和后滚轴(3)的相应部位设置有链轮。

5、据权利要求1所述的步行倍速器，其特征是环形传力带(1)是同步齿形带，齿条在内侧，前滚轴(2)和后滚轴(3)的相应部位设置有同步齿槽。

6、根据权利要求1、2、3、4或5所述的步行倍速器，其特征是环形传力带(1)环内、前滚轴(2)与后滚轴(3)之间设置有传力带托架(16)。

7、根据权利要求6所述的步行倍速器，其特征是传力带(1)任意一个脚踏处的切面与水平地面的锐角θ满足公式： $\sin \mathrm{\θ}\≥f\·\frac{r_2{r}_4}{r_1{r}_3}\·\frac{P+W}{P},$ 式中r₁为前滚轴的半径，r₂为轴端轮的半径，r₃为副轮的半径，r₄为前支地轮的半径，f为支地轮与地面之间的滚动阻力系数，P为驱车人的重量，W为车体重量。

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