CN201380931Y - 驱动条驱动的自行车 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及自行车的驱动技术，特别是采用驱动条驱动的自行车。其驱动轮连接有棘轮，该棘轮与直线形或弧线形的驱动条啮合，所述的直线形驱动条是中间嵌入等距离滚柱的直线金属条，所述的弧线形驱动条是中间嵌入等距离滚柱的弧线金属条。它主要解决传统自行车驱动效率低的技术问题，它驱动效率高，手臂或腿部用力能最大限度地转化为驱动自行车前进的力矩。

Description

驱动条驱动的自行车

技术领域

本实用新型涉及自行车的驱动技术，特别是采用驱动条驱动的自行车。

背景技术

传统自行车采用踏板曲柄链轮链条系统驱动后轮。

请看图1，图1是踏板受力分析示意图，图中A是踏板，B是曲柄，C是链轮，踏板A作圆周运动时半径与垂线之间夹角为θ角。踏板A作圆周运动时，踏板A受到来自人腿的向下作用力F，F被分解为沿圆周切线方向的切向F₁和沿圆周法线方向指向轴心的法向力F₂。切向力F₁形成了驱动自行车前进的力矩，法向力F₂因方向指向轴心无法形成力矩而被浪费了。θ角从0到π区间人腿力做功，切向力F₁驱动自行车前进，θ角从π到2π区间是回程人腿力不做功。在0到π区间自行车依靠人左右腿交替发力做功，其切向力F₁驱动车轮前进。

当θ角在从0变化到π时求F₁的平均值F₁：

从图1可知：

F₁＝FSinθ

${\stackrel{\‾}{F}}_1=\frac{F}{b-a}\underset{a}{\overset{b}{\∫}}\mathrm{Sin\θd\θ}=\frac{F}{\mathrm{\π}-0}\underset{0}{\overset{\mathrm{\π}}{\∫}}\mathrm{Sin\θd\θ}$

${\stackrel{\‾}{F}}_1=\frac{F}{\mathrm{\π}}(-\mathrm{COS\θ}{|}_0^{\mathrm{\π}})=\frac{F}{\mathrm{\π}}[-(-1-1)]$

${\stackrel{\‾}{F}}_1=\frac{2}{\mathrm{\π}}F\≅0.637F$

从上式可知来自人腿的作用力平均只有63.7％形成驱动自行车前进的力矩，36.3％被浪费了。采用踏板曲柄链轮驱动方式的自行车驱动效率是63.7％。

传统自行车的前轮只用于控制自行车的前进方向，前轮对自行车的前进没有贡献。骑车人手臂控制前轮时必须承担上半身体重，时间长了手臂肌肉僵化疲劳，感觉很累，手臂化了很多力气但是做的是无用功。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供了驱动条驱动的自行车，主要解决传统自行车驱动效率低的技术问题，它驱动效率高，手臂或腿部用力能最大限度地转化为驱动自行车前进的力矩。

为实现上述目的，本实用新型是这样实现的：

一种驱动条驱动的自行车，其特征在于：其驱动轮连接有棘轮，该棘轮与直线形或弧线形的驱动条啮合，所述的直线形驱动条是中间嵌入等距离滚柱的直线金属条，所述的弧线形驱动条是中间嵌入等距离滚柱的弧线金属条。

所述驱动条驱动的自行车，其特征在于：直线形驱动条驱动装置有左右2套，分别固定在轮叉的左右侧；它由手把，直线形驱动条外壳，弹簧，与手把连接的连杆，与连杆连接的直线形驱动条和棘轮组成；该直线形驱动条位于驱动条外壳中，直线形驱动条外壳上半部外侧向下开有一条纵向口子，该直线形驱动条与同侧的棘轮啮合。

所述驱动条驱动的自行车，其特征在于：该直线形驱动条位于直线形驱动条外壳下半部，直线形驱动条外壳上半部外侧有长条口，直线形驱动条外壳下端是开口的。

所述驱动条驱动的自行车，其特征在于：直线形驱动条驱动装置的手把通过连杆和直线形驱动条的上端连在一起，连杆外围有弹簧。

所述驱动条驱动的自行车，其特征在于：弧线形驱动条驱动装置有左右2套，分别固定在轮叉的左右侧；它包括曲柄轴、棘轮、弧线形驱动条外壳、弧线形驱动条、曲柄其一端是曲柄轴另一端是踏板；该弧线形驱动条外壳和弧线形驱动条是弧形的；弧线形驱动条外壳下部侧面开有弧线口，弧线形驱动条通过该弧线口连接于曲柄中端；该弧线形驱动条与同侧的棘轮啮合。

所述驱动条驱动的自行车，其特征在于：曲柄轴内部有弹簧。

所述驱动条驱动的自行车，其特征在于：左右曲柄通过钢丝连接，钢丝穿过固定在车架上的滑轮。

藉由上述实用新型方法和结构：在齿条直接驱动车轮的2轮驱动自行车中，手臂不再支撑上半身，前管上的支架支撑了骑车人的上半身，骑车人手握前轮驱动条驱动装置手把，控制自行车前进方向。

骑车人向下推动手把，弹簧被压缩，连杆推动前轮驱动条向下运动，直接驱动前轮棘轮和前轮转动。人脚向下蹬踏板，曲柄拉动后轮驱动条向下弧线运动，直接驱动后轮棘轮和后轮。

附图说明

图1是传统自行车踏板受力分析示意图。

图2是本实用新型的首选实施例2轮驱动自行车正视图。

图3是本实用新型的首选实施例2轮驱动自行车俯视图。

图4是本实用新型的首选实施例2轮驱动自行车前轮驱动条驱动装置正视图。

图5是本实用新型的首选实施例2轮驱动自行车前轮驱动条和前轮棘轮示意图。

图6是本实用新型的首选实施例2轮驱动自行车后轮驱动条驱动装置正视图。

图7是本实用新型的首选实施例2轮驱动自行车后轮驱动条和后轮棘轮示意图。

具体实施方式

本实用新型的首选实施例完全取消了传统自行车的链轮链条驱动系统，结构十分简单。本实用新型的首选实施例是这样实现的：

一种2轮驱动自行车，其特征在于：自行车前管上方有支架，当骑车人的肩部压在支架上时，前叉转动支架不随之转动，仍与车架保持垂直。

一种2轮驱动自行车，其特征在于：它包括通过前轮驱动条与前轮棘轮啮合，用直线运动的前轮驱动条直接驱动的前轮棘轮和前轮。还包括通过后轮驱动条与后轮棘轮啮合，用弧线运动的后轮弧形驱动条直接驱动的后轮棘轮和后轮。所述的前轮驱动条是中间嵌入等距离滚柱的直线金属条，所述的后轮驱动条是中间嵌入等距离滚柱的弧线金属条。所述的棘轮，即俗称“飞轮”的自行车零件，由于是众所周知的自行车零件，这里不再描述其原理或内部结构。

所述的2轮驱动自行车，其特征在于：手握前轮驱动条驱动装置的手把控制自行车前进方向，并通过手把推动前轮驱动条向下运动直接驱动前轮棘轮和前轮。

所述的2轮驱动自行车，其特征在于：该前轮驱动条位于前轮齿条外壳下半部，前轮驱动条外壳上半部外侧有长条口，前轮驱动条外壳下端是开口的。

所述的2轮驱动自行车，其特征在于：前轮驱动条驱动装置的手把通过连杆和前轮驱动条的上端连在一起，连杆外围有弹簧。

所述的2轮驱动自行车，其特征在于：前轮驱动条依靠手臂收缩，弹簧弹力复位。

所述的2轮驱动自行车，其特征在于：后轮驱动条连接在曲柄中部，曲柄的一端有曲柄轴，曲柄轴固定在车架后端，曲柄的另一端是踏板。

所述的2轮驱动自行车，其特征在于：后轮驱动条是弧形的，后轮驱动条与后轮棘轮啮合。

所述的2轮驱动自行车，其特征在于：踏板向下运动，曲柄进行以曲柄轴为圆心的转动，曲柄拉动后轮驱动条向下弧线运动，后轮驱动条直接驱动后轮棘轮和后轮。

所述的2轮驱动自行车，其特征在于：该后轮弧形驱动条设置在下部开有弧形口的弧形驱动条外壳中。

所述的2轮驱动自行车，其特征在于：后轮驱动条依靠弹簧弹力或者能与踏板扣在一起的鞋子或者钢丝牵拉复位。

本实用新型的首选实施例2轮驱动自行车前轮和后轮都采用驱动条驱动装置，车头有支架用于支撑骑车人肩部，承担上半身体重。骑车人手臂可用于推动前轮的驱动条驱动装置，驱动前轮转动。

本实用新型的首选实施例2轮驱动自行车的结构正视示意图见图2。图中1是支架，2是前轮驱动条驱动装置，3是前叉，4前轮，5是前轮棘轮，6是车座，7是车架，8是后轮驱动条驱动装置，9是后轮，10是后轮棘轮，11是曲柄轴，12是曲柄，13是踏板。

本实用新型的首选实施例2轮驱动自行车的结构俯视示意图见图3。图中1是支架，2是前轮驱动条驱动装置，3是前叉，4前轮，11是曲柄轴，9是后轮，12是曲柄，6是车座，13是踏板，7是车架。

支架1位于传统自行车前管上方，如果骑车人的肩部压在支架1上，支架1与车架7保持垂直，不会随前叉3转动。如果骑车人的肩部没有压在支架1上，支架1仍可以带动前叉3转动。其工作原理如下：传统自行车竖管下方有摩擦块，竖管和摩擦块位于前叉的竖管内，竖管顶部的螺栓拧紧后，竖管下方摩擦块和前叉的竖管之间摩擦力增大，竖管和手把就和前叉一起转动。本实用新型中支架1的竖管下方也有摩擦块，该摩擦块选择摩擦系数较低的材料制造，同时支架1的竖管上方的螺栓中度拧紧。支架1竖管的摩擦块、螺栓，其形状与传统自行车竖管的摩擦块、螺栓是一样的，所以不另外用图表示。

如果骑车人的肩部压在支架1上，当前叉3转动时，支架1的竖管与前叉3的竖管之间的摩擦力小于骑车人肩部与支架1之间的摩擦力，在这种情况下，支架1与车架7保持垂直，不会随前叉3转动。如果骑车人的肩部没有压在支架1上，在支架1转动时，支架1竖管与前叉3的竖管之间的摩擦力足够带动前叉转动。

支架1外包柔软材料，用于支撑骑车人肩、胸部，2轮驱动自行车骑车人上半身被支架1支撑，手臂不再费力于支撑人体，用于驱动前轮4以获得更快的前进速度，手臂、双手在驱动前轮4前进同时，手把14的转动带动前叉3和前轮4的转动，控制着自行车前进方向。当前叉3转动时，如果骑车人的肩部压在支架1上，支架1仍然保持与车架7垂直不会随前叉3转动。

在人步行推动本实用新型的首选实施例2轮驱动自行车时，手握住支架1，支架1受到的压力很小，支架1的竖管与前叉3的竖管之间的摩擦力足够带动前叉3转动同时带动前轮4转弯。

本实用新型的首选实施例2轮驱动自行车前轮驱动条驱动装置2有左右2套，分别固定在前叉3的左右侧。图4表示了右侧前轮驱动条驱动装置2的结构，14是前轮驱动条驱动装置2的手把，15是前轮驱动条外壳，16是弹簧，17是连杆，18是前轮驱动条，5是前轮棘轮。图5是本实用新型的首选实施例2轮驱动自行车前轮驱动条和前轮棘轮示意图。前轮驱动条是中间嵌入等距离滚柱的直线金属条，滚柱之间的距离等于前轮棘轮的齿距。前轮驱动条与前轮棘轮啮合，前轮驱动条向下运动就直接驱动前轮棘轮和前轮。

前轮驱动条外壳15上部外侧向下开有一条纵向口子，以便手把14可以向下运动。前轮驱动条18可以灵活地在驱动条外壳15内运动。手把14与连杆17上端连接，连杆17下端连接前轮齿条18。平时手把14受到弹簧16的弹力位于驱动条外壳15上端，当要驱动前轮时，握住手把14向下发力，手把14带动连杆17推动前轮驱动条18向下运动，前轮驱动条18直接驱动前轮棘轮5和前轮4转动。前驱动齿条18依靠手臂收缩复位，弹簧16的弹力帮助复位。驱动前轮4时，手把14如果转动，前叉3和前轮4同步转动，骑车人通过手把14随时控制着自行车前进的方向。

本实用新型的首选实施例2轮驱动自行车的后轮驱动条驱动装置8有左右2套，分别固定在后叉的左右侧。右侧后轮驱动条驱动装置8结构见图6，11是曲柄轴，10是后轮棘轮，19是后轮驱动条外壳，20是后轮驱动条，12是曲柄，13是踏板。图7是本实用新型的首选实施例2轮驱动自行车后轮驱动条和后轮棘轮示意图。后轮驱动条是中间嵌入等距离滚柱的弧线金属条，滚柱之间的距离等于后轮棘轮的齿距。后轮驱动条与后轮棘轮啮合，后轮驱动条向下弧线运动就直接驱动后轮棘轮和后轮。

后轮驱动条20是弧形的，后轮驱动条外壳19也是弧形的，后轮驱动条20可以灵活地在后轮驱动条外壳19内运动。后轮驱动条外壳19下部侧面开有弧线口，以便曲柄12向下运动。后轮驱动条20的下端固定在曲柄12中部，踏板13固定在曲柄12右端。骑车人腿部用力，脚睬踏板13，踏板13带动曲柄12进行以曲柄轴11为圆心的转动，曲柄12拉动后轮驱动条20进行以曲柄轴11为圆心的向下弧线运动，后轮驱动条20直接驱动后轮棘轮10和后轮9转动。

后轮驱动条20运动到后轮齿条外壳19下端不能向下运动，后轮驱动条外壳19对曲柄12和踏板13有限位作用。

曲柄轴11内部有弹簧，弹簧使曲柄11回到起始位置，同时带动后轮驱动条20复位。骑车人还可以用能与踏板13扣在一起的鞋子，当脚向上运动带动曲柄11和后轮驱动条20复位。另外，还可用横跨滑轮(滑轮固定在车架上)的钢丝将左右踏板连接起来，左脚向下踩左踏板，钢丝会带动右踏板向上运动使后轮齿条20复位。上述内容容易理解，不另外用图表示。

本实用新型的首选实施例2轮驱动自行车采用的前轮驱动条驱动装置中，前轮驱动条沿前轮棘轮切线方向向下运动，直接驱动前轮转动前进，臂力可以100％形成驱动前轮转动的力矩。

本实用新型的首选实施例2轮驱动自行车采用的后轮驱动条驱动装置中。曲柄进行以曲柄轴为圆心的转动，后轮驱动条沿后轮棘轮切线方向向下弧线运动，直接驱动后轮转动前进。曲柄转动的角度是θ，如果θ等于30度(π/6)从理论可以计算出：

F₁＝FSinθ

${\stackrel{\‾}{F}}_1=\frac{F}{b-a}\underset{a}{\overset{b}{\∫}}\mathrm{Sin\θd\θ}=\frac{F}{\frac{\mathrm{\π}}{6}}\underset{\frac{\mathrm{\π}}{2}}{\overset{\frac{\mathrm{\π}}{2}+\frac{\mathrm{\π}}{6}}{\∫}}\mathrm{Sin\θd\θ}$

${\stackrel{\‾}{F}}_1=\frac{F}{\frac{\mathrm{\π}}{6}}(-\mathrm{COS\θ}{|}_{\frac{\mathrm{\π}}{2}}^{\frac{\mathrm{\π}}{2}+\frac{\mathrm{\π}}{6}})=\frac{6F}{\mathrm{\π}}[-(-\frac{1}{2}-0)]$

${\stackrel{\‾}{F}}_1=\frac{3}{\mathrm{\π}}F\≅0.955F$

本实用新型的首选实施例2轮驱动自行车骑车人的腿力可以95.5％形成驱动后轮转动的力矩。

本实用新型的首选实施例驱动条直接驱动的2轮驱动自行车的机械效率高于传统的踏板曲柄链轮链条驱动的2轮驱动自行车。取消了传统自行车的链轮链条驱动系统，结构很简单。

与传统2轮驱动自行车比较，本实用新型的首选实施例2轮驱动自行车，有如下有益效果：

本实用新型的首选实施例2轮驱动自行车，骑车人上半身体重由车头支架承担。骑车人手臂力量避免了无用的消耗，转而用于驱动前轮。

在消耗相同体力情况下，本实用新型的首选实施例2轮驱动自行车的速度快于传统自行车；在以相同速度前进情况下，骑本实用新型的首选实施例2轮驱动自行车比骑传统自行车省力。

本实用新型的首选实施例2轮驱动自行车前轮和后轮都是主动轮，传统自行车前轮是被动轮，后轮是主动轮，2轮驱动自行车比传统自行车上坡能力强。

本实用新型的首选实施例2轮驱动自行车，骑车人以俯卧姿势“躺”于自行车上，手臂控制方向兼驱动前轮，腿驱动后轮，既分工又合作，符合人体工学。

本实用新型的首选实施例2轮驱动自行车，骑车人四肢发力驱动自行车前进时，可以产生许多种动作姿势的组合。传统自行车只能有单一动作姿势。

本实用新型的首选实施例2轮驱动自行车，骑车人手臂象腿部一样有节奏地伸展收缩，人的臂部、胸部、背部、腰部、腿部肌肉群可得到均衡锻炼。

本实用新型第二实施例提供了一种驱动条直接驱动后轮自行车，其特征在于：前轮与传统自行车完全一样，自行车前管上方是与传统自行车完全一样的手把。

所述的驱动条直接驱动后轮自行车，其特征在于：其后轮驱动装置与本实用新型首选实施例的后轮驱动装置完全一样，具有它的的全部特征。

本实用新型第三实施例为：前轮采用本实用新型首选实施例的前轮驱动条驱动装置2，用支架1支撑骑车人的上半身，后轮采用传统自行车的踏板曲柄链轮链条驱动系统。本实用新型第四实施例为：前轮采用不同于本实用新型首选实施例前轮驱动条驱动装置2的其他驱动装置，后轮采用本实用新型的首选实施例后轮驱动条驱动装置8。

前轮齿条驱动装置2在本实用新型的首选实施例中用于驱动前轮，但在本实用新型的其他实施例中并不局限于驱动前轮。

后轮齿条驱动装置8在本实用新型的首选实施例中用于驱动后轮，但在本实用新型的其他实施例中并不局限于驱动后轮。

本实用新型的第二、第三、第四实施例和其他实施例容易理解，不另外用图表示驱动条直接驱动车轮的车辆，例如上述驱动条直接驱动车轮的自行车的各个实施例的驱动效率高，所以骑行省力，前进速度快，娱乐性增强，健身效果更好。又因为取消了传统自行车链轮链条驱动装置，所以结构简单，生产成本低，容易产业化。

Claims (7)

1、一种驱动条驱动的自行车，其特征在于：其驱动轮连接有棘轮，该棘轮与直线形或弧线形的驱动条啮合，所述的直线形驱动条是中间嵌入等距离滚柱的直线金属条，所述的弧线形驱动条是中间嵌入等距离滚柱的弧线金属条。

2、根据权利要求1所述驱动条驱动的自行车，其特征在于：直线形驱动条驱动装置有左右2套，分别固定在轮叉的左右侧；它由手把，直线形驱动条外壳，弹簧，与手把连接的连杆，与连杆连接的直线形驱动条和棘轮组成；该直线形驱动条位于驱动条外壳中，直线形驱动条外壳上半部外侧向下开有一条纵向口子，该直线形驱动条与同侧的棘轮啮合。

3、根据权利要求2所述驱动条驱动的自行车，其特征在于：该直线形驱动条位于直线形驱动条外壳下半部，直线形驱动条外壳上半部外侧有长条口，直线形驱动条外壳下端是开口的。

4、根据权利要求2所述驱动条驱动的自行车，其特征在于：直线形驱动条驱动装置的手把通过连杆和直线形驱动条的上端连在一起，连杆外围有弹簧。

5、根据权利要求1所述驱动条驱动的自行车，其特征在于：弧线形驱动条驱动装置有左右2套，分别固定在轮叉的左右侧；它包括曲柄轴、棘轮、弧线形驱动条外壳、弧线形驱动条、曲柄其一端是曲柄轴另一端是踏板；该弧线形驱动条外壳和弧线形驱动条是弧形的；弧线形驱动条外壳下部侧面开有弧线口，弧线形驱动条通过该弧线口连接于曲柄中端；该弧线形驱动条与同侧的棘轮啮合。

6、根据权利要求5所述驱动条驱动的自行车，其特征在于：曲柄轴内部有弹簧。

7、根据权利要求5所述驱动条驱动的自行车，其特征在于：左右曲柄通过钢丝连接，钢丝穿过固定在车架上的滑轮。

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