CN206634145U - 直线往复式自行车脚踏驱动系统及自行车 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种直线往复式自行车脚踏驱动系统及自行车，其中脚踏驱动系统包括支架、第一脚踏和第二脚踏，还包括：一随动装置，该随动装置设置在支架上，包括转动件以及带动转动件转动的连接件，第一脚踏和第二脚踏与连接件连接，第一脚踏和第二脚踏均沿支架的长度方向做往复直线运动并带动转动件逆时针旋转和顺时针旋转；一换向输出装置，该换向输出装置与转动件连接，用于将具有逆时针旋转和顺时针旋转的转动件的两个转动方向转换成一个方向的转动并输出。本实用新型提出的直线往复式脚踏驱动系统，采用直线式驱动，人体所做的功全部用于驱动车辆前进。每次蹬踏的距离可以根据人体情况允许，在一定范围内自由变化。

Description

直线往复式自行车脚踏驱动系统及自行车

技术领域

本实用新型涉及一种驱动系统，具体是一种用于自行车的脚踏驱动系统。

背景技术

自行车自发明以来已经200多年，其驱动系统在原理上一直以来都没有发生过变化。是以脚踏、牙盘、飞轮为基础，通过脚踩脚踏做圆周，带动牙盘选择，通过链条带动飞轮旋转。由于牙盘在旋转时，人体所做的功不能全部用于驱动车辆前行，带来体能的浪费，也不能使得车速更快。通过对人体做功进行计算，可以推算出人在骑车时，所做的功只有63.7%用于驱动车辆前进，转换效率较低。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种转换效率更高的直线往复式自行车脚踏驱动系统及采用直线往复式自行车脚踏驱动系统的自行车。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

一种直线往复式自行车脚踏驱动系统，包括支架、第一脚踏和第二脚踏，所述第一脚踏和第二脚踏设置在所述支架的两侧，其特征在于，还包括：

一随动装置，该随动装置设置在所述支架上，包括转动件以及带动所述转动件转动的连接件，所述第一脚踏和第二脚踏与所述连接件连接，所述第一脚踏和第二脚踏均沿所述支架的长度方向做往复直线运动并带动所述转动件逆时针旋转和顺时针旋转；

一换向输出装置，该换向输出装置与所述转动件连接，用于将具有逆时针旋转和顺时针旋转的转动件的两个转动方向转换成一个方向的转动并输出。

所述换向输出装置包括换向机构以及输出机构，所述换向机构包括顺时针驱动齿轮、逆时针驱动齿轮、顺时针旋转棘轮卡爪、顺时针旋转棘轮卡爪支架、逆时针旋转棘轮卡爪、逆时针旋转棘轮卡爪支架以及换向用惰轮，所述顺时针旋转棘轮卡爪支架和逆时针旋转棘轮卡爪支架与所述转动件同轴固定且位于不同的轴向位置，所述顺时针旋转棘轮卡爪固定在所述顺时针驱动齿轮的内圈，所述逆时针旋转棘轮卡爪固定在所述逆时针驱动齿轮的内圈，所述顺时针旋转棘轮卡爪与所述顺时针旋转棘轮卡爪支架配合，所述逆时针旋转棘轮卡爪与所述时针旋转棘轮卡爪支架配合，所述顺时针驱动齿轮和逆时针驱动齿轮同时与所述换向用惰轮啮合。

所述输出机构包括输出齿轮、第一输出换向用锥齿轮和第二输出换向用锥齿轮，所述输出齿轮与所述换向用惰轮啮合，所述第一输出换向用锥齿轮与所述输出齿轮同轴固定，所述第一输出换向用锥齿轮和第二输出换向用锥齿轮啮合，所述第二输出换向用锥齿轮固定在输出轴上。

所述转动件包括导轮和输入牙盘，所述连接件为链条。

所述支架包括中间导轨和两个侧导轨，所述侧导轨包括上导轨和下导轨，所述脚踏安装座位于上导轨和下导轨之间且与所述中间导轨接触。

所述连接组件包括第一链条固定部件和第二链条固定部件，在所述第一链条固定部件上设置有可插入链条内的插入部，在所述第二链条部件上设置有分别与所述上导轨、下导轨以及中间导轨接触的滚轮。

所述滚轮包括：与所述上导轨下表面接触的滚轮、与所述上导轨内侧面接触的滚轮、与所述下导轨上表面接触的滚轮、与所述下导轨内侧面接触的滚轮、与所述中间导轨上表面接触的滚轮、与所述中间导轨下表面接触的滚轮以及与所述中间导轨内侧面接触的滚轮。

在所述第二链条固定部件上设置两个滚轮支架，在所述上导轨的下表面设置有导向槽，在所述下导轨的上表面也设置有导向槽，所述滚轮支架位于上导轨的导向槽与下导轨的导向槽内，与所述上导轨下表面接触的滚轮和与所述下导轨上表面接触的滚轮设置在所述滚轮支架上。

所述滚轮为轴承。

本实用新型提出的直线往复式脚踏驱动系统，采用直线式驱动，人体所做的功全部用于驱动车辆前进。每次蹬踏的距离可以根据人体情况允许，在一定范围内自由变化。左右脚各完成一次蹬踏，相当于传统圆周驱动脚踏旋转一周。每次蹬踏的距离不同，所带动的链条前行节数不同，相当于传统圆周运动式驱动系统的牙盘齿数发生变化，实现不同的变速比。每次蹬踏的距离可以任意，使得变速比可以在许可范围内任意变化，达到无级变速效果。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2为换向输出装置的结构示意图；

图3为换向装置上端齿轮的内部结构示意图；

图4为换向装置下端齿轮的内部结构示意图；

图5为换向装置的剖面结构示意图；

图6为脚踏与支架的连接示意图；

图7为连接组件与支架的连接示意图；

图8为连接组件与导轨的连接示意图一；

图9为连接组件与导轨的连接示意图二；

图10为连接组件与链条的连接示意图一；

图11为连接组件与链条的连接示意图二。

图中：1为第一脚踏，2为第二脚踏，3、第一连接组件，4为第二连接组件，5为导轮，6为链条，7为支架，8为输入牙盘，9为输入轴，10为逆时针驱动齿轮，11为顺时针驱动齿轮，12为换向用惰轮，13为输出齿轮，14为第一输出换向用锥齿轮，15为第二输出换向用锥齿轮，16为输出轴，17为输出牙盘，18为逆时针旋转棘轮卡爪支架，19为逆时旋转针棘轮卡爪，20为顺时针旋转棘轮卡爪支架，21为顺时针旋转棘轮卡爪。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作详细说明：

实施例一

如图1所示，本实用新型是一种直线往复式自行车脚踏驱动系统，包括支架7、第一脚踏1和第二脚踏2，第一脚踏1和第二脚踏2设置在支架7的两侧。在支架7上还设置有一随动装置和一换向输出装置。其中随动装置包括转动件以及带动转动件转动的连接件，第一脚踏1和第二脚踏2与连接件连接，第一脚踏1和第二脚踏2均沿支架7的长度方向做往复直线运动并带动转动件逆时针旋转和顺时针旋转；该换向输出装置与转动件连接，用于将具有逆时针旋转和顺时针旋转的转动件的两个转动方向转换成一个方向的转动并输出。转动件可以为带轮盘、牙盘、导轮以及辊轴等，连接件可以为皮带、齿条、链条或钢丝绳等。在本实施例中，转动件为两个，一个导轮5，一个牙盘8，连接件为链条6，通过链条6带动牙盘8转动。第一脚踏1和第二脚踏2分别通过第一连接组件3和第二连接组件4与链条6连接并沿着支架7的长度方向在直线上运动。

换向输出装置的结构示意图如图2、图3及图4所示，包括换向机构以及输出机构。换向机构包括顺时针驱动齿轮11、逆时针驱动齿轮10、顺时针旋转棘轮卡爪21、顺时针旋转棘轮卡爪支架20、逆时针旋转棘轮卡爪19、逆时针旋转棘轮卡爪支架18以及换向用惰轮12，顺时针旋转棘轮卡爪支架20和逆时针旋转棘轮卡爪支架18与输入牙盘8同轴固定且位于不同的轴向位置，顺时针旋转棘轮卡爪21固定在顺时针驱动齿轮11的内圈，逆时针旋转棘轮卡爪19固定在逆时针驱动齿轮10的内圈，顺时针旋转棘轮卡爪21与顺时针旋转棘轮卡爪支架20配合，逆时针旋转棘轮卡爪19与逆时针旋转棘轮卡爪支架18配合，顺时针驱动齿轮11和逆时针驱动齿轮9同时与换向用惰轮12啮合。

输出机构包括输出齿轮13、第一输出换向用锥齿轮14和第二输出换向用锥齿轮15，输出齿轮13与换向用惰轮12啮合，第一输出换向用锥齿轮14与输出齿轮13同轴固定，第一输出换向用锥齿轮14和第二输出换向用锥齿轮15啮合，第二输出换向用锥齿轮15固定在输出轴16上。

本实用新型脚踏系统的工作原理是：

当左脚驱动第一脚踏1时，第一脚踏1通过第一链接组件3，驱动链条6使得链条6顺时针方向移动。链条6带动输入牙盘8顺时针转动。输入牙盘8固定在输入轴9上，带动输入轴9顺时针转动。顺时针旋转棘轮卡爪用支架20带动顺时针旋转用棘轮卡爪21顺时针转动，卡住顺时针旋转用齿轮11内部的棘轮，使得11顺时针旋转。与11啮合的惰轮12逆时针旋转，与其啮合的输出齿轮13顺时针旋转第一输出换向用锥齿轮14与输出齿轮13固定在同一个轴上同步选择，当输出齿轮13顺时针旋转时，第一输出换向用锥齿轮14也顺时针旋转，带动与其啮合的第二输出换向用锥齿轮15顺时针旋转，通过输出轴16，带动输出牙盘17顺时针旋转。

当右脚驱动第二脚踏2时，第二脚踏2通过第二连接组件4，驱动链条6使得链条6逆时针方向移动。链条6带动输入牙盘8逆时针方向转动。逆时针旋转棘轮卡爪用支架18带动逆时针旋转用棘轮卡爪19转动，卡住逆时针驱动齿轮10内部的棘轮，使得逆时针驱动齿轮10逆时针旋转，带动与逆时针驱动齿轮10啮合的输出齿轮13顺时针旋转，通过第一输出换向用锥齿轮14、第二输出换向用锥齿轮15以及输出轴16，带动输出牙盘17顺时针旋转。

逆时针驱动齿轮10、顺时针驱动齿轮11以及输出齿轮13的直径以及齿数相同。换向用第一输出换向用锥齿轮14、第二输出换向用锥齿轮15的直径以及齿数相同。

输入牙盘8的半径与逆时针驱动齿轮10及顺时针驱动齿轮11的半径的比，为输入端的杠杆比。根据加工工艺以及材料不同，可以实现2.5倍以上的杠杆比。此比值相当于采用34齿的牙盘以及17厘米长曲柄时，曲柄与牙盘之间的比值。

传统驱动系统中，采用固定长曲柄，牙盘根据变速需要，可以更换。曲柄长度与牙盘半径的比值随着牙盘的变换而发生变化。当齿数增加时，曲柄长度与牙盘半径的比值变小，意味着杠杆比变小，骑行时更加费力。牙盘数增加，在飞轮齿数不变、蹬踏频率不变情况下，骑行速度变快。同时因为杠杆比变小，需要更大的驱动力量。

本实用新型由于输入牙盘的半径以及逆时针驱动齿轮10及顺时针驱动齿轮11的半径固定不变，相当于输入杠杆比保持不变。也就是说抛开风阻等与传送机构无关的因素，驱动力量与速度无关。

每次左右脚各完成一次蹬踏，第一踏板1及第二脚踏2所经过的距离之和，与每节链条之间的比值，等于每次蹬踏驱动牙盘旋转的齿数。由于第一踏板1及第二脚踏2可以在任何位置停留以及完成左右脚发力的交替，每次蹬踏可以允许第一踏板1及第二脚踏2前进的距离可以在人体允许的范围内自由改变。当左右脚的蹬踏所带来的踏板前进距离达到人体最大极限时，第一踏板1及第二脚踏2前进距离之和与每节链条长度之间的比值为人体能达到的最大牙盘齿数。此时也达到最大变速比。当静止时，相当于牙盘齿数为0，变速比为0。当第一踏板1及第二脚踏2前进距离之和小于人体能达到的最大牙盘数时，变速比在最大与0之间变化。

通过第一连接组件3和第二连接组件4改变脚踏与链条之间的相对位置，可以适应不同腿长的骑行者。

链条与脚踏的连接组件3和4细节具体如图5-11所示，301为第一链条固定部件，302为第二链条固定部件。303、304、305、306、307、308为轴承，用来与导轨7接触，起到固定第一链条固定部件301和第二链条固定部件302的作用。导轨7一共5根，参见图7，一根为中间导轨，两侧各两根，每侧的两根呈上下布置。中间的一根在高度上正好位于上下的两根中间。311、312为轴承支架，参见图8，固定到链条用部件301上，用来安装轴承309、310。第一链条固定部件301，有至少一个插头插入到链条中，并且有一个螺丝孔，用于连接脚踏。第二链条固定部件302与第一链条固定部件301结合到一起，加固第一链条固定部件301以及与轴承连接，通过轴承与导轨接触，起到固定链条连接组件的作用。

实施例二

一种自行车，采用实施例一中的直线往复式自行车脚踏驱动系统。

Claims (10)

1.一种直线往复式自行车脚踏驱动系统，包括支架、第一脚踏和第二脚踏，所示第一脚踏和第二脚踏设置在所述支架的两侧，其特征在于，还包括：

一随动装置，该随动装置设置在所述支架上，包括转动件以及带动所述转动件转动的连接件，所述第一脚踏和第二脚踏与所述连接件连接，所述第一脚踏和第二脚踏均沿所述支架的长度方向做往复直线运动并带动所述转动件逆时针旋转和顺时针旋转；

一换向输出装置，该换向输出装置与所述转动件连接，用于将具有逆时针旋转和顺时针旋转的转动件的两个转动方向转换成一个方向的转动并输出。

2.根据权利要求1所述的直线往复式自行车脚踏驱动系统，其特征在于：所述换向输出装置包括换向机构以及输出机构，所述换向机构包括顺时针驱动齿轮、逆时针驱动齿轮、顺时针旋转棘轮卡爪、顺时针旋转棘轮卡爪支架、逆时针旋转棘轮卡爪、逆时针旋转棘轮卡爪支架以及换向用惰轮，所述顺时针旋转棘轮卡爪支架和逆时针旋转棘轮卡爪支架与所述转动元件同轴固定且位于不同的轴向位置，所述顺时针旋转棘轮卡爪固定在所述顺时针驱动齿轮的内圈，所述逆时针旋转棘轮卡爪固定在所述逆时针驱动齿轮的内圈，所述顺时针旋转棘轮卡爪与所述顺时针旋转棘轮卡爪支架配合，所述逆时针旋转棘轮卡爪与所述时针旋转棘轮卡爪支架配合，所述顺时针驱动齿轮和逆时针驱动齿轮同时与所述换向用惰轮啮合。

3.根据权利要求2所述的直线往复式自行车脚踏驱动系统，其特征在于：所述输出机构包括输出齿轮、第一输出换向用锥齿轮和第二输出换向用锥齿轮，所述输出齿轮与所述换向用惰轮啮合，所述第一输出换向用锥齿轮与所述输出齿轮同轴固定，所述第一输出换向用锥齿轮和第二输出换向用锥齿轮啮合，所述第二输出换向用锥齿轮固定在输出轴上。

4.根据权利要求1、2或3所述的直线往复式自行车脚踏驱动系统，其特征在于：所述第一脚踏和第二脚踏分别通过一连接组件位置的可调的连接与所述连接件上。

5.根据权利要求4所述的直线往复式自行车脚踏驱动系统，其特征在于：所述转动件包括导轮和输入牙盘，所述连接件为链条。

6.根据权利要求5所述的直线往复式自行车脚踏驱动系统，其特征在于：所述支架包括中间导轨和两个侧导轨，所述侧导轨包括上导轨和下导轨，所述脚踏安装座位于上导轨和下导轨之间且与所述中间导轨接触。

7.根据权利要求6所述的直线往复式自行车脚踏驱动系统，其特征在于：所述连接组件包括第一链条固定部件和第二链条固定部件，在所述第一链条固定部件上设置有可插入链条内的插入部，在所述第二链条部件上设置有分别与所述上导轨、下导轨以及中间导轨接触的滚轮。

8.根据权利要求7所述的直线往复式自行车脚踏驱动系统，其特征在于：所述滚轮包括：与所述上导轨下表面接触的滚轮、与所述上导轨内侧面接触的滚轮、与所述下导轨上表面接触的滚轮、与所述下导轨内侧面接触的滚轮、与所述中间导轨上表面接触的滚轮、与所述中间导轨下表面接触的滚轮以及与所述中间导轨内侧面接触的滚轮。

9.根据权利要求8所述的直线往复式自行车脚踏驱动系统，其特征在于：在所述第二链条固定部件上设置两个滚轮支架，在所述上导轨的下表面设置有导向槽，在所述下导轨的上表面也设置有导向槽，所述滚轮支架位于上导轨的导向槽与下导轨的导向槽内，与所述上导轨下表面接触的滚轮和与所述下导轨上表面接触的滚轮设置在所述滚轮支架上。

10.一种自行车，其特征在于：采用权利要求1-9任一所述直线往复式自行车脚踏驱动系统。