CN2811129Y - 轿型省力自行车 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种与人们日常生活密切相关的，我们中国人作为主要代步交通工具使用的自行车，轿型省力自行车是由：曲柄即大腿部分(1)、连杆即小腿部分(2)、左右脚踏板(3)、导向辊子(4)、左右滑块(5)、V形直线导轨(6)、钢丝绳(7)、左右摆杆(8)、左右圆弧道轨(9)、小辊子(10)、中心固定轴(11)等所组成，轿型省力自行车采用曲柄滑块和摆杆棘轮机构，它的力作用点是作直线运动，力幅变化很小，由于设计的结构符合空气动力学原理，阻力中心高度降低，流体条件较好，降低了空气阻力系数，同时摆杆的增长和牵引力的减小，使得现有自行车中已存在的空气阻力矩可以被大大减小，骑车者采用了卧坐式的方式，使力的传递连续不问断，提高了车速，减少骑车者的体力消耗，增加骑车者的安全性。

Description

轿型省力自行车

技术领域  本实用新型涉及一种轿型省力自行车，该自行车能节省人力的消耗和提高自行车的运动速度，是我们中国人作为主要代步交通工具使用的自行车，与人们日常生活密切相关，属自行车领域。

背景技术  目前公知的正在大量使用的自行车，主要是由前轮、后转动轮、支架、操纵结构和人力曲杆摇杆动力机构所组成，这种自行车由于采用了“主动轮在后、方向轮在前”和出力的传统系统采用曲柄摇杆机构，使得它的出力作用点是作圆周运动，所以有效力按余弦规律变化，故力幅变化较大，由于主动链轮布置结构上的缺陷，使实际出力角度较小，目前自行车的这种总体布局，造成坐位一定高于车轮，增大了空气阻力面积和阻力中心的高度，迎风结构不符合流体动力学原理，空气阻力系数较大，这都增加了空气阻力矩，所以，运动效率很低，因此存在明显的缺陷。

发明内容  为了克服目前自行车存在的不足之处，本实用新型提供一种新型的轿型省力自行车，该轿型省力自行车是由：曲柄(1)、连杆(2)、左右脚踏板(3)、导向辊子(4)、左右滑块(5)、V形直线导轨(6)、钢丝绳(7)、左右摆杆(8)、左右圆弧道轨(9)、小辊子(10)、中心固定轴(11)、左右棘轮(12)、棘爪(13)、小弹簧(14)、支架(15)、左右扶手(16)、摆杆(17)、扇形齿轮(18)、后轮转向车叉(19)、小扇形齿轮(20)、车轮内圈(21)、车轮外圈(22)、偏心臂(23)、导向杆(24)、缓冲弹簧(25)、单向阀(一)(26)、单向阀(二)(27)、车梁(28)、后部罩(29)、左右门(30)、挡风板(31)、前部罩(32)、传动箱(33)、前车叉(34)、前车架(35)所组成，该轿型省力自行车采用曲柄滑块和摆杆棘轮机构，它的力作用点是作直线运动，力幅变化很小，加之总体布置作了重大改变，使空气阻力面积显著缩小，阻力中心高度降低，由于设计的结构符合空气动力学原理，流体条件较好，降低了空气阻力系数，同时摆杆的增长和牵引力的减小，使得现有自行车中已存在的空气阻力矩可以被大大减小，同时，由于骑自行车者采用了卧坐式的方式，使力的传递连续不间断，提高了车速，提高了自行车的运动效率。

本实用新型提供的轿型省力自行车，应用了曲柄滑块机构和摆杆棘轮机构组合的形式，轿型省力自行车由曲柄(1)、连杆(2)、左右脚踏板(3)、导向辊子(4)、左右滑块(5)、V形直线导轨(6)、钢丝绳(7)、左右摆杆(8)、左右圆弧道轨(9)、小辊子(10)、中心固定轴(11)、左右棘轮(12)、棘爪(13)、小弹簧(14)、支架(15)、左右扶手(16)、摆杆(17)、扇形齿轮(18)、后轮转向车叉(19)、小扇形齿轮(20)、车轮内圈(21)、车轮外圈(22)、偏心臂(23)、导向杆(24)、缓冲弹簧(25)、单向阀(一)(26)、单向阀(二)(27)、车梁(28)、后部罩(29)、左右门(30)、挡风板(31)、前部罩(32)、传动箱(33)、前车叉(34)、前车架(35)互相联接所组成，曲柄(1)、连杆(2)、左右脚踏板(3)、左右滑块(5)构成了曲柄滑块机构，左右摆杆(8)、中心固定轴(11)、左右棘轮(12)、棘爪(13)、小弹簧(14)、支架(15)构成了摆杆棘轮机构，左右摆杆(8)、棘爪(13)、左右圆弧道轨(9)、小辊子(10)构成了左右圆弧摆杆结构，左右摆杆(8)空套于中心固定轴(11)上，左右摆杆(8)上装有小辊子(10)，左右圆弧摆杆结构装于传动箱(33)内，转动左右踏脚板(3)，则左右滚动小车和左右摆杆(8)在钢丝绳(7)牵动下，分别沿V形直线导轨(6)和左右圆弧道轨(9)作往复运动，左右摆杆(8)下端圆弧面中设置有棘爪(13)，在棘爪(13)中装有小弹簧(14)，左右棘轮(12)空套于中心轴(11)上，与其上一体的链轮Z₁和空套的左右棘轮(12)外圆的支架(15)的轮链Z₂、链轮Z₃相合，链轮Z₃和大链轮Z₄装于同轴，被动小链轮Z₅固定于前车轮，导向辊子(4)分布于V形直线导轨(6)的钢丝绳(7)转向处，水平方向对准V形直线导轨(6)中心，用螺钉固定，四只装于传动箱(33)左上角两侧，与左右圆弧道轨(9)轨迹中心对齐，水平和垂直方向用螺钉固定，两只装于传动箱(33)的后下方，对准左右圆弧道轨(9)轨迹中心，以垂直方向用螺钉固定，V形直线导轨(6)可用硬铝合金或聚碳酸脂模铸而成，它以稍倾斜U字形格式布置，装于前车叉(34)两侧，其前端横向与珩架杆件用螺钉相联接，纵向延伸至前车叉(34)后方，穿过了由前车叉(34)的左右套管下端引出水平杆与垂直珩架杆组成的框架，用螺钉在水平杆下面拧紧固定，用轴向开口的套管，把V形直线导轨(6)后端与传动箱(33)前端面之间联接起来，形成全封闭结构，钢丝绳(7)与摆杆(8)上端的卡紧块卡紧牢固，把钢丝绳(7)一端穿过两只导向辊子(4)旋入滚动小车后端小螺纹孔中，另一端通过左右圆弧道轨(9)中小辊子(10)，转弯穿过后下面两只导向辊子(4)中，沿左右圆弧道轨(9)中小辊子(10)与左右摆杆(8)上端的卡紧块把钢丝绳(7)卡紧牢固，把左右摆杆(8)下端孔套入中心固定轴(11)中，用螺栓旋紧，车轮内圈(21)是用辐条与转轴套构成，可拆卸车轮内圈(21)更换辐条，在车轮内圈(21)旋转成型后，接头处用一小块薄铝板胶粘联接，车轮外圈(22)是用硬橡胶粘接，再包一层带花纹的耐磨胶带，可拆卸车轮外圈(22)，车轮外圈(22)内孔采用挤压成型，导向杆(24)其上端装有用螺纹联接的柱泵，其下端套有缓冲弹簧(25)，向泵内供油为单向阀(一)(26)和泵出油的为单向阀(二)(27)，然后液体流经可调、可锁定压力的单向阀(三)，回到储油箱，车梁(28)为装配基准件，采用成形的硬铝合金管，分段组成，前段采用两根水平平行圆管结构，前端头有圆柱和螺纹表面，与前车叉(34)的左右套管上端的水平孔相配合，上面平加一个连接板，装配成固定式前车叉(34)结构，再通过二管后端头上的弯头内螺纹，与前轮处圆弧段车梁端头中左右外螺纹各自拧紧成一体，后段用水平矩形铝合金管，通过一段实心铝合金接头，与后车轮处圆弧段车梁胶接成一体，提供装后车叉轮轴用的孔位，组成后车叉结构，最后是中间水平段车梁，用铝合金管，采用两只带有准头的90°弯头，各自用胶粘联接，成为整体车梁(28)，弯头与各段梁结合部外表面上再胶粘一块有一定宽度和厚度的铝板，轿型省力自行车采用主动轮在前，方向轮在后的结构形式，人处于二轮之间，采用脚蹬、靠坐、平手操纵的结构形式，座位高度较低，二个车轮采用硬胎结构，前后车叉管内设置有液压缓冲弹簧减振系统，车的前后设置罩壳，车的左右设置进出门，轿型省力自行车采用曲柄滑块机构和摆杆棘轮机构组合的形式，通过钢丝绳(7)来联接二者之间，形成一个封闭的直线运动和圆弧摆动结构，驾驶机构采用了脚蹬、靠坐、平手操纵的结构形式，座位处于两轮之间的中间位置，曲柄滑块机构设置于自行车的前部位置，摆杆棘轮机构悬挂于坐架下面部位，加上自行车卧坐式和降低自行车空气阻力中心的减少阻力的机构，来达到提高车速，节省人力消耗的目的。

使用这种轿型省力自行车后，能大大提高自行车的车速，减少骑车者的体力消耗，而且可以大大减小自行车的尺寸，和增加骑车者的安全性，经济效益和社会效益明显。

附图说明

图1是本实用新型轿型省力自行车的结构原理示意图的主视图。

图2是本实用新型轿型省力自行车的工作传动结构示意图。

图3是本实用新型轿型省力自行车的结构原理示意图的俯视图。

图4是本实用新型轿型省力自行车的结构原理示意图的左视图。

图5是本实用新型轿型省力自行车结构原理示意图的俯视图(图3)中II局部结构放大图的主视图。

图6是本实用新型轿型省力自行车结构原理示意图的俯视图(图3)中II局部结构放大图的俯视图。

图7是本实用新型轿型省力自行车结构原理示意图的主视图(图1)中I局部结构放大图的主视图。

图8是本实用新型轿型省力自行车结构原理示意图的主视图(图1)中I局部结构放大图的俯视图。

图9是本实用新型轿型省力自行车结构原理示意图的主视图(图1)中A-A剖面的结构放大图。

图1中：1、曲柄    2、连杆    3、左右脚踏板    4、导向辊子    8、左右摆杆9、左右圆弧道轨    10、小辊子    11、中心固定轴    15、支架19、后轮转向车叉    23、偏心臂    24、导向杆    25、缓冲弹簧26、单向阀(一)    27、单向阀(二)    28、车梁    29、后部罩30、左右门    31、挡风板

图2中：1、曲柄    2、连杆    3、左右脚踏板    4、导向辊子    5、左右滑块6、V形直线导轨    7、钢丝绳    8、左右摆杆    9、左右圆弧道轨10、小辊子    11、中心固定轴    12、左右棘轮    13、棘爪

图3中：3、左右脚踏板    4、导向辊子    5、左右滑块    6、V形直线导轨7、钢丝绳    16、左右扶手    17、摆杆    18、扇形齿轮    20、小扇形齿轮

图4中：33、传动箱    34、前车叉    35、前车架

图5中：11、中心固定轴

图6中：12、左右棘轮    13、棘爪    14、小弹簧

图7中：5、左右滑块    6、V形直线导轨    7、钢丝绳

图9中：21、车轮内圈    22、车轮外圈

具体实施方式

本实用新型的轿型省力自行车是由：曲柄(1)、连杆(2)、左右脚踏板(3)、导向辊子(4)、左右滑块(5)、V形直线导轨(6)、钢丝绳(7)、左右摆杆(8)、左右圆弧道轨(9)、小辊子(10)、中心固定轴(11)、左右棘轮(12)、棘爪(13)、小弹簧(14)、支架(15)、左右扶手(16)、摆杆(17)、扇形齿轮(18)、后轮转向车叉(19)、小扇形齿轮(20)、车轮内圈(21)、车轮外圈(22)、偏心臂(23)、导向杆(24)、缓冲弹簧(25)、单向阀(一)(26)、单向阀(二)(27)、车梁(28)、后部罩(29)、左右门(30)、挡风板(31)、前部罩(32)、传动箱(33)、前车叉(34)、前车架(35)所组成，轿型省力自行车采用曲柄滑块机构和摆杆棘轮两机构组合，通过一条钢丝绳(7)来联接二者之间的装配关系，成为一个封闭结构，由直线运动转换为曲线的往复运动方式，并借助一套增速的齿轮，链轮副，单向连续旋转，把力和速度转入被动链轮，使前轮滚动前进，力和速度连续，不再有车速损失，出力效果好，通过将主动轮在前、方向轮在后的反向格式，不仅使力的传递机构有了一个合适的安装位置，并且带来了其它多方面的效果，让人坐在二轮之间，座位高度大大降低，附合人体工程学设计原理和空气动力学原理，由于轿型省力自行车具有较好的流体外形结构，降低了空气阻力系数，明显地减少了空气的阻力，同时坐位的降低，更好的改善了人的安全性，任何情况下，使刹车和双脚着地同步，决不再发生车倒人摔事故，如小孩坐在自行车后，也是非常安全的，令人放心，该自行车由于结构形式的决定舒适性显而易见，在自行车上增设了减振装置，二个车轮采用硬胎结构，消除了补胎打气之麻烦，减小轮胎弹性迟滞能量损耗，对减小滚动摩擦阻力也有利。增设的出力机构，该机构简单、小巧、紧凑、可靠性和工艺性都很好，材料采用铝合金和工程塑料，大大降低了成本，增设了前后部罩(32)、(29)和进出的左右门(30)，这样可以大大降低空气阻力，轿型省力自行车仍以二轮承载方式，滚动前进，它是通过曲柄(1)、连杆(2)往复运动，推动滚动小车(5)在V形直线导轨(6)上滚动，再经钢丝绳(7)牵动空套于中心固定轴(11)的左右摆杆(8)往复摆动，其上的棘爪(13)带动左右棘轮(12)及齿轮、链轮Z₁、链轮Z₂、链轮Z₃、链轮Z₅和链条，把力和速度转给紧固于前轮上的被动小链轮Z₅转出，主动轮在前，方向轮在后，人坐在二轮之间，双手置于左右扶手(16)上，控制车子方向。

减振装置因使用硬胎而减轻振动，而前后车叉管内，设置有液压缓冲弹簧减振系统，即导向杆(24)其上端装有用螺纹联接的柱泵，其下端套有缓冲弹簧(25)，向泵内供油为单向阀(一)(26)和泵出油的为单向阀(二)(27)，然后液体流经可调、可锁定压力的单向阀(三)，回到储油箱。

总体结构设计装配与施工顺序

本车身的车梁(28)为整体装配基准件，采用成形的硬铝合金管，分五段组成，前段用两根水平平行圆管结构，它的前端头有加工过的圆柱和螺纹表面，与前车叉(34)的左右套管上端的水平孔相配合，上面平加一个连接板，装成固定式前车叉(34)结构，再通过二管后端头上的弯头内螺纹，与前轮处圆弧段车梁端头中左右外螺纹各自拧紧成一体，此结构为的是让车轮一部分在二管之间，稍微降低前段车架的高度，满足造型要求，后段用水平矩形铝合金管，通过一段实心铝合金接头，与后车轮处圆弧段车梁胶接成一体，提供装后车叉轮轴用的孔位，组成后车叉结构，最后是中间水平段车梁，用铝合金管，采用两只带有准头的90°弯头，各自用胶粘联接，成为整体车梁，为确保车梁抗振和承载能力，弯头与各段梁结合部外表面上再胶粘一块有一定宽度和厚度铝板，这段水平梁的高度，应满足装配传动箱离地垂直高度和坐位需要的最低高度，在此处装配传动箱后，可大大增强车梁的整体刚度，再加上为安装前后护罩设置桁架结构联接支撑，见图1、图3所示，合理设计结构和选用材料，避免增加成本和重量，材料采用铝合金成型薄壁管或工程型材，用胶接法也可用螺钉或铆钉联接。

各主要部件结构设计与施工顺序的工艺性

1、车轮结构与装配

车轮由内外两层装配组成，图9中的车轮内圈(21)、车轮外圈(22)，通过锥度配合，再用均布的自攻螺钉使内外圈固定，车轮内圈(21)是用辐条与转轴套组成整体，可拆卸车轮内圈(21)更换辐条，在车轮内圈(21)旋转成型后，接头处用一小块薄铝板胶粘联接，保证了车轮内圈(21)的强度和不变形，车轮外圈(22)是用硬橡胶粘接，再包一层带花纹的耐磨胶带，用胶粘法滚压结贴，当磨损时，只要拆下车轮外圈(22)，装上备用件，车轮外圈(22)内孔采用挤压成型，胶粘连接同上，但是要考虑联接板的可塑性，因避免锥度误差太大。

2、前后车轮总成与车身装配联接

因本车功能需要设减振系统，因此，装配应先把车轮总成(包括链条)放进两车叉中间，然后，将两只双头螺钉分别插入左右的导向杆(24)下端的腰子形水平孔，与车轮中支承轴两端有同心度的螺孔中拧紧，再在双头螺钉外端用螺母与左右的导向杆(24)拧紧即可，同样，拆卸以相反顺序进行。

3、传动系统的结构组成，装配和联接方法及其传动方式

曲柄滑块和棘轮机构是本车的关键部件，它有直线运动结构和圆弧摆动结构两部分组成，并通过钢丝绳(7)牵引结构联成一体。

(A)直线运动结构

由V形直线导轨(6)和滚动小车组成，V形直线导轨(6)可用硬铝合金或聚碳酸脂模铸而成，从图1可见，它以稍倾斜U字形格式布置，装于前车叉(34)两侧，其前端横向与珩架杆件用螺钉相联接，纵向延伸至前车叉(34)后方，穿过了由前车叉(34)的左右套管下端引出水平杆与垂直珩架杆组成的框架，用螺钉在水平杆下面拧紧固定，另一方面，用轴向开口的套管，把V形直线导轨(6)后端与传动箱(33)前端面之间联接起来，形成全封闭结构，套管又起钢丝绳(7)的安全罩作用，滚动小车与总成是在V形直线导轨(6)内。

(B)左右圆弧摆杆结构

由左右摆杆(8)、棘爪(13)、左右圆弧道轨(9)、小辊子(10)组成，左右摆杆(8)空套于中心固定轴(11)上，左右圆弧道轨(9)总成，装于传动箱(33)内，用螺钉固定，有小辊子(10)各自按固定圆心位置，可自由旋转。

(C)钢丝绳牵引装置结构

由10只带沟槽滚动轴承制成，装于塑料矩形框架内，便于安装定位，导向辊子(4)分布V形直线导轨(6)的钢丝绳(7)转向处，水平方向对准V形直线导轨(6)中心用螺钉固定，另外六只，其中四只装于传动箱(33)左上角两侧，与左右圆弧道轨(9)轨迹中心对齐，水平和垂直方向用螺钉固定，余下两只装于传动箱(33)的后下方，对准左右圆弧道轨(9)轨迹中心，以垂直方向用螺钉固定，可上下微调。先装前段钢丝绳(7)，穿过导向辊子(4)，两端头各自插入滚动小车与前端小孔中，用两只螺钉顶紧，不可丝毫滑动，后段钢丝绳(7)按所定尺寸位置，把钢丝绳(7)与左右摆杆(8)上端的卡紧块卡紧牢固，把钢丝绳(7)一端穿过两只导向辊子(4)旋入滚动小车后端的小螺纹孔中，另一端左右圆弧道轨(9)中小辊子(10)，转弯穿过后下面两只导向辊子(4)中，沿左右圆弧道轨(9)中小辊子(10)达到预定尺寸位与另一左右摆杆(8)上端的卡紧块把钢丝绳(7)卡紧牢固，把左右摆杆(8)下端的孔套入中心固定轴(11)中，调正左右摆杆(8)上的棘爪(13)相距V形直线导轨(6)个爪扣位，最后用螺栓与另一滚动小车后旋紧，应使两侧滚动小车和左右摆杆(8)都达到满足预定往复位置，如不正确可调整滚动小车中前后与钢丝绳(7)长度和左右摆杆(8)上端的卡紧块与钢丝绳(7)的位置，钢丝绳(7)应达到一定预紧度，可用应变片测定，注意钢丝绳(7)各固定点必须保持不发生滑移。

(D)传动关系

当踩动左右踏脚板(3)时，左右滚动小车和左右摆杆(8)在钢丝绳(7)牵动下，分别沿V形直线导轨(6)和左右圆弧道轨(9)整个系统往复运动，通过左右摆杆(8)下端圆弧面中的棘爪(13)，在小弹簧(14)配合作用下自由伸缩，推动空套于中心固定轴(11)上的左右棘轮(12)单向逆时针旋转，与其上一体的链轮Z₁和空套的左右棘轮(12)外圆的支架(15)的链轮Z₂，链轮Z₃相合，链轮Z₃和大链轮Z₄装于同轴，由链条把力和速度输出于固定前车轮上被动小链轮Z₅，让车子滚动向前，设置这套增速轮辐，目的是减少小腿的往复频率，省去了变速机构，达到了预定最高车速，对结构作了重大的改善。

在轿型省力自行车中设置有出力机构、驾驶系统、双层轮圈和硬胎结构、防振系统、增速机构、传动机构、前后车架高度自动调节系统，自行车出力机构采用了曲柄滑块和摆杆棘轮两机构相组合的形式，驾驶系统是采用扇形齿轮机构，并采用了脚蹬、靠坐、平手操纵的结构形式，驾驶系统的座位处于两轮之间的中间位置，车轮为双层轮圈和硬胎结构，防振系统为减振单向阻力器的结构形式，自行车采用了增速机构来提高车速，自行车增速机构安装于两轮之间的中间位置，传动机构悬挂于坐架下面部位，自行车高度自动调节机构安装于自行车的前后车架上，前后车架可以自动调节高度。

Claims (3)

1、一种轿型省力自行车，是由：曲柄(1)、连杆(2)、左右脚踏板(3)、导向辊子(4)、左右滑块(5)、V形直线导轨(6)、钢丝绳(7)、左右摆杆(8)、左右圆弧道轨(9)、小辊子(10)、中心固定轴(11)、左右棘轮(12)、棘爪(13)、小弹簧(14)、支架(15)、左右扶手(16)、摆杆(17)、扇形齿轮(18)、后轮转向车叉(19)、小扇形齿轮(20)、车轮内圈(21)、车轮外圈(22)、偏心臂(23)、导向杆(24)、缓冲弹簧(25)、单向阀(一)(26)、单向阀(二)(27)、车梁(28)、后部罩(29)、左右门(30)、挡风板(31)、前部罩(32)、传动箱(33)、前车叉(34)、前车架(35)顺序联接组成，小辊子(10)装于左右摆杆(8)上，左右摆杆(8)安装在中心固定轴(11)上，左右摆杆(8)下端圆弧面中设置有棘爪(13)，在棘爪(13)中装有小弹簧(14)，左右棘轮(12)安装在中心固定轴(11)上，导向辊子(4)四只装于传动箱(33)左上角两侧，两只装于传动箱(33)的后下方，V形直线导轨(6)装于前车叉(34)两侧，钢丝绳(7)一端穿过两只导向辊子(4)旋入滚动小车后端小螺纹孔中，另一端通过左右圆弧道轨(9)中的小辊子(10)，转弯穿过后面两只导向辊子(4)中，左右圆弧道轨(9)中的小辊子(10)与左右摆杆(8)上端的卡紧块把钢丝绳(7)卡紧牢固，其特征是：车轮为硬胎结构，车轮内圈(21)是用辐条与转轴套构成，在车轮内圈(21)旋转成型后，接头处用一小块薄铝板胶粘联接，车轮外圈(22)是用硬橡胶粘接，再包一层带花纹的耐磨胶带。

2、根据权利要求1所述的轿型省力自行车，其特征是：自行车驾驶系统采用了脚蹬、靠坐、平手操纵的结构形式，座位处于两轮之间的中间位置。

3、根据权利要求1所述的轿型省力自行车，其特征是：自行车的曲柄滑块机构设置于自行车的前部位置，摆杆棘轮机构悬挂于坐架下面部位。

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