TW202419338A - 踩踏式變速自行車 - Google Patents
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Abstract
一種踩踏式變速自行車，主要包括：兩單向飛輪，左右各一設在該後輪兩側的中軸上；一踩踏機構，具有兩踏桿左右各一樞設在車架的兩側；一動力拉索，繞設在該兩踏桿與該兩單向飛輪之間，以及；一手排換檔器，設在車架上以排檔管線拉動設在兩踏桿上相嚙接的變速器；藉此，通過上下踩踏該踩踏機構可驅使該動力拉索來回運動，使兩單向飛輪帶動後輪轉動，提供自行車的前進動力，在踩踏行進中並可運用手排換檔器切換調整，以排檔管線拉動設在兩踏桿上相嚙接的變速器，改變其前後位置以相對產生不同快慢的變速效果。
Description
本發明是有關自行車的技術領域，尤指一種踩踏式變速自行車。
世界上第一輛自行車是由法國人西布拉克在1790年製作完成，最初的設計它沒有轉向裝置不能拐彎，且前行時必須依靠人的兩隻腳交替蹬地提供動力。騎乘時既不舒適也不能快速前進，僅供少數人使用的娛樂器械，並無法滿足日常交通實際作為代步應用的需要。隨著時代進步自行車不斷的發展改良，其各部結構及功能也更趨完善，並衍生出各式各樣不同種類的自行車。
但美中不足的是，現有傳統的自行車其傳動裝置都存有缺陷：利用齒盤和鏈條將曲柄的動能傳遞給輪胎，其一問題是扭力轉換效率不高，現有自行車在騎行時，當曲柄呈水準狀態時，人踩腳蹬的力量能使齒盤輸出最大扭力；在曲柄越過水準狀態後，用同等力量踩踏腳蹬，齒盤輸出的扭力小於曲柄呈水準時的最大值；當曲柄呈垂直狀態，人踩腳蹬的力量方向與中軸圓心重疊，此時用力踩腳蹬，齒盤卻無扭力輸出，因此，現有傳動裝置不能將垂直方向的踩踏力最大限度的轉換成旋轉扭力。
其二問題是驅動力不足，現有自行車採用坐姿騎行，自行車座椅承載了人體的主要重量，自行車的驅動力主要靠人大腿肌肉收縮產生動力，只有人大腿用力踩腳蹬時，齒盤才輸出扭力驅動自行車，在人大腿不用力時，齒盤也無扭力輸出，人體的重力勢能並未產生相應的驅動扭力，所以驅動自行車的扭力不夠大。
因此，目前也有許多開始研究踩踏式自行車，希望能將上下踏動的動力有效轉化為自行車前進的動力，唯現有習知的踩踏式自行車結構設計都尚未完善，本身仍存在踩踏力轉換效率低，及踩動不協調的問題，而且也不具有排檔變速的功能，為其主要缺點。
有鑑於此，本發明的主要目的，在提供一種踩踏式變速自行車，主要包括：車架、前輪、後輪、車座、車把，其特徵在於：
兩單向飛輪，左右各一設在該後輪兩側的中軸上；
一踩踏機構，具有兩踏桿左右各一樞設在車架的兩側，該每一踏桿的前端具有一踩踏部，以對應設在車座的下方供腳踩踏；
一動力拉索，繞設在該兩踏桿與該兩單向飛輪之間，受踩踏機構驅動來回運動，使兩單向飛輪帶動後輪轉動提供自行車的前進動力，以及；
一手排換檔器，設在車架上提供切換調整，以排檔管線拉動設在兩踏桿上相嚙接的變速器，改變其前後位置相對產生不同快慢的變速。
較佳實施，其中該車架進一步具有兩後叉桿其上段左右各設有一滑輪，以及該車座底下進一步具有一中桿其後下方設有一換向滑輪；該動力拉索進一步具有兩段鏈條與三段鋼索間隔相連所組成，其中該兩段鏈條分別與該兩單向飛輪相嵌接，而中段鋼索繞過接在該換向滑輪上，左右兩段鋼索則懸吊經該兩滑輪後分別與左右兩踏桿中段連接，但實際結構並不以此為限。
較佳實施，其中該車架在該對應該兩踏桿的下方設有一限位檔條，又該每一踏桿後方設有一旋動支點以鎖設在其該車架對應側後叉桿的下段位置，另外該兩踏桿的中段前位上相連設有一復歸鋼索，以跨繞設在該中桿上之兩復歸滑輪上，使左右踩踏可呈一上一下，但實際結構並不以此為限。
較佳實施，其中該變速器進一步由每一踏桿上設有一滑動齒板座所構成；該手排換檔器進一步設在該車架的橫桿上，該手排換檔器內設有左右基座中間串樞相夾一操作桿，該操作桿上方設有握把，但實際結構並不以此為限。
與現有習知結構相較，本發明一種踩踏式變速自行車其優點在於，可通過上下踩踏該踩踏機構而驅使該動力拉索來回運動，使兩單向飛輪帶動後輪轉動而提供自行車的前進動力，同時在踩踏行進中並可運用手排換檔器切換調整，以排檔管線拉動設在兩踏桿上相嚙接的變速器，改變其前後位置以相對產生不同快慢的變速效果。整體結構精簡效果佳、力臂大、傳動上無空程、可調整速度快慢、符合人體工學踩踏運動更加協調，從而提高騎乘的舒適性。
為方便瞭解本發明之內容，及所能達成之功效，茲配合圖式列舉具體實施例，詳細說明如下：請參圖1至圖5所示，本發明所設之一種踩踏式變速自行車1，主要包括：車架10、前輪11、後輪12、車座13、車把14，其特徵在於：
兩單向飛輪15，左右各一設在該後輪12兩側的中軸上；
一踩踏機構20，具有兩踏桿21左右各一樞設在車架10的兩側，該每一踏桿21的前端具有一踩踏部22，以對應設在車座13的下方供腳踩踏；
一動力拉索30，繞設在該兩踏桿21與該兩單向飛輪15之間，受踩踏機構20驅動來回運動，使兩單向飛輪15帶動後輪12轉動提供自行車的前進動力，以及；
一手排換檔器40，設在車架10上提供切換調整，以排檔管線41拉動設在兩踏桿21上相嚙接的變速器25，改變其前後位置相對產生不同快慢的變速。
較佳實施，如圖1及圖2所示，其中該車架10進一步具有兩後叉桿101其上段左右各設有一滑輪311，以及該車座13底下進一步具有一中桿103其後下方設有一換向滑輪313；該動力拉索30進一步具有兩段鏈條35與三段鋼索31、33間隔相連所組成，其中該兩段鏈條35分別與該兩單向飛輪15相嵌接，該兩段鏈條35與中段鋼索33間各設有一調整螺絲351，而中段鋼索33繞過接在該換向滑輪313上，左右兩段鋼索31則懸吊經該兩滑輪311後分別與左右兩踏桿21中段連接，但實際結構並不以此為限。
較佳實施，其中該車架10在該對應該兩踏桿21的下方設有一限位檔條121，又該每一踏桿21後方設有一旋動支點210以鎖設在該車架10對應側後叉桿101的下段位置，另外該兩踏桿21的中段前位上相連設有一復歸鋼索50，以跨繞設在該中桿103上之兩復歸滑輪513上，但實際結構並不以此為限。
以上結構設計重點，該復歸鋼索50必須始終保持緊繃，如此方能使該兩踏桿21左右踩踏可呈一上一下反復作動 。而該動力拉索30必須比該復歸鋼索50要鬆，以利於該滑動齒板座250可在該導軌齒板211上的滑動，倘動力拉索30若拉的太緊會導致左右兩踏桿21上的齒都呈咬合狀，而太鬆則會讓使力邊的踏桿21其齒咬合上產生力的空檔，此時就可利用兩邊的調整螺絲351來使該動力拉索30保持在最佳的鬆緊度，以維持兩踏桿21踩踏的正常運作。
較佳實施，如圖3A至圖5所示，其中該變速器25進一步由每一踏桿21上設有一滑動齒板座250所構成；該手排換檔器40進一步設在該車架10的橫桿上，該手排換檔器40內設有左右基座410中間串樞相夾一操作桿42，該操作桿42上方設有握把421，但實際結構並不以此為限。
較佳實施，其中該操作桿42下方進一步具有頂撐彈簧44之一擒縱機構45，及對應一定位棘齒條46設在該手排換檔器40的內底部；該兩基座410上各設有一排檔滾輪411，該每一排檔滾輪411上各繞設有一排檔管線41，其一端經一緩衝彈簧412固定於手排換檔器40的側上，另一端由該手排換檔器40的管線接孔413拉出以接到同側該踏桿21上相應所設的該變速器25上，但實際結構並不以此為限。
較佳實施，其中該踏桿21上進一步設有一導軌齒板211，該導軌齒板211上活動相接該滑動齒板座250，組合時該導軌齒板211位在該滑動齒板座250之上，其兩者齒峰齒谷間隔相對稱，而且兩者上下齒間保有適當的間距，使未踩踏使力的滑動齒板座250仍能滑動，該滑動齒板座250的一端與一該排檔管線41相連拉動，另一端經一內鋼索251接到該踏桿21上之一卷型彈簧252固定，又該滑動齒板座250上設有一懸吊拉孔253以供該動力拉索30末端相接拉動，其中滑動齒板座250與導軌齒板211的齒牙大小可採等比而設，但實際結構並不以此為限。
較佳實施，其中該擒縱機構45進一步包括該操作桿42下方一邊斜設一倒退卡柄451，另一邊設有一凸卡部452，以對應配置一前進卡柄453，呈V形其後方樞設在該基座410上，組合時以該倒退卡柄451及前進卡柄453間隔位在該定位棘齒條46上移動，且該前進卡柄453的上方開爪454外並以該頂撐彈簧44頂抵在該手排換檔器40的一檔柱440上，實施時該定位棘齒條46與滑動齒板座250的齒牙大小可相同或不同採等比而設，譬如 1：2 但實際結構並不以此為限。
應用時，請參圖1及圖2所示，當使用者兩腳交替踩踏的上下動作過程中，兩邊的踏桿21也會跟著上下交替動作，使動力拉索30兩邊產生交替拉址的動作。過程中同時令其兩邊鏈條35段來帶動其對應的兩側單向飛輪15跟著旋動，當一邊的踏桿21向下運動，而另一邊的踏桿21則向上運動。此時，其一邊的單向飛輪15呈正向轉動，而另一邊的單向飛輪15呈反向轉動，但由於該兩單向飛輪15是可單向驅動自由轉動地裝設在該轉軸上，故當單向飛輪15正向旋轉時其可驅動後輪12旋轉，而當單向飛輪15反向旋轉時則其單向飛輪15不會對後輪12前行造成影響。如此，有效設計使上下踩動兩側踩踏部22便能驅動自行車後輪12前進，騎乘過程中又能夠始終保持作用在踩踏部22上的力和傳動力臂垂直，作動方式與我們大腿的肌肉發力特點相吻合，可緩解在長時間騎行中的腿部肌肉酸痛，使我們在騎行中更加的輕鬆，進而提高騎乘者對自行車做功的綜合效能。
請參圖3A至圖5所示，騎乘中當需要進行變速時，可通過手排換檔器40來進行切換調整變速，扳動握把421將操作桿42前推，因為方向順齒其底下擒縱機構45可無阻的在對應定位棘齒條46上前移，相對使兩邊的排檔管線41拉動該兩側踏桿21上的兩變速器25向後移動，改變該滑動齒板座250與該踏桿21上導軌齒板211相接的位置，而讓其對應懸吊拉孔253後移，而間接使踏桿21與動力拉索30拉動位置向後移力矩跟著改變，而使踩踏的車行速度可以相對變慢。
更具體的動作，是透過卷型彈簧252而使排檔管線41始終保持拉緊狀態，並利用緩衝彈簧412的彈力大於卷型彈簧252。使換檔變速時藉由操控手排換檔器40可令排檔管線41相對收或放，而令滑動齒板座250產生移位，如爬坡需要力距大時將操作桿42往前推，一邊未使力的踏桿21其滑動齒座250因未咬合，處在自由滑動狀態故可直接先移動變速。而另一邊使力的踏桿21上其滑動齒板座250因與導軌齒板211相咬合，會令排檔管線41無法拉回，此時就可藉由拉開緩衝弾黃412譲操作桿41順利前推，而待使力踏桿2恢復到兩齒未咬合時，再靠緩衝彈簧412的恢復來產生作用，將滑動齒板座250拉動到所要的變速位置。
反之，當扳動握把421將操作桿42後拉時，因為方向逆齒其底下的擒縱機構45則可發揮逐步退檔的作用，以凸卡部452上旋會令V形的前進卡柄453提高失去卡止作用，同時倒退卡柄451會後壓在定位棘齒條46上產生退位卡止作用，令V形的前進卡柄453跟著預退半齒，待後拉操作桿42回直時倒退卡柄451脫離，而V形的前進卡柄453即愎位，則瞬間完成後移退檔一齒卡止的作用，相對使兩邊的排檔管線41所拉動的該兩側踏桿21的上兩變速器25可向前移動，而使踩踏的車行速度變快。
更具體的動作，當操作桿42往後拉一邊兩齒相未咬合的滑動齒座250可立即移動，而另一邊兩齒相咬合的排檔管線41在手排換檔器40中則會略微放鬆，但不會從排檔滾輪411脫軌跑出，同樣的待該踏桿21兩齒放開時，再靠卷型彈簧252拉緊發生作用，將滑動齒板座250拉動移位。改變該滑動齒板座250與該踏桿21上導軌齒板211相接的位置，而讓其對應懸吊拉孔253前移，而間接使踏桿21與動力拉索30拉動位置向前移力矩跟著改變，而使踩踏的車行速度可以相對變快。
與現有習知結構相較，本發明一種踩踏式變速自行車1其優點在於，可通過上下踩踏該踩踏機構20而驅使該動力拉索30來回運動，使兩單向飛輪15帶動後輪12轉動而提供自行車的前進動力，同時在踩踏行進中並可運用手排換檔器40切換調整，以排檔管線41拉動設在兩踏桿21上相嚙接的變速器25，改變其前後位置以相對產生不同快慢的變速效果。整體結構精簡效果佳、力臂大、傳動上無空程、可調整速度快慢、符合人體工學踩踏運動更加協調，從而提高騎乘的舒適性。
綜上所述，本發明新穎實用完全符合專利要件，爰提出發明專利申請。惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍；故凡依本發明申請專利範圍及創作說明書內容所作之等效變化與修飾，皆應屬本發明專利涵蓋之範圍內。
1:踩踏式變速自行車
10:車架
101:後叉桿
103:中桿
11:前輪
12:後輪
121:限位檔條
13:車座
14:車把
15:單向飛輪
20:踩踏機構
21:踏桿
210:旋動支點
211:導軌齒板
22:踩踏部
25:變速器
250:滑動齒板座
251:內鋼索
252:卷型彈簧
253:懸吊拉孔
30:動力拉索
31:鋼索
311:滑輪
313:換向滑輪
33:鋼索
35:鏈條
351:調整螺絲
40:手排換檔器
41:排檔管線
410:基座
411:排檔滾輪
412:緩衝彈簧
413:管線接孔
42:操作桿
421:握把
44:頂撐彈簧
440:檔柱
45:擒縱機構
451:倒退卡柄
452:凸卡部
453:前進卡柄
454:上方開爪
46:定位棘齒條
50:復歸鋼索
513:復歸滑輪
圖1 本發明踩踏式變速自行車的組合平面圖。
圖2 本發明踩踏機構與動力拉索的配置示意圖。
圖3A 本發明踏桿上設有變速器的示意圖。
圖3B 本發明踏桿上設有變速器A-A’的剖示圖。
圖4A 本發明手排換檔器A-A’的剖示圖。
圖4B 本發明手排換檔器B-B’的剖示圖。
圖5 本發明手排換檔器連接踏桿變速器的示意圖。
1:踩踏式變速自行車
10:車架
101:後叉桿
103:中桿
11:前輪
12:後輪
121:限位檔條
13:車座
14:車把
15:單向飛輪
20:踩踏機構
21:踏桿
210:旋動支點
22:踩踏部
253:懸吊拉孔
30:動力拉索
31:鋼索
311:滑輪
313:換向滑輪
35:鏈條
40:手排換檔器
41:排檔管線
42:操作桿
421:握把
50:復歸鋼索
513:復歸滑輪
Claims (7)
- 一種踩踏式變速自行車，主要包括：車架、前輪、後輪、車座、車把，其特徵在於： 兩單向飛輪，左右各一設在該後輪兩側的中軸上； 一踩踏機構，具有兩踏桿左右各一樞設在車架的兩側，該每一踏桿的前端具有一踩踏部，以對應設在車座的下方供腳踩踏； 一動力拉索，繞設在該兩踏桿與該兩單向飛輪之間，受踩踏機構驅動來回運動，使兩單向飛輪帶動後輪轉動提供自行車的前進動力，以及； 一手排換檔器，設在車架上提供切換調整，以排檔管線拉動設在兩踏桿上相嚙接的變速器，改變其前後位置相對產生不同快慢的變速。
- 如請求項1所述之踩踏式變速自行車，其中該車架進一步具有兩後叉桿其上段左右各設有一滑輪，以及該車座底下進一步具有一中桿其後下方設有一換向滑輪；該動力拉索進一步具有兩段鏈條與三段鋼索間隔相連所組成，其中該兩段鏈條分別與該兩單向飛輪相嵌接，而中段鋼索繞過接在該換向滑輪上，左右兩段鋼索則懸吊經該兩滑輪後分別與左右兩踏桿中段連接。
- 如請求項2所述之踩踏式變速自行車，其中該車架在該對應該兩踏桿的下方設有一限位檔條，又該每一踏桿後方設有一旋動支點以鎖設在該車架對應側後叉桿的下段位置，另外該兩踏桿的中段前位上相連設有一復歸鋼索，以跨繞設在該中桿上之兩復歸滑輪上，使左右踩踏可呈一上一下反復作動。
- 如請求項2所述之踩踏式變速自行車，其中該變速器進一步由每一踏桿上設有一滑動齒板座所構成；該手排換檔器進一步設在該車架的橫桿上，該手排換檔器內設有左右基座中間串樞相夾一操作桿，該操作桿上方設有握把。
- 如請求項4所述之踩踏式變速自行車，其中該操作桿下方進一步具有頂撐彈簧之一擒縱機構，及對應一定位棘齒條設在該手排換檔器的內底部；該兩基座上各設有一排檔滾輪，該每一排檔滾輪上各繞設有一該排檔管線，其一端經一緩衝彈簧固定於手排換檔器的側上，另一端由該手排換檔器管線接孔拉出以接到同側該踏桿上相應所設的該變速器上。
- 如請求項5所述之踩踏式變速自行車，其中該踏桿上進一步設有一導軌齒板，該導軌齒板上活動相接該滑動齒板座，組合時該導軌齒板位在該滑動齒板座之上，其兩者齒峰齒谷間隔相對稱，而且兩者上下齒間保有適當的間距，使未踩踏使力的滑動齒板座仍能滑動，該滑動齒板座的一端與一該排檔管線相連拉動，另一端經一內鋼索接到該踏桿上之一卷型彈簧固定，又該滑動齒板座上設有一懸吊拉孔以供該動力拉索末端相接拉動。
- 如請求項6所述之踩踏式變速自行車，其中該擒縱機構進一步包括該操作桿下方一邊斜設一倒退卡柄，另一邊設有一凸卡部，以對應配置一前進卡柄，呈V形其後方樞設在該基座上，組合時以該倒退卡柄及前進卡柄間隔位在該定位棘齒條上移動，且該前進卡柄的上方開爪外並以該頂撐彈簧頂抵在該手排換檔器的一檔柱上。
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|---|---|
| TWI822449B (zh) | 2023-11-11 |
| JP2024069155A (ja) | 2024-05-21 |
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