专利名称：往复踏步式助力自行车的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种脚踏自行车，更具体地说，本发明涉及一种往复式脚踏自行车。
背景技术：
自行车因其经济、方便、灵活、无污染、停靠自由，而被中国的家庭和个人所广泛采用。尽管随着人们生活的改善，主流代步工具和代步机械不断地升级换代从自行车向公交车、从公交车向摩托车、再从摩托车向私家轿车…这种发展趋势正方兴未艾，但伴随之而来的能源短缺、环境污染、交通拥堵等社会、自然、经济等问题却也正在成为制约这种发展趋势的强大阻力。可以预测，在未来的几十年里，无论在中国的城市或农村，绝大部分人口还将把自行车当作最基本的代步工具。
即使在整个世界范围内，自行车也因其上述的优点无处不在在发达国家，日益增加的人口采用自行车进行短距离的旅行、锻炼身体，在发展中国家如东南亚或欠发达国家如非洲，自行车仍然具有加速发展的市场和流行。
自行车属于一种简单代步机械，经过数百年的发展，尽管技术上已非常成熟稳定，很难出现技术上的重大突破，但是，目前市售的自行车具有如下缺点1)多采用脚踏圆周驱动方式，相当于人作大跨度跑步，运动剧烈，肌肉高度收缩运动，能耗极大，人极易疲劳。2)脚踏柄短，有效力臂短。由于脚踏作圆周运动，支点(轴心)位置及力臂(脚踏柄/曲柄)是不能有较大改变的，否则不能乘骑。3)由于脚踏作圆周运动，所以有效力臂从零---最大---零---(从脚踏成垂直状态起计)作循环变化，会有″死点″、″盲点″出现，持续施力性差，有用功效小。当出现死点、盲点时，无论用多大的力都是无用的，因为有效力臂为零或接近零。4)安全性、稳定性差。由于车架等各部分都是固牢的，重心较高难于控制。5)有损人体的身体键康。由于施力时，前脚伸得较前，所以，身体要斜靠向前才能有效施力。但是，这样会使人的腰、盘骨、外生殖器等受过度挤压，尤其是青少年受影较大。6)视角小危险性较高。在踏行中，人的上身是向前倾斜的，影响视线及判断。7)在行驶中，轮胎被刺爆或漏气时危险性极高。因此，实际中针对其的技术创新仍然层出不穷。
针对自行车的人力驱动方式的改进就有很多，其中很多是针对传统的脚踏圆周驱动方式中，脚踏板牙盘链轮在圆周转动中的相当部分弧度上是在作无用功，因而降低了做功和传动效率的缺点而进行的；这种改进主要着眼于将作无用功部分的弧度省去，代之以往复式脚踏做功，脚在回缩的过程中可得到轮换休息。
其中一类是仅仅将脚踏圆周驱动方式改进为往复式脚踏驱动方式，但仍然保留传统的牙盘链轮和链条传动来驱动后轮。此类改进的文件如申请号为93106155.5的中国专利文件公开了一种人力自行车往复合力驱动装置，该结构仍然保持了牙盘链轮和链条传动来驱动后轮的方式，而且其中采用了行星齿轮机构或锥齿轮机构，结构复杂，实施复杂，传动机构重量增加大，传动效率受到影响。
此类的改进文件还有专利号为87211284.U的中国专利文件公开了一种具有新颖结构的往复式无级变速装置，但是其无级变速装置中仍然需要采用链轮和链条并结合四连杆结构才能实现，内部链轮条传动复杂、低效，输出轮与驱动轴之间还需要链轮传动出去，因此传动效率难以提高，自重太大，装配困难。
此外还有专利号为87213215.U的中国专利文件公开了一种椅式自行车，该装置仍然保留了链轮链条传动来驱动后轮，效率提高有限，而且曲柄连杆容易出现死角，影响改进效果。
专利号为93221185.2的中国专利文件公开了一种自行车往复式脚踏省力机构，该车脚踏曲柄上的滑槽与链轮曲柄间的铰链滑动配合明显存在着滑动摩擦损耗过大的问题，而保留下来的链轮链条传动的低效率问题仍存在。
专利号为94217138.1的中国专利文件公开了一种省力平座式自行车，但其增力传动装置需要增加至少两套链轮机构和相应长度多次弯折的链条，机构笨重繁复，得不偿失。而且仍然保留原来的链轮链条传动，低效率问题仍存在。
专利号为96211258.5的中国专利文件公开了一种弧往复式省力增变速自行车，该装置除了仍然保留原来的一套链轮链条传动，又增加了一套大牙盘链轮和一套链条、飞轮，低效率问题更加突出。
专利号为95241926.2的中国专利文件公开了一种曲柄往复式自行车传动机构；专利号为99203032.3的中国专利文件公开了一种往复式驱动的脚踏车；专利号为98245691.3的中国专利文件公开了一种往复式驱动的脚踏车；专利号为02285256.5的中国专利文件公开了一种脚踏节能驱动装置；上述这些改进均具有将往复运动转变为圆周运动的转变机构，这些转变机构不同方式和程度地具有机构笨重、效率不高问题，而且均保留了原有的链轮牙盘和链条飞轮机构，传动效率提高有限或低下。
往复式踏板驱动改进中，除了上述一类改进外，还存在一类将原有的链轮牙盘和链条飞轮机构统统取消了的改进装置，如申请号为00122105.1的中国专利文件公开了一种自行车往复踏板无级变速驱动装置。该驱动装置由小齿轮、扇形的主动啮合轮、摇臂、内支架、组合销、调节螺杆、摩擦轮、弹簧顶块、复位机构、脚踏板组成的自行车往复踏板无级变速驱动装置，其摇臂在脚踏板作用下摆动时，带动组合销和与之相联结的扇形的主动啮合轮摆动，使得与其啮合的小齿轮转动，可连续调节组合销的位置，平滑改变扇形的主动啮合轮的摆幅和小齿轮的转角，实现无级变速。据称该装置受力位置好，轻快省力，没有死点，占用空间小，无级变速简易可靠，可设置于自行车后轮由单人驱动；也可采用复合方式设置由二人或多人驱动；还可设置于前轮驱动以及前后轮分别驱动。该装置较之前述的一类许多实例而言，完全取消了将传统自行车的链轮牙盘、链条和飞轮机构，从此方面来说，机构得到了相当程度简化。但是该装置由与其摇臂特殊的支承位置和结构等原因，必须采用复位机构来帮助左右两块扇形的主动啮合轮及摇臂实现上下位置的交替，而该复位机构是一条钢丝套管(钢丝拉绳)，显然，这样的钢丝在骑行过程中频繁用力的拉动下将很容易被其外的套管磨损，复位传动的效率及实用性都很低。
发明内容针对现有技术的上述缺点，本发明所要达到的技术目的之一是要提供一种简单实用、机构轻巧、传动高效省力、骑行舒适的往复踏步式助力自行车。
本发明所要达到的另一技术目的是要提供一种带助力电动机、而且结构简单、离合轻捷、传动高效、实用轻巧的往复踏步式助力自行车。
本发明所要达到的又一技术目的是要提供一种车架在行驶中易于控制、安全平稳、防震性能好、轮胎防爆性能好的往复踏步式助力自行车。
为此，本发明的技术方案是一种往复踏步式助力自行车，该往复踏步式助力自行车包括车架、座椅、转向把手、刹车机构、可转向前轮、驱动用后轮及后轮轴、轮胎，车架的左右两侧均设有一根踏柄及其脚踏板和扇形主动啮合轮，所述后轮轴左右两边上的单向飞轮的外圈啮合齿分别和同侧的扇形主动啮合轮相啮合，而脚踏板固定在所述踏柄的前端，所述扇形主动啮合轮固定在踏柄的后端，在所述踏柄的两端之间的柄体上开有销孔，在车架上连接有柄销，所述踏柄通过该销孔和柄销而铰接在车架上；主动啮合轮为内齿圈结构或内弧链条段结构，所述单向飞轮外圈为齿轮或链轮，踏柄连接在该扇形主动啮合轮的端面或外圈面上；脚踏板一边上设有边钩。本发明的往复蹬踏驱动机构中，内齿圈以其内圈而非外圈与外齿轮相啮合，这样能够使踏柄的安装尺寸、长度结构和力学结构更为合理，并为下述的传动机构简化奠定基础。与内齿圈以其内圈而非外圈与外齿轮相啮合完全类似，内弧链条段结构，是一段传统的链条弧段焊接在扇形的框架结构上，并以链条弧段的内圈而非外圈与链轮相啮合。如前述大多数的改进那样，大多数人们只把传统的圆周踏蹬驱动方式改进为往复式踏蹬驱动就认为大功告成了，但这样的改进始终需要往复式直线位移转变为圆周运动，经过实践证明，这种运动方式的转换机构总是很复杂、笨重，而且一般能量转换效率并不高。再加上原来效率低下的牙盘链轮、链条传动机构，改进装置的总体效率并不高甚至还会下降，因此，此类改进方案至今不能被商业化。而鲜有的将牙盘链轮、链条传动机构完全取消、令脚蹬上的齿轮直接驱动后轮飞轮转动的一例实施例，虽然较为创新，但又没能妥善解决左右脚蹬依次上下复位的问题，因此，也不具有实用性。
而本发明的改进既完全取消了牙盘链轮、链条传动机构，同时，把脚踏柄大幅加长，将支承踏柄的销孔和柄销开设在脚踏板、扇形的主动啮合轮之间，利用脚踏板和与单向飞轮啮合的扇形的主动啮合轮的重量相互平衡(弧形齿这一端略重)，只需借助脚踏板一边的边钩，就能用脚面轻易快速地将已踩下的脚踏板重新抬上来以备下次蹬踏。因此，本发明的装置省略了原有的往复复位机构，机构具有更加简单实用、轻巧省力、传动高效的优点，而且，本发明可让座椅适当向车前部调整，使落脚舒适，骑行轻松。
为进一步强化本发明的上述基本优点，本发明采取如下较具体改进措施销孔及柄销的位置处在所述踏柄、脚踏板和扇形的主动啮合轮形成的刚性体的重心或稍前部位；所述柄销的位置处在所述车架的后下部较靠近后轮轴心。这样脚踏柄就可以做得特别长，骑行特别省力，更有利于脚踏板轻巧地往复上下、更有利于座椅在车架上的调整。
为了使本发明的自行车能够在推行过程中进退自如，本发明采用两级串联的单向结构把单向飞轮整合成全自动飞轮离合器即在传统的单向飞轮这一单向驱动环节之外再加一个单向驱动环节，即所述后轮是与位于其中央的驱动辊直接固接的，该驱动辊左、右两端上固连有直径较小的轮轴套，所述轮轴套与所述后轮轴之间设有滚动轴承，所述驱动辊左、右两端的端面上或轮轴套上分别设有单向棘齿轮；两个所述单向飞轮的内圈分别活动配合在同侧的轮轴套上，两侧单向飞轮上均设有与该侧的单向棘齿轮相啮合的单向棘爪。具体结构即所述单向棘齿轮设在所述驱动辊的的端面上，所述单向棘爪依序包括设置在单向飞轮内圈端面上的棘齿盘和轴向顶推该单向飞轮的弹簧圈，所述弹簧圈与所述单向飞轮共轴且被限定在与所述后轮轴紧固连接的止推盘内侧。这样，由原来的一级单向飞轮再加上一级单向棘齿轮与单向棘爪的单向驱动结构，不但能驱动自行车飞快前行，还能让脚踏板轻松回到上位、让后轮能轻松地倒转而不致让后轮带动单向飞轮以至驱动踏柄倒转使脚踏板向上转动卡死。因为，一个单向棘轮爪机构总是存在两个主被动驱动关系和方式，通过两级串联的蹬踏单向驱动器，就能消除另一不需要的向后转动的主被动驱动关系和方式，而仅剩下唯一所需的向前转动的主被动驱动关系和方式，使车子操作更方便。而且在传统的两个单向飞轮的外侧轴上，各固有一单转向止推盘，在该单转向止推盘与所述单向飞轮之间装有推力弹簧圈，该推力弹簧圈使所述单向飞轮内圈端面棘齿盘与所述驱动辊外端面棘轮可靠地啮合。同时，在需要倒车时，后车轮带动单向飞轮向后转动，而在最外面的单转向的止推盘是不能倒转的，单转向止推盘通过螺纹导向槽把单向飞轮往回拉，压缩弹簧并使单向飞轮内端面棘轮(爪)与所述驱动辊外端面棘轮(爪)拉开，从而使后轮倒转(倒车时)不带动所述单向飞轮，这样，后轮虽然能带动驱动辊端面向后转动，但是由于驱动辊的端面上的棘齿轮与单向棘爪间克服弹力而打滑，因此无法带动单向飞轮以及踏柄转动。
为强化本发明的上述基本优点，本发明进一步采取如下较具体改进措施所述的止推盘与所述后轮轴之间也设有单向棘轮机构；所述的驱动辊一侧还固接有刹车碟。止推盘与后轮轴之间的单向棘轮机构能使单向飞轮转动和轴向进退更加自如。在此基础上还可以在止推盘与单向飞轮之间设置促进单向飞轮作轴向进退的配合螺纹。
为实现本发明的另一技术目的，本发明在所述后轮的轮辐上设有与该后轮圈同心的驱动齿圈，所述踏步式助力自行车上还设有蓄电池和电动机，所述电动机通过链条传动机构带动末端链轮再经单向驱动的小飞轮带动外齿轮与所述驱动齿圈相啮合，末端链轮、小飞轮、外齿轮均动配合在同一短轴上，所述末端链轮或外齿轮与小飞轮之间同心地固连成为一体。本发明采取电动驱动与脚踏驱动分开的传动机构，在后轮上再设置一驱动齿圈，利用集成在一短轴上的末端链轮、小飞轮、外齿轮单向地驱动齿圈和后轮转动。因为驱动齿圈可以作到较大直径，这样有利于简化人、机驱动、传动机构，把电动驱动力臂大幅增加，起动牵引力特别大，正常行驶后就可达超低量能耗，还便于将电动机以及蓄电池从传统的车架最低位置装设到车架的最高位置上，增加电动机构的防水、越野能力和安全性能、使用寿命。
齿圈的具体结构即所述驱动齿圈为设在所述后轮圈的内环面上的内齿圈，或者所述驱动齿圈为固定在所述后轮的轮辐条上的外齿圈。
为了便于电动机构灵活及时地与后轮圈间切换离合以及刹车，还为了利用后轮惯性转动的能量进行发电，增加一级单向机构，本发明采用末端链轮或所述外齿轮轴向固定在所述短轴上，而其中另一则可相对弹性滑动地装配在所述短轴上，在所述末端链轮与所述外齿轮之间还设有一套弹性可离合单向棘轮机构。
在本发明实施例中，该套弹性可离合单向棘轮机构与原常啮合单向棘轮机构具体结构如下末端链轮与小飞轮之间同心地固连成为一体，外齿轮轴向固定在所述短轴上，而末端链轮则可轴向滑动地装配在所述短轴上；所述的小飞轮包括两套单向棘轮机构，其中一套常啮合单向棘轮机构是设在小飞轮轮圈的内环面与所述外齿轮的轴套外环面之间；另一套可离合单向棘轮机构是设在所述小飞轮轮圈内的末端链轮的端面与所述外齿轮的轴套的对应端面之间，且所述小飞轮轮圈内的末端链轮的端面与所述外齿轮的轴套的对应端面之间设有推簧及相应的反推机构，该反推机构与刹车机构联动，这样就整合成小飞轮离合器了。需要时，启动电动机就能通过链条带动小飞轮驱动自行车；所述电动机为可发电式电动机；所述短轴装配在所述车架上。这样，当后轮需要刹车或需要利用惯性转动的后轮发电时，只要带动反推机构将外齿轮与小飞轮轮圈推合拢来，惯性旋转的后轮通过驱动齿圈就能带动外齿轮与小飞轮轮圈转动而通过链条将能量传递给可发电电动机，将电能直接利用或存储到蓄电池中。蓄电池中的电能又能在需要时带动电动机驱动自行车。
因此本发明提供了一种电动机助力、而且结构简单、离合轻捷、大力矩驱动、传动高效、实用轻巧并且能发电的的往复踏步式助力自行车。
为提供一种车架防震性能好在行使中安全平稳、操控性强、轮胎防爆性能好的往复踏步式助力自行车，实现本发明的又一技术目的，本发明的车架包括前三角架和后三角架，所述的前三角架包括前管、上管、下管、后立管，所述的后三角架包括立叉、平叉，所述前三角架的后立管的下端和/或下管的后端和后三角架的平叉的前端之间通过连接销铰接连接；在所述的上管后端与后立管之间为弹性连接，所述的立叉顶部与后立管上端之间也为弹性连接。这样，刹车情况下，前轮因为惯性仍然前冲而能与后轮拉开距离，使重心降低，更易操控，形成一种更加安全、弹性强劲的应急状态，从而提高了操作简易性，增强了越野性、防震性。此外，本发明轮胎的截面自内向外依次包括轮圈、PU发泡胎和充气膨胀外胎。这样一旦爆胎，不致造成过大的失控，极大增加了安全性能。本发明实施例的转向把手(龙头)与前轮架间连接做成槽形(规则或异型)使转向把手可前后上下调整，视野开阔、骑乘舒适；本发明的装置把脚踏柄(曲柄)大幅加长达0.48米或更长(如0.6米、0.7米等)；把支点(轴心)靠近后轮轴心，并使脚踏柄小角度转动；踏柄另一端焊接驱动齿条；飞轮外齿做成数齿如六齿或五齿等；在后轮两则各有一套独立的驱动机构；脚踏驱动飞轮整合成全自动飞轮离合器；坐椅大幅向前移，使脚踏接近或直接在人体重心之下；后轮车架、坐椅支撑架、前轮架之间装有避震器且可转动；车头(龙头)与前轮架间连接做成槽形(规则或异型)使其可前后上下能调整；若加装车尾，车尾与后轮架间也用避震器连接。
电动助力机构中的驱动齿圈直接做在车轮圈上，把电动机固定于后车架上，把传动外齿轮整合成飞轮离合器，有需要时才通过链条带动电动机，而电动机在任何时侯都能带动飞轮，同时把电动机带动齿与传动齿做成链盘组，以方便进行外部调速及调整驱动力矩，刹车时能利用电动机进行发电，给电池充电，也可当发电机作应急发电使用。
本发明在传统车轮真空胎内加装PU发泡轮以增加防震、防爆效果。
本发明自行车的分部分的优点叙述如下A-蹬踏驱动部分一)与传统自行车相比1)变速省力。大力矩驱动，充分利用杠杆原理，大幅加长力臂(踏柄)长达0.48米或更长(此处为方便计算比较，实际可取0.5米、0.6米、甚至0.7米等等)，有效力臂≥0.48-0.13＝0.35米，其中，0.13米为驱动齿条转动半径，现有车力臂长为0.16米，有效力臂为0.16-0.075＝0.085米，其中0.075米为脚踏链盘半径。所以，有效力臂之比为0.35÷0.085＝4.118倍。
2)符合人体工学。脚踏踏步式小角度转动，与人体的活动习惯相适应。上下转动总夹角≤60度，使踏力始终接近垂直或垂直力臂(踏柄)，有效功率最大化，运动量达最小，节省体力。
3)适用面广、效率及频率高。左右独立双驱动结构，大幅增加效率及频率，可同时施力，也方便人们的左右脚用力不同的习惯(甚至其中一脚有残疾的人也能乘骑)，踏动频率可不同，以提高人们乘骑的乐趣。即使一个驱动系统出现故障，另一个亦能正常使用。
4)速度快、阻力小。采用齿轮啮合驱动，飞轮齿数可少至五齿。大大优化齿数比，传动速度更快。无需链条传动，大幅减少中间阻力及故障率。
5)机械性能优。驱动齿与飞轮可轻易达到最优齿数比及合理模数。
6)能“借力”驱动。由于坐椅大幅向前移动，使脚踏接近或直接在人体重心之下，充分利用人体的自身重力来作驱动。
7)进退自如。创造整合了自动飞轮离合器，进退自动转换，特别是倒车时，脚踏可不转动。
8)有用功效高，结构科学，更易驱动。由于采用长杠杆驱动齿轮结构，并且人的重心前移，后轮的承载重量减少，相应地各种阻力也减少，更有利后轮驱动。
9)利用人体自身重量来驱动作功。现有自行车脚踏至前水平时，脚要前伸320MM，即人体重心至前脚踏有320MM距离(人体重心至脚踏轴心有160MM，加上脚踏运动半径160MM).由于前后脚跨度大，要向前脚踏施力，就要弯腰，身体斜靠向前，须出″非常大″的力才行。以至于现行的爬山车、公路车的车头做得很低，骑车人要把身体斜靠向前，使人的重心向前尽量接近脚踏板，才觉得有力可用；这样，骑车人极易疲劳，且易使人的腰、盆骨、外生殖器等受过度挤压，对人体的生长发育有较大的损害，尤其是外生殖器官及骨骼机构。根本谈不上骑车乐趣。
研究与实践表明，人们做的所有较为剧烈的运动中，原地踏步是最省力最持久的运动，最符含人体工学。比较现有自行车，本发明自行车的坐椅可以大幅向前移，使得人体重心处于脚踏的正上方，骑车人可完全避免上述问题。在驱动自行车时，就象人坐在椅子上要站起身的过程一样，显得非常自在省力，甚至觉得不用″出力″，完全靠人体自身重量来驱动就已足够。由此可见本发明的踏步式驱动结构，才真正适应人们的生活习惯及人体工学的原理，实现了骑车人的乐趣。与现有技术的自行车相比，此结构省力也能达两倍。而连续骑行的持久性则达数倍之久。
B-电动驱动部分1)本发明采取电动驱动与脚踏驱动分开为两个互相独立的传动系统，而电机在任何时侯都能带动飞轮驱动后轮。
2)特大力矩驱动。由于把动齿直接做在轮圈上(内、外侧)，也即把力臂大幅增加，力臂比现有车长达2～10倍(与轮圈大小有关)。相应地，电机功率不变，牵引力将增加2～10倍。通过本发明装置输出的牵引力比现有车大若干倍，有望将现有电动车动力性能的提升达到或超过摩托车。
3)超低量能耗。由于驱动力矩大，动齿半径大，而驱动齿径小，各种阻力极小，正常行驶后就可达超低量能耗(能达能量损耗的最小极限)。
4)高通过能力、电机安全性高。由于把电机前置于后支架上，将电动机以从传统的车架最低位置装设到车架的最高位置上，增加电动机构的防水、越野能力和安全性能、使用寿命。
5)省力，人力驱动易。比驱动现有自行车能省力达四倍或以上。由于长力臂大力矩驱动并且把传动齿整合成全自动飞轮离合器，有需要时才联动电机，以达到减少或增加阻力的效果。故，在很多情况下都不需要带动电机运转。如①电池无电时；②人力驱动时；③下小斜坡时；④为节约电能另做它用时等。特别是人力驱动时，完全消除为驱动电机所用之力以及电机转动时所产生的电磁感应力。所以，仅此项就可大幅降低各种能量损耗。
6)速度快慢可调。除可控电机调速外，也可在外部调控速度及驱动力矩。可直接在驱动齿组(在马达轴上)通过链条与传动齿组进行外部调速及调整驱动力矩(与现行变速自行车原理同样，但更简单方便易用)。
7)刹车储能，物尽其用。刹车时，首先进行断电，然后使飞轮离合器啮合带动电机使电机变成发电机，经恒流源电路给电池充电，使动能转变成电能，实现能量合理循环利用，延长电池的续航能力，实现物尽其用，一机〔电机〕多用。
8)高安全性、低使用成本。刹车时，首先断电，然后使飞轮离合器啮合(带动电机)发电储能，增大阻力，使车辆有效减速，减少刹车片的损耗，降低使用成本，同时提高制动效果，安全性当然也大幅提高。
9)当发电机使用---发电用来照明，作应急通讯电源，等等。并且脚踏长力臂大力矩驱动，非常省力且高效。
C-安全防震车架部分1)全能防震。前轮架、坐椅支撑联接架、后轮架之间都可转动且它们之间有避震器联接，所以，有极佳的防震吸能作用。
2)高操控性能。刹车或下坡时，〔两轮〕轴距加大。刹车越急，轴距越大。极大地提高操控能力和行车安全稳定性。
3)高安全稳定性。刹车或下坡时，重心降低。刹车越急，重心越低。进一步大幅提升行车安全稳定性和操控性能。
4)高舒适度。车头(龙头)前、后、高、低可调，以适应不同的使用环境，调整人体的最佳运动状态，以及调节人们的舒适度。所以，乘坐舒适乐趣多，激发人们的环保意识，更有效地达到代步、健身、休闲、保护环境等效果。
5)视野开阔。骑行中，人象坐在舒适的坐椅上一样，判断灵活准确，行驶安全。
D-防爆轮部分本发明在真空胎内加装PU发泡轮，从而有效地避免在行车中爆胎或漏气时所遇的危险。
总之，本发明的的结构改进具有实施简便、有效、成本低廉的优点，特别适用于两轮三轮或多轮的自行车\电动助力自行车(电动车)，或需人力驱动的其它工具等等。
以下，结合具体实施例和附图对本发明的技术解决方案作进一步说明。
图1为本发明的往复蹬踏驱动装置实施例的结构示意图。
图2为往复蹬踏驱动装置中齿轮式蹬踏单向驱动器的剖视示意图。
图3为图2中齿轮式蹬踏单向驱动器的立体爆炸图。
图4为往复蹬踏驱动装置中链轮式蹬踏单向驱动器的剖视示意图。
图5为本发明的电动机助力驱动装置实施例的结构示意图。
图6为电动机助力驱动装置中电动单向驱动器的剖视示意图。
图7为图6中电动单向驱动器的立体爆炸图。
图8为本发明防爆轮胎实施例结构的剖视示意图。
图9为本发明车架实施例的立体示意图。
图10为本发明整车实施例的结构示意图
具体实施方式
实施例1如图1所示为一种往复踏步式助力自行车的往复蹬踏驱动装置500，其包括驱动用后轮510及后轮轴520、驱动用后轮510上具有与前轮相同的轮圈430和轮胎400，车架100的左右两侧分别设有一根踏柄540(仅示出其中之一)、固定在踏柄540上的脚踏板541和内齿圈结构的扇形主动啮合轮542、与所述扇形主动啮合轮542相啮合的带啮合齿的单向飞轮543，而脚踏板541固定在踏柄540的前端，扇形主动啮合轮542固定在踏柄的540后端，在踏柄540的两端之间的柄体上开有销孔，在车架100上连接有柄销544，踏柄540通过该销孔和柄销544而铰接在车架100一侧上；踏柄540通过三个螺杆547连接在扇形的主动啮合轮542的端面上；所述脚踏板540一边上设有边钩545，在车架100上还固定有一限定踏柄540上位极限的限位弹簧546和一限定踏柄540下位极限的限位挡548。
销孔及柄销544的位置处在踏柄540、脚踏板541和扇形的主动啮合轮542形成的刚性体的重心部位；柄销544的位置处在车架100的后下部。
实施例2如图2、3，所示为往复蹬踏驱动装置500的两级串联的齿轮式蹬踏单向驱动器，其包括后轮510中央直接固接的单向驱动的驱动辊521，该驱动辊521左、右两端上固接有轮轴套5210，轮轴套5210与后轮轴520之间设有滚动轴承522，驱动辊521一侧固接有刹车碟524；驱动辊521左、右两端的端面上分别设有单向棘齿轮5211；左、右两个单向飞轮543包括外圈齿轮5435和传统的单向棘齿机构-包括设在单向飞轮543外环面上的棘齿环5432和设在单向飞轮543的内圈5430上的弹性棘爪5431，分别活动配合在同侧的轮轴套5210上的内圈5430，此外，两侧单向飞轮543上均设有与该侧的单向棘齿轮5211相啮合的单向棘爪，该单向棘爪依序包括设置在单向飞轮543内圈5430端面上的棘齿盘5434和轴向顶推该单向飞轮543的弹簧圈5433，弹簧圈5433与单向飞轮543共轴且被限定在与后轮轴520紧固连接的止推盘523内侧。
止推盘523与后轮轴520之间也设有单向棘轮机构及其棘爪5230和滚动轴承5231；止推盘523与单向飞轮543之间通过螺纹导向槽5231相互活动配合。
其中，图3中未能清楚表现出来的传统设在单向飞轮543内环上的单向棘齿机构的棘齿环5432以及弹性棘爪5431与以下图6中所示的棘齿圈671与弹性棘齿681结构一致，可参见图6。
实施例3如图4，所示为往复蹬踏驱动装置500的两级串联的链轮式蹬踏单向驱动器，由于扇形主动啮合轮542还可以是内弧链条段结构(不详示)，因此，与内弧链条段啮合轮542相啮合的为链轮外圈式的单向飞轮543和蹬踏单向驱动器，其包括后轮510中央直接固接的单向驱动的驱动辊521，该驱动辊521左、右两端上固接有轮轴套5210，轮轴套5210与后轮轴520之间设有滚动轴承522，驱动辊521一侧固接有刹车碟524；驱动辊521左、右两端的端面上分别设有单向棘齿轮5211；左、右两个单向飞轮543包括外圈链轮5435’和传统的单向棘齿机构-包括设在单向飞轮543外环面上的棘齿环5432和设在单向飞轮543的内圈5430上的弹性棘爪5431，分别活动配合在同侧的轮轴套5210上的内圈5430，此外，两侧单向飞轮543上均设有与该侧的单向棘齿轮5211相啮合的单向棘爪，该单向棘爪依序包括设置在单向飞轮543内圈5430端面上的棘齿盘5434和轴向顶推该单向飞轮543的弹簧圈5433，弹簧圈5433与单向飞轮543共轴且被限定在与后轮轴520紧固连接的止推盘523内侧。
止推盘523与后轮轴520之间也设有单向棘轮机构及其棘爪5230和滚动轴承5231；止推盘523与单向飞轮543之间通过螺纹导向槽5231相互活动配合。
其中，图3中未能清楚表现出来的传统设在单向飞轮543内环上的单向棘齿机构的棘齿环5432以及弹性棘爪5431与以下图6中所示的棘齿圈671与弹性棘齿681结构一致，可参见图6。
实施例4如图5所示为电动机助力驱动装置600，该装置600包括后轮510的轮辐上设的与该后轮圈430同心的驱动齿圈610，驱动齿圈610为设在后轮圈430的内环面上的内齿圈；该踏步式助力自行车上还设有蓄电池620和可发电式电动机630，在电动机630与蓄电池620之间还连接有向蓄电池620充电的充电器(不详示)；该电动机630被装配在车架100的电动机安装架631上并通过链条640、中间链轮650带动末端链轮660相啮合；末端链轮660与小飞轮670之间同心地固连成为一体并和外齿轮680均活动配合在同一短轴690上(参见图5)，短轴690固定在车架后部上，末端链轮660经单向驱动的小飞轮670带动外齿轮680与驱动齿圈610相啮合；末端链轮660为几个具有不同直径和齿数但平形并列地固接在同一轴套上的变速链轮组。
实施例5如图6、7所示为电动机助力驱动装置600中两级串联电动单向驱动器，相互同轴固连成为一体的末端链轮660与小飞轮670和外齿轮680分别通过滚动轴承675和滚动轴承676活动配合在同一短轴690上，其中外齿轮680与短轴690间为轴向紧固连接，外齿轮680一端上固接有轴套683；末端链轮660及小飞轮670与短轴690间为轴向滑动连接；小飞轮670相关的结构包括两套单向棘轮机构，其中一套常啮合单向棘轮机构是由小飞轮670内环面上的棘齿圈671与外齿轮680的轴套683环面上的弹性棘齿681装配而成；另一套可离合单向棘轮机构672是由设在小飞轮670轮圈内的末端链轮660端面上的棘齿环672与外齿轮680的轴套683的对应端面上的棘齿环682之间装配而成，且轮圈670内的末端链轮660的端面与外齿轮680的轴套683的对应端面之间设有推簧673及相应的反推机构674，该反推机构674为与刹车机构(不详示)联动的轴套结构。
实施例6如图8所示为防爆轮胎400横截面的结构，轮胎400的截面图自外向内依次包括充气膨胀外胎410、PU发泡胎420和轮圈430，该轮圈430是位于后轮510和前轮的最外围的刚性圈体。
实施例7如图9所示为本发明一种往复踏步式助力自行车的车架100实施例，该车架100包括前三角架110和后三角架120，前三角架110包括前管111、上管112、下管113、后立管114，后三角架120包括立叉121、平叉122，前三角架110的后立管114的下端及下管113的后端和后三角架120的平叉122的前端之间通过连接销130铰接连接；在上管112后端与后立管114之间为弹性铰链131连接，立叉121顶部与后立管114上端之间也为弹性铰链131连接。
车架100的左右两侧分别设有往复蹬踏驱动装置500(仅示其一)，在踏柄540的两端之间的柄体上开有销孔，在车架平叉122后部上设有柄销544，踏柄540通过该销孔和柄销544而铰接在车架100上；电动机630被装配在车架100的电动机安装架631上，蓄电池(此图不详示)也被装配在车架100上部；末端链轮660、小飞轮670和外齿轮680共同装配于其上的短轴690被装配在后三角架120的后部的侧片691上。
驱动用后轮510及轮胎400通过后轮轴520装配在后三角架120的后端即立叉121后端与平叉122后端的交汇部。
座椅200(不详示)被安装在后立管114的上端，转向把手300(不详示)被安装在前管111的上端；车架100还包括搁架140。
实施例8如图10所示为本发明一种往复踏步式助力自行车整车实施例的结构示意图。
该往复踏步式助力自行车包括安装在车架上的座椅200、转向把手300、刹车机构(不详示)、可转向前轮等；该往复踏步式助力自行车的车架100包括由前管111、上管112、下管113、后立管114、立叉121、平叉122、搁架140等组成，其中往复蹬踏驱动装置500包括驱动用后轮510、后轮胎400，车架的左右两侧分别设有一根踏柄540以及固定在踏柄540上的脚踏板541和扇形的主动啮合轮542等；在踏柄的两端之间的柄体上开有销孔，在车架上连接有柄销544，踏柄540通过该销孔和柄销544而铰接在车架上；踏柄540通过与刹车碟524固连的驱动辊驱动后轮510；电动机助力驱动装置600包括后轮510的轮辐上设的与该后轮圈同心的驱动齿圈610，蓄电池(不详示)和电动机630，电动机630通过中间链轮650、末端链轮660等驱动齿圈610。
权利要求
1.一种往复踏步式助力自行车，该往复踏步式助力自行车包括车架(100)、座椅(200)、转向把手(300)、刹车机构、可转向前轮、驱动用后轮(510)及后轮轴(520)、轮胎(400)，所述车架(100)的左右两侧均设有一根踏柄(540)及其脚踏板(541)和扇形主动啮合轮(542)，所述后轮轴(520)左右两边上的单向飞轮(543)的外圈啮合齿(5435)分别和同侧的扇形主动啮合轮(542)相啮合，其特征在于所述脚踏板(541)固定在所述踏柄(540)的前端，所述扇形主动啮合轮(542)固定在所述踏柄(540)的后端，在所述踏柄(540)的两端之间的柄体上开有销孔，在所述车架(100)上连接有柄销(544)，所述踏柄(540)通过该销孔和柄销(544)而铰接在所述车架上(100)；所述的主动啮合轮(542)为内齿圈结构或内弧链条段结构，所述单向飞轮(543)外圈为齿轮或链轮，所述踏柄(540)连接在该扇形主动啮合轮(542)的端面或外圈面上；所述脚踏板(541)一边上设有边钩(545)。
2.如权利要求1所述的往复踏步式助力自行车，其特征在于所述销孔及柄销(544)的位置处在所述踏柄(540)、脚踏板(541)和扇形主动啮合轮(542)形成的刚性体的重心部位；所述柄销(544)的位置处在所述车架(100)的后下部。
3.如权利要求1或2所述的往复踏步式助力自行车，其特征在于所述后轮(510)是与位于其中央的驱动辊(521)直接固接的，该驱动辊(521)左、右两端上固连有直径较小的轮轴套(5210)，所述轮轴套(5210)与所述后轮轴(520)之间设有滚动轴承(522)，所述驱动辊(521)左、右两端的端面上或轮轴套(5210)上分别设有单向棘齿轮(5211)；两个所述单向飞轮(543)的内圈(5430)分别活动配合在同侧的轮轴套(5210)上，两侧单向飞轮(543)上均设有与该侧的单向棘齿轮(5211)相啮合的单向棘爪。
4.如权利要求3所述的往复踏步式助力自行车，其特征在于所述单向棘齿轮(5211)设在所述驱动辊(521)的的端面上，所述单向棘爪依序包括设置在单向飞轮(543)内圈(5430)端面上的棘齿盘(5434)和轴向顶推该单向飞轮(543)的弹簧圈(5433)，所述弹簧圈(5433)与所述单向飞轮(543)共轴且被限定在与所述后轮轴(520)紧固连接的止推盘(523)内侧。
5.如权利要求4所述的往复踏步式助力自行车，其特征在于所述的止推盘(523)与所述后轮轴(520)之间也设有单向棘轮机构；所述的驱动辊(521)一侧还固接有刹车碟(524)。
6.如权利要求3所述的往复踏步式助力自行车，其特征在于所述后轮(510)的轮辐上设有与该后轮圈(430)同心的驱动齿圈(610)，所述踏步式助力自行车上还设有蓄电池(620)和电动机(630)，所述电动机(630)通过链条传动机构(640)(650)带动末端链轮(660)再经单向驱动的小飞轮(670)带动外齿轮(680)与所述驱动齿圈(610)相啮合，所述末端链轮(660)、小飞轮(670)、外齿轮(680)均动配合在同一短轴(690)上，所述末端链轮(660)或外齿轮(680)与小飞轮(670)之间同心地固连成为一体。
7.如权利要求6所述的往复踏步式助力自行车，其特征在于所述驱动齿圈(610)为设在所述后轮圈(430)的内环面上的内齿圈，或者所述驱动齿圈(610)为固定在所述后轮(510)的轮辐条上的外齿圈；所述末端链轮(660)或所述外齿轮(680)轴向固定在所述短轴(690)上，而其中另一则可相对弹性滑动地装配在所述短轴(690)上，在所述末端链轮(660)与所述外齿轮(680)之间还设有一套弹性可离合单向棘轮机构。
8.如权利要求7所述的往复踏步式助力自行车，其特征在于所述末端链轮(660)与小飞轮(670)之间同心地固连成为一体，所述外齿轮(680)轴向固定在所述短轴(690)上，而所述末端链轮(660)则可轴向滑动地装配在所述短轴(690)上；所述的小飞轮(670)包括两套单向棘轮机构，其中一套常啮合单向棘轮机构是设在所述小飞轮(670)轮圈的内环面与所述外齿轮(680)的轴套(683)外环面之间；另一套可离合单向棘轮机构是设在所述小飞轮(670)轮圈内的末端链轮(660)的端面与所述外齿轮(680)的轴套(683)的对应端面之间，且所述小飞轮(670)轮圈内的末端链轮(660)的端面与所述外齿轮(680)的轴套(683)的对应端面之间设有推簧(673)及相应的反推机构(674)，该反推机构(674)与刹车机构联动；所述电动机(630)为可发电式电动机；所述短轴(690)装配在所述车架(100)上。
9.如权利要求3所述的往复踏步式助力自行车，其特征在于所述的车架(100)包括前三角架(110)和后三角架(120)，所述的前三角架(110)包括前管(111)、上管(112)、下管(113)、后立管(114)，所述的后三角架(120)包括立叉(121)、平叉(122)，所述后立管(114)的下端和/或下管(113)的后端和平叉(122)的前端之间通过连接销(130)铰接连接；在所述的上管(112)后端与后立管(114)之间为弹性连接，所述的立叉(121)顶部与后立管(114)上端之间也为弹性连接。
10.如权利要求3所述的往复踏步式助力自行车，其特征在于所述轮胎(400)的截面自内向外依次包括轮圈(430)、PU发泡胎(420)和充气膨胀外胎(410)。
全文摘要
本发明涉及一种往复踏步式助力自行车，其包括车架、刹车机构、驱动用后轮及后轮轴、轮胎、固定在踏柄上的脚踏板和扇形的主动啮合轮、与扇形主动啮合轮相啮合的带啮合齿的单向飞轮，车架的左右两侧均设有一根踏柄及其脚踏板、扇形主动啮合轮和单向飞轮，而脚踏板固定在踏柄的前端，扇形主动啮合轮固定在踏柄的后端，在踏柄的两端之间的柄体上开有销孔，在车架上连接有柄销，踏柄通过该销孔和柄销而铰接在车架上；扇形主动啮合轮为内齿圈结构或内弧链条段结构，单向飞轮外圈为齿轮或链轮，踏柄连接在该扇形的主动啮合轮的端面或外圈面上；脚踏板一边上设有边钩。本发明简单实用、机构轻巧、传动高效、骑行舒适、防震、防爆胎。
文档编号B62M1/24GK1594013SQ200410027949
公开日2005年3月16日 申请日期2004年7月6日 优先权日2004年7月6日
发明者谭乾棠 申请人:谭乾棠