基于人因工程技术的自行车的制作方法

本实用新型属于自行车技术领域，涉及一种基于人因工程技术的自行车。

背景技术：

传统的自行车一般包括车体部分、传动部分、行动部分、安全装置。其中传动部分包括脚蹬、曲柄、链轮、链条、中轴和飞轮等，人的脚的蹬力是靠脚蹬通过曲柄，链轮、链条、飞轮、后轴等部件传动的，从而使自行车不断前进。

由于各国生活水平的差异，使用自行车类型的各不相同，有些国家的骑行者以旅游、锻炼身体以及少年儿童体育运动为主要目的，一般使用多速车、越野车和山地车；有些国家的自行车主要作为交通工具，多使用轻便车和多速车。目前使用的这些自行车，均未摆脱传统的链传动自行车的束缚。

传统的链传动自行车存在以下缺陷：

1.未进行系统性的人因工程(HFE)&工业工程(IE)设计，因而，未能充分地消除无效劳动与充分地发挥骑乘者的人因效能，或称之谓未能实现人—机效能的最大化；自行车的骑乘较费力、车速低。

2.车体较高，影响到骑乘者的安全性。

3.传统链传动自行车的座椅不符合人体生理卫生的要求，其极易诱发男性骑乘者的前列腺炎，且增加了骑乘者臀部的比压，并压迫其腰椎。

4.不适用于普通骑乘者的中、远程骑乘，甚至在较大风力与坡度下,也不适用于普通骑乘者的骑乘。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种利用大力矩倍增杆及其重力摆效应以消除人因内耗，能够充分发挥骑乘者人因效能的基于人因工程技术的自行车。

为了解决上述技术问题，本实用新型的基于人因工程技术的自行车包括前轮，后轮，斜梁，前支撑部分，传动部分和座椅部分；所述前支撑部分包括车架头管和车叉；其特征在于所述的传动部分包括左脚蹬，左力矩倍增杆，右脚蹬，右力矩倍增杆，力矩变换器，左法兰轴，右法兰轴，主轴，万向节，下输出轴，输出圆锥齿轮，输入圆锥齿轮；左脚蹬通过转轴与左力矩倍增杆下端活动连接，左力矩倍增杆上端与左法兰轴连接；右脚蹬通过转轴与右力矩倍增杆下端活动连接，右力矩倍增杆上端与右法兰轴连接；力矩变换器包括布置在力矩变换器壳体内的左大圆锥齿轮、下圆锥齿轮、下超越离合器、右大圆锥齿轮、上圆锥齿轮、上超越离合器；左法兰轴由力矩变换器壳体的左轴孔穿入，其右端固定连接左大圆锥齿轮；右法兰轴由力矩变换器壳体的右轴孔穿入，其左端固定连接右大圆锥齿轮；下超越离合器和上超越离合器套装在主轴上，并且下圆锥齿轮和上圆锥齿轮分别与下超越离合器和上超越离合器连接固定；主轴的下端通过万向节与下输出轴连接；下输出轴的底端固定安装有输出圆锥齿轮，输入圆锥齿轮安装在前轴皮上，且输出圆锥齿轮与输入圆锥齿轮啮合。

进一步，车叉包括左叉和右叉；车架头管的底部与左叉、右叉的顶部焊接固定；左叉的下端与前轴连接固定；右叉由右叉前支撑杆、右叉后支撑杆及底部的横安装股构成支撑结构，横安装股的中间部位与前轴连接固定。

所述下输出轴与轴承座配合，轴承座通过安装板与右叉后支撑杆、右叉前支撑杆固定连接。

所述力矩变换器与车架头管固定连接。

所述力矩变换器，由右法兰作为其壳体的右端盖；由左法兰作为其壳体的左端盖；右法兰的法兰盘上加工头管槽和斜梁槽；在车架头管与斜梁连接处，车架头管嵌入在头管槽内，斜梁嵌入在斜梁槽；压套与左法兰的轴套部分螺纹连接，将力矩变换器与车架头管和斜梁压紧固定。

更进一步，立柱的底部与斜梁固定连接，座椅的后部固定在立柱上，两个辅助支撑杆的底部与立柱焊接固定，上部分别与座椅的前部两侧边缘焊接固定。

所述座椅的前部具有向下凹入的圆形座椅座圈。

进一步，靠背固定在立柱上对应于人体腰部的位置，其形状为前表面呈凹面的圆弧形，靠背上固定有从左至右横向延伸呈弧形带状的腰椎抵块；背板通过背板安装套固定在立柱上对应于人体背部的位置，其形状为前表面呈凹面的圆弧形。

所述斜梁的弯曲角度α为30±1.5°；座椅与立柱530之间的夹角β为100～115°。

本实用新型的有益效果：

对于传统链传动自行车而言，最难于解决的、且又数值较高的人因效能浪费是，作功的机械部件与骑乘者的作功肢体未能充分利用重力摆效应，甚至产生负重力摆效应，由此而产生了人因效能的浪费。据估算，其人因效能浪费了约60％。

本实用新型的基于人因工程技术的自行车摒弃了传统自行车的链传动系统，转而采用基于齿轮传动的力矩变换器，其安装位置被拉高，进而为力矩倍增杆提供了安装空间和运动空间；与传统链传动自行车相比具有强大的动力，其输出力矩为传统链传动自行车的2.5倍，其输入力矩的均值约为0.585(KN.m),而传统链传动自行车仅为0.234(KN.m)。由于输出力矩充裕，大幅度提高了车速，并且具有较小的迎风面积与较好的抗风能力：传统自行车的迎风面积大约为0.74(m²)，本实用新型的自行车的迎风面积大约为0.45(m²)，因而，人因自行车的抗风能力较好，在6级风下仍可骑乘；具有较好的爬坡能力，可以在8(0/00)的坡度较大的路面行驶。在微风气象、平坦柏油路况下，对于同一骑乘者，骑乘传统自行车的平均车速为16(Km/h)，本实用新型的自行车平均车速则为20(Km/h)。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。

图1是本实用新型的基于人因工程技术的自行车结构示意图。

图2是前支撑部分的右视图。

图3是前支撑部分与传动部分的前视图。

图4是传动部分的结构简图。

图5a、图5b分别是左力矩输入部分和右力矩输入部分结构简图。

图6a是力矩变换器的左齿轮轴系剖视图，图6b是力矩变换器的右齿轮轴系剖视图，图6c是力矩变换器的主传动轴系剖视图。

图7是左力矩倍增杆的剖视图。

图8a是座椅立体图，图8b是座椅背板的立体图。

图9是力矩变换器的装配图。

图10是力矩变换器左法兰的法兰盘右视图。

图中：110.左脚蹬；111.左力矩倍增杆尾；112.左力矩倍增杆；113.左力矩倍增杆头；114锁紧螺母；120.右脚蹬；121.右力矩倍增杆尾；122.右力矩倍增杆；123.右力矩倍增杆头；124.锁紧螺母；200.力矩变换器；201.左法兰；202.右法兰；2021.头管槽；2022.斜梁槽；203.压套；210.左法兰轴；211.左大圆锥齿轮；212.下圆锥齿轮；213.下圆锥齿轮套；214.下超越离合器；215.主轴；220.右法兰轴；221.右大圆锥齿轮；222.上圆锥齿轮；223.上圆锥齿轮套；224.上超越离合器；310.万向节；311.下输出轴；312.轴承座；313.安装板；314.输出圆锥齿轮；315.输入圆锥齿轮；320.前轴皮；321.前轮；322.后轮；400.车叉；401.前轴；402.后轴；411.左叉；415.左叉安装股；420.右叉后支撑杆；422.右叉前支撑杆；423.横安装股；510.车架头管；520.斜梁；530.立柱；531.座椅座圈；532.腰椎抵块；533.靠背；534.背板；535.背板安装套；536.辅助支撑杆；537座椅；538.前车座支撑杆；539.后车座支撑杆；540.后车座。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型的基于人因工程技术的自行车包括前轮321，后轮322，斜梁520，前支撑部分，传动部分和座椅部分。

如图1、2、3所示，所述前支撑部分包括车架头管510和车叉400；车叉400包括左叉411和右叉；车架头管510的底部与左叉411和右叉的顶部焊接固定；左叉411的下部具有扁平状左叉安装股415，叉安装股415通过其下部的缺口和锁紧螺母与前轴401连接固定；右叉由右叉前支撑杆422、右叉后支撑杆420及底部的横安装股423构成一个近似三角形的支撑结构，以避免与输出圆锥齿轮314和输入圆锥齿轮315产生干涉；横安装股423的中间部位通过安装孔和锁紧螺母与前轴401连接固定。

如图1～图7、图9所示，所述的传动部分包括左脚蹬110，左力矩倍增杆112，右脚蹬120，右力矩倍增杆122，力矩变换器200，左法兰201，右法兰202，压套203，左法兰轴210，右法兰轴220，主轴215，万向节310，下输出轴311，输出圆锥齿轮314，输入圆锥齿轮315；左脚蹬110通过转轴与左力矩倍增杆尾111活动连接；左力矩倍增杆头113与左法兰轴210连接并通过锁紧螺母114锁紧固定；右脚蹬120通过转轴与右力矩倍增杆尾121活动连接；右力矩倍增杆头123与右法兰轴220连接并通过锁紧螺母124锁紧固定；力矩变换器200布置在力矩变换器壳体内的左大圆锥齿轮211、下圆锥齿轮212、下圆锥齿轮套213、下超越离合器214、右大圆锥齿轮221、上圆锥齿轮222、上圆锥齿轮套223、上超越离合器224；右法兰202作为力矩变换器200壳体的右端盖；左法兰201作为力矩变换器200壳体的左端盖；左法兰轴210与左法兰201的轴孔配合，其右端与左大圆锥齿轮211固定连接，右法兰轴220与右法兰202的轴孔配合，其左端与右大圆锥齿轮221固定连接；下超越离合器214和上超越离合器224套装在主轴215上，并且分别布置在下圆锥齿轮套213和上圆锥齿轮套223内；下圆锥齿轮212与下超越离合器214连接固定，上圆锥齿轮222与上超越离合器224连接固定；主轴215通过轴承与力矩变换器200的壳体连接；其下端通过万向节310与下输出轴311连接；下输出轴311与轴承座312配合，轴承座312通过安装板313与右叉后支撑杆420、右叉前支撑杆422固定连接；由此将下输出轴311与右叉连接固定；下输出轴311的底端固定安装有输出圆锥齿轮314，输入圆锥齿轮315安装在前轴皮320上，且输出圆锥齿轮314与输入圆锥齿轮315啮合。

所述力矩变换器200可以通过连接件与车架头管510固定连接，也可以通过下述方式与车架头管510固定连接。

如图10所示，右法兰202的法兰盘上加工头管槽2021和斜梁槽2022；在车架头管510与斜梁520连接处，车架头管510嵌入在头管槽2021内，斜梁520嵌入在斜梁槽2022；压套203与左法兰201的轴套部分螺纹连接，可将力矩变换器200与车架头管510和斜梁520压紧固定。

如图1、图8a、8b所示，立柱530的底部与斜梁520固定连接，座椅537的后部固定在立柱530上，两个辅助支撑杆536的底部与立柱530焊接固定，上部分别与座椅537的前部两侧边缘焊接固定；座椅537的前部具有向下凹入的圆形座椅座圈531；靠背533固定在立柱530上对应于人体腰部的位置，其形状为前表面呈凹面的圆弧形，靠背533上固定有从左至右横向延伸呈弧形带状的腰椎抵块532；背板534通过背板安装套535固定在立柱530上对应于人体背部的位置，其形状为前表面呈凹面的圆弧形。

通过座椅537与左力矩倍增杆112、右力矩倍增杆122的适配，可使生成之力矩达到期望值；其中，腰椎抵块532既可以保护腰椎，又可借助腰椎抵块532这一辅助支点使得生成之力矩有所增加。

如图1所示，立柱530的固定座椅537的位置与后车座及两个前车座支撑杆538的顶部焊接固定，两个后车座支撑杆539的顶部与后车座焊接固定；前车座支撑杆538和后车座支撑杆539的底部与后轴402固定连接。

如图1所示，斜梁520弯曲角度α为30±1.5°；座椅537与立柱530之间的夹角β为100～115°。

本实用新型的力矩变换器，既为力矩倍增杆提供了安装空间和运动空间，也为充分地利用重力摆效应、消除人因内耗提供了可能；且由于本实用新型中的动力变换器的齿轮传动设计，使得连续的运动与有效的力矩倍增成为可能。在力矩变换器中齿轮传动机构与力矩倍增杆的协同运动中，实现了人因自行车的消除无效劳动。

本实用新型的工作过程如下：

自行车运动开始前，力矩倍增杆的待机位置是，右力矩倍增杆122前置，而左力矩倍增杆112后置(见图1)；其开始运动的时刻，首先是，向前踏动左脚蹬110，使得左力矩倍增杆112及与之联接的左力矩倍增杆尾111一并顺时针旋转，于是，与左力矩倍增杆112连接的左力矩倍增杆头113及其锁紧螺母114顺时针旋转，与此同时，与左力矩倍增杆头113连接的左法兰轴210顺时针旋转，随之，与左法兰轴210连接的左大圆锥齿轮211顺时针旋转。然后，在左大圆锥齿轮211的拖动下，下圆锥齿轮212顺时针旋转，与下圆锥齿轮套213连接的下超越离合器214随之顺时针旋转，随之，下超越离合器214与主轴215结合，并使主轴215顺时针旋转；于是，与主轴215下端结合的万向节310顺时针旋转，与万向节310结合的下输出轴311顺时针旋转；于是，与下输出轴311结合的输出圆锥齿轮314顺时针旋转；于是，与输出圆锥齿轮314啮合的输入圆锥齿轮315逆时针旋转；于是，通过前轴皮320与输入圆锥齿轮315结合的自行车前轮321逆时针旋转，自行车前进；在此瞬间，左力矩倍增杆112达到其前置位置的极限。当此之时，左大圆锥齿轮211推动上圆锥齿轮222、上圆锥齿轮套223及与其联接的上超越离合器224逆时针旋转，且空套于主轴215，而使右大圆锥齿轮221、右法兰轴220、右力矩倍增杆头123与右力矩倍增杆122逆时针旋转，且达到其后置位置的极限，由此，轮回到由右力矩倍增杆122推动该自行车继续前进。

向前踏动右脚蹬120，使得与右力矩倍增杆尾121连接的右力矩倍增杆122顺时针旋转，于是，与右力矩倍增杆122连接的右力矩倍增杆头123及其锁紧螺母124顺时针旋转，与此同时，与右力矩倍增杆头123连接的右法兰轴220顺时针旋转，随之，与右法兰轴220连接的右大圆锥齿轮221顺时针旋转，然后，在右大圆锥齿轮221的拖动下，上圆锥齿轮222顺时针旋转，与上圆锥齿轮套223连接的上超越离合器224随之顺时针旋转，随之，上超越离合器224与主轴215结合，并使主轴215顺时针旋转，于是，与主轴215下端结合的万向节310顺时针旋转，于是，与万向节310结合的下输出轴311顺时针旋转，于是，与下输出轴311结合的输出圆锥齿轮314顺时针旋转，于是，与输出圆锥齿轮314啮合的输入圆锥齿轮315逆时针旋转，于是，通过前轴皮320与输入圆锥齿轮315结合的该自行车之前轮321逆时针旋转，则自行车前进；在此瞬间，右力矩倍增杆122达到其前置位置的极限，而左力矩倍增杆112则达到其后置位置的极限，由此，再次轮回到由左力矩倍增杆112推动该自行车前进；如此这般不断的轮回使用左力矩倍增杆112、右力矩倍增杆122，则该自行车即可不断的向前运动。