一种高效省力自行车的制作方法

文档序号:10902720阅读:556来源:国知局
一种高效省力自行车的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种自行车,具体地说是一种高效省力自行车。包括中轴、三角架、左、右曲柄、左、右滚轮、左、右踏杆及左、右脚蹬,其中中轴的左右两端分别与左曲柄和右曲柄连接,左、右曲柄的末端分别连接有左、右滚轮,三角架底边的两端分别与中轴和后轮轴连接,固连组件固定在中、后轴之间的三角架底边上,左、右踏杆的一端通过轴承与固定在固连组件上的踏杆轴相铰接,另一端分别设有左、右脚蹬,左、右踏杆分别位于左、右滚轮的上方、并且与左、右滚轮接触的边为踏杆工作边,踏杆驱动工作边为向下弯折成α角的折线段。本实用新型达到了车轮的牵引力为现行车牵引力的1.2倍,功率为现行车功率的1.5倍,实现了提速且省力的目的。
【专利说明】
一种高效省力自行车
技术领域
[0001 ]本实用新型涉及一种自行车,具体地说是一种高效省力自行车。
【背景技术】
[0002] 当前,人们普遍使用的自行车是由脚踏曲柄圆周旋转启动和运行的,这种动力发动 方式使人力的有效利用率不足百分之七十,且在当曲柄与地面接近垂直时形成死角,使启动 困难,传递功率降至零。为克服这个缺点,已出现了许多方案,其中申请号为87100267,名称为 "脚踏车动力装置"的发明专利,专利号为ZL02229919.X,名称为"人力脚踏车踏杆式驱动装 置"的实用新型专利,它们都是脚踏力通过摆动式踏杆的直线边直接对设于中轴曲柄外端的 曲柄销施压,驱动中轴旋转和实现踏杆联动的。其中后者是前者的改进发明,把滑块改为滚轮 变滑动为滚动。减小了磨擦阻力,但又因踏杆和滚轮间无定位连接措施,反使驱动效率比前 者下降,它们又都存在踏杆踏动时空程较大而使驱动效率和舒适度下降的缺点,难以实施。 【实用新型内容】
[0003] 针对上述问题,本实用新型的目的在于提供一种高效省力自行车。该自行车能够 实现连续踏动和高效驱动。
[0004] 为了实现上述目的,本实用新型采用以下技术方案:
[0005] -种高效省力自行车,包括中轴、三角架、固连组件、左、右踏杆轴、左、右曲柄、左、 右滚轮、左、右踏杆及左、右脚蹬,其中中轴的左右两端分别与左曲柄和右曲柄连接,所述左 曲柄和右曲柄的末端分别连接有左滚轮和右滚轮,所述三角架底边的两端分别与中轴和后 轮轴连接,所述固连组件固定在中、后轴之间三角架的底边上,并通过左、右加固杆、与三角 架的后上杆固连,左连杆和右连杆分别与左、右踏杆、固连,左踏杆轴、右踏杆轴固定在固连 组件上,所述左踏杆和右踏杆的一端通过轴承与左、右踏杆轴相铰接,另一端分别设有左、 右脚蹬,所述左踏杆和右踏杆分别位于左滚轮和右滚轮的上方、并且与左滚轮和右滚轮接 触的边为踏杆工作边,所述踏杆工作边由相交的两部份组成,前部的限位驱动边是由向下 弯折成α角的两段折线段组成,且它们分别与终位曲柄上的滚轮外圆柱面相切,后部是直线 的返回边,踏杆在终位时,曲柄中心线为铅垂线。
[0006] 所述夹角α为25°-45°。
[0007] 所述左踏杆或右踏杆位于初始位置时,所述左踏杆或右踏杆与位于上方位置的左 滚轮或右滚轮相切的切点为驱动点,该驱动点的法线与铅垂线的夹角为曲柄启动角,所述 曲柄启动角大于40°。
[0008] 所述左踏杆或右踏杆位于终位时,所述左踏杆或右踏杆的踏杆限位驱动工作边的 两段折线均与位于终位时的左滚轮或右滚轮相切,并且内侧的一条折线位于水平位置,该 位于水平位置的折线与左滚轮或右滚轮相切的切点为限位点。
[0009] 所述左踏杆和右踏杆的踏杆工作边,均为开式结构或均为封闭槽式结构。
[0010] 所述左踏杆和右踏杆的踏杆工作边均为封闭槽式结构时,所述左滚轮和右滚轮分 别容置于所述左踏杆和右踏杆的踏杆工作边的封闭槽内,并且可在封闭槽内滚动。
[0011] 所述左踏杆和右踏杆的踏杆工作边均为开式结构时,所述左踏杆和右踏杆与所述 踏杆轴铰接的一端通过踏杆上的左连杆和右连杆的外端,分别设有使所述左踏杆和右踏杆 为弹性接触连接的左弹性元件和右弹性元件。
[0012] 所述左弹性元件和右弹性元件均为拉簧,所述拉簧的一端固定在后轮轴上,另一 端与所述左踏杆和右踏杆端部设有的左连杆和右连杆连接。
[0013] 本实用新型的优点及有益效果是:
[0014] 本实用新型提供的一种高效省力自行车,达到了车轮的牵引力为现行车牵引力的 1.2倍,功率为现行车功率1.5倍的原设计目标,与现行车比较,用力相同时,可提速1/5,速 度相同时,可省力1/3。
【附图说明】
[0015] 图1为本实用新型的开式踏杆结构示意图;
[0016] 图2为本实用新型的踏杆工作边组合的工作示意图;
[0017] 图3为本实用新型的闭式踏杆的结构示意图;
[0018]图4为本实用新型与普通自行车的车轮牵引力实测示意图。
[0019]其中,1为中轴,2为三角架,3为固连组件,4为左踏杆轴,V为右踏杆轴,5为左曲 柄,5'为右曲柄,6为左曲柄销,6'为右曲柄销,7为左轴承,7'为右轴承,8为左滚轮,8'为右 滚轮,9为左踏杆,Y为右踏杆,10为左脚蹬,1(Τ为右脚蹬,11为左加固杆,IV为右加固杆, 12为左弹性元件,12'为右弹性元件,13为普通车曲柄,14为中轴大牙盘,15为链条,16为SB 连接钩,17为测力计,18为辐条,19为飞轮,20为车梯,21为刻度板,30为左连杆,3(T为右连 杆,Ψ为踏杆的最大摆角,γο为曲柄启动角,d为滚轮直径,S为踏杆轴心和曲柄旋心的中心 距,F为脚踏恒力,h为踏杆的有效踏距,Φ为有效摆角,R为滚轮中心的旋转半径,P为脚蹬轴 上所加的测试重量,T为牵引力。
【具体实施方式】
[0020] 下面结合附图对本实用新型作进一步的详细描述。
[0021] 如图1所示,本实用新型提供的一种高效省力自行车,包括中轴1、三角架2、固连组件 3、左、右踏杆轴4、f、左、右曲柄53 7、左、右滚轮8、8'、左、右踏杆9、Y及左、右脚蹬ΠΚΚ/, 其中中轴1的左右两端分别与左曲柄5和右曲柄5'连接,所述左曲柄5和右曲柄5'的末端分 别通过轴承与左滚轮8和右滚轮8'连接。所述三角架2底边的两端分别与中轴1和后轮轴连 接,固连组件3固定在中、后轴之间的底边上,并通过左、右加固杆11、11'与三角架2的后上 杆固连。左连杆30和右连杆3(Τ分别与左、右踏杆9固连,左踏杆轴4、右踏杆轴V固定在 固连组件3上。所述左踏杆9和右踏杆V的一端通过通过轴承与左、右踏杆轴4、f相铰接,另 一端分别设有左脚蹬10和右脚蹬1(/,所述左踏杆9和右踏杆Y分别位于左滚轮8和右滚轮 8'的上方、并且与左滚轮8和右滚轮8'接触的边为踏杆工作边。所述踏杆工作边由相交的两 部份组成,前部的限位驱动边,是由向下弯折成α角的两段折线段组成,且它们分别与终位 曲柄上的滚轮外圆柱面相切,后部是直线的返回边,踏杆在终位时,曲柄中心线为铅垂线。
[0022] 如图2所示,所述踏杆工作边为KMNG,包括直线返回边ΚΜ和向下弯折成α角的折线 段MN和NG组成的限位驱动边,其中折线NG与另一条折线MN的延长线的夹角为α,所述夹角α 为25° -45°。本实施例中,α = 30°。
[0023]所述左踏杆9或右踏杆Υ位于初始位置时,所述限位驱动工作边与位于上方位置 的左滚轮8或右滚轮8'相切的切点为驱动点,该驱动点的法线与铅垂线的夹角为曲柄启动 角,所述曲柄启动角大于40°。γΟ为曲柄启动角,即γ0>40°,如图1所示。
[0024] 所述左踏杆9或右踏杆9'位于终位时,所述踏杆工作边的两段折线ΜΝ和NG均与位 于终位曲柄上的左、右滚轮8、8<外圆柱面相切,并且内侧的一条折线ΜΝ位于水平位置,该位 于水平位置的折线与左滚轮8或右滚轮8'相切的切点为限位点。
[0025] 所述左踏杆9和右踏杆Υ绕所述踏杆轴的摆角小于等于60°为踏杆的有效摆 角,即Ψ<60°,如图2所示。
[0026] 所述左踏杆9和右踏杆V的踏杆工作边均可为开式结构或均为封闭槽式结构。
[0027] 所述左踏杆9和右踏杆V的踏杆工作边均为开式结构时,在左连杆30和右连杆3(/的外 端分别设有使臟左踏獅右踏柄,与滚轮为弹性接触连接的左弹性元件12和右弹性元件12,。
[0028] 本实施例中,所述左弹性元件12和右弹性元件12'均为拉簧,两个拉簧的一端分别固 定在后轮轴的两端,另一端与所述左踏杆9和右踏杆V端部设有的左连杆30和右连杆3(/连接。
[0029] 所述左踏杆9和右踏杆V的踏杆工作边均为封闭槽式结构时,所述左滚轮8和右滚轮 8'分别容置于所述左踏杆9和右踏杆V的踏杆工作边的封闭槽内,并且可在封闭槽内滚动。
[0030] 图2为本实用新型踏杆的工作边组合的工作示意图,其中踏杆用KMNG表示,长度为L, 踏杆的旋心在B点,曲柄滚轮的旋心在C点,曲柄滚轮的始位和终位分别用CP和CQ表示,其中的 P点和Q点,分别是始位滚轮和终位滚轮的旋转中心,且PCQ为铅垂线,对应的踏杆始位和终位 见图示,踏杆轴心和曲柄旋心的中心距为S,F是脚踏恒力,h是踏杆的有效踏距,Φ是有效摆角。
[0031] 踏杆的KM段为返回工作边,MNG段是限位驱动工作边,其中的MN段是复合工作段, 它即是驱动工作段又是返回工作段的一部份。下面结合终位时的曲柄滚轮和踏杆的相对位 置,对限位驱动边的构成说明如下:
[0032]此时,MN段为水平直线段,NG段是与丽段的沿长线成α角的斜直线,它们的交点为N 点,且两折线分别与旋心为Q直径为d的滚轮相切。本实施例中,选定α角=30度。因此,本实 用新型踏杆的特征是踏杆中段下部的工作边由相交的两部份组成,前部的限位驱动边是由 向下弯折成α角的两段折线段组成,且它们分别与终位曲柄上的滚轮外圆柱面相切,后部是 直线的返回边,踏杆在终位时,曲柄中心线为铅垂线。
[0033] 本实用新型与普通自行车的驱动效果,作如下测试:
[0034] 图4是本实用新型与普通自行车的车轮牵引力实测示意图,普通车曲柄13是中心 距为175毫米的普通28车的标准曲柄,(本件实际安装位置应与对侧的曲柄滚轮成一条直 线,本图的位置主要是示意,表示有标准曲柄参与测试)。中轴大牙盘14(齿数为44)与曲柄 滚轮同体,通过S形连接钩16将测力计17(最大测量值5kg)与车轮幅条帽连接,飞轮19的齿 数为18,通过刻度板21测量踏杆的摆动角度。
[0035] 本试验方案的试验对象是本实用新型与普通自行车的驱动机构:本试验的已知条 件是:各项目均不安装脚蹬,而以脚蹬轴代替,并在其上安置质量相同的重物P(4Kg),求车 轮幅条帽处的牵引力T(即测力计所示数值,这时,重力P和牵引力T,通过驱动糸统保持平 衡),以便进行项目比较。
[0036]具体的试验程序是对本实用新型与普通自行车的踏动方式逐一进行测试,测试的 开始位置是(曲柄或踏杆的)脚蹬轴及重物处于高起始位,从〇度起,每10度位测一次,从测 力计读取数值,并做记录,至180度共测十八次,如此再重复测量两次。把每一位置上所出现 次数两次及以上的测量值,做为最终的结果数据。
[0037]本实用新型与普通自行车的车轮牵引力实测汇总表如下:
[0038]
[0039] 从上表中可总结出以下几点:
[0040] 1.本实用新型与普通自行车的牵引力之和ΣΤ,分别为10.72(kg)和12.95(kg),本 实用新型的牵引力之和ΣΤ大于普通自行车的牵引力之和ΣΤ,且本实用新型的牵引力之和 ΣΤ是普通自行车的牵引力之和ΣΤ的1.2倍,即本实用新型的人力的有效利用率比普通自 行车要高出20%。
[0041 ] 2.普通自行车在启动位附近如0-30度时,其牵引力之和为0.91 (kg),而本实用新 型在启动位附近,如0-30度位的牵引力之和为3.25(kg),是普通自行车的3.6倍,因而本实 用新型在启动时要比普通自行车省力的多。
[0042] 3.在踏杆或曲柄的终位前30度位(150度)开始,普通自行车的牵引力之和为0.91 (kg),而本实用新型的牵引力之和为1.9(kg),是普通自行车的2.1倍,特别是在170度位置 时,其牵引力达到了普通自行车的3.4倍,因而本实用新型的这种踏杆结构的特殊设计,在 保证了踏杆能顺利到达下终位,使传动连续的同时,又显著地提高了驱动效率。
[0043]综上所述,采用了本实用新型高效省力自行车中的的踏杆结构,达到了车轮的牵 引力为现行车牵引力的1.2倍,功率为现行车功率1.5倍的原设计目标,与现行车比较,用力 相同时,可提速1/5。速度相同时,可省力1/3,这就是本实用新型高效省力自行车的技术效 果。
【主权项】
1. 一种高效省力自行车,其特征在于,包括中轴(I)、三角架(2)、固连组件(3)、左、右踏 杆轴(4、4')、左、右曲柄(5、5')、左、右滚轮(8、8')、左、右踏杆(9、9')及左、右脚蹬(10、 10'),其中中轴(1)的左右两端分别与左曲柄(5)和右曲柄(5')连接,所述左曲柄(5)和右曲 柄(5')的末端分别连接有左滚轮(8)和右滚轮(8'),所述三角架(2)底边的两端分别与中轴 (1)和后轮轴连接,所述固连组件(3)固定在中、后轴之间三角架(2)的底边上,并通过左、右 加固杆(11)、(1Γ)与三角架(2)的后上杆固连,左连杆(30)和右连杆(30')分别与左、右踏 杆(9)、(9')固连,左踏杆轴(4)、右踏杆轴(4')固定在固连组件(3)上,所述左踏杆(9)和右 踏杆(9')的一端通过轴承与左、右踏杆轴(4、4')相铰接,另一端分别设有左、右脚蹬(10、 10'),所述左踏杆(9)和右踏杆(9')分别位于左滚轮(8)和右滚轮(8')的上方、并且与左滚 轮(8)和右滚轮(8')接触的边为踏杆工作边,所述踏杆工作边由相交的两部份组成,前部的 限位驱动边是由向下弯折成α角的两段折线段组成,且它们分别与终位曲柄上的滚轮外圆 柱面相切,后部是直线的返回边,踏杆在终位时,曲柄中心线为铅垂线;所述夹角α为25°- 45。。2. 根据权利要求1所述的高效省力自行车,其特征在于,所述左踏杆(9)或右踏杆(9') 位于初始位置时,所述左踏杆(9)或右踏杆(9')与位于上方位置的左滚轮(8)或右滚轮(8') 相切的切点为驱动点,该驱动点的法线与铅垂线的夹角为曲柄启动角,所述曲柄启动角大 于 40°。3. 根据权利要求1所述的高效省力自行车,其特征在于,所述左踏杆(9)或右踏杆(9') 位于终位时,所述左踏杆(9)或右踏杆(9')的踏杆限位驱动工作边的两段折线均与位于终 位时的左滚轮(8)或右滚轮(8 ')相切,并且内侧的一条折线位于水平位置,该位于水平位置 的折线与左滚轮(8)或右滚轮(8 ')相切的切点为限位点。4. 根据权利要求1所述的高效省力自行车,其特征在于,所述左踏杆(9)和右踏杆(9') 的踏杆工作边,均为开式结构或均为封闭槽式结构。5. 根据权利要求4所述的高效省力自行车,其特征在于,所述左踏杆(9)和右踏杆(9') 的踏杆工作边均为封闭槽式结构时,所述左滚轮(8)和右滚轮(8')分别容置于所述左踏杆 (9)和右踏杆(9')的踏杆工作边的封闭槽内,并且可在封闭槽内滚动。6. 根据权利要求4所述的高效省力自行车,其特征在于,所述左踏杆(9)和右踏杆(9') 的踏杆工作边均为开式结构时,所述左踏杆(9)和右踏杆(9')与所述踏杆轴铰接的一端通 过踏杆上的左连杆(30)和右连杆(30')的外端,分别设有使所述左踏杆(9)和右踏杆(9')为 弹性接触连接的左弹性元件(12)和右弹性元件(12')。7. 根据权利要求6所述的高效省力自行车,其特征在于,所述左弹性元件(12)和右弹性 元件(12')均为拉簧,所述拉簧的一端固定在后轮轴上,另一端与所述左踏杆(9)和右踏杆 (9 ')端部设有的左连杆(30)和右连杆(30 ')连接。
【文档编号】B62M1/26GK205589404SQ201620180296
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年3月9日
【发明人】金洪烈
【申请人】金洪烈
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