专利名称：加力自行车的制作方法
普通自行车仅能下肢用力，而上肢却爱莫能助，动作单调失调，易使人疲劳，车速也低。
本发明的目的在于，克服普通自行车的上述缺点，提供一种以下肢用力为主，必要时上肢可以加力予以配合的加力自行车。
本发明的目的通过以下结构和原理达到加力自行车与普通自行车相比，在结构上的主要特征是，保留普通自行车后轮为驱动轮的结构，淘汰用以直接带动转向轴回转实现转向的操纵把；增设操纵装置、加力器和固定支架。
操纵装置的外形特征是，呈可伸缩可回转的筒状，左右对称配置。其结构特征是，主要由操纵手柄、加力拉筒、同步拉管、制动拉管、加力拉绳和制动拉绳等组成。操纵装置是加力自行车的操纵机构，与普通自行车相比，其操纵上的特征是，加力时用手将操纵手柄摆动、拉动和转动，便分别实现加力自行车的转向、加力和制动的操作。
在上肢加力时，为使加力动作顺畅、舒展、协调、提高加力效果，而在不加力时，为有利于上肢处于放松自然的状态，并能保持普通自行车的骑车姿式，操纵装置的下部与固定支架铰接，可根据加力与否，通过摆动实现加力位置与非加力位置的变换。
加力器与操纵装置配套，左右对称配置，是加力自行车加力执行机构。其结构特征是，主要由加力盘，加力盘回位弹簧和可控超越离合器等组成。
下面结合附图，进一步说明加力自行车的结构原理和实施例。
图1为加力自行车结构示意图。
图2为加力自行车右侧加力器的结构原理示意图。
图3为加力自行车带驱动链轮一侧，即右侧的操纵装置结构原理示意图。
参照图1，图2和图3。
加力器(33)主要由加力盘(8)、加力盘回位弹簧和可控超越离合器(6)等组成。加力拉绳(5)一端固定在加力盘(8)的外缘绳槽内，并绕其上。当操纵装置位于加力位置时，可控超越离合器(6)处于未控状态，在此状态下可控超越离合器(6)与普通超越离合器无异，对运动有单向约束，只能单向传递转矩。当拉动加力拉绳(5)时，便带动加力盘(8)正转，由可控超越离合器(6)将转矩传给驱动链轮(7)，实现右上肢配合左下肢加力之目的。当解除对加力拉绳(5)的拉力时，在加力盘回位弹簧即收绳弹簧的作用下，加力盘(8)反转复位，并将加力拉绳(5)重绕其上，同时也使加力拉筒(18)下落复位。
不言而喻，左侧的加力器与操纵装置的工作原理与上述相同，只是在驱动轴(2)的左侧需增设驱动盘。
操纵装置(34)主要由操纵手柄(21)(以下简称手柄)、加力拉筒(18)、同步拉管(17)、制动拉管(22)、转向传动齿轮等组成。手柄(21)装在加力拉筒(18)的上部，可相对加力拉筒(18)回转。在加力拉筒(18)的下部和同步拉管(17)下部的拉管夹头(24)上，均装可控单向锁滚(26)、(23)。可控单向锁滚(26)(23)与前已提及的可控超越离合器(6)的工作原理基本相同，其共同特征是，在未控状态下，对运动有单向约束，在已控状态下，对运动无约束。只是一个用于旋转，另一个用于往复运动。
可控单向锁滚(26)(23)主要由锁滚和状态控制弹簧(27)(15)组成。当处于未控状态时，可控单向锁滚(26)(23)只允许单向移动，当处于已控状态时，可控单向锁滚(26)(23)对往复运动失去约束功能。
同步拉管(17)在同步弹簧的作用下始终压在制动摆臂(19)的滚轮上。制动摆臂(19)随手柄(21)的回转而摆动。同步拉管(17)不能相对加力拉筒(18)回转。只要手柄(21)不回转，加力拉筒(18)和同步拉管(17)便保持同步，即随手柄(21)的提起同步被提起，随手柄(21)绕加力拉筒(18)中心线摆动而同步回转。
可控单向锁滚(26)(23)的未控状态和已控状态的变换是由手柄(21)的回转实现的。当手柄(21)处于未回转的初始位置时，状态控制弹簧(27)(15)在相互对应的状态控制螺钉(25)(14)或状态控制盘的作用下，使可控单向锁滚(26)(23)均处于已控状态。如图示位置。当手柄(21)由初始位置开始回转后，在制动摆臂(19)的作用下，克服同步弹簧的弹力，同步拉管(17)便相对加力拉筒(18)被顶起，使状态控制螺钉(25)(14)或状态控制盘对状态控制弹簧(27)(15)的压力相继消除，从而使可控单向锁滚(26)(23)相继由原已控状态变至未控状态。
固定支架(31)固定在车梁(30)上。
首先说明加力过程的实施例首先需将操纵装置变至加力位置，如图1所示。前已叙及，在加力位置下，可控超越离合器(6)处于未控状态。手柄(21)处于初始位置时，两可控单向锁滚(26)(23)均处于已控状态。当上肢用力将手柄(21)拉起时，制动摆臂(19)加力拉筒(18)以及同步拉管(17)同步被提起，一端固定在加力拉筒(18)上部的穿过制动拉管(22)的加力拉绳(5)随之被拉动，加力拉绳(5)绕过变向滑轮(32)将拉力传给加力器而加力。当手柄(21)上的拉力解除后，在收绳弹簧的作用下，加力拉筒(18)被拉回落，同时在同步弹簧的作用下，同步拉管(17)也同步下落复位。在加力拉筒(18)和同步拉管(17)同步升降过程中，拉管夹头(24)沿制动拉管(22)往复滑移。加力拉筒(18)上提的速度主要取决于驱动轴(2)的转速，与下肢运动速度对应。加力的大小取决于上肢对手柄(21)所施拉力的大小。加力盘的最大加力转角为180°，否则不利于上下肢的协调配合。
下面说明转向过程的实施例转向时，需将手柄(21)绕加力拉筒(18)中心线摆动一角度。随手柄(21)的摆动，带动加力拉筒(18)、同步拉管(17)回转，通过拉管夹头(24)带动制动拉管(22)回转。制动拉管(22)为矩形，从而通过固定在导套(16)内壁上的制动拉管滑座(13)带动导套(16)回转。导套(16)的下部装设转向传动齿圈(12)，通过齿圈(12)将转矩传给转向传动锥齿轮(11)，再传给装在转向轴上的转向齿轮(35)，从而实现转向。
需指出的是，由于左、右手柄摆动的角速度与转向齿轮(35)的角速度之比，即传动比是相同的，故当用单手实现转向时，另一手柄也相应同向摆动相同的角度。为使转向轻便，传动比大于1，同时手柄(21)设计为可伸缩式，可依操纵需要，使手柄(21)拉长或缩短。
由上述可知，转向过程和加力过程是互不干涉的，在加力的同时，也可以转向。
为便于说明制动过程，有必要先说明一下定位状态。所谓定位状态，是指加力拉筒(18)在导套(16)内处于不能下落的状态。由前所述可知，只要使加力拉筒(18)下部的可控单向锁滚(26)处于未控状态即可。因为此时在锁滚和导套(16)内壁的相互作用下，使加力拉筒已不能下落。定位状态是实施有效制动的前提条件。
下面说明制动过程的实施例当手柄(21)绕其轴线由初始位置开始回转时，制动摆臂(19)首先克服同步弹簧的弹力将同步拉管(17)相对于加力拉筒(18)向上顶起，首先引起加力拉筒(18)下部的可控单向锁滚(26)率先由原已控状态变至未控状态，即使加力拉筒(18)先处于定位状态。随后，拉管夹头(24)上的可控单向锁滚(23)相继也由原已控状态变至未控状态。从此刻开始制动过程才正式启动。随同步拉管(17)的顶起，拉管夹头(24)单向夹住制动拉管(22)，克服制动拉管回位弹簧(28)的弹力将其向上拉动。固定在制动拉管(22)下部的制动拉绳(9)被拉动，制动拉绳(9)将拉力传给制动器，从而实现制动。制动完毕后，松开手柄，在制动拉管回位弹簧(28)和同步弹簧的共同作用下，手柄、同步拉管和制动拉管恢复至初位。
由上述可知，只要将手柄由初始位置开始回转，则发生定位在先，制动在后的定位制动过程。没有定位状态的前提，制动将难以凑效，除非制动时加力拉筒正处于最低位置。由此可见，制动效果与加力拉筒在导套内的高低位置无关，当然在加力过程中自然无需制动。同时可以看出，制动与转向也互不干涉。即可单手操纵一个手柄使前轮或后轮制动，也可双手操纵使前后轮同时制动。
为使同步拉管(17)在被预起以及下落的制动过程中受力均匀对称，制动摆臂(19)采用同步反向双臂结构，即当手柄(21)回转时，带动呈十字配置的锥齿轮(20)转动，从而带动两臂同步反向摆动。
同步拉管(17)的上部有缺口呈叉形，从对置的两锥齿轮(20)之间穿过，与其顶部的盖联接。
操纵装置(34)可采用整体式，即左右操纵装置的变位叉套(29)被固定联接管(37)平行固定成一体。左右变位叉轴(10)以及变向滑轮(32)的轴可合二为一。
前已提及，操纵装置有两种可选位置，即加力位置和非加力位置，应根据加力与否及时变换。
位置变换主要靠变位叉套(29)绕变位叉轴(10)的轴线摆动一定角度实现的。
由加力位置变至非加力位置的具体操作如下首先将左右手柄(21)放在最低位置上。再分别同时向前方推动手柄以带动变位叉套(29)摆动，至到变位叉套(29)碰到装在固定支架(31)上的限位螺钉为止。变位的同时，可将手柄向外拉长。
需指出的是，从上述位置变换过程不难看出，当变位叉套(29)摆动变位时，将引起导套(16)下部的转向传动齿圈(12)与其啮合的转向传动锥齿轮(11)之间的相互作用。为避免由于变位而引起转向，故变位的同时应将两手柄(21)相应回转一角度以抵消对转向的影响。
由非加力位置变至加力位置的操作方法与上述过程正好相反，不再赘述。
操纵装置处于非加力位置时，由于加力拉筒处于最低位置，手柄可承受向下的压力，这不仅有利于使上肢放松、自然，而且有利于上肢可有效地抗衡制动和转向时人体产生的惯性力。同时，由于手柄已拉长，增长了转向力臂，使转向也轻松了。故如不加力，应及时变至非加力位置。另外，非加力位置也是上下车的最理想位置，因为此时操纵装置对上下车的动作不造成任何障碍。加力自行车的上下车动作与普通自行车完全相同。
在上车或下车过程中，经常会使驱动轴(2)反转，且下车后，也经常需倒车，这对于加力自行车的加力器来说，由上述可知，如不采取措施，所引发的负面影响是可想而知或难以实现的。
可控超越离合器(6)的状态控制机构的作用在于当操纵装置变至非加力位置时，左右可控超越离合器(6)便自动同时变至已控状态，从而使左右加力器同时分别与驱动链轮(7)或另一侧的驱动盘完全分离，无论驱动轴(2)的转向如何，均对加力器不产生影响。
状态控制机构主要由装在加力盘(8)上的状态控制锁(3)、状态控制锁弹簧(4)以及状态控制盘(1)和传动杆或传动拉绳等组成。前已述及，在加力位置下，可控超越离合器(6)处于未控状态，状态控制销(3)在其弹簧(4)的作用下外伸。如图2所示。当操纵装置由加力位置变至非加力位置时，在变位叉套(29)的带动下，通过状态控制盘(1)的传动杆或传动拉绳使状态控制盘(1)同时分别轴向移动将左右状态控制销(3)压入，从而使可控超越离合器(6)同时变至已控状态。
需提醒注意的是，由上述可知，当操纵装置位于加力位置时，不允许下肢用力使驱动轴反转，也不允许在加力位置时上下车。
制动拉管(22)下部的制动拉绳轴承的作用是使转向对制动拉绳(9)的影响降至最小。前已说明，在转向时制动拉管(22)随加力拉筒(18)同步回转，由于装设此轴承，制动拉绳(9)基本上不因转向而发生扭转。考虑受力均匀对称，制动拉绳(9)的上面部分应采用双绳，至于下面的其余部分，即可仍为双绳，也可变为单绳。采用双绳方案时，绳外软管的上端可固定在变位叉轴(10)上的径向孔中。
另外，为了保证在摆动变位时，不会导致制动拉绳的明显张驰和在加力器上产生明显的加力或收绳的附加作用，同时保证加力拉绳不会与制动拉管(22)内壁接触，排除转向与加力拉绳的相互干扰，加力拉绳变向滑轮(32)的外缘与变位叉轴(10)的中心线相切。变位叉轴(10)固定在变位叉套(29)上，随其摆动而回转。变位叉轴(10)的中间部分设缺口。
为了抗衡加力位置时制动和转向产生的人体惯性力，确保安全，增设护杆。护杆也有助于加力，使加力持久。
护杆的结构原理如图4所示。
护杆主要由四杆铰链机构和摩擦式外接棘轮机构组成。由变位叉套(29)带动。护杆(38)为横杆，在加力位置时，护杆(38)正处于胸前位置。在楔块(36)弹簧的作用下，楔块压在变位叉套(29)的固定联接管(37)上。当护杆(38)受压欲向前倾倒时，四杆铰链机构使固定联接管(37)欲逆时针转动，由于楔块(36)的单向锁止作用，从而使护杆(38)虽受压而不会向前倾倒，达到抗衡、安全、持久加力之目的。
当需变至非加力位置时，可将两手柄(21)同时放在最低位置上。此时在加力拉筒上部凸缘的触动下，使楔块(36)与固定联接管(37)之间的压力和摩擦排除，使锁止解除。此后便可实现位置的变换，如前所述。在变换过程中，护杆(38)将被带动向前倾倒。
护杆(38)的高度可通过伸缩调整。
为了减少摩擦，提高可靠性和使用寿命，在有相对运动的部位，应考虑采用滚动轴承。加力拉筒(18)与导套(16)之间的相对往复运动可采用滚轮。导套上端3个滚轮均布，加力拉筒下部的3个滚轮均布。
最后补充几点操纵装置也可采用左右独立式，变位时，变位叉套的摆动方向是斜前方。
加力器也可采用储能式，使加力拉筒的加力行程或加力盘的加力转角增加。为此，仅需将收绳弹簧的弹力增加且反装，同时将加力拉绳反绕即可。上肢用力时，加力盘空转储能，上肢不用力时，储能弹簧加力同时收绳。
转向力矩传递的另一方案是，在导套(16)上部设滑键，在加力拉筒(18)筒壁上设滑槽。转向时，摆动手柄(21)，通过加力拉筒带动导套，进而带动导套下端的传动齿轮以及转向齿轮实现转向。
可控单向锁滚以及可控超越离合器，可根据具体情况采用滚柱、滚珠、锁爪(千斤块)等。
结构实施的最佳方案是导套上端的三个滚轮装在同一支承环上。加力拉筒下部的三个滚轮、三个可控单向锁滚装在同一支承环上。
制动拉管滑座与导套下端的转向传动齿圈可制成一体。
锥齿轮、加力拉筒上部和同步拉管上部可采用注塑铝合金压铸。
同步拉管、加力拉筒、导套和变位叉套可用方形、圆形无缝钢管制作。
护杆外应敷设摩擦系数较大的松软材料如橡胶波纹套。
综上所述可知，加力自行车的转向与制动、转向与加力是彼此互不干涉的。即可单手驾驭，实现转向、加力和制动过程的操作，也可双手驾驭。当双手同时加力时，上下四肢协调配合，上拉下蹬，左右交替加力，作用在驱动轴上的合力，最大可远超过人体重量。无可置疑，加力自行车的最大车速使普通自行车望尘莫及。
由于加力自行车的操作方法与普通自行车明显不同，故达到随心所欲地驾驭加力自行车须有一段熟习过程。
不言而喻，加力自行车是一种结构简单、操作方便、动作顺畅、协调机动、轻便快捷、绿色环保的新型交通工具。驾驭加力自行车，不仅使人不易疲劳，还会使人产生一种运动健身之享受感。深信加力自行车必将在防治污染、促进旅游和全民健身等多方面大显身手，使自行车这一传统助行工具焕发新春，并以第二代自行车的主流产品的盛誉载入自行车发展史。
权利要求
1.本发明提供了一种以下肢用力为主、必要时上肢可以予以加力配合的加力自行车。与普通自行车相比，其结构特征在于淘汰用以直接带动转向轴回转实现转向的操纵把；增设操纵装置、加力器和固定支架。
2.按权利要求1所述的操纵装置，其外形特征是，呈可伸缩可回转的筒状，左右对称配置，其下部与固定支架铰接，可根据加力与否，通过摆动实现加力位置与非加力位置的变换。其结构特征是，主要由操纵手柄、加力拉筒、同步拉管、制动拉管和转向传动齿轮等组成。
3.按权利要求1所述的加力器，与操纵装置配套，左右对称配置，其结构特征为，主要由加力盘、加力盘回位弹簧和可控超越离合器等组成。
4.按权利要求2所述的加力拉筒和同步拉管，其特征是，在加力拉筒下部和同步拉管下部的拉管夹头上，均装有可控单向锁滚。
5.按权利要求3、4所述的可控超越离合器和可控单向锁滚，其特征是，在未控状态下，对运动有单向约束；在已控状态下，对运动无约束。前者由加力位置和非加力位置决定其状态的变换，后者由操纵手柄的回转实现其状态的变换。
6.按权利要求1所述的加力自行车，其操纵特征在于，用手将操纵手柄摆动、拉动和转动，便分别实现加力自行车的转向、加力和制动的操作。
全文摘要
加力自行车以下肢用力为主,上肢可以加力予以配合。结构特征是:淘汰普通自行车用以直接带动转向轴回转实现转向的操纵把,增设操纵装置、加力器和固定支架。操作上的特征是:用手将操纵手柄摆动、拉动和转动,可分别实现转向、加力和制动的操作。即可单手操纵,也可双手同时操纵。如果双手同时加力,上下四肢协调配合,上拉下蹬,使驱动轴上的合力,最大可远超过人体重量。其最大车速将使普通自行车望尘莫及。
文档编号B62M1/12GK1384017SQ0111567
公开日2002年12月11日 申请日期2001年5月8日 优先权日2001年5月8日
发明者王守权 申请人:王守权, 王猛