专利名称：多摆杆大扭矩双边驱动式自行车的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种自行车。
背景技术：
自行车是一种人们非常喜欢的出行工具。目前使用的自行车有两种，一种是变速自行车，另一种是不变速自行车，使用广泛的还是变速自行车。无论是变速自行车还是不变速自行车，其驱动装置的驱动原理是一样的，当变速自行车没有变速时，也就跟不变速自行车一样，下面提到的现用自行车，就是指不变速自行车和没有变速的变速自行车。自行车有它自己的特点，那就是价格低廉，使用方便，不需要任何燃料，环保性能好。但这两种自行车都存在一个共同的缺陷，就是施加在后轮上的驱动扭矩太小，尽管变速自行车能增大驱动扭矩，但这是以降低速度为代价的，也就是说，驱动扭矩增大了，但行驶速度变慢了，若为了满足爬坡上坎所需要的驱动扭矩而使速度变得过慢，则会因速度太慢而无法行驶，这种变速也就没有任何实际意义。自行车的这种缺陷会给骑车人带来很大的不便，因为稍遇爬坡上坎，骑车人就感到非常吃力，若坡度稍大一些，则骑车人只能推车爬坡。为了解决这一问题，人们提出了许多解决方案，这些方案大体分为两类，一类是用运杠杆原理，通过改变驱动装置的结构来增加驱动扭矩，另一类是引入其它动力。从价格、环保、方便等方面来考虑，第一类要好一些，但问题是驱动扭矩和行驶速度很难做到二者兼得，要么驱动扭矩增加了，行驶速度变慢了，要么行驶速度提高了，驱动扭矩减少了，即使行驶速度不变，驱动扭矩增加了，但增加不明显。如专利99123093.0也是通过杠杆原理来省力的，该专利的可取之处是使用了不止一跟杠杆，该专利的驱动装置有两个部分组组成，一个部分是杠杆机构，另一部分是链轮机构，杠杆机构用来增大自行车后轮上的驱动扭矩，链轮机构用来提高自行车的行使速度。该专利存在两个问题一个是得出的结论性数据不可信。如省力73％和速度要快68％等，因为该专利既没有准确的结构尺寸，又没有严谨的计算过程。另一个是计算省力数据时没有考虑链轮机构的影响。这是因为，尽管杠杆机构增大了自行车后轮上的驱动扭矩，但由于杠杆较长，摆动一个往复其后轮转过的角度很有限，也就是说速度变慢了，为此该专利又采用了两极链轮机构来提高行使速度，但速度的提高必然导致后轮上驱动扭矩的下降，若行使速度比现用自行车还要快，则驱动扭矩有可能比现用自行车还要小。
发明内容
本发明的目的是提供一种在行驶速度不变慢的前提下，能使驱动扭矩成倍增加的自行车，而且结构简单，蹬踏方便，真正实现轻轻一蹬就能爬坡上坎。
本发明的技术解决方案是一种多摆杆大扭矩双边驱动式自行车，主要由前轮、后轮、支架体、两套驱动装置和左右联动机构组成，两套驱动装置结构完全相同，两边各一套，都由大链轮、后轮轴上带棘轮的小链轮、链条、多级摆杆组和最外侧摆杆下极限位置止位杆构成，在支架体下面有两个侧杆，大链轮、后轮轴上带棘轮的小链轮和链条就安装在侧杆的内侧，多级摆杆组安装在侧杆的外侧，最外侧摆杆下极限位置止位杆安装在侧杆的下面，多级摆杆组的各转动轴，包括后轮轴都安装在侧杆上，左右两驱动装置通过安装在两大链轮间的左右联动机构连接在一起。
上述技术解决方案中的多级摆杆组，可以是三级摆杆组、四级摆杆组、五级摆杆组或更多级摆杆组，摆杆数可多可少，少则驱动扭矩的增加有限，多则左右两脚踏板间的距离太远，蹬踏不方便，总体来看，以五级摆杆为宜。各级摆杆由里向外依次是一级摆杆、二级摆杆、三级摆杆、四级摆杆、五级摆杆等，除一级摆杆外，其余各级摆杆都沿杆开有直线槽，除最外侧摆杆的端头与脚踏板连接外，其余各级摆杆端头的外侧都连接一滚轮或滑块，滚轮或滑块镶入到其外侧相邻摆杆的直线槽中。一级摆杆的转动轴就是大链轮的转动轴，三级、五级等奇数级摆杆的转动轴在大链轮转动轴之后，二级、四级等偶数级摆杆的转动轴在大链轮转动轴之前，当最外侧摆杆处于极限位置时，所有奇数级摆杆相互平行，所有偶数级摆杆也相互平行，奇数级摆杆与偶数级摆杆的夹角小于90，且转向相反。
上述技术解决方案中的左右联动机构，由两个摇杆、两个连杆、一个活塞、一个活塞筒和活塞筒固定杆组成，两个摇杆的转动轴就是两大链轮的转动轴，两连杆一侧的端头分别与两摇杆的端头连接，另一侧的端头都与活塞连接，活塞与活塞筒配合后与活塞筒固定杆连接，并由其固定在支架体上，两摇杆与相应的一级摆杆的夹角大于45，它们在摆动中，一个始终在侧杆的上面，另一个始终在侧杆的下面，此时，当一边的最外侧摆杆向下运转动时，处于同一边且在侧杆上面的摇杆也会向下转动，并通过连杆推动活塞向前移动，而活塞的向前移动，又会通过另一边的连杆拉动处于另一边且在侧杆下面的摇杆向上转动，从而带动另一边的最外侧摆杆向上转动，这样就实现了左右最外侧摆杆的联动。
上述技术解决方案中的大链轮，当一级摆杆处于上极限位置时，在大链轮左下方略大于四分之一圆的范围内开有一同心圆弧槽，有一短杆在后轮与大链轮转动轴之间穿过圆弧槽与两侧杆用螺钉进行连接。
若取多级摆杆组为五级摆杆组，则本发明与现用自行车相比有以下优点1、在行驶速度相同，蹬踏力相同的条件下，施加在后轮上的驱动扭矩很大，其最大驱动扭矩是现用自行车的9倍。2、在行驶速度相同，施加在后轮上的最大驱动扭矩相同的条件下，本发明所施加在蹬踏板上的蹬踏力只是现用自行车的11.3％，即省力88.7％，这充分发挥了杠杆一两拨千斤的作用。3、本发明的行驶速度要比现用自行车的快。4、本发明真正实现了轻轻一蹬就能爬坡上坎的目的。5、本发明结构简单，蹬踏方便。6、由于本发明的驱动扭矩很大，所以不需要变速机构。
本发明的附面说明如下图1为本发明的结构原理图。
图2为本发明的局部俯视图。
图3为本发明中左右联动机构的结构原理图。
图4为本发明中大链轮上开圆弧槽的结构示意图。
图5为现用自行车中的驱动装置示意图。
图6为本发明中的驱动装置示意图。
具体实施例方式
由图1和图2可知，本发明主要由前轮17、后轮1、支架体16、两套驱动装置和左右联动机构等组成。驱动装置由大链轮6、后轮轴上带棘轮的小链轮2、链条3、多级摆杆组和最外侧摆杆下极限位置止位杆10组成，其中大链轮6、后轮轴上带棘轮的小链轮2和链条3安装在支架体下面两侧杆4的内侧，多级摆杆组安装在侧杆4的外侧，最外侧摆杆下极限位置止位杆10安装在侧杆4的下面。本发明中的多级摆杆组可以是三级摆杆组、四级摆杆组、五级摆杆组或更多级摆杆组，若摆杆总数为奇数，则大链轮6的转向与后轮1前进的转向相同，无需换向，若摆杆总数为偶数，则大链轮6的转向与后轮1前进的转向相反，这时就需要换向，从而使结构变的复杂，两者比较，摆杆总数以奇数为宜。在摆杆总数为奇数的前提下，摆杆总数越大，则施加在后轮轴上的驱动扭矩就越大，但两脚踏板间的间距也就越大，从而给蹬踏带来不便摆杆总数越小，则施加在后轮轴上的驱动扭矩就越小，但两脚踏板间的间距也就越小，蹬踏起来也会比较方便。综合以上因素，本发明中的多级摆杆组以五级摆杆组为宜。因此，本实施例中的多级摆杆组就取五级摆杆组。多级摆杆组(五级摆杆组)的各转动轴，包括后轮轴都安装在侧杆4上，它们由里向外依次为一级摆杆13、二级摆杆14、三级摆杆8、四级摆杆15和五级摆杆5等，除一级摆杆13外，其余各级摆杆都沿杆开有直线槽，如五级摆杆上的直线槽7。除最外侧摆杆(五级摆杆5)的端头与脚踏板11连接外，其余各级摆杆端头的外侧都连接一滚轮或滑块12，滚轮或滑块12镶入到其外侧相邻摆杆的直线槽中。在以上各摆杆中，一级摆杆13的转动轴就是大链轮的转动轴19，其它奇数级摆杆的转动轴在一级摆杆13的转动轴的后面，如三级摆杆8和五级摆杆5；而偶数级摆杆的转动轴则在一级摆杆13的转动轴的前面，如二级摆14杆和四级摆15杆。最外侧摆杆(五级摆杆5)的极限位置由安装在侧杆4下面的最外侧摆杆下极限位置止位杆10决定，最外摆杆(五级摆杆5)两极限位置的夹角为90，两极限位置与侧杆4的夹角为45，也就是说，当最外侧摆杆(五级摆杆5)从上极限位置转到下极限位置时，大链轮6也转动了90。所有奇数级摆杆相互平行，所有偶数级摆杆也相互平行，这样可使得多级摆杆组显得紧凑且输出扭矩很大。奇数级摆杆与偶数级摆杆的夹角小于90，并且转向相反，只有这样，才能避开死角，并在所有各级摆杆处于同一直线上时，该驱动装置输出的驱动扭矩最大。
由图2可知，左右联动机构连接左右两驱动装置，它安装在两个大链轮之间，由两个摇杆20、两个连杆21、一个活塞22、一个活塞筒23和活塞筒固定杆24组成，两个摇杆20的转动轴就是两大链轮的转动轴19，两连杆21一侧的端头分别与两摇杆20的端头连接，另一侧的端头都与活塞22连接，活塞22与活塞筒23配合后与活塞筒固定杆24连接，并由其固定在支架体16上。从图3看出，摇杆20与相应的一级摆杆13的夹角大于45，约为60，当最外侧摆杆(五级摆杆5)处在上下两极限位置时，摇杆20也有两个极限位置，一个是摇杆20与其转动轴以前的侧杆4的夹角大于90，约为105，另一个是摇杆20与其转动轴以前的侧杆4的夹角大于0，约为15，这样就会避免摇杆20与连杆21在一条线上的情况，否则，连杆21推动摇杆20，会使摇杆20的转动出现不确定，而且，这两个摇杆20在摆动中，一个始终在侧杆4的上面，另一个始终在侧杆4的下面，此时，当一边处于极限位置的最外侧摆杆(五级摆杆5)向下运转动时，处于同一边侧杆4上面的摇杆20也会向下转动，并通过连杆21推动活塞22向前移动，而活塞22向前移动，又会通过另一边连杆拉动处于另一边侧杆下面的摇杆向上转动，从而带动另一边的最外侧摆杆(五级摆杆)向上转动，这样就实现了左右最外侧摆杆的联动。如图4和图1所示，为了保持两侧杆之间的间距不变，也为了整个结构的稳定，当一级摆杆13处于上极限位置时，在大链轮6左下方略大于四分之一圆的范围内开有一同心圆弧槽9，有一短杆18(见图2)在后轮1与大链轮转动轴19之间穿过大链轮6上的圆弧槽9与两平行侧杆4用螺钉进行连接。该短杆18并不影响大链轮6的转动，因为，大链轮6的转动方式是先转90，然后再反转90，如此反复而已。
现用自行车一般是曲杆转一圈，后轮转2.5圈，也就是说，中轴上的大链轮与后轮轴上的小链轮的半径之比为2.5∶1，此时，若后轮轴上的小链轮的半径为30mm，则大链轮的半径为75mm。图5为现用自行车中的驱动装置示意图，上面标有从实物上测量下来的尺寸，通过这些尺寸，可以计算出该驱动装置施加在后轮上的最大驱动扭矩。具体计算过程如下当曲杆从上向下正好转到水平位置时，设垂直向下施加在脚踏板上的的力为T(N)；大链轮施加在链条上的力为T1，链条施加在大链轮上的力为T1，T1＝-T1；该驱动装置施加在后轮上的最大驱动扭矩为Mmax。现根据杠杆原理计算如下。
160T＝75T1T1＝16T/75 T1＝2.13T(N)Mmax＝0.03×T1Mmax＝0.03×2.13TMmax＝0.064T(N.m)图6为本发明中的驱动装置示意图，在该图中，大链轮的半径为150mm，后轮轴上带棘轮的小链轮的半径为30mm，大链轮的半径与后轮轴上带棘轮的小链轮的半径之比为5∶1，也就是说，大链轮转一圈，后轮要转5圈。在本发明中，两边各蹬踏一次，即为一个往复，由前面所述可知，一边蹬踏一次，大链轮转90，两边各蹬踏一次，即为一个往复，则大链轮转半圈，由5∶1可知，后轮转2.5圈。可见，本发明中的驱动装置往复一次和现用自行车的曲杆转一周一样，都能使后轮转2.5圈数。该图中各级摆杆的长度是按1∶1准确绘制，精确测量而得，其数据的准确性和可靠性毋容置疑。下面来计算本发明的驱动装置在后轮上施加的最大驱动扭矩。
当一边的各级摆杆从上向下正好都转到水平位置时，该驱动装置施加在后轮上的驱动扭矩最大。设垂直向下施加在脚踏板上的的力为T(N)；四级摆杆施加在五级摆杆上的力为T1，五级摆杆杆施加在四级摆上的力为T1，T1＝-T1；三级摆杆施加在四级摆杆上的力为T2，四级摆杆施加在三级摆杆上的力为T2，T2＝-T2；二级摆杆施加在三级摆杆上的力为T3，四级摆杆施加在三级摆杆上的力为T3，T3＝-T3；一级摆杆施加在二级摆杆上的力为T4，二级摆杆施加在一级摆杆上的力为T4，T4＝-T4；大链轮施加在链条上的力为T5，链条施加在大链轮上的力为T5，T5＝-T5；该驱动装置施加在后轮上的最大驱动扭矩为Mmax。现根据杠杆原理计算如下。
对五级摆杆250T＝75T1T1＝250T/75T1＝3.3T(N)对四级摆杆190T1＝93T2T2＝190T1/93 T2＝190×3.3T/93 T2＝6.74T(N)对三级摆杆122T2＝45T3T3＝122T2/45 T3＝122×6.74T/45 T3＝18.27T(N)对二级摆杆120T3＝50T4T4＝120T3/50 T4＝120×18.27T/50 T4＝44T(N)对一级摆杆65T4＝150T5T5＝65T4/150 T5＝65×44T/150T5＝19T(N)Mmax＝0.03×T5＝0.03×19T＝0.57T(N.m)从以上可以看出，9×0.064T＝0.57T，即Mmax＝9Mmax，也就是说，在行驶速度相同，蹬踏力相同的条件下，本发明在自行车后轮上施加的最大驱动扭矩是现用自行车的9倍。由于该驱动装置施加在后轮上的驱动扭矩很大，所以本发明不需要变速机构。从以上还看出，Mmax＝0.57×(T×11.3％)＝0.064T(N.m)，也就是说，在行驶速度相同，施加在后轮上的最大驱动扭矩相同的条件下，本发明所施加在蹬踏板上的蹬踏力只是现用自行车的11.3％，即省力88.7％。
现用自行车的曲杆转一圈和本发明的最外侧摆杆两边各蹬踏一次，后轮都转2.5圈，似乎现用自行车和本发明在蹬踏速度相同的情况下，其行驶速度一样，其实不然，这是因为，现用自行车的曲杆转一圈，脚踏板移动过的距离为π×320mm，即为1000mm，而本发明的最外侧摆杆左右各蹬踏一次，脚踏板移动过的距离经计算为785mm。因此，在同一时间内，在蹬踏速度相同的条件下，本发明一侧的摆杆还应再摆动四分之一个往复，经推算，本发明的后轮应转3圈。加之本发明采用上下蹬踏式，蹬踏起来比较方便，在蹬踏速度感觉相同的情况下，实际上本发明要蹬踏的快一些。综上所述，在同一时间内，在蹬踏速度感觉相同的情况下，本发明的后轮所转过的圈数为3.5圈左右，即本发明的行驶速度要比现用自行车的行驶速度快。
权利要求
1.一种多摆杆大扭矩双边驱动式自行车，主要由前轮、后轮、支架体、两套驱动装置和左右联动机构组成，其特征在于该自行车的两套驱动装置结构完全相同，两边各一套，都由大链轮、后轮轴上带棘轮的小链轮、链条、多级摆杆组和最外摆杆下极限位置止位杆构成，在支架体下面有两侧杆，大链轮、后轮轴上带棘轮的小链轮和链条就安装在支架体下面两侧杆的内侧，多级摆杆组则安装在两侧杆的外侧，最外侧摆杆下极限位置止位杆安装在侧杆的下面，多级摆杆组的各转动轴，包括后轮轴都安装在两侧杆上，左右两驱动装置通过安装在两大链轮间的左右联动机构连接在一起。
2.根据权利要求1所述的多摆杆大扭矩双边驱动式自行车，其特征在于多级摆杆组可以是三级摆杆组、四级摆杆组、五级摆杆组或更多级摆杆组，各级摆杆由里向外依次是一级摆杆、二级摆杆、三级摆杆、四级摆杆、五级摆杆等，除一级摆杆外，其余各级摆杆都沿杆开有直线槽，除最外侧摆杆的端头与脚踏板连接外，其余各级摆杆端头的外侧都连接一滚轮或滑块，滚轮或滑块镶入到其外侧相邻摆杆的直线槽中。
3.根据权利要求1或2所述的多摆杆大扭矩双边驱动式自行车，其特征在于一级摆杆的转动轴就是大链轮的转动轴，三级、五级等奇数级摆杆的转动轴在大链轮转动轴之后，二级、四级等偶数级摆杆的转动轴在大链轮转动轴之前，当最外侧摆杆处于极限位置时，所有奇数级摆杆相互平行，所有偶数级摆杆也相互平行，奇数级摆杆与偶数级摆杆的夹角小于90，且转向相反。
4.根据权利要求1所述的多摆杆大扭矩双边驱动式自行车，其特征在于左右联动机构由两个摇杆、两个连杆、一个活塞、一个活塞筒和活塞筒固定杆组成，两个摇杆的转动轴就是两大链轮的转动轴，两连杆一侧的端头分别与两摇杆的端头连接，另一侧的端头都与活塞连接，活塞与活塞筒配合后与活塞筒固定杆连接，并由其固定在支架体上，两摇杆与相应的一级摆杆的夹角大于45，它们在摆动中，一个始终在侧杆的上面，另一个始终在侧杆的下面。
5.根据权利要求1所述的多摆杆大扭矩双边驱动式自行车，其特征在于当一级摆杆处于上极限位置时，在大链轮左下方略大于四分之一圆的范围内开有一同心圆弧槽，有一短杆穿过圆弧槽与两侧杆用螺钉进行连接。
全文摘要
目前使用的自行车有两种，一种是变速自行车，另一种是不能变速的自行车。这两种自行车的共同缺陷是施加在自行车后轮上的驱动扭矩太小，稍遇爬坡上坎，就感到非常吃力，尽管变速自行车通过变速能增加驱动扭矩，但这是以降低速度为代价的。本发明彻底改变了扭矩的输入方式，由一曲杆做圆周运动改为通过多级摆杆的精妙组合做摆动，若取多级摆杆组为五级摆杆组，则改变后，在速度相同、脚踏力相同的情况下，施加在后轮上的最大驱动扭矩是现用自行车的9倍，在与现用自行车的最大驱动扭矩相同、行驶速度相同的情况下，可省力88.7％。因此，该多摆杆大扭矩双边驱动式自行车真正实现了以较快的速度轻松自如地爬坡上坎。由于本发明所具有的神奇特性，将彻底淘汰现用自行车和助力车，在某种程度上可与摩托车相媲美，市场前景十分广阔。此外，本发明还可应用于三轮自行车和残疾人自行车，使残疾人的活动范围大大扩展。
文档编号B62M1/24GK1493489SQ02147690
公开日2004年5月5日 申请日期2002年10月28日 优先权日2002年10月28日
发明者杜振华 申请人:杜振华