上下脚踏式自行车的制作方法

专利名称：上下脚踏式自行车的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种自行车，尤其是涉及一种可以上下脚踏的自行车。
背景技术：
目前市场上通常使用的自行车的构造，其特点是，脚踏板的脚踏方式是旋转式，这种脚踏方式的自行车有两个不足，脚踏板的位置不合理和受力的效率差，参见图1、图2和图3。由实际体验知，当一脚踏板受到大小相同、方向垂直于地面的力时，由于脚踏板的位置不同，因而脚踏时所用的力气大小也不同，在图1中示出了取经过鞍座中心点Z点且垂直于地面的直线为Z线，当脚踏板离Z线距离远时，踏起来费劲，近时省力。现有的自行车，当脚踏板转动时，脚踏板离Z线距离变化范围大，踏起来费劲。当脚踏板受到一垂直于地面的力F时，由力学知识可知，其对旋转中心的切向分力为f＝|F|×cosθ，对旋转中心的力距为M＝f×L。其中θ为曲柄与水平线的夹角，在水平线之上为正角，在水平线之下为负角，L为曲柄长度，cosθ可看作力的效率，θ越小，效率越大；当脚踏板采用旋转脚踏时，力的效率η的范围是，0≤η≤1，因而力的效率差。以上两个方面始终存在矛盾，当脚踏板位于a、b和g、i之间时，脚踏板离Z线距离近时，位置合理，但力的效益差，η≈0，存在两个脚踏不动的“死区”；当脚踏板位于c、e之间时，力的效率接近于最大值“1”，但离Z线距离远，位置不合理。
实用新型专利01207793.3，名称为《踏板式自行车》，该专利公开了一种采用上下脚踏方式行驶的自行车，但由于其曲柄、脚踏板的位置与现有自行车相同，所以仍然存在脚踏板位置不合理的问题，踏起来仍然费力。另外现有的自行车只能坐着踏，而不能站着踏，随意性差。

发明内容
为了克服上述现有技术的自行车存在的受力效果差、脚踏板位置不合理引起的踏起来费力的问题，本发明的主要目的是，提供一种踏起来省力、舒适的自行车；本发明另一目的是提供一种既能坐着踏，也能站着踏，且同样具有省力效果的自行车。
为解决上述技术问题，即一方面要求力的效率高，另一方面要求踏起来舒适的自行车，本发明的基本构思是，脚踏板采用水平上下脚踏方式，曲柄的转动被限制在一定范围内，通过改变中接头的位置，即把中接头后移，使脚踏板到Z线的距离缩短，就可达到省力的目的，同时降低中接头的高度，缓和脚踏板在最高位置时脚腕的弯曲程度，使踏起来自然轻松。
本发明技术方案之一是这样实现的上下脚踏式自行车，由鞍座12、车轮13、曲柄14、脚踏板15、车架4和离合器6构成，鞍座12安装在车架4的上面，车轮13分别安装在车架4的前、后两侧，脚踏板15通过曲柄14与车架4联接，所述车架4由前三角形和后三角形两部分构成，其中前三角形依次由上管412、前管411、下管413、中接头415和立管414组成，后三角形依次由立管414、中接头415、两根平叉421和两根立叉422构成；中接头415垂直对称于车架4的平面；在中接头415内安装有中轴418，其特征在于中轴418的两端各安装有离合器6，两曲柄14的一端分别套在两离合器6上；曲柄14上设有曲柄回复机构7；取经过鞍座中心点Z点并垂直于地面的直线为Z线，中接头415距Z线的距离为D1，在Z线之前D1为正，在Z线之后D1为负，中接头415距地面高度为H1，鞍座中心点Z点距地面的高度为H2，当H2＝5.2L时，D1与H1的范围为-0.3L≤D1≤0.5L1.3L≤H1≤1.8L以上叁式中，L为曲柄长度；所述的车架4上设有底管423和至少一根的下立管416，底管423垂直对称于车架4的平面，下立管416垂直接在中接头415与底管423之间，且下立管416的对称线与立管414的轴线是同一条直线，下管413的底端接在底管423中间，两根平叉421均连在底管423上变成两根斜叉421′；在中接头415与下管413之间可以设有中下管417。
所述曲柄14上设有曲柄正角限位机构8，对左右曲柄的转动角度θ的限制范围为θ≤80°。
所述曲柄回复机构7可以由平面蜗卷弹簧77、底座78和盖子79构成，所述曲柄14与底座78固接，底座78安装在离合器6的外圆周上，平面蜗卷弹簧77的一端安装在底座78的内凸台上，其另一端经夹头固定在车架4上，并用盖子79封闭。
所述曲柄回复机构7也可以由蜗卷弹簧式曲柄回复器70和固定管71构成，固定管71安装在车轮13的后轮前、两根斜叉421′的下部，其固定管71的两端安装有蜗卷弹簧式曲柄回复器70，蜗卷弹簧式曲柄回复器70的结构由蜗卷弹簧盒72、平面蜗卷弹簧73和连接管74构成，平面蜗卷弹簧73与曲柄14在同一平面上，其一端被固定在蜗卷弹簧盒72内，另一端被引出，绕在曲柄14上，并固定在离合器6的一端外侧；蜗卷弹簧盒72套接在连接管74的一端；所述的蜗卷弹簧盒72的盒盖上可以设有棘爪机构75，在连接管74的另一端还可以设有弹力调节旋钮76；棘爪机构75由棘爪轴螺丝751、棘爪752、棘爪弹簧753和棘爪架754构成，棘爪752和棘爪弹簧753置于棘爪架754内，并用棘爪轴螺丝751固定；弹力调节旋钮76由棘轮761、螺管762、盖子763构成，棘轮761压入盖子763内，盖子763固定在螺管762的下端。
所述的正角限位机构8可以由固定在曲柄14上的挡板85、立管414上的固定板83和弹簧84所组成，弹簧84的一端固定在固定板83上，另一端被挡板85压住。
所述的正角限位机构8也可以由蜗卷弹簧式曲柄回复器70入口处的弹簧81和平面蜗卷弹簧73引出端对应位置上所固定的一个挡板82所组成，所述的弹簧81至少由一个构成。
所述的底管423两端设有曲柄负角限位机构9，对左右曲柄的转动角度θ的限制范围为θ≤-80°。
所述的曲柄负角限位机构9可以由负角限位器93构成，所述的负角限位器93包括顶管橡皮头931、顶管932、固定板933、动作筒934、顶管防脱螺丝935、柄管936和弹簧937；动作筒934与顶管932均为扇形结构，其扇形的圆心与半径与曲柄14的运动相一致；动作筒934为前端开口，其内部后端设有弹簧937，动作筒934的上、下面设有对应的螺帽938和螺丝孔，与之相配合的顶管932从动作筒934的前端插入，顶管932的上、下面设有对应的细长槽，顶管橡皮头931套在顶管932的前端；顶管防脱螺丝935依次经动作筒934的螺帽938和螺丝孔、顶管932的细长槽，固定板933与柄管936固接起来，动作筒934的内侧固定在固定板933上，柄管936插入底管423内，经螺丝固定。
所述的曲柄负角限位机构9可以由弹簧式负角限位器91及其转动机构92构成；转动机构92安装在底管423内部的两端，经螺丝固定；所述的弹簧式负角限位器91包括顶管头橡胶套911、顶管912、弹簧913、压簧器动作筒914、顶管防脱螺钉915和压簧器座916；所述的压簧器座916为横的“T”型空心结构，横向及竖向均设有内螺纹，竖向设为主体，横向设为柄管921；所述的压簧器动作筒914与顶管912均为空心柱体结构，内侧靠近下部的位置均设有带内螺纹的凸台通孔，其中顶管912的头部设有凸台；压簧器动作筒914通过螺纹，旋插入压簧器座916的主体内；弹簧913、压簧器动作筒914依次套在顶管912上，且弹簧913被顶在凸台与压簧器动作筒914之间，所述的顶管头橡胶套911套在顶管912的头部凸台上，所述的顶管防脱螺钉915的头部及尾部均设有一段螺纹，通过其螺纹，旋插入压簧器动作筒914及顶管912的凸台通孔内；所述的转动机构92包括柄管921、柄管固定螺帽922、转动板923、蜗卷弹簧924和衬管925构成；转动板923的一侧中部设有凸台，另一侧设有与柄管921配合的外螺纹，柄管固定螺帽922与柄管921通过外螺纹，依次套在转动板923上，转动板923的另一侧的凸台与蜗卷弹簧924的凹口配合连接，一起装在衬管925内，衬管925安装在底管423内，配合连接。
所述的曲柄负角限位机构9可以由负角限位器94构成，所述负角限位器94包括橡皮套941、固定管942、固定板943、空心管945和柄管944；所述固定板943的左侧前面设有空心管945，橡皮套941套在固定管942上，并被固定管942的凸台顶住，固定管942套在空心管的外面，用螺丝固定，固定板933的右侧后面固接有柄管944，柄管944经螺丝固定在底管423内。
所述的鞍座12可以为可翻转式结构，结构包括鞍座架121、鞍管122、支撑杆123和立管夹124；其连接关系是，鞍座架121的后端与鞍管122铰接，所述的鞍管122插入立管414内，鞍座架121的两侧设有支撑杆123的滑动槽，两支撑杆123的一端连接在立管夹124上，立管夹124固定在立管414上，两支撑杆123的另一端置于鞍座架121两侧的滑动槽内；其所配合的车架4的上管的后半段为下凹形，且接在立管414的中间，或者下管与上管相连后，接在前管的中间，上管的后端接在立管中间。
所述的离合器6可以为弹簧片式缓冲离合器，其结构包括，装有“千斤”的螺纹管61、棘轮62和内齿轮63；螺纹管61为空心柱体结构、其内部设有内螺纹、外部的中间设有凸台，凸台的两边设有外螺纹，螺纹管61通过内螺纹连接在中轴418的两端，棘轮62套在螺纹管61的凸台上，所述的棘轮62的内孔设有与螺纹管61凸台上的“千斤”配合的棘轮齿，内齿轮63与棘轮62配合，，并套在棘轮62上，在棘轮62和内齿轮63的齿与齿之间设有弹簧片65；内齿轮63两侧设有槽，槽上布满滚珠64；螺纹管61的两端外螺纹上连接有盖板66，封闭住滚珠64，曲柄14套在内齿轮63的外圆周上，盖板66的螺纹上均布有开口槽，螺纹管61的外侧一端均布有开口槽，经螺丝把垫片67固定在中轴418上，且垫片67的凸台部分卡在螺纹管61和盖板66的开口槽内。
所述的离合器6的结构包括，装有“千斤”的螺纹管61和棘轮68；螺纹管61为空心柱体结构、其内部设有内螺纹、外部的中间设有凸台，凸台的两边设有外螺纹，螺纹管61通过内螺纹连接在中轴418的两端，棘轮68套在螺纹管61的凸台上，所述的棘轮68的内孔设有与螺纹管61的凸台上的“千斤”配合的棘轮齿；棘轮68两侧设有槽，槽上布满滚珠64；螺纹管61的两端外螺纹上连接有盖板66，封闭住滚珠64，曲柄14套在棘轮68的外圆周上，盖板66的螺纹上均布有开口槽，螺纹管61的外侧一端均布有开口槽，经螺丝把垫片67固定在中轴418上，且垫片67的凸台部分卡在螺纹管61和盖板66的开口槽内。
本发明的技术方案之二上下脚踏式自行车，由鞍座12、车轮13、曲柄14、脚踏板15、车架4和离合器6构成，鞍座12安装在车架4的上面，车轮13分别安装在车架4的前、后两侧，脚踏板15通过曲柄14与车架4联接，所述车架4由前三角形和后三角形两部分构成，其中前三角形依次由上管412、前管411、下管413、中接头415和立管414组成，后三角形依次由立管414、中接头415、两根平叉421和两根立叉422构成；中接头415垂直对称于车架4的平面；在中接头415内安装有中轴418，其特征在于中轴418的两端各安装有离合器6，两曲柄14的一端分别套在两离合器6上；曲柄14上设有曲柄回复机构7；取经过鞍座中心点Z点并垂直于地面的直线为Z线，中接头415距Z线的距离为D1，在Z线之前D1为正，在Z线之后D1为负，中接头415距地面高度为H1，鞍座中心点Z点距地面的高度为H2，当H2＝5.2L时，D1与H1的范围为-0.3L≤D1≤0.5L1.3L≤H1≤1.8L以上叁式中，L为曲柄长度。
所述曲柄回复机构7由平面蜗卷弹簧77、底座78和盖子79构成，所述曲柄14与底座78固接，底座78安装在离合器6的外圆周上，平面蜗卷弹簧77的一端安装在底座78的内凸台上，其另一端经支架31固定在车架4上，并用盖子79封闭。
所述的立管414上设有限制曲柄14向上运动的正角限位机构8，对左右曲柄的转动角度θ的限制范围为θ≤80°。
所述的正角限位机构8由固定在曲柄14上的挡板85、立管414上的固定板83和弹簧84所组成，弹簧84的一端被挡板85压住。
所述的离合器6的结构包括，装有“千斤”的螺纹管61和棘轮68；螺纹管61为空心柱体结构、其内部设有内螺纹、外部的中间设有凸台，凸台的两边设有外螺纹，螺纹管61通过内螺纹连接在中轴418的两端，棘轮68套在螺纹管61的凸台上，所述的棘轮68的内孔设有与螺纹管61的凸台上的“千斤”配合的棘轮齿；棘轮68两侧设有槽，槽上布满滚珠64；螺纹管61的两端外螺纹上连接有盖板66，封闭住滚珠64，曲柄14套在棘轮68的外圆周上，盖板66的螺纹上均布有开口槽，螺纹管61的外侧一端均布有开口槽，经螺丝把垫片67固定在中轴418上，且垫片67的凸台部分卡在螺纹管61和盖板66的开口槽内。
本发明技术方案之三，上下脚踏式自行车，由鞍座12、车轮13、曲柄14、脚踏板15、车架4和离合器6构成，鞍座12安装在车架4的上面，车轮13分别安装在车架4的前、后两侧，脚踏板15通过曲柄14与车架4联接，所述车架4由前三角形和后三角形两部分构成，其中前三角形依次由上管412、前管411、下管413、中接头415和立管414组成，后三角形依次由立管414、中接头415、两根平叉421和两根立叉422构成；中接头415垂直对称于车架4的平面；在中接头415内安装有中轴418，其特征在于中轴418的两端各安装有离合器6，所述的两曲柄14分别套在两离合器6上；所述的曲柄14由圆盘141和直柄142两部分构成，圆盘141套在离合器6上，在圆盘141的内侧设有曲柄齿轮143，在两曲柄齿轮143之间通过交替齿轮145啮合，交替齿轮145的轴线垂直于中接头415，并经过中接头415的中点，交替齿轮145安装轴承架144上，所述轴承架144设有前支撑脚191和后支撑脚192，前支撑脚191与后支撑脚192分别通过固定夹夹在两根平叉421和下管413上；取经过鞍座中心点Z点并垂直于地面的直线为Z线，中接头415距Z线的距离为D1，在Z线之前D1为正，在Z线之后D1为负，中接头415距地面高度为H1，鞍座中心点Z点距地面的高度为H2，当H2＝5.2L时，D1与H1的范围为一0.3L≤D1≤0.5L1.3L≤H1≤1.8L以上叁式中，L为曲柄长度。
所述的离合器6的结构包括，装有“千斤”的螺纹管61和棘轮68；螺纹管61为空心柱体结构、其内部设有内螺纹、外部的中间设有凸台，凸台的两边设有外螺纹，螺纹管61通过内螺纹连接在中轴418的两端，棘轮68套在螺纹管61的凸台上，所述的棘轮68的内孔设有与螺纹管61的凸台上的“千斤”配合的棘轮齿；棘轮68两侧设有槽，槽上布满滚珠64；螺纹管61的两端外螺纹上连接有盖板66，封闭住滚珠64，曲柄14套在棘轮68的外圆周上，盖板66的螺纹上均布有开口槽，螺纹管61的外侧一端均布有开口槽，经螺丝把垫片67固定在中轴418上，且垫片67的凸台部分卡在螺纹管61和盖板66的开口槽内。
所述车轮13的后轴427上可以设有小链轮161。
所述车轮13上的后轴轴承162安装在后轴轴壳163内。
本发明的优点在于脚踏板位置合理，适合人体用力的特点，在整个脚踏范围内，不存在脚踏不动的“死区”，力的效率的范围由原来的0≤η≤1，提高至0.5≤η≤1；脚踏板与Z线的距离，比原来向后缩短了，缩短的距离占总距离至少达到25％，一般可达到45％，即省力一般可达45％左右，因而踏起来省力，轻松、自然；并且既可坐着踏，也能站着踏，坐着踏与站着踏之间转换方便，且在自行车行驶时，也能方便转换；当站着踏时，其行驶速度要比现有技术的自行车坐着踏，明显快得多。


图1为现有技术的自行车的结构示意图和Z线位置图；
图2a及图2b为鞍座中心点Z点的位置决定图；图3a为现有技术的自行车脚踏板的受力分析图；图3b为现有技术的自行车脚踏板的安装位置和受力的效率综合分析图；图4a为本发明实施例1的结构示意图；图4b为本发明曲柄安装位置结构示意图；图5a和b为图4中的自行车车架示意图；图5c-i为从图5a和b衍生出来的七种灵活接法的车架结构示意图；图5j-l为下立管、底管与曲柄负角限位机构安装的位置结构示意图；图6a为图4中的弹簧片式缓冲离合器的结构示意图；图6b为本发明的图6a的剖视图；图6c为本发明图6a中装有垫片的离合器结构示意图；图6d为本发明图6c中垫片的结构示意图；图6e为本发明图6a中盖板的结构示意图；图6f为本发明图6a中螺纹管的结构示意图；图6g为本发明图6a中棘轮与内齿轮连接的结构示意图；图6h-l为本发明图6a中两种弹簧片的结构及安装示意图；图7a为本发明图4中的曲柄回复机构7的底座结构示意图；图7b为本发明图7a中平面蜗卷弹簧一端的结构图；图7c为本发明图4中曲柄回复机构7的外形图；图7d为本发明图7c的安装位置图；图7e为本发明图7c的A-A剖视图；图7f为本发明图7a中曲柄回复机构7的盖子内侧结构示意图；图8a为本发明图4中的正角限位机构8的结构示意图；图8b为本发明图8a的安装位置结构俯视图；图8c为本发明图8b中的右曲柄挡板的结构示意图；图8d为本发明图8b中的左曲柄挡板的结构示意图；图9a为本发明实施例2中的离合器的结构示意图；图9b为本发明图9a装有垫片的离合器结构示意图；图9c为本发明图9a中螺纹管与棘轮的连接结构示意图；图10a为本发明实施例3中的曲柄回复器的安装位置图；图10b为本发明图10a中的曲柄回复器的结构示意图；图10c、d为本发明曲柄回复器70的外形和内部结构图；图10e为本发明曲柄回复器(不含棘爪机构和弹力调节旋钮)侧面图；图11a为本发明图10b曲柄回复器中的棘爪机构结构示意图；图11b为本发明图10b曲柄回复器中的棘爪机构棘爪架结构示意图；图11c为本发明图11a的俯视图；图12a为本发明图10b曲柄回复器中的弹力调节旋钮结构示意图；
图12b为本发明图12a的剖视图；图13为本发明曲柄回复器蜗卷弹簧的结构示意图；图14a为本发明实施例4中的正角限位机构的结构示意图；图14b为本发明图14a的运动状态结构示意图；图14c为本发明图14a中弹簧安装的结构示意图；图14d为本发明图14c的俯视图；图15为本发明实施例5的结构示意图；图16a为本发明实施例1中的曲柄负角限位机构的结构之一示意图；图16b为图16a的上部的剖视图；图16c为本发明图16a的运动状态图；图17a为本发明实施例1的曲柄负角限位机构的结构之二示意图；图17b为本发明图17a的安装在底管的结构示意图；图17c为本发明17a的外形结构示意图；图18为本发明实施例1中的曲柄负角限位机构的结构之三示意图；图19为本发明实施例7的结构示意图；图20a为本发明图19中的翻转式鞍座结构示意图；图20b为本发明鞍座支撑杆与第一种立管夹连接部分示意图；图20c-e为本发明翻转式鞍座翻转过程的结构示意图；图20f-h为本发明图20b中立管夹的分解结构示意图；图20i-q为本发明图20a中第二种立管夹安装结构示意图；图20r-t为本发明鞍座架支撑杆结构图；图20u-w为本发明图20a中鞍座和鞍座架结构图；图21为本发明图19中的脚踏板结构示意图；图22为本发明实施例8的结构示意图；图23为本发明实施例9的结构示意图；图24a为本发明图23中的圆盘曲柄结构示意图；图24b为本发明图23a的剖视图；图24c为本发明圆盘式曲柄及曲柄齿轮和交替齿轮的安装结构示意图；图24d为本发明两圆盘式曲柄内交替齿轮及其轴承、轴承架的结构及安装位置图；图24e为本发明图24d中的交替齿轮下轴承架固定座结构图；图24f为本发明图24a中中接头、下管及平叉的俯视图；图25a为图23中后轴小链轮四分之一图；图25b为图23中的后轴结构图；图25c为图23中后轴结构轴截面图。
具体实施例方式首先对本发明的各部件功能做如下说明离合器6的功能是，当踏下脚踏板15时，曲柄14经离合器6带动中轴418转动，当松开脚踏板15时，曲柄14向上运动时，离合器6不能带动中轴418转动。其结构有两种，结构之一为带缓冲的离合器，结构之二为不带缓冲的离合器。
曲柄回复机构7的功能是，当脚踏板15到达最底端时，经曲柄回复机构7的作用，使曲柄14作向上回复运动。其结构有两种，分别为如图7c所示的结构之一和如图10c所示的结构之二的平面蜗卷式弹簧曲柄回复器。
曲柄正角限位机构8的功能是，当曲柄14回复到上方一定角度时，在曲柄正角限位机构8的作用下，使其向上转动的角度受到限制，阻止曲柄14继续向上转动，其结构有两种，分别为结构一之和结构之二。
曲柄负角限位机构9的功能是，当曲柄14到达下方一定角度时，在曲柄负角限位机构9的作用下，使其向下转动的角度受到限制，阻止曲柄14继续向下转动，其结构有三种，分别为结构之一为曲柄负角限位器93，结构之二为曲柄负角限位器91和结构之三为曲柄负角限位器94。
脚踏板15采用在中轴前方上下脚踏，Z线为经过鞍座12的中心点Z点并垂直于地面的直线，D1为中接头415距Z线的距离，在Z线之前D1为正，在Z线之后D1为负，中接头415距地面高度为H1，鞍座中心点Z点距地面的高度为H2，当H2＝5.2L时，D1与H1的范围为-0.3L≤D1≤0.5L1.3L≤H1≤1.8L(以上叁式中，L为曲柄长度)其中Z点的高度H2＝5.2L，是为固定鞍座的位置，在此前提下，确定中接头415的位置，才有实际意义。
下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体描述。
实施例1以28英寸自行车为例，结构包括鞍座12、车轮13、曲柄14、脚踏板15、车架4、离合器6、后泥板426和后轴427，鞍座12安装在车架4的上面，车轮13分别安装在车架4的前、后两侧，脚踏板15通过曲柄14与车架4联接，所述车架4由前三角形和后三角形两部分构成，参见图5a至5i，其中前三角形依次由上管412、前管411、下管413、中接头415和立管414组成，后三角形依次由立管414、中接头415、两根平叉421和两根立叉422构成；中接头415垂直对称于车架4的平面；在中接头415内安装有中轴418，参见图1。所述的车架4上设有底管423和下立管416，底管423垂直对称于车架4的平面，下立管416垂直接在中接头415与底管423之间，且下立管416的对称线与立管414的轴线是同一条直线，下管413的底端接在底管423中间，两根平叉421均连在底管423上变成两根斜叉421′。两根斜叉421′之间靠近车轮处设有斜叉小管424，两根立叉422之间设有立叉小管425；可以起到加固车架4的作用。
中轴418的两端各安装有离合器6，两曲柄14的一端分别套在两离合器6上；曲柄14上设有曲柄回复机构7；作用是使曲柄14复位。曲柄14上还设有曲柄正角限位机构8，作用是对左右曲柄的转动角度θ在向上的转动范围进行限制；参见图4。
车架中的立管414上半段可以是直管，也可以是弯管；当为弯管时，立管414下半段的轴线与下立管416的对称线为同一条直线；两根斜叉421′的前端可以是弯的，参见图4a，也可以是直的；参见图5。下立管416为一根时，参见图5a，下立管416的轴线与立管414的轴线在同一直线上，见图5j中的直线N；下立管416为二根时，参见图5b，两根下立管416的对称线与立管414的轴线是同一直线，即为图5j-i中的直线N；c-i是各种弯曲管的车架，可以选择图5中的任何一种的车架，都是对现有自行车车架的改进。在中接头415与下管413之间可以设有中下管417，当然也可以没有中下管417。当接有中下管417时，其中接在下管413的一端的位置可灵活决定，参见图5j和图5k，中下管417垂直于下管413或中下管417与下管413形成任一锐角。上管412和下管413可以是直管，也可以是各种弯曲管，此为现有技术，这里不做描述。
本实施例中的离合器6采用弹簧片式缓冲离合器，其结构(参见图6)包括，装有“千斤”的螺纹管61、棘轮62和内齿轮63；螺纹管61为空心柱体结构、参见图6e，其内部设有内螺纹、外部的中间设有凸台，凸台的两边设有外螺纹，螺纹管61通过内螺纹拧在中轴418的两端，棘轮62套在螺纹管61的凸台上，所述的棘轮62的内孔设有与螺纹管61凸台上的“千斤”配合的棘轮齿，内齿轮63与棘轮62配合，套在棘轮62上，在棘轮62和内齿轮63的齿与齿之间设有弹簧片65；内齿轮63两侧设有槽，槽上布满滚珠64；螺纹管61的两端外螺纹上连接有盖板66，封闭住滚珠64，曲柄14套在内齿轮63的外圆周上，盖板66的螺纹上均布有开口槽，螺纹管61的外侧一端均布有开口槽，经螺丝把垫片67固定在中轴418上，且垫片67的凸台部分卡在螺纹管61和盖板66的开口槽内，垫片67、螺纹管61和盖板66的开口槽的作用是防止在使用过程中滚珠64散落。
脚踏板15采用在中轴418前方上下脚踏，当向下脚踏脚踏板15时，曲柄14向下转动，离合器6与中轴418处于拧紧状态，当内齿轮63转动时，通过内齿轮63上的齿、弹簧片65和棘轮62上的外齿，带动棘轮62转动，其内侧的棘轮齿也顺时针转动，再通过“千斤”，带动中轴418转动，弹簧片65从中起到缓冲作用；当脚向上离开脚踏板15时，曲柄14向上转动，棘轮62的内侧棘轮齿不能作用在中轴418上，从而不带动中轴418转动。
本实施例的曲柄回复机构7采用结构之一，由平面蜗卷弹簧77、底座78和盖子79构成，参见图7；所述曲柄14与底座78固接，底座78安装在离合器6的外圆周上，平面蜗卷弹簧77的一端安装在底座78的内凸台上，其另一端经夹头固定在车架4上，并用盖子79封闭。由于图7a的曲柄回复器，其内部安装的是图9中的不带缓冲功能的离合器，所以若要安装图6的缓冲离合器，只需把图7a的曲柄回复器内圈中棘轮齿去掉，再套在图6a的外圆上就可以了。另外，图7a中平面蜗卷弹簧77的引出端，在本实施例中，不采用图7b的方式固定，而是直接固定在负角限位机构9上；或者固定在夹头上，夹头固定在斜叉421′上，参见图19。当脚踏脚踏板15向下运动时，曲柄14向下转动，平面蜗卷弹簧77被旋紧，产生收缩力，当脚踏板15到达最底位置后，脚开始提起，曲柄14在平面蜗卷弹簧77收缩力的作用下，反向转动，使脚踏板15向上运动。
本实施例的正角限位机构8由固定在曲柄14上的挡板85、立管414上的固定板83和弹簧84所组成，参见图8；目的是对左、右曲柄向上转动角度θ进行限制。弹簧84的一端固定在固定板83上，另一端被挡板85压住。当曲柄14在曲柄回复器7的作用下向上转动时，挡板85跟着向上运动，直到压到弹簧84，当弹簧84的反力与曲柄回复器7中的平面蜗卷弹簧77的收缩力相等时，停止运动，曲柄14被限制在一个正角值上。图中曲柄14位于60度上，因而该曲柄正角限位机构8对曲柄14转动的角度θ的限制范围为θ≤60°。因为车架的右侧安装有链罩419，正角限位机构8安装在车架左右两侧的位置略有不同，在右侧，弹簧84在链罩419的内侧，其曲柄上的挡板85绕过链罩419。由于各种车型的链罩419大小、形状略有不同，也可使固定在固定板83上的弹簧84位于链罩419的上方，即弹簧84与链罩419位于同一平面上，而固定在曲柄14上的挡板85也绕在链罩419外面，不绕过链罩419。
本发明还可在底管423的两端安装曲柄负角限位机构9，目的是对左、右曲柄向下的转动角度θ的范围进行限制使左、右曲柄转动角度θ≥-80°。以使曲柄14向下运动时不要达到垂直位置，达到省力和方便脚踏的目的。当然负角限位机构可省略。所述负角限位机构结构有三种，下面分别加以描述结构一曲柄负角限位机构9的结构之一由负角限位器93构成，参见图16；其结构包括顶管橡皮头931、顶管932、固定板933、动作筒934、顶管防脱螺丝935、柄管936、弹簧937和螺帽938；动作筒934与顶管932均为扇形结构，其扇形的圆心与半径与曲柄14的运动相一致；动作筒934为前端开口，其内部后端设有弹簧937，弹簧937上下一排有若干个，动作筒934的上、下面中间处固定有螺帽938，设有对应的螺丝孔，与之相配合的顶管932从动作筒934的前端插入，顶管932的上、下面设有对应的细长槽，顶管橡皮头931插入顶管932的前端；顶管防脱螺丝935依次经螺帽938、动作筒934的螺丝孔、顶管932的细长槽后穿出，固定板933与柄管936固接起来，动作筒934的内侧固定在固定板933上，柄管936插入底管423内，经螺丝固定。
当曲柄14离开顶管932时，顶管932在弹簧937的作用下，向左运动，图16b中箭头方向表示顶管932运动方向，此时槽的右端与顶管防脱螺丝935相接触，即顶管防脱螺丝935挡住了顶管932的运动，使它不致于脱落。当顶管932在曲柄14的作用下运动时，柄管不会转动，不需安装转动机构。动作筒934的内侧与固定板933之间，可以通过螺丝连接，且固定位置可以左右移动，使曲柄负角限位机构对曲柄负角方向的转动，可在小范围内变动。
结构二曲柄负角限位机构9结构之二由弹簧式负角限位器91及其转动机构92构成；参见图17，转动机构92安装在底管423内部的两端，经螺丝固定；所述的弹簧式负角限位器91包括顶管头橡胶套911、顶管912、弹簧913、压簧器动作筒914、顶管防脱螺钉915和压簧器座916；所述的压簧器座916为横的“T”型空心结构，横向及竖向均设有内螺纹，竖向设为主体，横向设为柄管921；所述的压簧器动作筒914与顶管912均为空心柱体结构，内侧靠近下部的位置均设有带内螺纹的凸台通孔，其中顶管912的头部设有凸台；压簧器动作筒914通过螺纹，旋插入压簧器座916的主体内；弹簧913、压簧器动作筒914依次套在顶管912上，且弹簧913被顶在顶管912的凸台与压簧器动作筒914之间，所述的顶管头橡胶套911套在顶管912的头部凸台上，所述的顶管防脱螺钉915的头部及尾部均设有一段螺纹，通过其螺纹，旋插入压簧器动作筒914及顶管912的凸台通孔内；所述的转动机构92包括柄管921、柄管固定螺帽922、转动板923、蜗卷弹簧924和衬管925构成；转动板923的一侧中部设有凸台，另一侧设有与柄管921配合的外螺纹，柄管固定螺帽922与柄管921通过外螺纹，依次套在转动板923上，转动板923的另一侧的凸台与蜗卷弹簧924的凹口配合连接，一起装在衬管925内，衬管925安装在底管423内，配合连接。
这种结构通过调节顶管912在压簧器动作筒914内的位置可以方便的调节曲柄负角转动所需要的角度。
位于中轴418左侧的曲柄14转动到最下面时，被左侧的弹簧式负角限位器91顶住，经弹簧913缓冲，最终停止向下转动。当把顶管912压到底，顶管912底部与压簧器动作筒914底部相接触时，弹簧913应还未被全部压缩；曲柄负角限位器91的中心线应位于曲柄14的转动平面上，这样，曲柄14就能压在顶管912头部。当脚踏板15往下踏时，应使顶管912的头部正好平贴在曲柄14边沿上，曲柄14继续向下转动，负角限位器的弹簧逐渐被压缩，同时负角限位器也跟着逆时针转动，从而带动其转动板923、蜗卷弹簧924的中心圆柱体一起逆时针转动。蜗卷弹簧924处于逐渐卷紧状态，直到把顶管912压到底，曲柄14被缓冲限位而停止向下转动。当脚踏板15踏到最下面，脚开始上提，在蜗卷弹簧924作用下，其中间的圆柱体开始顺时针转动，从而带动负角限位器组件一起顺时针转动，脚踏板15再往下踏，曲柄14碰到顶管912头部后，重复前面的过程。
结构三曲柄负角限位机构9结构之三由负角限位器94构成，参见图18；所述负角限位器94包括橡皮套941、固定管942、固定板943、柄管944和空心管945；所述固定板943的左侧前面固定有空心管945，橡皮套941套在固定管942上，并被固定管942的凸台顶住，固定管942套在空心管945的外面，用螺丝固定，固定板933的右侧后面固接有柄管944，柄管944经螺丝固定在底管423内。
当脚踏板15向下踏时，曲柄14压在固定管942前端的橡皮套941上，由于橡皮套941的弹性，对曲柄14向下运动起到缓冲阻碍作用，使其慢慢停下来。
当安装负角限位机构9时，负角限位机构与车架4中的下立管416与底管423的关系如下1)若下立管416过长，负角限位器位于曲柄14转动范围之外，负角限位器将顶不到曲柄14，无法对曲柄转动范围进行控制，参见图5j。此时应缩短下立管416的长度使底管423由a点沿下立管416上升到b点，b点应位于链罩419的下面，从而使负角限位器能顶到曲柄14。图5k为移动后的图。
2)底管423的长度应当使得曲柄14能压到曲柄负角限位机构9的顶管头部；参见图51。
在使用时，上述三种负角限位机构9可以任选一种。脚踏脚踏板15时，带动曲柄14向下转动，中轴418在离合器6的作用下转动，当曲柄14到达一定位置时，在负角限位机构9的作用下，阻止曲柄14进一步向下转动，并在曲柄回复器7的作用下，使曲柄14向上返回，在正角限位机构8的作用下，使其在向上转动时被限定在一定范围内，阻止其继续向上转动。然后重复前面的过程，形成循环往复的上下运动。
中接头415的位置，对达到省力的目的，起到决定性的作用，现对其作用叙述如下当脚踏脚踏板时，假设方向垂直于地面，那么脚踏板也以同样大小的力作用在人的脚上，方向也垂直于地面，该力对人的臀部产生力矩，其力臂为脚踏板到臀部的距离。由于人是坐在鞍座上的，所以该力臂可认为是脚踏板到Z线的距离。当脚踏板受到同样大小的力时，力臂大的，对人臀部力矩也大，人体为平衡其力矩所用的力气也大。力臂小，对人臀部力矩也小，人体用的力气也小。即脚踏板距Z线远时，踏起来费劲，离Z线近时踏起来省力。
现起28英寸(710毫米)自行车为例，其中接头415距Z线的距离为1L(L为曲柄长度，以下相同)，当曲柄位于前方水平位置时，脚踏板距Z线的距离为1L+1L＝2L。本发明的中接头位置范围为-0.3L≤D1≤0.5L1.3L≤H1≤1.8L，以前端点D1＝0.5L作比较，由于本发明采用在中接头前方上下脚踏，所以当曲柄也位于水平位置时，脚踏板距Z线的距离为0.5L+1L＝1.5L。当上述两位置的脚踏板受到相同大小的力时，其力矩之比就是力臂之比，即为1.5L/2L＝1.5/2＝0.75＝75％。
由于人的力气的大小没有度量的方法，但由前述，所用力气与力矩的大小存在一定的对应关系，故也可认为，当中接头415在D1＝0.5L位置且曲柄位于水平位置时，所用的力气是现有自行车的75％，或者说省力为25％。
若要省力的效果再大一点，可取D1＝0.2L。当曲柄位于水平位置时，脚踏板距Z线的距离为0.2L+1L＝1.2L，与现有自行车的力矩之比为1.2L/2L＝0.6＝60％。
假如两者曲柄的转动角度θ的范围都为-60°≤θ≤60°，则在范围的两端点处的力矩之比为(0.2L+1L*cos60°)/(1L+1L*cos60°)＝(0.2L+0.5L)/(1L+0.5L)＝0.7L/1.5/＝0.47＝47％当曲柄在-60°≤θ≤60°范围内上下脚踏时，两者力矩之比的范围为47％-60％，所以两者所用的力气之比的范围也为47％-60％，省力的范围为40％-53％。由此可看出本发明上下脚踏式自行车的有益效果。
当中接头415位于D1＝0.2L，若曲柄位于θ≥60°时，人的脚腕处弯曲严重，这时踏起来不自然，不但达不到省力的目的，可能反而感到费劲，故应辅以下降中接头的高度，以缓和脚腕处弯曲程度，可取中接头高度H1＝1.6L。因此中接头的位置D1＝0.2LH1＝1.6L可为最佳方案。
以上关于中接头的位置的选择和省力情况的分析，适用于本发明的上下脚踏式自行车的所有实施例。
实施例2本实施例的整体结构与实施例1相比，只是离合器6采用非缓冲离合器，结构为装有“千斤”的螺纹管61和棘轮68；螺纹管61为空心柱体结构、其内部设有内螺纹、外部的中间设有凸台，凸台的两边设有外螺纹，螺纹管61通过其上的内螺纹拧在中轴418的两端，棘轮68套在螺纹管61的凸台上，所述的棘轮68的内孔设有与螺纹管61凸台上的“千斤”配合的棘轮齿；棘轮68两侧设有槽，槽上布满滚珠64；螺纹管61的两端外螺纹上连接有盖板66，封闭住滚珠64，曲柄14套在棘轮62的外圆周上，盖板66的螺纹上均布有开口槽，螺纹管61的外侧一端均布有开口槽，经螺丝把垫片67固定在中轴418上，且垫片67的凸台部分卡在螺纹管61和盖板66的开口槽内；参见图9。此种结构简单，成本低。
实施例3本实施例的整体结构与实施例1相比，只是曲柄回复机构7采用结构之二，参见图15。结构包括蜗卷弹簧式曲柄回复器70和固定管71，固定管71安装在车轮13的后轮前、两根斜叉421′的下部，其固定管71的两端安装有蜗卷弹簧式曲柄回复器70，蜗卷弹簧式曲柄回复器70的结构包括蜗卷弹簧盒72、平面蜗卷弹簧73和连接管74，平面蜗卷弹簧73与曲柄14在同一平面上，其一端被固定在蜗卷弹簧盒72内，另一端被引出；平面蜗卷弹簧73绕在曲柄14上，并固定在曲柄14安装有离合器6的一端外侧；蜗卷弹簧盒72的内孔套接在连接管74的一端，参见图10。当脚踏脚踏板15向下运动时，曲柄14转动，平面蜗卷弹簧73被拉出，于是产生收缩力，当脚踏板15到达最低位置后，脚开始提起，曲柄14在平面蜗卷弹簧73收缩力的作用下，反向转动，脚踏板15向上运动，直到原来的位置，以后就重复前面的过程。
由此可看出，当脚踏脚踏板15时，不但要对自行车向前运动用力，而且还要额外分出一部分力，给平面蜗卷弹簧73用来产生收缩力。因此，希望这部分力小一点，使力的效率高一点。但同时平面蜗卷弹簧收缩力小，脚踏板回复时间长，不利于快速行驶。因而力的效率与自行车的速度之间存在着矛盾。最好是，当要快速行驶时，平面蜗卷弹簧的收缩力大一些，使曲柄回复的时间短一点，这时不计力的效率；而当慢速行驶时，希望蜗卷弹簧收缩力小一些，踏起来轻松一些。
可以在上述的蜗卷弹簧盒72的盒盖上固定有棘爪机构75，连接管74的另一端连接有弹力调节旋钮76，参见图10a-d。弹力调节旋钮76由棘轮761、螺管762、盖子763构成，参见图12；棘轮761压入盖子763内，并被铆接在螺管762的的下端。棘爪机构75由棘爪轴螺丝751、棘爪752、棘爪弹簧753和棘爪架754构成，参见图11；棘爪752和棘爪弹簧753置于棘爪架754内，并用棘爪轴螺丝751固定。调节时，可顺时针转动弹力调节旋钮76，蜗卷弹簧被卷紧，其收缩力增大；当需减小收缩力时，可按压弹力调节旋钮76外面的棘爪752中的挡片，使棘爪与棘轮相离，弹力调节旋钮76会逆时针转动，控制其转动圈数，使收缩力降低到相应的程度。
当脚踏脚踏板15向下运动时，曲柄14转动，平面蜗卷弹簧73被拉出，于是产生收缩力，当脚踏板15到达最低位置后，脚开始提起，曲柄14在平面蜗卷弹簧73收缩力的作用下，反向转动，脚踏板15向上运动，直到原来的位置，以后就重复前面的过程。其中棘爪与棘轮之间的单向作用，只能朝一个方向转动；平面蜗卷弹簧73用来产生收缩力。调整弹力调节旋钮76，能使蜗卷弹簧卷紧或放松，使收缩力增大或减小，其程度可任意调节。
图10b为带有弹力调节旋钮的曲柄回复器，图10e为不带弹力调节旋钮的曲柄回复器，其蜗卷弹簧收缩力不能调节。两种回复器可任选一种。
实施例4本实施例的结构与实施例3相比，只是正角限位机构8由蜗卷弹簧式曲柄回复器70入口处的弹簧81和平面蜗卷弹簧73引出端对应位置上所固定的一个挡板82所组成，其中弹簧81至少由一个构成。参见图14。当曲柄14向上转动时，挡板82向下运动直到压到弹簧81，当弹簧81的反力与平面蜗卷弹簧73的收缩力相等时，停止运动，曲柄14被限制在一个正角值上。
实施例5本实施例的结构与实施例2相比，只是曲柄回复机构7采用结构之二的结构，即实施例3中的曲柄回复机构。装有此曲柄回复器的自行车也可以完成上下脚踏的目的。参见图15。
实施例6本实施例的结构与实施例5相比，只是正角限位机构8采用实施例4中的正角限位机构。装有此正角限位机构的自行车也可以完成上下脚踏的目的。
实施例7本实施例的结构与实施例1至实施例6相比，其鞍座12为可翻转式结构，鞍座翻转起来后，可方便实现站立脚踏的目的，参见图20。所述的鞍座包括鞍座架121、鞍管122、支撑杆123和立管夹124；其连接关系是，鞍座架121的后端与鞍管122铰接，所述的鞍管122插入立管414内，鞍座架121的两侧设有支撑杆123的滑动槽，两支撑杆123的一端连接在立管夹124上，立管夹124固定在立管414上，两支撑杆123的另一端置于鞍座架121两侧的滑动槽内；其所配合的车架4的上管的后半段为下凹形，且接在立管414的中间，或者下管与上管相连后，接在前管的中间，上管的后端接在立管中间。
支撑杆123可以在鞍座架121两侧的滑动槽内滑动，当鞍座翻起，支撑杆123滑动到另一端时弧形槽内卡住，鞍座便被稳定地支撑在该位置上。
立管夹124有两种结构，第一种参见图20b，为后视图，可称为分档固定式立管夹。在图20中，图20f为导轨612，图20g为支撑杆座611，图20h为固定螺丝613，其螺帽614。安装过程是，把导轨612的圆弧形一侧固接在立管414适当位置的正后方，参见图20a，把两支撑杆123有螺纹的一端分别拧入支撑杆座611两侧中间的螺帽孔内，两支撑杆123的结构，参见图20r，其下端为螺丝结构，参见图20t，上端为半圆柱体，两半圆柱体侧面有螺丝孔。当把两支撑杆上端靠拢时，两半圆柱体拼成一个圆柱体，参见图20s。两半圆柱体的侧面近似为平面，该平面垂直于图20r中两支撑杆所确定的平面。图20s中的线段AB，为两侧平面的边线。把两支撑杆上端分别插入鞍座架121两侧的滑动槽内，把两支撑杆123上端合拢，并拧上螺丝，两支撑杆被连结起来了，参见图20s。在图20u中，鞍座架内滑动槽两端点处，分别固接有管子的一半，目的是增大与支撑杆的接触面。鞍座架后端与鞍管122铰接。把鞍管122插入立管414内，然后把支撑杆座611凹槽的一面插入导轨612的导轨一侧，上下移动支撑杆座611于导轨612上的适当位置，在图20g的固定座上下两个孔内插入图20h的螺丝613，并拧上螺帽614，立管夹124和鞍座架121就安装好了。再在鞍座架121上安装鞍座12。图20v为鞍座12和鞍座架121的后视图，图20w为鞍座架俯视图。
立管架124的第二种结构的侧面图为图20i，图20i的俯视图为图20p，可称为管夹式。其结构包括图20j的卡板621，图20k的橡皮块622，图20l的夹板625。图20m为一块铁皮，上下各有三个孔，将其弯曲成图20n的形状，图20n为俯视图，图20n上部圆形，就是图20i的左半部，图20n圆形的下部，就是图20i的右半部。图20n为铁皮管夹624。图20o为螺帽626的侧面图，其为圆柱体，中间有一圈槽。
安装过程是，先把图20n的铁皮管夹624的圆形部分套在立管414上，见图20p。在铁皮管夹624与立管414之间衬一块石棉纸623或类似带软性的衬垫，其大小与形状同图20m的铁皮相似。把两块图201的夹板625，分别贴在铁皮管夹624的外侧。把图20o的螺帽626插在图20i的中间一孔内。把图20j的卡板621缺口的一侧，由图20p的下方向上插入，并置于正中间位置，即把图20j向左移动，插入图20i的右面，使该卡板的缺口卡入图20o螺帽626中间一圈槽内。把两块图20k的橡皮622分别插在铁皮管夹624与石棉纸623之间。在图20i中上下两个孔插入固定螺丝627，拧上螺帽。把两支撑杆123分别拧入螺帽626的两端。调整好该立管夹124在立管414上的位置，把固定螺丝627拧紧，该立管夹就安装好了。
把两支撑杆的另一端分别插入鞍座架121两侧的活动槽内，并像图20s那样用螺丝把两支撑杆连结起来。后面安装鞍座12的过程，与前述相同。
在图20中，图20q为图20i中沿虚线的截面图，也是图20p中沿虚线的截面图，其各截面的排列顺序与图20p中各截面的排列顺序相同。
另外安装有曲柄负角限位机构9的上述实施例中均可选择安装翻转式鞍座12。当站立脚踏时，人的重心完全在两脚踏板上，现有的自行车脚踏板的尺寸明显显得小，容易造成站立不稳。因而其脚踏板15可以选择大脚踏板，参见图21；长度为16-24cm，宽9.5-11cm，高2-3.5cm，脚踏板转轴151距脚踏板前端为8-12.5cm，距脚踏板后端为8-11.5cm的结构，在脚踏板15上可安装橡皮垫，也可安装勒条；其前端或后端设有平衡片152；平衡片起到平衡脚踏板重心的作用。
实施例8本实施例的实施方案，其结构与实施例2相比，只是车架4采用现有的自行车车架结构，没有负角限位机构9，余者结构均可与实施例2相同，参见图22。
实施例9本实施例的实施方案，参见图23，其结构包括鞍座12、车轮13、曲柄14、脚踏板15、车架4和离合器6构成，鞍座12安装在车架4的上面，车轮13分别安装在车架4的前、后两侧，脚踏板15通过曲柄14与车架4联接，所述车架4由前三角形和后三角形两部分构成，其中前三角形依次由上管412、前11、下管413、中接头415和立管414组成，后三角形依次由立管414、中接头415、两根平叉421和两根立叉422构成；中接头415垂直对称于车架4的平面；在中接头415内安装有中轴418，中轴418的两端各安装有离合器6，所述的两曲柄14分别套在两离合器6上；所述的曲柄14由圆盘141和直柄142两部分构成，圆盘141套在离合器6上，在圆盘141的内侧设有曲柄齿轮143，在两曲柄齿轮143之间通过交替齿轮145啮合，交替齿轮145的轴线垂直于中接头415，并经过中接头415的中点，交替齿轮145安装轴承架144上，所述轴承架144设有前支撑脚191和后支撑脚192，前支撑脚191与后支撑脚192分别通过固定夹夹在两根平叉421和下管413上；传统技术中车轮13上的后轴轴承162是设于飞轮180之内，本发明所述的后轴轴承162可以安装在后轴轴壳163内，如图25c所示。车轮13的后轴427上可以设有小链轮161。由于在中轴两端已安装了离合器，所以后轴427上安装小链轮，不会影响正常脚踏。由于小链轮的直径可以比原来位置上飞轮的直径小，所以当传动比不变时，中轴上的链轮直径可以减小。
图24e为图24d中轴承架144的固定座190，其固定在中接头415、下管413的下面，轴承架144拧在图中固定座190的下面。图中箭头处，为中接头415的位置。
图25b为车轮的后轴结构。图中小链轮161就是图25a的小链轮。把该小链轮161换成飞轮180，就是现行自行车后轴427的结构。图中位于A、B两点之间的部分，就是后轴轴壳163。两后轴轴承162在后轴轴壳163的外侧。
图25c中位于A、B两点之间的部分，就是后轴轴壳163，两后轴轴承162在后轴轴壳163内。图中左端为后轴轴壳163的端盖168，右端无端盖。图中飞轮180为现行自行车后轴427上的飞轮。
在同一辆自行车中，若要把其图25b的后轴结构，改成图25c的后轴结构，则两图中A、B两点之间的实际距离应保持相等。
本实施例中的离合器6的结构采用结构之二，即不带缓冲的离合器，参见图9。
其工作原理是，脚踏板采用在中轴前方上下脚踏，当左脚向下踏左侧的脚踏板15时，通过左侧的曲柄14带动左侧的离合器6及中轴418转动，同时左侧曲柄14内的曲柄齿轮143通过交叉齿轮145，带动右侧曲柄14内的曲柄齿轮143转动，使右侧的曲柄14向上运动，由于右侧的离合器6的单向作用，棘轮68内侧的棘轮齿不能通过“千斤”带动中轴418转动。当右侧的曲柄14转到上部适当位置后，再右脚向下踏右侧的脚踏板15，带动右侧的离合器6及中轴418转动，同时带动左侧的脚踏板15向上转动，其过程与前相反。所以其两脚踏板15总是同时交替上下运动，且不需要曲柄回复机构7。由于本实施例不带有曲柄正角限位机构8和负角限位机构9，故曲柄14转动的范围，靠上下脚踏时掌握。
权利要求
1.上下脚踏式自行车，由鞍座(12)、车轮(13)、曲柄(14)、脚踏板(15)、车架(4)和离合器(6)构成，鞍座(12)安装在车架(4)的上面，车轮(13)分别安装在车架(4)的前、后两侧，脚踏板(15)通过曲柄(14)与车架(4)联接，所述车架(4)由前三角形和后三角形两部分构成，其中前三角形依次由上管(412)、前管(411)、下管(413)、中接头(415)和立管(414)组成，后三角形依次由立管(414)、中接头(415)、两根平叉(421)和两根立叉(422)构成；中接头(415)垂直对称于车架(4)的平面；在中接头(415)内安装有中轴(418)，其特征在于a中轴(418)的两端各安装有离合器(6)，两曲柄(14)的一端分别套在两离合器(6)上；b曲柄(14)上设有曲柄回复机构(7)；c.取经过鞍座中心点Z点并垂直于地面的直线为Z线，中接头(415)距Z线的距离为D1，在Z线之前D1为正，在Z线之后D1为负，中接头(415)距地面高度为H1，鞍座中心点Z点距地面的高度为H2，当H2＝5.2L时，D1与H1的范围为-0.3L≤D1≤0.5L 1.3L≤H1≤1.8L以上叁式中，L为曲柄长度；d所述的车架(4)上设有底管(423)和至少一根的下立管(416)，底管(423)垂直对称于车架(4)的平面，下立管(416)垂直接在中接头(415)与底管(423)之间，且下立管(416)的对称线与立管(414)的轴线是同一条直线，下管(413)的底端接在底管(423)中间，两根平叉(421)均连在底管(423)上变成两根斜叉(421′)；在中接头(415)与下管(413)之间可以设有中下管(417)。
2.根据权利要求1所述的上下脚踏式自行车，其特征在于曲柄(14)上设有曲柄正角限位机构(8)，对左右曲柄的转动角度θ的限制范围为θ≤80°。
3.根据权利要求1所述的上下脚踏式自行车，其特征在于所述曲柄回复机构(7)可以由平面蜗卷弹簧(77)、底座(78)和盖子(79)构成，所述曲柄(14)与底座(78)固接，底座(78)安装在离合器(6)的外圆周上，平面蜗卷弹簧(77)的一端安装在底座(78)的内凸台上，其另一端经夹头固定在车架(4)上，并用盖子(79)封闭。
4.根据权利要求1所述的上下脚踏式自行车，其特征在于所述曲柄回复机构(7)也可以由蜗卷弹簧式曲柄回复器(70)和固定管(71)构成，固定管(71)安装在车轮(13)的后轮前、两根斜叉(421′)的下部，其固定管(71)的两端安装有蜗卷弹簧式曲柄回复器(70)，蜗卷弹簧式曲柄回复器(70)的结构由蜗卷弹簧盒(72)、平面蜗卷弹簧(73)和连接管(74)构成，平面蜗卷弹簧(73)与曲柄(14)在同一平面上，其一端被固定在蜗卷弹簧盒(72)内，另一端被引出，绕在曲柄(14)上，并固定在离合器(6)的一端外侧；蜗卷弹簧盒(72)套接在连接管(74)的一端；所述的蜗卷弹簧盒(72)的盒盖上可以设有棘爪机构(75)，在连接管(74)的另一端还可以设有弹力调节旋钮(76)；棘爪机构(75)由棘爪轴螺丝(751)、棘爪(752)、棘爪弹簧(753)和棘爪架(754)构成，棘爪(752)和棘爪弹簧(753)置于棘爪架(754)内，并用棘爪轴螺丝(751)固定；弹力调节旋钮(76)由棘轮(761)、螺管(762)、盖子(763)构成，棘轮(761)压入盖子(763)内，盖子(763)固定在螺管(762)的下端。
5.根据权利要求2所述的上下脚踏式自行车，其特征在于所述的正角限位机构(8)可以由固定在曲柄(14)上的挡板(85)、立管(414)上的固定板(83)和弹簧(84)所组成，弹簧(84)的一端固定在固定板(83)上，另一端被挡板(85)压住。
6.根据权利要求2所述的上下脚踏式自行车，其特征在于所述的正角限位机构(8)也可以由蜗卷弹簧式曲柄回复器(70)入口处的弹簧(81)和平面蜗卷弹簧(73)引出端对应位置上所固定的一个挡板(82)所组成，所述的弹簧(81)至少由一个构成。
7.根据权利要求1所述的上下脚踏式自行车，其特征在于所述的底管(423)两端设有曲柄负角限位机构(9)，对左右曲柄的转动角度θ的限制范围为θ≤-80°。
8.根据权利要求7所述的上下脚踏式自行车，其特征在于所述的曲柄负角限位机构(9)由负角限位器(93)构成，所述的负角限位器(93)包括顶管橡皮头(931)、顶管(932)、固定板(933)、动作筒(934)、顶管防脱螺丝(935)、柄管(936)和弹簧(937)；动作筒(934)与顶管(932)均为扇形结构，其扇形的圆心与半径与曲柄(14)的运动相一致；动作筒(934)为前端开口，其内部后端设有弹簧(937)，动作筒(934)的上、下面设有对应的螺帽(938)和螺丝孔，与之相配合的顶管(932)从动作筒(934)的前端插入，顶管(932)的上、下面设有对应的细长槽，顶管橡皮头(931)套在顶管(932)的前端；顶管防脱螺丝(935)依次经动作筒(934)的螺帽(938)和螺丝孔、顶管(932)的细长槽，固定板(933)与柄管(936)固接起来，动作筒(934)的内侧固定在固定板(933)上，柄管(936)插入底管(423)内，经螺丝固定。
9.根据权利要求7所述的上下脚踏式自行车，其特征在于所述的曲柄负角限位机构(9)可以由弹簧式负角限位器(91)及其转动机构(92)构成；转动机构(92)安装在底管(423)内部的两端，经螺丝固定；所述的弹簧式负角限位器(91)包括顶管头橡胶套(911)、顶管(912)、弹簧(913)、压簧器动作筒(914)、顶管防脱螺钉(915)和压簧器座(916)；所述的压簧器座(916)为横的“T”型空心结构，横向及竖向均设有内螺纹，竖向设为主体，横向设为柄管(921)；所述的压簧器动作筒(914)与顶管(912)均为空心柱体结构，内侧靠近下部的位置均设有带内螺纹的凸台通孔，其中顶管(912)的头部设有凸台；压簧器动作筒(914)通过螺纹，旋插入压簧器座(916)的主体内；弹簧(913)、压簧器动作筒(914)依次套在顶管(912)上，且弹簧(913)被顶在凸台与压簧器动作筒(914)之间，所述的顶管头橡胶套(911)套在顶管(912)的头部凸台上，所述的顶管防脱螺钉(915)的头部及尾部均设有一段螺纹，通过其螺纹，旋插入压簧器动作筒(914)及顶管(912)的凸台通孔内；所述的转动机构(92)包括柄管(921)、柄管固定螺帽(922)、转动板(923)、蜗卷弹簧(924)和衬管(925)构成；转动板(923)的一侧中部设有凸台，另一侧设有与柄管(921)配合的外螺纹，柄管固定螺帽(922)与柄管(921)通过外螺纹，依次套在转动板(923)上，转动板(923)的另一侧的凸台与蜗卷弹簧(924)的凹口配合连接，一起装在衬管(925)内，衬管(925)安装在底管(423)内，配合连接。
10.根据权利要求7所述的上下脚踏式自行车，其特征在于所述的曲柄负角限位机构(9)可以由负角限位器(94)构成，所述负角限位器(94)包括橡皮套(941)、固定管(942)、固定板(943)、空心管(945)和柄管(944)；所述固定板(943)的左侧前面设有空心管(945)，橡皮套(941)套在固定管(942)上，并被固定管(942)的凸台顶住，固定管(942)套在空心管的外面，用螺丝固定，固定板(933)的右侧后面固接有柄管(944)，柄管(944)经螺丝固定在底管(423)内。
11.根据权利要求1所述的上下脚踏式自行车，其特征在于所述的鞍座(12)可以为可翻转式结构，结构包括鞍座架(121)、鞍管(122)、支撑杆(123)和立管夹(124)；其连接关系是，鞍座架(121)的后端与鞍管(122)铰接，所述的鞍管(122)插入立管(414)内，鞍座架(121)的两侧设有支撑杆(123)的滑动槽，两支撑杆(123)的一端连接在立管夹(124)上，立管夹(124)固定在立管(414)上，两支撑杆(123)的另一端置于鞍座架(121)两侧的滑动槽内；其所配合的车架(4)的上管的后半段为下凹形，且接在立管(414)的中间，或者下管与上管相连后，接在前管的中间，上管的后端接在立管中间。
12.根据权利要求1所述的上下脚踏式离合器，其特征在于所述的离合器(6)可以为弹簧片式缓冲离合器，其结构包括，装有“千斤”的螺纹管(61)、棘轮(62)和内齿轮(63)；螺纹管(61)为空心柱体结构、其内部设有内螺纹、外部的中间设有凸台，凸台的两边设有外螺纹，螺纹管(61)通过内螺纹连接在中轴(418)的两端，棘轮(62)套在螺纹管(61)的凸台上，所述的棘轮(62)的内孔设有与螺纹管(61)凸台上的“千斤”配合的棘轮齿，内齿轮(63)与棘轮(62)配合，并套在棘轮(62)上，在棘轮(62)和内齿轮(63)的齿与齿之间设有弹簧片(65)；内齿轮(63)两侧设有槽，槽上布满滚珠(64)；螺纹管(61)的两端外螺纹上连接有盖板(66)，封闭住滚珠(64)，曲柄(14)套在内齿轮(63)的外圆周上，盖板(66)的螺纹上均布有开口槽，螺纹管(61)的外侧一端均布有开口槽，经螺丝把垫片(67)固定在中轴(418)上，且垫片(67)的凸台部分卡在螺纹管(61)和盖板(66)的开口槽内。
13.根据权利要求1所述的上下脚踏式自行车，其特征在于所述的离合器(6)的结构包括，装有“千斤”的螺纹管(61)和棘轮(68)；螺纹管(61)为空心柱体结构、其内部设有内螺纹、外部的中间设有凸台，凸台的两边设有外螺纹，螺纹管(61)通过内螺纹连接在中轴(418)的两端，棘轮(68)套在螺纹管(61)的凸台上，所述的棘轮(68)的内孔设有与螺纹管(61)的凸台上的“千斤”配合的棘轮齿；棘轮(68)两侧设有槽，槽上布满滚珠(64)；螺纹管(61)的两端外螺纹上连接有盖板(66)，封闭住滚珠(64)，曲柄(14)套在棘轮(68)的外圆周上，盖板(66)的螺纹上均布有开口槽，螺纹管(61)的外侧一端均布有开口槽，经螺丝把垫片(67)固定在中轴(418)上，且垫片(67)的凸台部分卡在螺纹管(61)和盖板(66)的开口槽内。
14.上下脚踏式自行车，由鞍座(12)、车轮(13)、曲柄(14)、脚踏板(15)、车架(4)和离合器(6)构成，鞍座(12)安装在车架(4)的上面，车轮(13)分别安装在车架(4)的前、后两侧，脚踏板(15)通过曲柄(14)与车架(4)联接，所述车架(4)由前三角形和后三角形两部分构成，其中前三角形依次由上管(412)、前管(411)、下管(413)、中接头(415)和立管(414)组成，后三角形依次由立管(414)、中接头(415)、两根平叉(421)和两根立叉(422)构成；中接头(415)垂直对称于车架(4)的平面；在中接头(415)内安装有中轴(418)，其特征在于a.中轴(418)的两端各安装有离合器(6)，两曲柄(14)的一端分别套在两离合器(6)上；b曲柄(14)上设有曲柄回复机构(7)；c.取经过鞍座中心点Z点并垂直于地面的直线为Z线，中接头(415)距Z线的距离为D1，在Z线之前D1为正，在Z线之后D1为负，中接头(415)距地面高度为H1，鞍座中心点Z点距地面的高度为H2，当H2＝5.2L时，D1与H1的范围为-0.3L≤D1≤0.5L 1.3L≤H1≤1.8L以上叁式中，L为曲柄长度。
15.根据权利要求14所述的上下脚踏式自行车，其特征在于所述曲柄回复机构(7)由平面蜗卷弹簧(77)、底座(78)和盖子(79)构成，所述曲柄(14)与底座(78)固接，底座(78)安装在离合器(6)的外圆周上，平面蜗卷弹簧(77)的一端安装在底座(78)的内凸台上，其另一端经支架(31)固定在车架(4)上，并用盖子(79)封闭。
16.根据权利要求14所述的上下脚踏式自行车，其特征在于所述的立管(414)上设有限制曲柄(14)向上运动的正角限位机构(8)，对左右曲柄的转动角度θ的限制范围为θ≤80°。
17.根据权利要求16所述的上下脚踏式自行车，其特征在于所述正角限位机构(8)由固定在曲柄(14)上的挡板(85)、立管(414)上的固定板(83)和弹簧(84)所组成，弹簧(84)的一端被挡板(85)压住。
18.根据权利要求14所述的上下脚踏式自行车，其特征在于所述的离合器(6)的结构包括，装有“千斤”的螺纹管(61)和棘轮(68)；螺纹管(61)为空心柱体结构、其内部设有内螺纹、外部的中间设有凸台，凸台的两边设有外螺纹，螺纹管(61)通过内螺纹连接在中轴(418)的两端，棘轮(68)套在螺纹管(61)的凸台上，所述的棘轮(68)的内孔设有与螺纹管(61)的凸台上的“千斤”配合的棘轮齿；棘轮(68)两侧设有槽，槽上布满滚珠(64)；螺纹管(61)的两端外螺纹上连接有盖板(66)，封闭住滚珠(64)，曲柄(14)套在棘轮(68)的外圆周上，盖板(66)的螺纹上均布有开口槽，螺纹管(61)的外侧一端均布有开口槽，经螺丝把垫片(67)固定在中轴(418)上，且垫片(67)的凸台部分卡在螺纹管(61)和盖板(66)的开口槽内。
19.上下脚踏式自行车，由鞍座(12)、车轮(13)、曲柄(14)、脚踏板(15)、车架(4)和离合器(6)构成，鞍座(12)安装在车架(4)的上面，车轮(13)分别安装在车架(4)的前、后两侧，脚踏板(15)通过曲柄(14)与车架(4)联接，所述车架(4)由前三角形和后三角形两部分构成，其中前三角形依次由上管(412)、前管(411)、下管(413)、中接头(415)和立管(414)组成，后三角形依次由立管(414)、中接头(415)、两根平叉(421)和两根立叉(422)构成；中接头(415)垂直对称于车架(4)的平面；在中接头(415)内安装有中轴(418)，其特征在于a.中轴(418)的两端各安装有离合器(6)，所述的两曲柄(14)分别套在两离合器(6)上；所述的曲柄(14)由圆盘(141)和直柄(142)两部分构成，圆盘(141)套在离合器(6)上，在圆盘(141)的内侧设有曲柄齿轮(143)，在两曲柄齿轮(143)之间通过交替齿轮(145)啮合，交替齿轮(145)的轴线垂直于中接头(415)，并经过中接头(415)的中点，交替齿轮(145)安装轴承架(144)上，所述轴承架(144)设有前支撑脚(191)和后支撑脚(192)，前支撑脚(191)与后支撑脚(192)分别通过固定夹夹在两根平叉(421)和下管(413)上；b.取经过鞍座中心点Z点并垂直于地面的直线为Z线，中接头(415)距Z线的距离为D1，在Z线之前D1为正，在Z线之后D1为负，中接头(415)距地面高度为H1，鞍座中心点Z点距地面的高度为H2，当H2＝5.2L时，D1与H1的范围为-0.3L≤D1≤0.5L 1.3L≤H1≤1.8L以上叁式中，L为曲柄长度。
20.根据权利要求19所述的上下脚踏式自行车，其特征在于所述的离合器(6)的结构包括，装有“千斤”的螺纹管(61)和棘轮(68)；螺纹管(61)为空心柱体结构、其内部设有内螺纹、外部的中间设有凸台，凸台的两边设有外螺纹，螺纹管(61)通过内螺纹连接在中轴(418)的两端，棘轮(68)套在螺纹管(61)的凸台上，所述的棘轮(68)的内孔设有与螺纹管(61)的凸台上的“千斤”配合的棘轮齿；棘轮(68)两侧设有槽，槽上布满滚珠(64)；螺纹管(61)的两端外螺纹上连接有盖板(66)，封闭住滚珠(64)，曲柄(14)套在棘轮(68)的外圆周上，盖板(66)的螺纹上均布有开口槽，螺纹管(61)的外侧一端均布有开口槽，经螺丝把垫片(67)固定在中轴(418)上，且垫片(67)的凸台部分卡在螺纹管(61)和盖板(66)的开口槽内。
21.根据权利要求19所述的上下脚踏式自行车，其特征在于所述车轮(13)的后轴上可以设有小链轮(161)。
22.根据权利要求19所述的上下脚踏式自行车，其特征在于所述车轮(13)上的后轴轴承(162)安装在后轴轴壳(163)内。
全文摘要
本发明涉及一种自行车，尤其是涉及一种可以上下脚踏的自行车。本发明的目的旨在提供一种踏起来省力，并且既能坐着踏，也能站着踏的自行车。其技术要点是，上下脚踏式自行车，由鞍座、车轮、曲柄、脚踏板、车架构成，曲柄上设有曲柄回复机构、曲柄正、负角限位机构、中轴离合器和可翻转的鞍座；在车架的中接头下面设有下立管和底管，连接到中接头的下管和两根平叉，改成连接到底管上；为达到省力的目的，中接头向后移动，移动的距离占总距离一般可达45％，故省力一般可达45％左右；脚踏板采用在中轴前方上下脚踏。本发明的自行车，脚踏板的位置更趋合理，适合人体用力的特点，同时也提高了力的效率，使踏起来轻松、自然、省力。
文档编号B62M1/24GK1579868SQ200410059660
公开日2005年2月16日 申请日期2004年6月15日 优先权日2003年8月13日
发明者钱贵林 申请人:钱贵林