高速自行车及其骑行方法与流程

本发明涉及自行车领域，具体地说是一种高速自行车及其骑行方法。

背景技术：

人类脚步有跨步和蹬步之分，是由四条腿进化和遗传而来，分述于下。

1、远古的兽步

人用两条腿走路，是由远古猿类的四条腿进化而来。四条腿的动物身体俯卧，奔跑时两条后腿往后蹬，两条前腿则往前伸；当两条前腿往后撑时，两条后腿则顺势往前收回，完成一兽步循环。如细剖其后双腿动态则为：

一蹬小腿，此时小腿在膝关节处，由前向后收紧，第一次加速；

二蹬大腿和小腿，此时大腿后蹬，小腿继续收紧，第二次加速；

三蹬小腿、大腿和脚，此时小腿在膝关节处，由收紧转为向后蹬出，大腿和脚也同时蹬出，第三次加速。

这种后双腿一步三蹬并向前收腿的兽步，经过三次加速，速度达到最高值。

2、进化的跨步

人类经过漫长的进化形成可以只用两条腿实现行走、奔跑等动作。小腿走横向、大腿走垂向。随着臀大肌的进化，一条腿用脚弓后蹬，另一条腿可以由大腿提小腿向前实现行走或奔跑，这种步伐称为跨步。

3、遗传的蹬步

人由四条腿的兽步，进化为两条腿跨步前进，同时远古四条腿的兽步，其中两条后腿的一步三蹬再收腿的功能和机制并未消失，而是遗传、保留、潜在于人的双腿之中，称为蹬步。

4、脚踏自行车

脚踏自行车沿用至今都是采用脚腿踩踏的方式去推动自行车前进。如图1和图2所示，脚踏自行车，包括车架1'，所述车架1'的前端设置有前叉2'，所述前叉2'安装有前轮3'，所述车架1'的后端设置有后轮支架4'，所述后轮支架4'安装有后轮5'，所述车架1'上设置有链轮系统，所述链轮系统包括带有中轴6'的链轮7'、飞轮8'和链条9'，所述链轮7'设置于车架1'底部且位于前轮3'和后轮5'之间，所述飞轮8'设置于后轮5'上，所述中轴6'的两端均设置有曲柄，所述曲柄包括设置于右侧的第一曲柄15'和设置于左侧的第二曲柄17',第一曲柄15'转动连接有第一脚蹬16',第二曲柄17'转动连接有第二脚蹬18'，所述链轮7'和飞轮8'通过链条9’啮合传动。

如图3所示，第一曲柄15'转至链轮7'最高点，第二曲柄17'转至链轮7'最底点，自行车右侧的大腿19'踩在第一脚蹬16’上，大腿19'与小腿20'间夹角A为锐角，小腿20'与第一曲柄15'成折线，另一侧脚腿蹬直踩在第二脚蹬18'上。

如图4所示，对曲柄运转的圆周分析，0°至180°提腿，180°至225°跨步，225°至360°施加竖直向下的作用力F₁。

竖直向下的作用力F₁＝F

第一曲柄15’力矩M＝∑FL

其中F为一块肌肉所发出的力，L为曲柄投影长度。

这是脚踏自行车起步后向前运作的一种状态，经由大腿19'运作带动小腿20'传递作用力至曲柄起步后，脚踏自行车就进入提腿、跨步、脚踏的跨步运转状态。

5、高速自行车

今已知人身还潜在一种一步三蹬的蹬步，其为双脚的大、小腿相继发力使横、竖蹬力越蹬越大，用以推动自行车，且转矩越转越快。这种用蹬步来骑行的高速自行车有待开发。

技术实现要素：

本发明针对上述问题，目的在于提供一种高速自行车及其骑行方法。

本发明的目的可以通过下述技术方案来实现：

1、一种高速自行车，包括车架，所述车架的前端设置有前叉，所述前叉安装有前轮，所述车架的后端设置有后轮支架，所述后轮支架安装有后轮，所述车架上设置有链轮系统，所述链轮系统包括带有中轴的链轮、飞轮和链条，所述链轮设置于车架底部且位于前轮和后轮之间，所述飞轮设置于后轮上，所述中轴的两端均设置有曲柄，所述曲柄上均转动连接有脚蹬，所述链条为闭合链条，所述链轮和飞轮之间设置有支架，所述链轮系统还包括导力链轮和两导链链轮，所述导力链轮设置于支架上且靠近链轮设置，所述两导链链轮为第一导链链轮和第二导链链轮，所述第一导链链轮和第二导链链轮设置于支架上且位于导力链轮和飞轮之间，所述第一导链链轮和第二导链链轮纵向排布且第一导链链轮设置于第二导链链轮上方，所述链轮与第一导链链轮、第一导链链轮与第二导链链轮、第二导链链轮与飞轮、飞轮与导力链轮、导力链轮与链轮依次通过所述链条连接实现啮合传动。

所述第一导链链轮和第二导链链轮设置于导链链轮框架上，所述导链链轮框架固定于支架上且位于导力链轮和飞轮之间，所述导链链轮框架用于将第一导链链轮和第二导链链轮之间的链条与飞轮和导力链轮之间的链条分隔开，所述导链链轮框架与飞轮和导力链轮之间的链条之间具有间隙。

所述链轮的轴心和飞轮的轴心齐平，所述导力链轮的轴心高于链轮的轴心，所述第一导链链轮的轴心高于导力链轮的轴心，所述第二导链链轮的轴心低于链轮的轴心，所述链轮的最高点与第一导链链轮的最高点齐平，所述飞轮的最高点与导力链轮的最高点齐平，所述飞轮的最低点与第二导链链轮的最低点齐平。

所述导力链轮为钢质、尖齿滚珠链轮。

所述第一导链链轮和第二导链链轮为塑料平齿轮。

2、该高速自行车的骑行方法，用蹬步模式对脚蹬施加作用力，使链轮向后旋转来使高速自行车前进；起步前首先要满足蹬步模式的起步要求，即任意一侧的曲柄转至链轮上部处时，该侧脚腿踩在该侧脚蹬上，该侧的小腿和大腿之间的夹角成直角，该侧的小腿与曲柄成一直线；使用蹬步模式骑行该高速自行车的具体步骤：

(1)右侧曲柄转至链轮上部处，对右侧脚蹬施加水平朝向后轮方向的力，对应的左侧曲柄转至链轮下部处，对左侧脚蹬施加水平朝向前轮方向的力；

(2)右侧曲柄从链轮上部处向链轮下部处旋转，对右侧脚蹬施加竖直向下的力，对应的左侧曲柄从链轮下部处向链轮上部处旋转，左侧提腿；

(3)右侧曲柄转至链轮下部处，对右侧脚蹬施加水平朝向前轮方向的力，对应的左侧曲柄转至链轮上部处，对左侧脚蹬施加水平朝向后轮方向的力；

(4)右侧曲柄从链轮下部处向链轮上部处旋转，右侧提腿，对应的左侧曲柄从链轮上部处向链轮下部处旋转，对左侧脚蹬施加竖直向下的力；

(5)按照顺序重复步骤1至4；

其中，步骤(1)或步骤(3)作为高速自行车起步的第一步步骤。

本发明的有益效果：与现有的普通脚踏自行车相比，通过在链轮和飞轮之间增设导力链轮和两导链链轮，实现链轮向后转的同时飞轮向前转，藉此结构可采用蹬步，通过更舒畅有力的蹬腿方式骑行自行车；可无死角轻便地启动自行车；较普通脚踏自行车更轻快省力，且车速更快，速度是脚踏自行车的2.5倍。

附图说明

图1为现有技术脚踏自行车的结构示意图。

图2为现有技术脚踏自行车中链轮系统的结构示意图。

图3为现有技术脚踏自行车的跨步模式示意图。

图4为现有技术脚踏自行车的跨步运转示意图。

图5为本发明高速自行车的结构示意图。

图6为本发明高速自行车中链轮系统的结构示意图。

图7为本发明高速自行车的蹬步模式示意图。

图8为本发明高速自行车的蹬步运转示意图。

图中部件标号如下

图1至图4，脚踏自行车：1'车架、2'前叉、3'前轮、4'后轮支架、5'后轮、6'中轴、7'链轮、8'飞轮、9'链条、15'第一曲柄、16'第一脚蹬、17'第二曲柄、18'第二脚蹬、19'大腿、20'小腿、21'鞍座。

图5至图8，高速自行车：1车架、2前叉、3前轮、4后轮支架、5后轮、6中轴、7链轮、8飞轮、9链条、10支架、11导力链轮、12第一导链链轮、13第二导链链轮、14导链链轮框架、15第一曲柄、16第一脚蹬、17第二曲柄、18第二脚蹬、19大腿、20小腿、21鞍座、22脚。

具体实施方式

以下结合附图详细说明本发明的具体实施方式，使本领域的技术人员更清楚地理解如何实践本发明。尽管结合其优选的具体实施方案描述了本发明，但这些实施方案只是阐述，而不是限制本发明的范围。

1、高速自行车

如图5至图8所示，一种高速自行车，包括车架1，所述车架1的前端设置有前叉2，所述前叉2安装有前轮3，所述车架1的后端设置有后轮支架4，所述后轮支架4安装有后轮5，所述车架1上设置有链轮系统。所述链轮系统包括带有中轴6的链轮7、飞轮8和链条9，所述链轮7设置于车架1底部且位于前轮3和后轮5之间，所述飞轮8设置于后轮5上，所述中轴6的两端均设置有曲柄，所述曲柄上均转动连接有脚蹬，所述链条9为闭合链条，所述曲柄包括设置于右侧的第一曲柄15和设置于左侧的第二曲柄17,第一曲柄15转动连接有第一脚蹬16,第二曲柄17转动连接有第二脚蹬18。

所述链轮7和飞轮8之间设置有支架10，所述链轮系统还包括导力链轮11和两导链链轮，所述导力链轮11设置于支架10上且靠近链轮7设置，所述两导链链轮为第一导链链轮12和第二导链链轮13，所述第一导链链轮12和第二导链链轮13设置于支架10上且位于导力链轮11和飞轮8之间，所述第一导链链轮12和第二导链链轮13纵向排布且第一导链链轮12设置于第二导链链轮13上方，所述第一导链链轮12设置于第二导链链轮13之间具有间距，所述链轮7与第一导链链轮12、第一导链链轮12与第二导链链轮13、第二导链链轮13与飞轮8、飞轮8与导力链轮11、导力链轮11与链轮7依次通过所述链条9连接实现啮合传动。藉此实现链轮7向后转时，飞轮8向前转。

在具体实施时，所述第一导链链轮12和第二导链链轮13设置于导链链轮框架14上，所述导链链轮框架14固定于支架10上且位于导力链轮11和飞轮8之间，所述导链链轮框架14用于将第一导链链轮12和第二导链链轮13之间的链条9与飞轮8和导力链轮11之间的链条9分隔开，所述导链链轮框架14与飞轮8和导力链轮11之间的链条9之间具有间隙。

在具体实施时，所述链轮7的轴心和飞轮8的轴心齐平，所述导力链轮11的轴心高于链轮7的轴心，所述第一导链链轮12的轴心高于导力链轮11的轴心，所述第二导链链轮13的轴心低于链轮7的轴心，所述链轮7的最高点与第一导链链轮12的最高点齐平，所述飞轮8的最高点与导力链轮11的最高点齐平，所述飞轮8的最低点与第二导链链轮13的最低点齐平。

在具体实施时，所述导力链轮11为钢质、尖齿滚珠链轮。

在具体实施时，所述第一导链链轮12和第二导链链轮13为塑料平齿轮。

2、高速自行车的骑行方法

高速自行车的骑行方法，用蹬步模式对脚蹬施加作用力，使链轮向后旋转来使高速自行车前进；起步前首先要满足蹬步模式的起步要求，即任意一侧的曲柄转至链轮上部处时，该侧脚腿踩在该侧脚蹬上，该侧的小腿和大腿之间的夹角成直角，该侧的小腿与曲柄成一直线；使用蹬步模式骑行该高速自行车的具体步骤：

(1)第一曲柄15转至链轮7上部处，对第一脚蹬16施加水平朝向后轮5方向的力，对应的第二曲柄17转至链轮7下部处，对第二脚蹬18施加水平朝向前轮3方向的力；

(2)第一曲柄15从链轮7上部处向链轮7下部处旋转，对第一脚蹬16施加竖直向下的力，对应的第二曲柄17从链轮7下部处向链轮7上部处旋转，左侧提腿；

(3)第一曲柄15转至链轮7下部处，对第一脚蹬16施加水平朝向前轮3方向的力，对应的第二曲柄17转至链轮7上部处，对第二脚蹬18施加水平朝向后轮5方向的力；

(4)第一曲柄15从链轮7下部处向链轮7上部处旋转，右侧提腿，对应的第二曲柄17从链轮7上部处向链轮7下部处旋转，对第二脚蹬18施加竖直向下的力；

(5)按照顺序重复步骤(1)至(5)；

其中，步骤(1)或步骤(3)作为高速自行车起步的第一步步骤。

3、蹬步模式和蹬步运转

如图7所示，第一曲柄15转至链轮7最高点，第二曲柄17转至链轮7最底点，自行车右侧的大腿19踩在第一脚蹬16上，大腿19与小腿20间夹角B为直角，小腿20与第一曲柄15成一直线，另一侧脚腿踩在第二脚蹬18上，这是高速自行车起步运转前的一种状态。通过小腿20蹬第一脚蹬16起步后，高速自行车就进入向后一步三蹬的蹬步运转状态。其双脚大小腿横竖方向相继发力，蹬力越蹬越大，推动自行车的转矩越转越快，车速迅速提高。

4、蹬步模式的内涵

分析本发明高速自行车运转时的作用力情况。如图8所示，将曲柄运转的圆周分为各为90°的四部分，0°至90°施加水平向后的作用力F₂，90°至180°施加竖直向下的作用力F₃，180°至270°施加水平向前的作用力F₄，270°至360°提腿，形成一循环。

起步后运转时，正好与小腿走横向、大腿走垂向相对应。大腿受到曲柄阻挡，不能垂直运动；小腿无阻，横向运动顺畅；由于大腿不动而小腿先动，从而进入蹬步系统，挖掘出双脚一步三蹬潜在的动力。

5、高速自行车的受力分析

高速自行车受力情况如下表所示：

表1高速自行车的受力分析

6、脚踏自行车的受力分析

现有技术脚踏自行车的受力情况。如图4所示，0°至180°提腿，180°至225°跨步，225°至360°施加竖直向下的作用力F₁。

竖直向下的作用力F₁＝F

第一曲柄15’力矩M＝∑FL

其中F为一块肌肉所发出的力，L为曲柄投影长度。

7、高速自行车的性能

(1)车速比：因为速度与作用力成平方关系，根据表1，通过比较计算出高速自行车的车速V_高与脚踏自行车的车速V_踏比，具体计算过程如下：

(2)运转情况：高速自行车起步后，双脚蹬力越蹬越大，转矩越转越快，提腿时获短暂休息。因此，后蹬舒畅有力，运转更轻快省力。

(3)启动角度：高速自行车启动方便，360°全周角都可启动，无死角。

(4)链轮系统：高速自行车链轮7与飞轮8齿牙之比要较脚踏自行车增大，链条9采用换挡链条。

8、高速自行车的车架结构

可从普通脚踏自行车的车架1’着手，如图1所示，对照要求，进行连接，要求及步骤如下：

(1)将鞍座21’向后移动约一曲柄距离，使大小腿间夹角A由锐角增大到直角，如图5中鞍座21和大小腿间夹角B所示。

(2)将前叉2’与水平面的夹角减小，如图5中前叉2所示。

(3)后移后轮5’，使人体重心与后轮5’轴心之间距离保持在安全范围之内，如图5中后轮5所示。

(4)最后连结其他构件，就成为高速自行车的车架结构，如图5中高速自行车结构所示。

应当指出，对于经充分说明的本发明来说，还可具有多种变换及改型的实施方案，并不局限于上述实施方式的具体实施例。上述实施例仅仅作为本发明的说明，而不是对本发明的限制。总之，本发明的保护范围应包括那些对于本领域普通技术人员来说显而易见的变换或替代以及改型。