本发明主要涉及运动器械技术领域，特别是涉及一种健身自行车。
背景技术
伴随人类社会的飞速发展，工作压力的加大以及生活节奏的明显加快，人们在工作之余对健身娱乐的需要也随之增加。因此，各种不同形式的适用于室内室外健身娱乐的器械随之涌现而出。
自行车作为一种现今代步和健身的工具，已经得到了广泛的使用。在现在的健身器材当中，健身自行车是比较流行的健身器材，其中又以脚踏式健身车最为常见。数年来，健身自行车产业在市场需求下虽然发展迅速，但基本都是对其操控性、速度性、舒适性和安全性进行了改进，其核心运动形式却没有得到突破性的进展，况且这些健身器材绝大部分都是固定的，有些只能在室内使用。
目前已有的健身自行车由导向系统、驱动系统、制动系统组成。导向系统由车把、前叉、前轴、前轮等部件组成；驱动系统由脚蹬、中轴、牙盘、曲柄、链条、飞轮、后轴、后轮等部件组成；制动系统由车闸部件组成。自行车在行进过程中，人体下肢脚踏用力发动脚蹬带动曲柄转动，然后牙盘和链条的啮合把动力传动到飞轮，进而带动后轮旋转，配合导向系统来改变行驶方向并保持车身平衡。如图1所示为现有技术中的一种常见的健身自行车，由于曲柄结构本身的运动特点，以及人腿部运动出力的特性，曲柄的旋转运动并不是人力的直接效果。由于人的腿部出力f几乎都是垂直地面的向下的力，所以蹬脚蹬力的切向分力ft才是真正的驱动曲柄旋转的力，而径向力fr却不能提供有效的驱动力。驱动曲柄的切向分力ft带动链条转动，进而带动自行车前进，可见由于人体腿部的直线伸展特性，要想充分利用人体的动力，可以直接利用人体输出的最大直线力，来驱动后轮的转动。
技术实现要素：
针对现有技术存在的不足，本发明旨在提供一种骑乘舒适、操控科学，使用便捷、绿色环保可活动全身的新型健身车，完全可以在代步的同时又能达到健身、娱乐的目的，并且还可以很好地解决动力低效利用的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案：
一种健身自行车，包括后车架，在后车架下方通过后车轴固定着后轮，在后车架上固定着座架，所述座架与后车架焊接在一起形成刚性连接体，在座架上连接着上活动杆和下活动杆，所述上活动杆和下活动杆均能绕它们与座架的连接处转动，所述上活动杆和下活动杆一端与所述座架相连，另一端连接着前立管，所述前立管的两端分别与所述上活动杆、下活动杆相连，并由所述前立管、上活动杆、下活动杆和座架构成了一个封闭的平面四杆机构，在所述前立管的底部连接着外车叉，在所述外车叉的底部通过前车轴固定着前轮，在所述前车轴上还套设有脚蹬，所述脚蹬能绕所述前车轴转动，在所述脚蹬上固定着滑轮，在所述滑轮上套设有绳索，所述绳索具有两个自由端，在所述前立管上通过支架固定拉把，所述拉把与所述前立管平行设置，所述绳索的其中一个自由端固定在拉把上，另一个自由端绕设在陀螺飞轮上，所述陀螺飞轮设置在所述后轮上。
作为本发明的改进，所述陀螺飞轮包括飞轮、陀螺轮和发条轮，所述飞轮和发条轮均套设在后轮轴上且相互间隔设置，所述陀螺轮连接在所述飞轮和发条轮之间，所述陀螺轮呈现为轮锥体，轮锥体的直径由靠近飞轮的一端朝向靠近发条轮的一端逐渐缩小。
作为本发明的进一步改进，所述绳索的自由端缠绕在所述轮锥体上。
作为本发明的更进一步改进，所述飞轮、所述发条轮均与所述轮锥体刚性连接在一起，在所述发条轮中设置有若干发条，这些发条沿周向固定在所述后车轴上，当所述后车轴转动时，能带动这些发条一起转动。
作为本发明的优选，所述拉把穿设在拉杆导向管中，所述拉杆导向管支承在支架上，所述拉杆导向管与所述前立管平行，所述拉把与所述拉杆导向管同轴向设置。
作为本发明的具体技术方案，所述拉把的内侧设置有固定环，所述绳索的自由端绑定在所述固定环中。
作为本发明的改进，在所述前立管的底部固定着横向的外车叉轴，所述外车叉套设在外车叉轴上并能绕所述外车叉轴转动。
与现有技术相比，本发明的优点在于：（1）运动型陀螺轮连杆自行车直接利用人体最易输出的直线力，实现了既省力又高效的驱动自行车的目的。(2)使用特殊的连杆结构，考虑了人体的生理结构，实现了很好的人、车合一的运动仿生设计；四连杆机构具有能量转换率高的特点；连杆机构的多变性，适合人体运动生理特征的要求，同时可实现对运动过程的有效控制。(3)后轮采用陀螺飞轮的结构，可以将匀速直线运动的线速度转换成加速圆周运动的角速度。最大限度的做到利用人体的驱动力的同时，做到无级变速加速的驱动自行车。(4)运动型陀螺轮连杆自行车，既有健身车的功能，又可作为代步工具，还可以满足户外休闲娱乐的需求；同时通过增加运动技巧性、灵活性以提升运动的趣味性。
附图说明
图1为现有技术中的健身自行车结构图；
图2为本发明实施例中健身自行车的结构示意图；
图3为本发明实施例中陀螺飞轮的结构示意图。
具体实施方式
参照附图对本发明中健身自行车的实施例做进一步说明。
如附图所示，本实施例为一种健身自行车，包括后车架1，后车架由两根铝管构成，两根铝管之间形成一个锐角夹角，在后车架上固定着座架2，座架由三根依次连接的支杆构成，其中两根支杆分别连接在两根铝管上，另一根支杆连接在前述的两根支杆之间并且呈倾斜设置，可以在支杆上包裹橡胶套并安装座椅以便于骑行车乘坐。座架与后车架焊接在一起形成一个刚性连接体，既能安装后车轮，又能承受人体重量。在后车架下方通过后车轴3固定着后轮4，在座架上连接着上活动杆5和下活动杆6，上活动杆和下活动杆均能绕它们与座架的连接处转动，上活动杆和下活动杆一端与座架相连，另一端连接着前立管7，前立管的两端分别与所述上活动杆、下活动杆相连，并由所述前立管、上活动杆、下活动杆和座架构成了一个封闭的平面四杆机构，四杆机构的特点就是具有一定的转动自由度。前立管和座架之间可以呈现出不同的角度和距离。满足了人体在发动自行车时身体自由活动的条件。在前立管的底部连接着外车叉8，在外车叉的顶部设置了支架9，该支架跨接在前立管和外车叉上，在支架上固定着拉杆导向管10，拉杆导向管和拉把11组成滑动铰链连接，即拉杆导向管内部是中空的，拉把穿设在拉杆导向管中并能受力做相对于拉杆导向管的往复运动。在拉杆导向管中装有限位和缓冲装置，具体的，拉杆导向管内部空腔在拉杆导向管的顶端形成了开口，该开口的尺寸要小于拉把底部的尺寸，这样就可以防止拉把过于上拉而导致从拉杆导向管中脱落，另外，在拉把的底部与开口的内壁之间夹持着弹簧等缓冲装置，越往上拉，弹簧的压缩幅度越大，对拉把的反向回复力也越大，从而起到一个缓冲作用。
在外车叉的底部通过前车轴12固定着前轮13，在前车轴上还套设有脚蹬14(脚踏板)，当使用者用力蹬踏脚蹬时，脚蹬能绕前车轴向前转动，在脚蹬上固定着滑轮15，在滑轮上套设有牵引绳索，牵引绳索具有两个自由端，绳索17的其中一个自由端固定在拉把上，拉把的内侧设置有固定环，所述绳索的自由端绑定在所述固定环中。另一个自由端绕设在陀螺飞轮16上，陀螺飞轮设置在后轮上。陀螺飞轮包括飞轮161、陀螺轮162和发条轮163，陀螺飞轮是飞轮与发条轮相结合组成的组件。通过绳索的牵引为后轮提供动力，同时自身的发条轮会随着陀螺轮的转动而张紧。这里采用的飞轮去掉齿形，改为一个陀螺轮锥体，用来缠绕驱动绳。绳子的自由端缠绕在飞轮上，飞轮与发条轮的外壳刚性连接，飞轮内部的发条164固接在后车轴上。飞轮的本质就是超越离合器。当绳子带动飞轮转动的同时，飞轮内部的发条也会同时张紧。当绳索需要回绕在飞轮上时，发条的弹力就会驱动飞轮逆转，把绳子绕起来，以进行下一次拉绳驱动后轮。陀螺轮是利用陀螺轮圆锥面产生的加速度效果。陀螺轮的圆锥面使缠绕在其上面的绳索半径从小到大，由于周长的递增，将绳索匀速直线运动的线速度变换成陀螺轮的加速旋转运动。陀螺轮连杆自行车是使用全身的力量驱动，而且将人体全身的直线牵引拉力施加在牵引绳上，带动陀螺轮转动，通过陀螺轮的圆锥面形成加速度扭矩，以达到加速驱动后轮的目的。陀螺轮连杆自行车在行进过程中，人体下肢用力发动脚蹬，手拉拉把，从而拉长绳索。带动后轮的陀螺飞轮转动，后轮在飞轮的带动下快速转动，同时飞轮内部的发条也会同时张紧。收腿时，前立管前倾，前后轮间距变小，绳索在后轮张紧的发条带动下缠绕在后轮的陀螺飞轮上。然后继续下一个这样的周期运动。由于采用了陀螺轮结构，陀螺轮的特点就会使得匀速直线运动的牵引速度变换成后轮的加速圆周运动。因此自行车在人体的直线驱动力下，借用滑轮组、陀螺轮结构，达到快速驱动后轮运动的目的。再配合导向系统来改变行驶方向、保持车身平衡，达到快速、平稳、高效的运动。在驱动自行车时，人体躯干后倾，上肢拉伸车把，让拉把顶部到滑轮距离增大；同时腿部蹬出，踏动脚踏板，让前立管以及自行车叉的外侧整体后倾。由于两个活动连杆与前立管和车座架子组成了四连杆机构，因此前立管的后倾，使得前后轮间距也增大。这个过程可见，人体下肢和上肢一起发力，同时起到了对绳索的拉力作用，绳索的拉力就是驱动后轮运动的动力。这种驱动方式最大限度的利用人体输出的直线驱动力，同时上肢和腿部一起发力，充分利用了人体可利用的动力。它比传统的曲柄驱动自行车能更有效的利用人自身的动力，高效驱动自行车前进。可以看出由于驱动方式的改变，要想循环周期的为后轮提供动力，必须安装有绳索的回绕装置。后轮的飞轮采用陀螺轮，那么在绳索的牵引过程中，会使得匀速直线运动的牵引速度变换成后轮的加速圆周运动。陀螺轮连杆自行车通过巧妙的结构配置方式，合理高效的利用了人体的驱动力。陀螺轮连杆自行车采用四杆机构作为自行车主体车架，采用陀螺飞轮的驱动结构。以一种新的方式高效的利用人体自身的动力，要比以往的曲柄驱动方式效果更好。这种设计既考虑到了驱动力的有效利用，又考虑到了人体自身结构的特性，做到了人体运动与仿生的结合。为了使陀螺轮连杆自行车更好地成为休闲、健身和短途旅游的工具，本车从提高自行车的传动效率、操控的全身协调性以及驾驶者舒适度为出发点，充分体现了以人为本的设计理念，使人在舒适的坐姿下，或不同体位变换中尽量发挥人体的肢体功能。从而实现增效，灵活，便捷，愉悦操控的设计目标。在设计过程中应用人机工程学、人体力学原理等知识，通过使用带靠背的座椅，极大地改善了人们驾驶时的舒适度，降低了骑行时生殖器疾病的发生概率。骑行时上肢需要拉伸车把，而且车座的设计基本与脚蹬在等高的平面上，人如同在座椅上一样，使腿接近水平方向自然做前下的蹬踏动作，同时背靠靠背，使人能充分利用腿部及腰部力量，在脚蹬上无需过多用力就能将时速提高，使自行车能最大限度地发挥人体结构的用力功能，达到人车合一的仿生状态。此外还可以延迟人体疲劳的出现，增加了驾驶者的舒适性，增强了驾驶者的耐力，使其能轻松地驱车前进。
在骑行过程中，上肢拉伸拉杆、双脚向前下蹬踏拉伸车体、手把与躯干同时操控方向与转向，使人体四肢及躯干几乎均参与运动，这样可以开发出更多人体运动机制来满足运动健身休闲需要的设计，体现了人本主义的关怀理念。参与运动的肌群主要包括人体上肢的肱二头肌、肱三头肌、以及胸大肌、腰背部肌群、下肢的股四头肌、腘绳肌、小腿三头肌等肌肉，而且更多可以锻炼到腹部肌肉，提高核心力量，有利于人体的健康发展和完美身材的塑型。如能很好地开发技巧性操控形式，在力量发展的同时，还可以提升人体活动的灵敏性，从而激发骑行的趣味性，达到健身、休闲与娱乐相统一的目标追求。一般自行车因重心偏高，遇有紧急情况时容易出现摔伤事故。运动型陀螺轮连杆自行车座位高度降低，使人车的总重心明显降低，一旦突然遇到紧急情况时，在收刹闸的同时，易于与车子脱离，易于自救，易于双脚着地，能有效提高行车的安全性。
运动型陀螺轮连杆自行车在驱动过程中全部为人力所驱动，不使用气、煤、电等能源，甚至深度开发还可以实现动能向电能的转化，产生发电功能，为运动骑行所需服务，这样既节约了能源，又不会对周围环境产生任何污染。
以上所述使本发明的优选实施方式，对于本领域的普通技术人员来说不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干变型和改进，这些也应视为本发明的保护范围。