专利名称：液压马达式自行车的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种新颖、高效、省力的自行车，特别是涉及一种轴向叶片型液压马达式自行车。
众所周知，一般的自行车都由踏脚、牙盘、链条和牙轮组成驱动机构，利用骑车者双腿的蹬力使踏脚绕定轴作圆周运动，通过机械传动使车轮前进。自行车的车座是固定的，因而双腿用力方向也基本一定。该蹬力仅在以定轴为圆心，以踏脚臂长为半径所形成的圆形轨迹上一定弧长范围内作动，该段圆弧对应的圆心角约为120°～140°，踏脚在其他位置上时均处于空载运动。并且，一般自行车的驱动机构通常以5∶1的力矩比(即踏脚臂长与后轮上的牙轮半径之比)完成1∶2.4的速比来驱车前进，当定轴转动一周，完成一个速比驱动过程时，双腿必须随之各转一周，显然，功耗是较大的，效率是较低的。
自行车是一种代步工具，将骑车者的运动姿势与人体行走姿势作比较，当然越接近正常行走姿势越省力，人在正常行走时，如附图中的
图1a所示，大腿与上体之夹角θ1一般保持在90°～130°，大腿与小腿之夹角θ2一般在95°～160°，而一般自行车，受现有结构的制约，骑车者是上体垂直地坐在车座上，重心与牙盘的垂直距离很小，故而θ1和θ2在双脚作圆周运动时周期性地变化到远小于行走时的角度，如图1b所示，因而既不易发挥蹬力，又易疲劳。
本发明的目的在于克服现有自行车的结构所造成的上述固有缺点，设计一种省力、高效的新型自行车。
本发明的目的是这样来实现的，在现有自行车的基础上采用包括由前至后依次连接的具有位于车架左右侧的各一根拐臂形踏杆的摆动式蹬踏装置和位于车架左右侧的各一个具有柱塞和油缸的柱塞-油缸组，以及一个具有安装在后轮的芯轴上的转子-转壳组的液压马达，后轮的车辐条安装在转壳上。骑车者左右腿交替蹬踏踏杆而带动与之固定连接的柱塞运动，使油缸内的油受压挤而流向液压马达，推动转子-转壳组连续定向转动。带动后轮车辐条转动，车辆便前进。这样的驱动机构变骑车者双腿作圆周运动而为上下蹬踏，使骑车者始终保持易发挥蹬力的姿势。骑车者蹬踏踏杆一次，相当于在现有自行车上双腿同时绕定轴转动一周，因而既省力又可提高车速。以永久牌自行车为例，骑车者若每分钟蹬踏40次，其车速约为12.5公里/小时，而本发明的自行车在同样蹬踏频率下，车速可望提高一倍。并且，为了省力和提高功效，本发明的柱塞-油缸组采用扇形结构，使上述拐臂形踏杆的一端套置在定轴上，从而使该踏杆在受蹬踏时绕定轴摆动而使扇形柱塞-油缸组的弧形侧壁的曲率中心也位于该定轴上，如此骑车者蹬踏的力变为推动与踏杆固定连接的扇形柱塞始终沿扇形油缸的切向运动的驱动力，从而使蹬踏力得以有效地利用。
本发明还采用了小前轮、大后轮，V形车架，低位斜靠椅式车座，包括多头螺纹制动钳的盘式制动机构，以及泥水刮挡器等结构，从而使本发明的液压马达式自行车具有如下优点与现有常规的单牙盘式自行车比较，在骑驶时间、路面、负载等条件相仿的前提下，骑车者蹬踏力节省约一半，车速提高约一倍;
无复杂的刚性驱动、传动、变速机构，使保养维修简便，本发明的驱动机构无故障使用时间可近万小时;
采用V型车架及低位斜靠椅式车座，不仅使骑车者在骑驶过程中始终保持舒适而又易发挥蹬力之姿态，而且上下车、起步、停驶及负载都较方便;
由于采用小前轮、大后轮的结构，并使整车重心趋于轮距中心，所以行驶平稳，爬坡性能好，载重方便;它装有泥水括挡器，便于泥地行驶;并且由于采用了包括多头螺纹制动钳的盘式制动结构，使制动既柔和又具紧急性，尤其在坡路放行时十分安全。
根据本发明的构思，骑车者在本发明的自行车上的坐姿如图1c所示。其上体与大腿之夹角θ1和大腿与小腿之夹角θ2的变化范围接近人体在正常行走时θ1和θ2的变化范围，因而易发挥蹬力而不易疲劳。
下面参照附图对本发明液压马达式自行车作具体说明。
图1a、1b和1c分别是人在行走时、骑驶常规自行车时和骑驶本发明液压马达式自行车时的姿势比较。
图2是本发明液压马达式自行车的总体结构图。
图3是本发明自行车的驱动机构示意图。
图4是图3的驱动机构中扇形柱塞-油缸的放大视图。
图5是图4的B-B视图。
图6是图3的驱动机构中液压马达的油路示意图。
图7是图3中的转子-转壳组的A-A向剖视图。
图8是本发明中的制动机构的结构示意图。
图9是本发明所配置的泥水刮挡器的结构示意图。
图1a至图1c已在上文予以说明。现在参见图2，本发明液压马达式自行车的车架1为V形结构，前轮2小于后轮3，比值约为0.5∶1至0.75∶1，一般取0.7∶1。车座4距地面较一般自行车低，一般取大于或等于650mm，它具有一斜靠背5，靠背5的后倾角度θ3为15°～20°。整车的重心约位于轮距中心。
本发明自行车的驱动机构6如图3所示，它包括摆动式蹬踏装置7、车架1左右侧的各一个扇形柱塞-油缸组8以及一个液压马达9。其中，摆动式蹬踏装置7包括车架1左右侧的各一根拐臂形踏杆10，其根端各自分叉为两根支干11和12，如图4所示，其中支干11端部有孔，套置在固定于车架1上的定轴13上，而该定轴13最好位于前轮2和后轮3的轮距中心，并与整车的重心接近。支杆12的端面固定于其同侧的扇形柱塞-油缸组8的柱塞14的一端平面上，而左右扇形柱塞-油缸组8的油缸15定位于能使其弧形侧壁的曲率中心正好位于定轴13上。踏杆10的梢端有踏脚16，踏杆10的力矩比为5∶1至10∶1。由图3可见，摆动式蹬踏装置7还包括安装在车架1上控制踏杆10运动的弧形的踏杆限位夹具17，它也可以做成矩形或长条形，其长度和在车架1上的安装高度以使踏杆10摆动的上下限均在利于骑车者发挥蹬力的范围内为准，也就是说使骑车者的上体和大腿的夹角θ1变动范围在90°～130°之间，大腿和小腿的夹角θ2变动范围在95°～160°之间(见图1c)。骑车者蹬踏踏脚16的力沿扇形柱塞-油缸组8的切向推动柱塞行进而得以有效地利用于作功。
本发明液压马达式自行车驱动机构6中的扇形柱塞-油缸组8的结构在图4中显示，图5是沿图4中的B-B剖视图。它除了扇形柱塞14和扇形油缸15外，还包括由滚针油封座19、滚针20以及弹簧21组成的滚针式油封22。利用这种滚针式油封的结构，不仅能使柱塞14和油缸15之间减小磨擦力，并能达到良好的密封效果。另外，在油缸底座18上有通油口28，在油缸15靠近底座18的侧壁上也有通油口29。
再参见图3，本发明液压马达式自行车的驱动机构6的核心部分是一个液压马达9，通过它，将蹬踏力转换为驱动力，它的结构基本上左右对称。它包括依次连接的配油器23和出油管24、回油管25及装在后轮3的芯轴26上的转子-转壳组27。由于本发明中许多构件是左右对称的相同构件，在本文的叙述中，为了简便起见，采用同一标号表示这两个构件，然而为了区分左右，在标号下方加足标a以表示车架1左侧构件，加足标b以表示右侧构件，如果一个标号所代表的构件有左右两个而未加以下标，则统指左右两个相同的构件。如上述出油管24统指左出油管24a和右出油管24b，回油管25统指左回油管25a和右回油管25b。
参见图6，配油器23紧贴左油缸15a和右油缸15b，配油器23包括左右配油室31a和31b，它们通过左右配油管32a和32b及左右油缸15a和15b的侧壁通油口29a，29b与左右油缸15a和15b分别连通。左右配油室31a和31b之间有将它们隔离的配油阀阀门芯33，其上有两组分支通道34a和34b，配油器23的侧壁36与左右油缸15a和15b的底座18a和18b紧贴，并有与底座18a和18b上的通油口28a和28b分别吻合的通油孔35a和35b，实际上，左、右油缸底座18a和18b可由配油器侧壁36的一部分充当，则通油口28a和28b便分别与通油孔35a和35b合二为一。在与配油器侧壁36对置的另一侧壁39上有四个单向阀37a、37b、38a和38b。上述左、右出油管24a、24b及左、右回油管25a、25b各自经由配油器单向阀37a、37b、38a、38b和转子一转壳组27上的左右进油口41a、41b及左右回油口42a和42b将配油器23和转子一转壳组27连接。配油阀阀门芯33上的两支分支通道34a和34b的取向为，当阀门芯33右移时，分支通道34a将配油器23的通油孔35a与配油器左出油管24a经由单向阀37a连通，分支通道34b将配油器的通油孔35b与配油器右回油管25b通过单向阀38b连通，而当阀门芯33左移时，分支通道34a将配油器23的通油孔35a与配油器左回油管25a经由单向阀38a连通，分支通道34b将配油器的通油孔35b与配油器右出油管24b经由单向阀37b连通。
如图6、7所示，本发明液压马达式自行车的液压马达中转子-转壳组27安装在后轮3的芯轴26上，它包括固定连接在一起的转壳43和转子44，转子-转壳组左右油室45a和45b，转子芯部的轴承46和棘轮47、左右芯套57a和57b、安装在固定不动的芯轴26左右的纵剖面呈直角梯形的叶片轴向导向体48a、48b及装在转子44左右的轴向叶片49a和49b、左右油道50a和50b、左右排油道51a和51b，左油室二级循环左右进油口52a和52b、右油室二级循环左右进油口53a和53b，左右油室二级循环过油通54a和54b，以及分别装于过油通54a和54b中的单向阀55a和55b。后轮3的车辐条40是安装于转壳43上的。
本发明的驱动机构基本上是左右对称的，下面以左踏杆10a踏下时压力油的运行为例来说明本发明液压马达式自行车的驱动过程，当右踏杆10b踏下时，压力油的运行过程可依次类推。参见图6和图7，先在扇形柱塞-油缸组8和液压马达9的内部空间注满油。当左腿踏下左踏杆10a时，推动左柱塞14a前进，将左油缸15a的油通过左通油口29a和左配油管32a压入配油器23的左配油室31a，从而将配油阀阀门芯33向右推，分叉通道34a便将左油缸15a与配油器左出油管24a连通，压力油经左出油管24a和转子-转壳组左进油口41a进入左油室45a，沿左油通50a推动转子44的左侧轴向叶片49a，使转子44带动转壳43沿车轮前进方向转动。在转子44转过180°的同时，由于左叶片轴向导体48a的斜边之推力作用，引起逐步排油，至此，完成压力油的一级循环。被排的油经左排油道51a，右油室二级循环左进油口53a，经过右油室二级循环过油道54b、右油室二级循环右进油口53b，达到右油室45b，沿右油道50b推动转子44之右侧轴向叶片49b，同样使转子44带动转壳43沿前进方向转动，在转子44转过180°的同时，由于右叶片轴向导体48b的斜边之推力作用，引起逐步排油，至此，完成压力油的二级循环压力，油被排入右排油道51b，通过右回油口42b进入右回油管25b，通过配油器单向阀38b及配油阀阀门芯33的分叉通道34b及配油器右通油孔35b和右油缸通油口28b进入右油缸15b，顶起右踏杆10b，待踏。上述压力油的运行方向在图6中用箭头表示。
图8是本发明所采用的制动机构59的结构示意图。它由安装在车架1的后斜杆30(参见图2)，近端部的多头螺纹制动钳61和安装在后轮芯轴26上的转子-转壳组的转壳43周壁的制动盘62(参见图7)组成，其中，多头螺纹制动钳61包括钳体63，将钳体63固定在车架后斜杆30上的钳体固定板64，与刹车把手71(示于图2)联动的制动拉臂65，其端部的多头螺纹杆体66及安装于其上的左旋和右旋多头螺纹副67a和67b，与左旋和右旋多头螺纹副67a和67b固定连接的一对成剪式的制动蹄臂68a和68b，固定在制动蹄臂68a和68b两端内侧从而对置的制动蹄片69a和69b，以及将钳体固定板64和制动拉臂65连接的回位弹簧70。制动盘62位于两片对置的制动蹄片69a和69b之间的空隙中。
当捏住刹车把手71从而拉动制动拉臂65时，多头螺纹杆体66旋转，其左旋和右旋多头螺纹副67a和67b相向运动，从向使剪式制动蹄臂68a和68b上的两片制动蹄片69a和69b相对靠拢而夹紧制动盘，使转壳43不能转动，则后车轮3也便不能转动。这种制动机构不仅能有效地用于紧急刹车，并且刹车平稳、柔和，使用安全可靠，用于放坡行驶时尤佳。
图9所示是本发明的一个附加装置泥水刮挡器72的示意图。它安置在挡泥板60的逆着车轮2和3转动方向的一端，(见图2)。它由一呈瓦片状的靠近车轮2和3的底部73和其上表面的一凸块74组成。该凸块74最好在逆着车轮转动方向有一凹月形表面。泥水刮挡器72依靠其底部逆着车轮转动方向的一侧端75将粘附于转动的车轮上的污泥刮起，刮起的污泥连续向着泥水刮挡器72的上表面行进，遇到凸块74的阻挡而下落，该装置有利于车辆在泥地行驶。
权利要求
1.一种液压马达式自行车包括V形车架1、前轮2、后轮3、车座4、驱动机构6、制动机构59及挡泥板60，其特征在于，上述驱动机构6包括由前至后依次连接的具有位于车架1左右侧的各一根拐臂形踏杆10的摆动式蹬踏装置7和位于车架1左右侧的各一个具有柱塞14和油缸15的柱塞一油缸组8以及一个具有安装在后轮3的芯轴26上的转子一转壳组27的液压马达9，上述转子一转壳组27包括转子44和与转子44固定连接的转壳43，后轮3的车辐条是安装于转壳43上的。
2.按照权利要求1所述的液压马达式自行车，其特征在于，上述拐臂形踏杆10的根端分叉成两根支干11和12，其中支干11端部有孔，套置在固定于车架1上的定轴13上，支干12的端面固定在与其同侧的柱塞-油缸组8的柱塞14的一端平面上，上述柱塞-油缸组8呈扇形结构，其弧形侧壁的曲率中心位于上述定轴13上。
3.按照权利要求1或2所述的液压马达式自行车，其特征在于，上述柱塞-油缸组8还包括由滚针油封座19、滚针20和弹簧21组成的滚针式油封22。
4.按照权利要求1所述的液压马达式自行车，其特征在于，上述液压马达9还包括配油器23和左、右出油管24a、24b及左、右回油管25a和25b，上述配油室23包括与左右柱塞-油缸组8的左、右油缸15a和15b分别通过左、右配油管32a和32b连通的左、右配油室31a和31b，带有左、右分支通道34a和34b并将左、右配油室隔离的配油阀阀门芯33，在配油室23的一侧壁36上有与左、右油缸15a和15b底部连通的通油孔35a和35b，其对置的另一侧壁39上有四个单向阀37a、37b、38a和38b，上述左、右出油管24a、24b及左、右回油管25a和25b各自经由配油器23的单向阀37a、37b、38a、38b和转子-转壳组27上的左、右进油口41a、41b及左、右回油口42a、42b将配油器23与转子-转壳组27连接。
5.按照权利要求1所述的液压马达式自行车，其特征在于，上述转子-转壳组27还包括安装在后轮3的芯轴26左右的纵剖面呈直角梯形的叶片轴向导向体48a和48b，并且在上述转子44上安装有左右轴向叶片49a和49b。
6.按照权利要求1所述的液压马达式自行车，其特征在于，上述拐臂形踏杆10的力矩比为5∶1至10∶1。
7.按照权利要求1所述的液压马达式自行车，其特征在于，上述摆动式蹬踏装置还包括踏杆10梢端的踏脚16和固定在车架1上的弧形或矩形或长条形的踏杆限位夹具17。
8.按照权利要求1所述的液压马达式自行车，其特征在于，前轮2小于后轮3。其比值为0.5∶1至0.75∶1。
9.按照权利要求1所述的液压马达式自行车，其特征在于，上述车座4配置一个斜靠背5，它的后倾角度θ为15°～20°。
10.按照权利要求1所述的液压马达式自行车，其特征在于，上述制动机构59由安装在车架1的后斜杆30近端部的多头螺纹制动钳61、安装在转壳43周壁的制动盘62和自行车刹车把手71组成。其中，多头螺纹制动钳61包括钳体63，将钳体63固定在车架后斜杆30上的钳体固定板64，与自行车的刹车把手71联动的制动拉臂65，其端部的多头螺纹杆体66及安装于其上的左旋和右旋多头螺纹副67a、67b，与左旋和右旋多头螺纹副67a和67b固定连接的一对成剪式的制动蹄臂68a和68b，固定在制动蹄臂68a和68b两端内侧而对置的制动蹄片69a和69b，以及将钳体固定板64和制动拉臂65连接的回位弹簧70，上述制动盘62位于两片对置的制动蹄片69a和69b之间的空隙中。
11.按照权利要求1所述的液压马达式自行车，其特征在于，在挡泥板60逆着车轮2、3转动方向的一端安置一个泥水刮挡器72，它由呈瓦吹目拷德 和3的底部73和其上表面的凸块74组成。
全文摘要
本发明提供一种新颖、高效、省力的自行车，它改革常规自行车的机械式驱动机构而代之以由摆动式蹬踏装置、扇形柱塞—油缸组和轴向叶片型液压马达组成的驱动机构，并采用V型车架、低位斜靠椅式车座、包括多头螺纹制动钳和制动盘的制动装置及泥水刮挡器，从而使本发明的自行车较常规的单牙盘自行车在同样行驶条件下省蹬踏力约一半，提高车速约一倍，且行驶平稳，上下车、起动、停车、载重、上下坡方便安全，制造、维修、保养简便。
文档编号B62K3/06GK1034696SQ88100669
公开日1989年8月16日 申请日期1988年2月6日 优先权日1988年2月6日
发明者林天泽 申请人:林天泽