专利名称：靠体重驱动的人力交通工具的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种靠体重驱动的二轮车、三轮车、四轮车、水上自行车、小船和人力飞机等靠人力驱动的交通工具。
目前除了手推车之外，凡是乘骑的单轮车、二轮车和三轮车等，均以人腿的蹬力作为驱动力。靠腿力驱动，当驱动时间较长或负载较大或想提高车速或在有坡度的路面上坡时，需要不断地消耗体能或加大驱动力，使乘骑者很快感到疲劳，所以人力驱动车的最大缺点是受腿力的限制，驱动力小、消耗体能较大、较长时间保持初始的驱动功率很困难，而且车速不快。因此，欲提高人力驱动车的驱动力是人类发明自行车200多年以来的追求，其结果导致了摩托车和助力车的发明和发展，但摩托车和助力车必须设置消耗能源的内燃机或电动机作为动力装置，而且体积和重量加大，因此，无法取代不消耗其它能源的人力驱动车。为此，人们不断探索，不仅发明了多种变速机构，而且改进车体、车轮的结构和材质，以减轻车体重量、提高传动效率、减少体能消耗或提高车速，但以上种种改进均不能达到在不消耗外加能源的情况下，增加驱动力的目的。
凡骑车的人都能体会到自行车在有很小坡度的路面上，下坡时不用腿蹬曲柄会自动下滑，而且其下滑速度越来越快，这是重力在作功，此时人不消耗体能。观察自行车比赛，在上坡路面，几乎所有运动员均采取站立式驱动姿势，可是一旦上完坡路，无一例外地都采用坐骑姿势，这说明乘骑者的最大驱动力是人的体重。这两种现象充分说明人们早已体会到能够用乘骑者的自身体重驱动自行车，可大大增加驱动力的道理。可是乘骑现行自行车，如果采取站立式驱动姿势，可使驱动力瞬间增加到与体重相同，但立刻使骑车者感到极端费力、不方便和行驶不稳定，所以这种站立式姿势只能保持很短时间，其原因在于传统的曲柄、链轮和链条的驱动机构很不适合于站立式靠体重驱动，因此，发明一种行之有效、方便舒适地能靠体重驱动的传动机构，是实现不消耗其它能源，却能增加驱动力和提高车速的人力交通工具的关键。
本实用新型的目的是要提供一种靠体重驱动的人力交通工具，即不消耗其它能源、只靠体重增加驱动力、提高车速、减小体能消耗、方便舒适地长时间驱动的人力交通工具。这种人力交通工具，能够使乘骑者的左右脚方便舒适地上下交替踩踏板，因而可使驱动力增加到始终与体重相同、车速提高、体能消耗大大减小，从而能够长时间舒适地以体重驱动。
本实用新型的目的是这样实现的所提供的一种靠体重驱动的人力交通工具包括前轮、后轮、把手组件，其特征在于，该交通工具还包括驱动机构、传动箱、踩踏机构、联轴器、一对伞齿轮，所述的驱动机构设在封闭性的传动箱2内，驱动机构的输入轴(I-I)从传动箱的前面伸出，其上设置踩踏机构1，驱动结构的输出轴(II-II)从传动箱2后面伸出，其上连接一个联轴器3，联轴器3和一根传力杆4连接，一对伞齿轮6和7分别设置在传力杆4的另一端和车轮轴8上。踩踏机构1的踏板(1-3)或(1-6)或(1-8)，在左右脚交替不断地踩踏下，即在体重的作用下，使传动箱2内的输入轴(I-I)不断地左右交替摆动，进而使输出轴(II-II)始终向顺时针方向旋转，由输出轴(II-II)传出的驱动力矩，通过万向节联轴器3、传力杆4和一对伞齿轮6和7，驱动车轮9向逆时针方向转动，即该人力交通工具向前行驶。
其中所述驱动机构，其输入轴(I-I)和输出轴(II-II)平行放置，在输入轴(I-I)上，固定一个带有棘爪结构的链轮2-1和一个带有棘爪结构的齿轮2-3，链轮2-1上的棘爪2-6的外环可按顺时针方向旋转，齿轮2-3上的棘爪2-7的外环可按逆时针方向旋转，在输出轴(II-II)上，相应地固定一个链轮2-2和一个齿轮2-4，链轮2-1与链轮2-2由链条2-5传动，齿轮2-3与齿轮2-4相互啮合传动。
所述的驱动机构，其输入轴(I-I)上，固定带有棘爪结构的链轮2-1和不带棘爪结构的齿轮2-3，在输出轴(II-II)上，相应地固定不带棘爪结构的链轮2-2和带有棘爪结构的齿轮2-4，两个轮上的棘爪放置方向为相对或相反。即输出轴(I-I)左右双向交替摆动，输出轴(II-II)始终连续不断地向顺时针或逆时针方向旋转。
踩踏输入轴上的踏板，驱动机构能使车轮向逆时针方向转动，从而使人力交通工具向前行驶，在不踩踏板时驱动机构能使交通工具自动滑行。当驱动轮向顺时针方向转动时驱动机构处于自锁状态，不能后退，因此，在输出轴内孔中设置了花键联轴器，能使输出轴与花键万向联轴器一端的花键孔瞬间连接或脱离，当驱动交通工具向前行驶或自动滑行时，花键联轴器使输出轴与花键万向联轴器一端的花键孔处于连接状态，当交通工具需要向后退时，可拉出花键联轴器，使输出轴与花键万向联轴器一端的花键孔处于脱离状态，此时车轮向顺时针方向转动，所产生的反向力矩不能传递到输出轴上，因此，可使人力交通工具随意向后退。
驱动用踩踏结构，可采取使踏板垂直上下直线移动方式，或采取一根踏杆左右踩踏方式或采取平行四边形踩踏方式。这些踩踏方式均能方便地实现左右脚不断交替踩踏，使乘骑者的体重全部转变成驱动力。
本实用新型与现有技术相比其优点和效果，首先是在不消耗其它能源的前提下，只靠体重驱动人力交通工具，显著地增加驱动力和提高车速，使人的体能消耗较现行驱动方式大大减小。由于车况、路况和乘骑者的体重不同等原因，不能准确地以某一个数据表示驱动力增加、车速提高和体能消耗减少的具体量，但用上下楼梯的极简单的物理现象作比较，很容易理解本实用新型技术的优点和效果以及实用性。上楼梯要靠腿力克服自身重力，乘骑现行的人力交通工具要靠腿力克服摩擦阻力和重力，上楼梯和骑车都一样必需靠消耗体能作功。可是下楼梯与上楼梯比情况大不相同，下楼梯不仅感到轻松，而且速度也快，这是人体的重力作功所致，所以下楼梯是人借助于重力，使体能消耗很少，作功的能力大大增加。同样道理，如果乘骑自行车时，也能方便舒适地借助体重的重力作功，那么也能象下楼梯一样，既能使体能消耗很小，驱动力大大增加。在乘骑自行车时，由于身体向上没有约束，人腿无论怎么使劲，腿的最大蹬力，不超过自身的体重，可是利用驱动机构，就用不着人腿使劲踩蹬，在重力的作用下，甚至只踩不用蹬，就可使体重全部作用到踏板上，使驱动力始终与体重相同，这就能在体能消耗大大节省的前提下，使驱动力增加到始终与体重相同、车速提高。其次，驱动机构的传动构件均在很小的封闭体内，具有结构简单紧凑、防尘防水、润滑充分、传动可靠效率高、传动比可大可小、维修方便和使用寿命长等的优点。
作为本实用新型技术的实施例之一，申请人研制成功了二轮重力自行车，这种重力自行车是在现行的二轮自行车的基础上，用驱动机构取代了曲柄、链轮和链条的驱动机构，达到了方便舒适地以体重驱动自行车的目的。为了携带和放置方便，尽可能减小占据空间，车把和车体均设计成可折叠的结构，因而可以把折叠好的二轮重力自行车放进专用袋子中便于携带或放置在房间的角落里。申请人命名这种以体重驱动的人力二轮车，称为重力自行车。根据试验测定的数据，已确认重力自行车性能均优越于现行的自行车。
以下结合附图详细说明本实用新型的较佳实施例。其中
图1为输入轴摆动变为输出轴单向旋转的驱动机构的驱动车轮原理图2、图3为驱动机构的传动箱结构示意图；图4为实现车轮后退功能的结构原理图；图5为垂直上下踩踏机构的结构示意图；图6为一根踏杆的踩踏机构的结构示意图；图7为平行四边形踩踏机构的结构示意图；图8为靠体重驱动结合传动机构应用于两轮自行车上的实施例的示意图；图9为把手折叠结构示意图；
图10为可使车架两折的折叠结构示意图。
图1所示的驱动机构是实现本实用新型目的关键结构。在封闭性很好的传动箱2前面伸出的输入轴I-I上，设置可左右交替上下踩踏的驱动用踩踏机构1，在传动箱2后面伸出的输出轴II-II上，连接一个联轴器(万向节)3和一根传力杆4，在传力杆4的另一端和车轮8上设置一对伞齿轮(或环形齿轮)6和7，输出轴II-II、万向节3、传力杆4及伞齿轮6和7，均设置在一根封闭管子5内，传动箱2与车轮轴8通过封闭管子5相连结。其工作原理为当左右脚交替不断地上下踩踩踏机构1的踏板1-3或1-6或1-8(见图5、6、7)时，在体重的作用下，使传动箱2内的输入轴I-I不断地左右交替摆动，进而使输出轴II-II始终向顺时针方向旋转。由输出轴II-II传出的驱动力矩，通过万向节联轴器3、传力杆4和一对伞齿轮(或环形齿轮)6和7，使车轮9向逆时针方向旋转，使人力交通工具向前行驶。
图2和图3为达到输入轴I-I左右摆动，使输出轴II-II变为单向旋转的驱动机构的两种实施方案。图2所示的驱动机构的传动箱2中平行设置一根输入轴I-I和一根输出轴II-II，在输入轴I-I上，固定一个带有棘爪结构的链轮2-1和一个带有棘爪结构的齿轮2-3，链轮2-1上的棘爪2-6的外环可按顺时针方向旋转，齿轮2-3上的棘爪2-7的外环可按逆时针方向旋转，在输出轴II-II上，相应地固定一个链轮2-2和一个齿轮2-4，链轮2-1与链轮2-2用链条2-5传动，齿轮2-3与齿轮2-4相互啮合传动。当输入轴I-I按细箭头的顺时针方向转动时，链轮2-1通过链条2-5驱动链轮2-2使输出轴II-II向顺时针方向旋转，此时齿轮2-3与齿轮2-4虽然啮合，但由于齿轮2-3上的棘爪2-7的作用，使齿轮2-3空转不传递力矩，当输入轴I-I按粗箭头逆时针方向转动时，齿轮2-3驱动齿轮2-4，使输出轴II-II也向顺时针方向旋转，此时由于链轮2-1上的棘爪2-6的作用，使链轮2-1空转不传递力矩，这样输入轴I-I左右双向交替摆动，可使输出轴II-II始终连续不断地向顺时针方旋传。
如果输入轴I-I上的链轮1的棘爪2-6和齿轮2-3的棘爪2-7放置的方向各自与图2所示的棘爪方向相反时，输入轴I-I左右双向交替摆动，可使输出轴II-II始终连续不断地向逆时针方向旋转，但这与驱动人力交通工具行驶的方向相反，故不实用。
除了图2结构中所示的棘爪设置与放置方向不同的四种组合中只有两组能使输出轴II-II始终连续不断地向顺时针和逆时针方向旋转外，还有把棘爪设置在链轮2-1和齿轮2-4上的四种组合中的两组，也能够实现使输出轴输入轴I-I始终向顺时针或逆时针方向的旋转，除此之外的其它组合方式均不能实现输入轴I-I的双向摆动或输出轴II-II的单向旋转。
图2和图3所示结构中链轮2-1和链轮2-2，可用皮带轮或齿型轮或绳轮取代，棘爪2-6和2-7除采用如图2所示的常用结构外，也可以采用滚子摩擦式或偏心扇形块摩擦式棘爪，但其传动原理完全相同。图3是输入轴I-I上，固定一个带有棘爪结构的齿轮2-8和一个带有棘爪结构的齿轮2-10，棘爪的放置方向与图2相反，在输出轴II-II上，相应地固定一个齿轮2-9和一个齿轮2-11，输入轴I-I上的齿轮2-8与输出轴II-II上的齿轮2-9相互啮合传动，输入轴I-I上的齿轮2-10与输出轴II-II上的齿轮2-11，通过一个介轮2-12啮合传动，但其工作原理与图2所示的工作原理完全相同。申请人认为图2所示的链轮、链条和齿轮或齿型轮、齿型带和齿轮组合的结构较为合理。
根据装置或机器的使用性能的要求，设计链轮2-1、2-2和齿轮2-3、2-4的不同配合尺寸，可得到不同的传动比。
图4为实现车轮后退功能的结构示意图。输出轴II-II内孔中配入的花键联轴器14，在压缩弹簧13的作用下与花键万向联轴器15一端的花键孔处于配合状态时，能够传递驱动力矩，当花键联轴器14处于如图4所示的拉出状态，与花键万向联轴器15一端的花键孔脱离时，不能把车轮9后退的转动力矩传给输出轴II-II上，能使车轮9向顺时针方向回转，达到使人力交通工具后退的目的。
图5为垂直上下踩踏机构的结构示意图，链轮或齿形轮或绳轮1-1固定在输入轴I-I的前端上，踏板1-3通过滑快1-4与链条或齿形带或钢丝绳1-2相连，当左右交替踩踏板1-3时，在体重的作用下，使踏板1-3沿左右导条1-5上下垂直移动，这时使输入轴I-I随链轮或齿形轮或绳轮1-1，不断交替地左右回转，此时垂直作用在踏板上的体重全部转变成驱动力矩输入到传动箱2中，并由输出轴II-II输出。
图6为一根踏杆踩踏机构的结构示意图，踏杆1-7固定在输入轴I-I的前端上，踏板1-6铰接在踏杆1-7两端上，左右脚交替踩踏板1-6，可使体重全部转变成驱动力矩。
图7为用平行四边形踩踏机构的结构示意图，踏杆1-9固置在输入轴I-I的前端上，辅助踏杆1-11铰接在支轴1-10上，踏板1-8铰接在踏杆1-9和辅助踏杆1-11的两端上。左右脚交替踩踏板1-8，可使体重全部转变成驱动力矩。
图8为本实用新型的人力交通工具在二轮重力自行车上实施例的示意图，是在现行的两轮自行车结构的基础上，用驱动机构取代现行的曲柄、链轮和链条的驱动机构。图8和
图1中的1为踩踏机构、2为传动箱、5为支撑管，在封闭支撑管子5内放置了花键联轴器15和万向节联轴器3，传力杆4和一对伞齿轮(或环形齿轮)6和7，本实用新型实施例之一的重力自行车的车体和手把设计成折叠式。
图9为把手组件11的折叠结构的示意图，手把11-6通过轴11-3与折叠座11-2铰接绕轴11-3转动，固定销11-5在弹簧11-4的推力作用下，被顶入手把11-6的孔中，拉动钮手11-1，可使固定销11-5脱离手把11-6上的固定孔位置，达到展平或收起手把11-6的目的。
图10为车体可两折的折叠结构12的示意图，前折页12-1与后折页12-2通过铰链轴12-3铰接，螺栓12-4与螺母块12-5通过固定板12-6，使车体处于伸平或者收起状态。
本实用新型的靠体重驱动的人力交通工具除重力二轮自行车的实施例之外，其它实施例如三轮车、四轮车、水上自行车和人力飞机等人力驱动交通工具上，本领域的技术人员用驱动机构取代曲柄、链轮和链条驱动机构，很容易实现靠体重驱动的目的，其设置方法及形式与二轮重力自行车的情况基本相同，因此，不再具体叙述。
权利要求1.一种靠体重驱动的人力交通工具，包括前轮、后轮、把手组件，其特征在于，该交通工具还包括驱动机构、传动箱、踩踏机构、联轴器、一对伞齿轮，所述的驱动机构设在封闭性的传动箱(2)内，驱动机构的输入轴(I-I)从传动箱的前面伸出，其上设置踩踏机构(1)，驱动结构的输出轴(II-II)从传动箱(2)后面伸出，其上连接一个联轴器(3)，联轴器(3)和一根传力杆(4)连接，一对伞齿轮(6)和(7)分别设置在传力杆(4)的另一端和车轮轴(8)上。
2.根据权利要求1所述的靠体重驱动的人力交通工具，其特征在于所述的驱动机构，其输入轴(I-I)和输出轴(II-II)平行放置，在输入轴(I-I)上，固定一个带有棘爪结构的链轮(2-1)和一个带有棘爪结构的齿轮(2-3)，链轮(2-1)上的棘爪(2-6)的外环可按顺时针方向旋转，齿轮(2-3)上的棘爪(2-7)的外环可按逆时针方向旋转，在输出轴(II-II)上，相应地固定一个链轮(2-2)和一个齿轮(2-4)，链轮(2-1)与链轮(2-2)由链条(2-5)传动，齿轮(2-3)与齿轮(2-4)相互啮合传动。
3.根据权利要求2所述的靠体重驱动的人力交通工具，其特征在于所述的驱动机构，其输入轴(I-I)上的链轮(2-1)和齿轮(2-3)的两个棘爪的方向为各自倒转放置。
4.根据权利要求2所述的靠体重驱动的人力交通工具，其特征在于所述的驱动机构，其输入轴(I-I)上，固定带有棘爪结构的链轮(2-1)和不带棘爪结构的齿轮(2-3)，在输出轴(II-II)上，相应地固定不带棘爪结构的链轮(2-2)和带有棘爪结构的齿轮(2-4)，两个轮上的棘爪放置方向为相对或相反。
5.根据权利要求2所述的靠体重驱动的人力交通工具，其特征在于所述的驱动机构，其输入轴(I-I)上的链轮(2-1)和输出轴(II-II)上的链轮(2-2)是皮带轮或齿型轮或绳轮，棘爪(2-6)和(2-7)是滚子摩擦式和偏心扇形块摩擦式棘爪。
6.根据权利要求1所述的靠体重驱动的人力交通工具，其特征在于所述的输出轴(II-II)、联轴器(3)、传力杆(4)及一对伞齿轮(6)和(7)均设置在一根封闭的管子(5)内。
7.根据权利要求1所述的靠体重驱动的人力交通工具，其特征在于所述的一对伞齿轮(6)(7)是一对环形齿轮。
8.根据权利要求1所述的靠体重驱动的人力交通工具，其特征在于所述的驱动机构，其输入轴(I-I)上固定带有棘爪结构的齿轮(2-8)和带有棘爪结构的齿轮(2-10)，两个齿轮上的棘爪放置方向相对或相反，在输出轴(II-II)上相应地固定齿轮(2-9)和齿轮(2-11)，输入轴(I-I)上的齿轮(2-8)与输出轴(II-II)上的齿轮(2-9)相互啮合传动，输入轴(I-I)上的齿轮(2-10)与输出轴(II-II)上的齿轮(2-11)，通过一个介轮(2-12)相互啮合传动，或者输入轴(I-I)上，固定带有棘爪结构的齿轮(2-8)和不带棘爪结构的齿轮(2-10)，在输出轴(II-II)上相应地固定不带棘爪结构的齿轮(2-9)和带棘爪结构的齿轮(2-11)，两个齿轮上的棘爪放置方向相对或相反。
9.根据权利要求2所述的靠以体重驱动的人力交通工具，其特征在于所述的驱动机构，其链轮(2-1)、(2-2)和齿轮(2-3)、(2-4)选择不同大小尺寸的配合。
10.根据权利要求1所述的靠体重驱动的人力交通工具，其特征在于所述的驱动机构，其输出轴(II-II)内孔中配接花键联轴器(14)，所述花键联轴器的左端面伸出细杆并套设压缩弹簧(13)，压缩弹簧顶压该左端面，花键联轴器(14)的右端花键轴或与花键万向联轴器(15)一端的花键孔配合，或从花键万向联轴器(15)一端的花键孔移动脱出，即车轮(9)向顺时针方向回转，人力交通工具向后退移动。
11.根据权利要求1所述的靠体重驱动的人力交通工具，其特征在于驱动用的踩踏机构(1)的结构，是在输入轴上设有链轮(1-1)，并在圆圈上相应绕接链条(1-2)，在链条(1-2)的两端分别设有踏板(1-3)，即踏板(1-3)垂直上下直线移动。
12.根据权利要求1所述的靠体重驱动的人力交通工具，其特征在驱动用的踩踏机构(1)的结构，是在输入轴上设有齿形轮或绳轮，在轮圆圈上相应绕接齿形带或钢绳，其两端分别设有踏板(1-3)。
13.根据权利要求1所述的靠体重驱动的人力交通工具，其特征在于驱动用的踩踏机构(1)的结构，是在输入轴上枢设有踏杆(1-7)，踏板(1-6)铰接在踏杆(1-7)的两端。
14.根据权利要求1所述的靠体重驱动的人力交通工具，其特征在于驱动用的踩踏机构(1)的结构，是在输入轴上设有踏杆(1-9)，辅助踏杆(1-11)与踏杆(1-9)适当间隔并平行设置，在踏杆(1-9)和辅助踏杆(1-11)的两端分别铰接踏板(1-8)。
15.根据权利要求1所述的体重驱动的交通工具，其特征在于所述的把手组件(11)，它包括折叠座(11-2)、轴(11-3)、手把(11-6)、固定锁(11-5)、弹簧(11-4)、拉动钮手(11-1)，所述的折叠座(11-2)在邻近其两端处分别设有轴(11-3)，手把(11-6)的端部插入折叠座(11-2)并绕着轴(11-3)转动，所述手把(11-6)的端部具有水平方向与垂直方向的通孔，弹簧(11-4)沿水平方向顶压固定销(11-5)的一端部，即其固定销(11-5)的另一端插入手把(11-6)端部相应的水平通孔或垂直通孔内，所述的固定销(11-5)在与轴线垂直的方向固设拉动钮手(11-1)。
专利摘要一种靠体重驱动的人力交通工具,包括一种输入轴和输出轴平行放置,能使输入轴摆动变为输出轴单向旋转的驱动机构,取代现行的曲柄、链轮和链条的驱动机构。该人力交通工具具有显著地增加驱动力和提高车速,使人的体能消耗较现驱动方式大大减小。而且所有传动件均在很小的封闭体内,结构简单紧凑,传动效率高、防尘防水、润滑充分、维护简便、使用寿命长,它是现行人力驱动交通工具的一种替代产品。
文档编号F16H29/00GK2485444SQ0120235
公开日2002年4月10日 申请日期2001年2月23日 优先权日2001年2月23日
发明者朴承镐, 罗予泽 申请人:朴承镐, 罗予泽