CN2866298Y - 省力自行车 - Google Patents

Abstract

本省力自行车的脚踏臂为脚踏臂伸缩机构，其臂体固装于半轴外端，芯轴滑配于半轴内。芯轴外端铰接摆杆、臂杆，臂杆从臂体端孔伸出铰接脚蹬。同轴同步齿、偏心齿轮分别与左右半轴啮合。偏心轴套接于左右偏心齿轮，偏心轴套装曲柄，连杆铰接曲柄与左右芯轴。臂杆带动臂体、半轴，连动偏心轴围绕偏心齿轮中轴转动，曲柄前后往复摆动，带动芯轴往复旋转，摆杆带动左右臂杆伸缩。本车脚踏臂半径保持不变，施力半周力臂加长，反之缩短，减少乘骑者体能消耗20％－30％，体能得到合理利用。本车还有重力推进器，将重力性垂直波动转换为水平驱动力，本车的弹性蓄能器，在减速刹车时，存蓄能量，其扭矩能量可释放驱动本车。倒车掣使倒退时后轮无阻。

Description

省力自行车

(一)技术领域

本实用新型涉及一种自行车，具体为一种省力自行车。

(二)技术背景

目前现有的自行车脚踏臂的长度均处于固定状态。即在脚踏臂正半周施力做功时与负半周无功从动状态下脚踏臂的长度相同。如果自行车的脚踏臂正半周自动伸长20％～30％，在脚踏力相同的情况下，因力臂加长，做功增加；而负半周脚踏臂成反比自动回缩，从动时脚蹬转动的半径减小，减少骑乘者腿脚的运动。总之可让骑乘者省力，有效地提高车辆行驶效率。

在自行车行驶过程中，道路不平造成的颠簸和刹车时磨擦阻力都会使自行车的动能损失，若能充分利用重力推进并将减速刹车时的能耗转换为弹性能量蓄存再利用，对人力自行车可更充分利用人体体能，对电动或其它助力车也可有效地降低能耗。

(三)实用新型内容

本实用新型的目的是设计一种省力自行车，其脚踏臂力臂长度可在正负半周自动伸缩，其伸缩长度为20％～30％，从而减少骑乘者的体力消耗。本车还配有重力推进器，使垂直波动性重力，自动转换为弹性扭矩，驱动自行车向前行驶，配有弹性蓄能器，将刹车时所产生的磨擦阻力，转换为弹性能量，蓄入蓄能器中，加以利用。

本实用新型设计的省力自行车包括前后车轮、车架、车把，其脚踏臂一端与脚蹬铰接，其脚踏臂为脚踏臂伸缩机构，左右脚踏臂伸缩机构各包括臂体、臂杆、摆杆，与半轴、芯轴以及偏心齿轮、偏心轴、曲柄共同使臂杆伸缩。

套装于轴承上的左右半轴安装于中轴壳体两侧端板的中心孔，中轴壳体支承左右半轴及脚踏臂伸缩机构。左右脚踏臂伸缩机构安装于左右半轴的外端，臂体为一端有孔的壳体，其内侧固装于半轴外端，半轴为中空轴，芯轴滑配于其内。芯轴外端铰接摆杆，摆杆与臂杆一端铰接，臂杆另一端从臂体端孔中伸出，与脚蹬铰接。左右半轴内端为齿轮，同轴的左右同步齿与左右半轴内端的齿轮啮合，左右同步齿轮的中心轴通过轴承固装于中轴壳体上，可自由转动。同轴的左右偏心齿轮分别与左右半轴内端的齿轮相啮合，左右偏心齿轮的中心轴通过轴承固装于中轴壳体上，可自由转动，偏心轴与偏心齿轮中心轴平行，其左右端套接于左右偏心齿轮，曲柄后端套装在偏心轴上，前端与连杆铰接，连杆与左右芯轴内端铰接。

脚蹬受力、臂杆带动臂体转动，带动半轴，左右半轴通过同步齿同步旋转，半轴连动偏心齿轮，偏心齿轮上的偏心轴围绕偏心齿轮中心轴转动，套装偏心轴上的曲柄前后往复摆动，曲柄、连杆推动芯轴往复旋转，紧固在芯轴外端的左右摆杆往复运动，带动与摆杆铰接的左右臂杆伸缩。

臂杆在正半周沿轴心径向向前伸长其20％-30％，而与此同时，另一侧的臂杆处于后半周，沿轴心圆周回缩20％-30％，左右臂杆伸缩同时，因此使自行车前、后脚踏臂水平方向两端点长度，即左右脚蹬的相互距离保持不变，只是旋转圆心支点相对偏移，在人体两腿运动半径按现行自行车脚踏臂半径标准长度“17cm”保持不变的情况下，施力的半周力臂加长，而无功的半周缩短。可减少乘骑自行车体能消耗20％-30％，从而使人体能量得到充分合理利用。

本车还配置有重力推进器，自行车因路面条件下所产生的重力性垂直波动时，重力推进器将重力作用自动转换为水平驱动力，推动车辆向前行驶。

本车还配置有弹性蓄能器，在自行车行驶中减速刹车时，所产生的机械阻力通过传动机构，驱动弹性蓄能器存蓄能量；需要时弹性蓄能器存储的扭矩能量释放为驱动本车行驶。

重力推进器和/或弹性蓄能器也可安装于电动自行车或其它助力车，减少能耗。

本车还配置有倒车掣，当需倒车时，使后轮无阻倒退。

(四)附图说明

图1为本省力自行车的总体结构示意图；

图2为本省力自行车的脚踏臂自动伸缩机构结构示意图；

图3为图2A-A向剖视图，即中轴壳体偏心轴处剖视图；

图4为本省力自行车的行星变速器和重力推进器结构示意图；

图5为本省力自行车的伞齿轮啮合传动和重力推进器的结构示意图；

图6为省力自行车的弹性蓄能器结构示意图；

图7为本省力自行车的倒车掣结构示意图。

(五)具体实施方式

本实用新型的省力自行车实施例整体如图1所示，包括前后车轮、车架、车把，其脚踏臂一端与脚蹬铰接，其脚踏臂为脚踏臂伸缩机构1，还配置有重力推进器2，弹性蓄能器3和倒车掣4。

如图2所示，左右脚踏臂伸缩机构1各包括臂体1-1、臂杆1-2、摆杆1-3，与半轴5、芯轴6以及偏心齿轮7、偏心轴8、曲柄9共同使臂杆1-2伸缩。

套装于轴承上的左右半轴5-1、5-2安装于中轴壳体10的两侧端板的中心孔，中轴壳体10两侧端板是装配偏心轴8、曲柄9、左右半轴5-1、5-2、同步齿11进行同步旋转的支承构件，中轴壳体10要有一定的刚性，如可采用2～4mm钢板压制而成。左右脚踏臂伸缩机构1安装于左右半轴5-1、5-2的外端，臂体1-1为一端有孔的壳体，其内侧固装于半轴5外端，半轴5为中空轴，芯轴6滑配于其内。芯轴6外端铰接摆杆1-3，摆杆1-3与臂杆1-2一端铰接，臂杆1-2另一端从臂体1-1端孔中伸出，与脚蹬铰接。臂杆1-2为圆柱形杆，臂体1-1端孔为圆孔，臂杆1-2滑配在臂体1-1端孔中，二者之间有防尘密封。如图2、3所示，左右半轴5-1、5-2内端为齿轮，同轴的左右同步齿11与左右半轴5-1、5-2内端的齿轮啮合，左右同步齿11的中心轴通过轴承安装于中轴壳体10上，可自由转动。同轴的左右偏心齿轮7分别与左右半轴5-1、5-2内端的齿轮相啮合，左右偏心齿轮7的中心轴通过轴承安装于中轴壳体10上，可自由转动，偏心轴8与偏心齿轮7中心轴平行，其左右端套接于左右偏心齿轮7，曲柄9后端套装在偏心轴8上，曲柄9前端与连杆6-1铰接，连杆6-1与左右芯轴6内端铰接。

如图2、4、5所示，本车配有行星变速器。右半轴5-2同轴连接外环齿2-1，右半轴5-2上还套装太阳齿2-3，外环齿2-1与太阳齿2-3之间有与二者啮合的行星齿2-2，行星齿2-2的中心轴套装于中轴壳体10。太阳齿2-3与超越离合器14连接。超越离合器14与右半轴5-2上套装的伞齿轮13-1连接，伞齿轮13-2固装于与后轮毂连接的传动轴15上，伞齿轮13-1与伞齿轮13-2啮合。传动轴15插在中空的尾架12内。右半轴5-2带动外环齿2-1，通过行星齿2-2，带动太阳齿2-3、超越离合器14，超越离合器14传动伞齿轮13-1、伞齿轮13-2和传动轴15，带动后轮前进。

本车配置的重力推进器2结构如图2、4、5所示，避震弹簧16连接后尾叉和尾架12，在垂直弹性重力的作用下尾架12弹性震动。尾架12与中轴壳体10连为一体，中轴壳体10内壁有与外环齿2-1相啮合的凸齿。重力波动通过尾架12、中轴壳体10、外环齿2-1、行星齿2-2、太阳齿2-3、主伞齿轮13-1、副伞齿轮13-2、超越离合器14、传动轴15驱动后轮轴。

尾架12的运动使中轴壳体10同步震动，迫使外环齿2-1产生一定角度偏转，驱动行星齿2-2，、太阳齿2-3，太阳齿2-3传动超越离合器14，超越离合器14使与之连接的主伞齿轮13-1转动，带动传动轴15上的副伞齿轮13-2，瞬间驱动后轮轴旋转。当尾架12反弹时，太阳齿2-3反向旋转，超越离合器14处于滑动复位状态。

重力推进器2的主要传动部件均处于中轴壳体10内，使本车结构更为紧凑、稳定

本车配置的弹性蓄能器3结构如图6所示，包括刹车离合器3-1、后单向锁3-8、后蓄能簧3-7、释能控制器3-2以及超越离合齿3-5、前单向锁3-4、前盘簧3-6。

刹车离合器3-1套装于后轮轴上，行驶时刹车离合器3-1与后轮轴间为滑动，刹车时二者啮合。后轮轴上还固装可与刹车离合器3-1啮合的后单向锁3-8，后单向锁3-8只能向前进方向旋转。控制牵线3-9连接刹车离合器3-1与刹车手柄，刹车手柄可安装于车把上。释能控制器3-2中轴齿轮分别与后单向锁3-8与后蓄能簧3-7中轴啮合连接，释能控制器3-2阻力控制其中轴的转动，释能控制器3-2的释能线3-3另一端在车把上。当自行车刹车时，刹车手柄通过控制牵线3-9拉动刹车离合器3-1，使其与后轮轴啮合，驱动后单向锁3-8，连动后蓄能簧3-7中心轴，后蓄能簧3-7张紧蓄能。后轮轴因后单向锁3-8的阻力其转动减缓。当刹车手柄完全捏紧时，后轮轴完全停止转动。需要释放能量时，拉动释能控制器3-2上的释能线3-3，即调整释能控制器3-2中的磨擦阻力，其中轴转动，后蓄能簧3-7能量释放，经释能控制器3-2、后单向锁3-8，驱动后轮行驶。

本弹性蓄能器3也能存储倒蹬时的能量。左半轴5-1与超越离合齿3-5啮合，超越离合齿3-5后方有与之啮合的只能单向转动的前单向锁3-4，前单向锁3-4与前盘簧3-6的中心轴连接。前盘簧3-6与后蓄能簧3-7连动。

前蹬时超越离合齿3-5滑动。倒蹬时左半轴5-1驱动超越离合齿3-5带动前单向锁3-4，通过前盘簧3-6，张紧后蓄能簧3-7进行蓄能。倒蹬的能量也转换为蓄能器弹性能量。

本车配置的倒车掣4结构如图2、7所示，包括离合杆4-4、压簧4-1、回车线4-2、三星架4-3。

三星架4-3为外齿轮，与右半轴5-2同轴装配，行星齿2-2的中心轴固装于三星架4-3上，离合杆4-4有与三星架4-3相配合的内齿弧，离合杆4-4的一端套装于中轴壳体10上固定的轴上，另一端与回车线4-2连接。压簧4-1连接离合杆4-4内齿弧外侧与中轴壳体10。行驶时，压簧4-1压迫离合杆4-4的内齿弧与三星架4-3相啮合，三星架4-3固定，不能转动。行星齿2-2在外环齿2-1驱动下旋转，带动太阳齿2-3、超越离合器14，通过主副伞齿轮13-1、13-2和传动轴15驱动后轮。需要倒车时，拉动回车线4-2，离合杆4-4以一端的轴为中心转动与三星架4-3分离，三星架4-3随行星齿2-2转动，行星齿2-2围绕太阳齿2-3滚动，不能带动太阳齿2-3转动，超越离合器14处于空档滑动状态，后轮无阻倒退。放松回车线4-2，在压簧4-1作用下，离合杆4-4转回原位其内齿弧又与三星架4-3啮合。

Claims (9)

1一种省力自行车，包括前后车轮、车架、车把，其脚踏臂一端与脚蹬铰接，其特征为：

所述脚踏臂为脚踏臂伸缩机构(1)。

2根据权利要求1所述的省力自行车，其特征为：

左右脚踏臂伸缩机构(1)各包括臂体(1-1)、臂杆(1-2)、摆杆(1-3)，与半轴(5)、芯轴(6)以及偏心齿轮(7)、偏心轴(8)、曲柄(9)；

套装于轴承上的左右半轴(5-1)、(5-2)安装于中轴壳体(10)的两侧端板的中心孔，左右脚踏臂伸缩机构(1)安装于左右半轴(5-1)、(5-2)的外端，臂体(1-1)为一端有孔的壳体，其内侧固装于半轴(5)外端，半轴(5)为中空轴，芯轴(6)滑配于其内，芯轴(6)外端铰接摆杆(1-3)，摆杆(1-3)与臂杆(1-2)一端铰接，臂杆(1-2)另一端从臂体(1-1)端孔中伸出，与脚蹬铰接；同轴的左右同步齿(11)与左右半轴(5-1)、(5-2)内端的齿轮啮合，左右同步齿(11)的中心轴通过轴承安装于中轴壳体(10)上，同轴的左右偏心齿轮(7)分别与左右半轴(5-1)、(5-2)内端的齿轮相啮合，左右偏心齿轮(7)的中心轴通过轴承固装于中轴壳体(10)上，偏心轴(8)与偏心齿轮(7)中心轴平行，其左右端套接于左右偏心齿轮(7)，曲柄(9)后端套装在偏心轴(8)上，曲柄(9)前端与连杆(6-1)铰接，连杆(6-1)与左右芯轴(6)内端铰接。

3根据权利要求2所述的省力自行车，其特征为：

臂杆(1-2)为圆柱形杆，臂体(1-1)端孔为圆孔，臂杆(1-2)滑配在臂体(1-1)端孔中，二者之间有防尘密封。

4根据权利要求1或2所述的省力自行车，其特征为：

所述右半轴(5-2)同轴连接外环齿(2-1)，右半轴(5-2)上还套装太阳齿(2-3)，外环齿(2-1)与太阳齿(2-3)之间有与二者啮合的行星齿(2-2)，行星齿(2-2)的中心轴套装于中轴壳体(10)，太阳齿(2-3)与超越离合器(14)连接，超越离合器(14)与右半轴(5-2)上套装的伞齿轮(13-1)连接，伞齿轮(13-2)固装于与后轮毂连接的传动轴(15)上，伞齿轮(13-1)与伞齿轮(13-2)啮合。

5根据权利要求4所述的省力自行车，其特征为：

所述传动轴(15)插在中空的尾架(12)内。

6根据权利要求1或2所述的省力自行车，其特征为：

本车配置有重力推进器(2)，其包括避震弹簧(16)和中轴壳体(10)内的传动部件，避震弹簧(16)连接后尾叉和尾架(12)，尾架(12)与中轴壳体(10)连为一体，中轴壳体(10)内壁有与外环齿(2-1)相啮合的凸齿。

7根据权利要求1或2所述的省力自行车，其特征为：

本车配置有弹性蓄能器(3)，包括刹车离合器(3-1)、后单向锁(3-8)、后蓄能簧(3-7)、释能控制器(3-2)；

刹车离合器(3-1)套装于后轮轴上，行驶时刹车离合器(3-1)与后轮轴间为滑动，刹车时二者啮合，后轮轴上还固装可与刹车离合器(3-1)啮合的只能单向转动的后单向锁(3-8)，控制牵线(3-9)连接刹车离合器(3-1)与刹车手柄，释能控制器(3-2)中轴齿轮分别与后单向锁(3-8)与后蓄能簧(3-7)中轴啮合连接，释能控制器(3-2)的释能线(3-3)另一端在车把上。

8根据权利要求7所述的省力自行车，其特征为：

所述弹性蓄能器(3)还包括超越离合齿(3-5)、前单向锁(3-4)、前盘簧(3-6)；

左半轴(5-1)与超越离合齿(3-5)啮合，超越离合齿(3-5)后方有与之啮合的只能单向转动的前单向锁(3-4)，前单向锁(3-4)与前盘簧(3-6)的中心轴连接，前盘簧(3-6)与后蓄能簧(3-7)连动。

9根据权利要求1或2所述的省力自行车，其特征为：

本车配置有倒车掣(4)，包括离合杆(4-4)、压簧(4-1)、回车线(4-2)、三星架(4-3)；

三星架(4-3)为外齿轮，与右半轴(5-2)同轴装配，行星齿(2-2)的中心轴固装于三星架(4-3)上，离合杆(4-4)有与三星架相配合的内齿弧，离合杆(4-4)的一端套装于中轴壳体(10)上固定的轴上，另一端与回车线(4-2)连接；压簧(4-1)连接离合杆(4-4)内齿弧外侧与中轴壳体(10)，行驶时，压簧(4-1)压迫离合杆(4-4)的内齿弧与三星架(4-3)相啮合，三星架(4-3)固定；拉动回车线，离合杆(4-4)与三星架(4-3)分离，三星架(4-3)随行星齿(2-2)转动，行星齿(2-2)围绕太阳齿(2-3)滚动，超越离合器(14)处于空档滑动状态。

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