往復踏步式助力自行車的製作方法
2023-09-19 00:15:15 3
專利名稱：往復踏步式助力自行車的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種腳踏自行車，更具體地說，本發明涉及一種往復式腳踏自行車。
背景技術：
自行車因其經濟、方便、靈活、無汙染、停靠自由，而被中國的家庭和個人所廣泛採用。儘管隨著人們生活的改善，主流代步工具和代步機械不斷地升級換代從自行車向公交車、從公交車向摩託車、再從摩託車向私家轎車…這種發展趨勢正方興未艾，但伴隨之而來的能源短缺、環境汙染、交通擁堵等社會、自然、經濟等問題卻也正在成為制約這種發展趨勢的強大阻力。可以預測，在未來的幾十年裡，無論在中國的城市或農村，絕大部分人口還將把自行車當作最基本的代步工具。
即使在整個世界範圍內，自行車也因其上述的優點無處不在在發達國家，日益增加的人口採用自行車進行短距離的旅行、鍛鍊身體，在發展中國家如東南亞或欠發達國家如非洲，自行車仍然具有加速發展的市場和流行。
自行車屬於一種簡單代步機械，經過數百年的發展，儘管技術上已非常成熟穩定，很難出現技術上的重大突破，但是，目前市售的自行車具有如下缺點1)多採用腳踏圓周驅動方式，相當於人作大跨度跑步，運動劇烈，肌肉高度收縮運動，能耗極大，人極易疲勞。2)腳踏柄短，有效力臂短。由於腳踏作圓周運動，支點(軸心)位置及力臂(腳踏柄/曲柄)是不能有較大改變的，否則不能乘騎。3)由於腳踏作圓周運動，所以有效力臂從零---最大---零---(從腳踏成垂直狀態起計)作循環變化，會有″死點″、″盲點″出現，持續施力性差，有用功效小。當出現死點、盲點時，無論用多大的力都是無用的，因為有效力臂為零或接近零。4)安全性、穩定性差。由於車架等各部分都是固牢的，重心較高難於控制。5)有損人體的身體鍵康。由於施力時，前腳伸得較前，所以，身體要斜靠向前才能有效施力。但是，這樣會使人的腰、盤骨、外生殖器等受過度擠壓，尤其是青少年受影較大。6)視角小危險性較高。在踏行中，人的上身是向前傾斜的，影響視線及判斷。7)在行駛中，輪胎被刺爆或漏氣時危險性極高。因此，實際中針對其的技術創新仍然層出不窮。
針對自行車的人力驅動方式的改進就有很多，其中很多是針對傳統的腳踏圓周驅動方式中，腳踏板牙盤鏈輪在圓周轉動中的相當部分弧度上是在作無用功，因而降低了做功和傳動效率的缺點而進行的；這種改進主要著眼於將作無用功部分的弧度省去，代之以往復式腳踏做功，腳在回縮的過程中可得到輪換休息。
其中一類是僅僅將腳踏圓周驅動方式改進為往復式腳踏驅動方式，但仍然保留傳統的牙盤鏈輪和鏈條傳動來驅動後輪。此類改進的文件如申請號為93106155.5的中國專利文件公開了一種人力自行車往複合力驅動裝置，該結構仍然保持了牙盤鏈輪和鏈條傳動來驅動後輪的方式，而且其中採用了行星齒輪機構或錐齒輪機構，結構複雜，實施複雜，傳動機構重量增加大，傳動效率受到影響。
此類的改進文件還有專利號為87211284.U的中國專利文件公開了一種具有新穎結構的往復式無級變速裝置，但是其無級變速裝置中仍然需要採用鏈輪和鏈條並結合四連杆結構才能實現，內部鏈輪條傳動複雜、低效，輸出輪與驅動軸之間還需要鏈輪傳動出去，因此傳動效率難以提高，自重太大，裝配困難。
此外還有專利號為87213215.U的中國專利文件公開了一種椅式自行車，該裝置仍然保留了鏈輪鏈條傳動來驅動後輪，效率提高有限，而且曲柄連杆容易出現死角，影響改進效果。
專利號為93221185.2的中國專利文件公開了一種自行車往復式腳踏省力機構，該車腳踏曲柄上的滑槽與鏈輪曲柄間的鉸鏈滑動配合明顯存在著滑動摩擦損耗過大的問題，而保留下來的鏈輪鏈條傳動的低效率問題仍存在。
專利號為94217138.1的中國專利文件公開了一種省力平座式自行車，但其增力傳動裝置需要增加至少兩套鏈輪機構和相應長度多次彎折的鏈條，機構笨重繁複，得不償失。而且仍然保留原來的鏈輪鏈條傳動，低效率問題仍存在。
專利號為96211258.5的中國專利文件公開了一種弧往復式省力增變速自行車，該裝置除了仍然保留原來的一套鏈輪鏈條傳動，又增加了一套大牙盤鏈輪和一套鏈條、飛輪，低效率問題更加突出。
專利號為95241926.2的中國專利文件公開了一種曲柄往復式自行車傳動機構；專利號為99203032.3的中國專利文件公開了一種往復式驅動的腳踏車；專利號為98245691.3的中國專利文件公開了一種往復式驅動的腳踏車；專利號為02285256.5的中國專利文件公開了一種腳踏節能驅動裝置；上述這些改進均具有將往復運動轉變為圓周運動的轉變機構，這些轉變機構不同方式和程度地具有機構笨重、效率不高問題，而且均保留了原有的鏈輪牙盤和鏈條飛輪機構，傳動效率提高有限或低下。
往復式踏板驅動改進中，除了上述一類改進外，還存在一類將原有的鏈輪牙盤和鏈條飛輪機構統統取消了的改進裝置，如申請號為00122105.1的中國專利文件公開了一種自行車往復踏板無級變速驅動裝置。該驅動裝置由小齒輪、扇形的主動嚙合輪、搖臂、內支架、組合銷、調節螺杆、摩擦輪、彈簧頂塊、復位機構、腳踏板組成的自行車往復踏板無級變速驅動裝置，其搖臂在腳踏板作用下擺動時，帶動組合銷和與之相聯結的扇形的主動嚙合輪擺動，使得與其嚙合的小齒輪轉動，可連續調節組合銷的位置，平滑改變扇形的主動嚙合輪的擺幅和小齒輪的轉角，實現無級變速。據稱該裝置受力位置好，輕快省力，沒有死點，佔用空間小，無級變速簡易可靠，可設置於自行車後輪由單人驅動；也可採用複合方式設置由二人或多人驅動；還可設置於前輪驅動以及前後輪分別驅動。該裝置較之前述的一類許多實例而言，完全取消了將傳統自行車的鏈輪牙盤、鏈條和飛輪機構，從此方面來說，機構得到了相當程度簡化。但是該裝置由與其搖臂特殊的支承位置和結構等原因，必須採用復位機構來幫助左右兩塊扇形的主動嚙合輪及搖臂實現上下位置的交替，而該復位機構是一條鋼絲套管(鋼絲拉繩)，顯然，這樣的鋼絲在騎行過程中頻繁用力的拉動下將很容易被其外的套管磨損，復位傳動的效率及實用性都很低。
發明內容針對現有技術的上述缺點，本發明所要達到的技術目的之一是要提供一種簡單實用、機構輕巧、傳動高效省力、騎行舒適的往復踏步式助力自行車。
本發明所要達到的另一技術目的是要提供一種帶助力電動機、而且結構簡單、離合輕捷、傳動高效、實用輕巧的往復踏步式助力自行車。
本發明所要達到的又一技術目的是要提供一種車架在行駛中易於控制、安全平穩、防震性能好、輪胎防爆性能好的往復踏步式助力自行車。
為此，本發明的技術方案是一種往復踏步式助力自行車，該往復踏步式助力自行車包括車架、座椅、轉向把手、剎車機構、可轉向前輪、驅動用後輪及後輪軸、輪胎，車架的左右兩側均設有一根踏柄及其腳踏板和扇形主動嚙合輪，所述後輪軸左右兩邊上的單向飛輪的外圈嚙合齒分別和同側的扇形主動嚙合輪相嚙合，而腳踏板固定在所述踏柄的前端，所述扇形主動嚙合輪固定在踏柄的後端，在所述踏柄的兩端之間的柄體上開有銷孔，在車架上連接有柄銷，所述踏柄通過該銷孔和柄銷而鉸接在車架上；主動嚙合輪為內齒圈結構或內弧鏈條段結構，所述單向飛輪外圈為齒輪或鏈輪，踏柄連接在該扇形主動嚙合輪的端面或外圈面上；腳踏板一邊上設有邊鉤。本發明的往復蹬踏驅動機構中，內齒圈以其內圈而非外圈與外齒輪相嚙合，這樣能夠使踏柄的安裝尺寸、長度結構和力學結構更為合理，並為下述的傳動機構簡化奠定基礎。與內齒圈以其內圈而非外圈與外齒輪相嚙合完全類似，內弧鏈條段結構，是一段傳統的鏈條弧段焊接在扇形的框架結構上，並以鏈條弧段的內圈而非外圈與鏈輪相嚙合。如前述大多數的改進那樣，大多數人們只把傳統的圓周踏蹬驅動方式改進為往復式踏蹬驅動就認為大功告成了，但這樣的改進始終需要往復式直線位移轉變為圓周運動，經過實踐證明，這種運動方式的轉換機構總是很複雜、笨重，而且一般能量轉換效率並不高。再加上原來效率低下的牙盤鏈輪、鏈條傳動機構，改進裝置的總體效率並不高甚至還會下降，因此，此類改進方案至今不能被商業化。而鮮有的將牙盤鏈輪、鏈條傳動機構完全取消、令腳蹬上的齒輪直接驅動後輪飛輪轉動的一例實施例，雖然較為創新，但又沒能妥善解決左右腳蹬依次上下復位的問題，因此，也不具有實用性。
而本發明的改進既完全取消了牙盤鏈輪、鏈條傳動機構，同時，把腳踏柄大幅加長，將支承踏柄的銷孔和柄銷開設在腳踏板、扇形的主動嚙合輪之間，利用腳踏板和與單向飛輪嚙合的扇形的主動嚙合輪的重量相互平衡(弧形齒這一端略重)，只需藉助腳踏板一邊的邊鉤，就能用腳面輕易快速地將已踩下的腳踏板重新抬上來以備下次蹬踏。因此，本發明的裝置省略了原有的往復復位機構，機構具有更加簡單實用、輕巧省力、傳動高效的優點，而且，本發明可讓座椅適當向車前部調整，使落腳舒適，騎行輕鬆。
為進一步強化本發明的上述基本優點，本發明採取如下較具體改進措施銷孔及柄銷的位置處在所述踏柄、腳踏板和扇形的主動嚙合輪形成的剛性體的重心或稍前部位；所述柄銷的位置處在所述車架的後下部較靠近後輪軸心。這樣腳踏柄就可以做得特別長，騎行特別省力，更有利於腳踏板輕巧地往復上下、更有利於座椅在車架上的調整。
為了使本發明的自行車能夠在推行過程中進退自如，本發明採用兩級串聯的單向結構把單向飛輪整合成全自動飛輪離合器即在傳統的單向飛輪這一單向驅動環節之外再加一個單向驅動環節，即所述後輪是與位於其中央的驅動輥直接固接的，該驅動輥左、右兩端上固連有直徑較小的輪軸套，所述輪軸套與所述後輪軸之間設有滾動軸承，所述驅動輥左、右兩端的端面上或輪軸套上分別設有單向棘齒輪；兩個所述單向飛輪的內圈分別活動配合在同側的輪軸套上，兩側單向飛輪上均設有與該側的單向棘齒輪相嚙合的單向棘爪。具體結構即所述單向棘齒輪設在所述驅動輥的的端面上，所述單向棘爪依序包括設置在單向飛輪內圈端面上的棘齒盤和軸向頂推該單向飛輪的彈簧圈，所述彈簧圈與所述單向飛輪共軸且被限定在與所述後輪軸緊固連接的止推盤內側。這樣，由原來的一級單向飛輪再加上一級單向棘齒輪與單向棘爪的單向驅動結構，不但能驅動自行車飛快前行，還能讓腳踏板輕鬆回到上位、讓後輪能輕鬆地倒轉而不致讓後輪帶動單向飛輪以至驅動踏柄倒轉使腳踏板向上轉動卡死。因為，一個單向棘輪爪機構總是存在兩個主被動驅動關係和方式，通過兩級串聯的蹬踏單向驅動器，就能消除另一不需要的向後轉動的主被動驅動關係和方式，而僅剩下唯一所需的向前轉動的主被動驅動關係和方式，使車子操作更方便。而且在傳統的兩個單向飛輪的外側軸上，各固有一單轉向止推盤，在該單轉向止推盤與所述單向飛輪之間裝有推力彈簧圈，該推力彈簧圈使所述單向飛輪內圈端面棘齒盤與所述驅動輥外端面棘輪可靠地嚙合。同時，在需要倒車時，後車輪帶動單向飛輪向後轉動，而在最外面的單轉向的止推盤是不能倒轉的，單轉向止推盤通過螺紋導向槽把單向飛輪往回拉，壓縮彈簧並使單向飛輪內端面棘輪(爪)與所述驅動輥外端面棘輪(爪)拉開，從而使後輪倒轉(倒車時)不帶動所述單向飛輪，這樣，後輪雖然能帶動驅動輥端面向後轉動，但是由於驅動輥的端面上的棘齒輪與單向棘爪間克服彈力而打滑，因此無法帶動單向飛輪以及踏柄轉動。
為強化本發明的上述基本優點，本發明進一步採取如下較具體改進措施所述的止推盤與所述後輪軸之間也設有單向棘輪機構；所述的驅動輥一側還固接有剎車碟。止推盤與後輪軸之間的單向棘輪機構能使單向飛輪轉動和軸向進退更加自如。在此基礎上還可以在止推盤與單向飛輪之間設置促進單向飛輪作軸向進退的配合螺紋。
為實現本發明的另一技術目的，本發明在所述後輪的輪輻上設有與該後輪圈同心的驅動齒圈，所述踏步式助力自行車上還設有蓄電池和電動機，所述電動機通過鏈條傳動機構帶動末端鏈輪再經單向驅動的小飛輪帶動外齒輪與所述驅動齒圈相嚙合，末端鏈輪、小飛輪、外齒輪均動配合在同一短軸上，所述末端鏈輪或外齒輪與小飛輪之間同心地固連成為一體。本發明採取電動驅動與腳踏驅動分開的傳動機構，在後輪上再設置一驅動齒圈，利用集成在一短軸上的末端鏈輪、小飛輪、外齒輪單向地驅動齒圈和後輪轉動。因為驅動齒圈可以作到較大直徑，這樣有利於簡化人、機驅動、傳動機構，把電動驅動力臂大幅增加，起動牽引力特別大，正常行駛後就可達超低量能耗，還便於將電動機以及蓄電池從傳統的車架最低位置裝設到車架的最高位置上，增加電動機構的防水、越野能力和安全性能、使用壽命。
齒圈的具體結構即所述驅動齒圈為設在所述後輪圈的內環面上的內齒圈，或者所述驅動齒圈為固定在所述後輪的輪輻條上的外齒圈。
為了便於電動機構靈活及時地與後輪圈間切換離合以及剎車，還為了利用後輪慣性轉動的能量進行發電，增加一級單向機構，本發明採用末端鏈輪或所述外齒輪軸向固定在所述短軸上，而其中另一則可相對彈性滑動地裝配在所述短軸上，在所述末端鏈輪與所述外齒輪之間還設有一套彈性可離合單向棘輪機構。
在本發明實施例中，該套彈性可離合單向棘輪機構與原常嚙合單向棘輪機構具體結構如下末端鏈輪與小飛輪之間同心地固連成為一體，外齒輪軸向固定在所述短軸上，而末端鏈輪則可軸向滑動地裝配在所述短軸上；所述的小飛輪包括兩套單向棘輪機構，其中一套常嚙合單向棘輪機構是設在小飛輪輪圈的內環面與所述外齒輪的軸套外環面之間；另一套可離合單向棘輪機構是設在所述小飛輪輪圈內的末端鏈輪的端面與所述外齒輪的軸套的對應端面之間，且所述小飛輪輪圈內的末端鏈輪的端面與所述外齒輪的軸套的對應端面之間設有推簧及相應的反推機構，該反推機構與剎車機構聯動，這樣就整合成小飛輪離合器了。需要時，啟動電動機就能通過鏈條帶動小飛輪驅動自行車；所述電動機為可發電式電動機；所述短軸裝配在所述車架上。這樣，當後輪需要剎車或需要利用慣性轉動的後輪發電時，只要帶動反推機構將外齒輪與小飛輪輪圈推合攏來，慣性旋轉的後輪通過驅動齒圈就能帶動外齒輪與小飛輪輪圈轉動而通過鏈條將能量傳遞給可發電電動機，將電能直接利用或存儲到蓄電池中。蓄電池中的電能又能在需要時帶動電動機驅動自行車。
因此本發明提供了一種電動機助力、而且結構簡單、離合輕捷、大力矩驅動、傳動高效、實用輕巧並且能發電的的往復踏步式助力自行車。
為提供一種車架防震性能好在行使中安全平穩、操控性強、輪胎防爆性能好的往復踏步式助力自行車，實現本發明的又一技術目的，本發明的車架包括前三角架和後三角架，所述的前三角架包括前管、上管、下管、後立管，所述的後三角架包括立叉、平叉，所述前三角架的後立管的下端和/或下管的後端和後三角架的平叉的前端之間通過連接銷鉸接連接；在所述的上管後端與後立管之間為彈性連接，所述的立叉頂部與後立管上端之間也為彈性連接。這樣，剎車情況下，前輪因為慣性仍然前衝而能與後輪拉開距離，使重心降低，更易操控，形成一種更加安全、彈性強勁的應急狀態，從而提高了操作簡易性，增強了越野性、防震性。此外，本發明輪胎的截面自內向外依次包括輪圈、PU發泡胎和充氣膨脹外胎。這樣一旦爆胎，不致造成過大的失控，極大增加了安全性能。本發明實施例的轉向把手(龍頭)與前輪架間連接做成槽形(規則或異型)使轉向把手可前後上下調整，視野開闊、騎乘舒適；本發明的裝置把腳踏柄(曲柄)大幅加長達0.48米或更長(如0.6米、0.7米等)；把支點(軸心)靠近後輪軸心，並使腳踏柄小角度轉動；踏柄另一端焊接驅動齒條；飛輪外齒做成數齒如六齒或五齒等；在後輪兩則各有一套獨立的驅動機構；腳踏驅動飛輪整合成全自動飛輪離合器；坐椅大幅向前移，使腳踏接近或直接在人體重心之下；後輪車架、坐椅支撐架、前輪架之間裝有避震器且可轉動；車頭(龍頭)與前輪架間連接做成槽形(規則或異型)使其可前後上下能調整；若加裝車尾，車尾與後輪架間也用避震器連接。
電動助力機構中的驅動齒圈直接做在車輪圈上，把電動機固定於後車架上，把傳動外齒輪整合成飛輪離合器，有需要時才通過鏈條帶動電動機，而電動機在任何時侯都能帶動飛輪，同時把電動機帶動齒與傳動齒做成鏈盤組，以方便進行外部調速及調整驅動力矩，剎車時能利用電動機進行發電，給電池充電，也可當發電機作應急發電使用。
本發明在傳統車輪真空胎內加裝PU發泡輪以增加防震、防爆效果。
本發明自行車的分部分的優點敘述如下A-蹬踏驅動部分一)與傳統自行車相比1)變速省力。大力矩驅動，充分利用槓桿原理，大幅加長力臂(踏柄)長達0.48米或更長(此處為方便計算比較，實際可取0.5米、0.6米、甚至0.7米等等)，有效力臂≥0.48-0.13＝0.35米，其中，0.13米為驅動齒條轉動半徑，現有車力臂長為0.16米，有效力臂為0.16-0.075＝0.085米，其中0.075米為腳踏鏈盤半徑。所以，有效力臂之比為0.35÷0.085＝4.118倍。
2)符合人體工學。腳踏踏步式小角度轉動，與人體的活動習慣相適應。上下轉動總夾角≤60度，使踏力始終接近垂直或垂直力臂(踏柄)，有效功率最大化，運動量達最小，節省體力。
3)適用面廣、效率及頻率高。左右獨立雙驅動結構，大幅增加效率及頻率，可同時施力，也方便人們的左右腳用力不同的習慣(甚至其中一腳有殘疾的人也能乘騎)，踏動頻率可不同，以提高人們乘騎的樂趣。即使一個驅動系統出現故障，另一個亦能正常使用。
4)速度快、阻力小。採用齒輪嚙合驅動，飛輪齒數可少至五齒。大大優化齒數比，傳動速度更快。無需鏈條傳動，大幅減少中間阻力及故障率。
5)機械性能優。驅動齒與飛輪可輕易達到最優齒數比及合理模數。
6)能「借力」驅動。由於坐椅大幅向前移動，使腳踏接近或直接在人體重心之下，充分利用人體的自身重力來作驅動。
7)進退自如。創造整合了自動飛輪離合器，進退自動轉換，特別是倒車時，腳踏可不轉動。
8)有用功效高，結構科學，更易驅動。由於採用長槓桿驅動齒輪結構，並且人的重心前移，後輪的承載重量減少，相應地各種阻力也減少，更有利後輪驅動。
9)利用人體自身重量來驅動作功。現有自行車腳踏至前水平時，腳要前伸320MM，即人體重心至前腳踏有320MM距離(人體重心至腳踏軸心有160MM，加上腳踏運動半徑160MM).由於前後腳跨度大，要向前腳踏施力，就要彎腰，身體斜靠向前，須出″非常大″的力才行。以至於現行的爬山車、公路車的車頭做得很低，騎車人要把身體斜靠向前，使人的重心向前儘量接近腳踏板，才覺得有力可用；這樣，騎車人極易疲勞，且易使人的腰、盆骨、外生殖器等受過度擠壓，對人體的生長發育有較大的損害，尤其是外生殖器官及骨骼機構。根本談不上騎車樂趣。
研究與實踐表明，人們做的所有較為劇烈的運動中，原地踏步是最省力最持久的運動，最符含人體工學。比較現有自行車，本發明自行車的坐椅可以大幅向前移，使得人體重心處於腳踏的正上方，騎車人可完全避免上述問題。在驅動自行車時，就象人坐在椅子上要站起身的過程一樣，顯得非常自在省力，甚至覺得不用″出力″，完全靠人體自身重量來驅動就已足夠。由此可見本發明的踏步式驅動結構，才真正適應人們的生活習慣及人體工學的原理，實現了騎車人的樂趣。與現有技術的自行車相比，此結構省力也能達兩倍。而連續騎行的持久性則達數倍之久。
B-電動驅動部分1)本發明採取電動驅動與腳踏驅動分開為兩個互相獨立的傳動系統，而電機在任何時侯都能帶動飛輪驅動後輪。
2)特大力矩驅動。由於把動齒直接做在輪圈上(內、外側)，也即把力臂大幅增加，力臂比現有車長達2～10倍(與輪圈大小有關)。相應地，電機功率不變，牽引力將增加2～10倍。通過本發明裝置輸出的牽引力比現有車大若干倍，有望將現有電動車動力性能的提升達到或超過摩託車。
3)超低量能耗。由於驅動力矩大，動齒半徑大，而驅動齒徑小，各種阻力極小，正常行駛後就可達超低量能耗(能達能量損耗的最小極限)。
4)高通過能力、電機安全性高。由於把電機前置於後支架上，將電動機以從傳統的車架最低位置裝設到車架的最高位置上，增加電動機構的防水、越野能力和安全性能、使用壽命。
5)省力，人力驅動易。比驅動現有自行車能省力達四倍或以上。由於長力臂大力矩驅動並且把傳動齒整合成全自動飛輪離合器，有需要時才聯動電機，以達到減少或增加阻力的效果。故，在很多情況下都不需要帶動電機運轉。如①電池無電時；②人力驅動時；③下小斜坡時；④為節約電能另做它用時等。特別是人力驅動時，完全消除為驅動電機所用之力以及電機轉動時所產生的電磁感應力。所以，僅此項就可大幅降低各種能量損耗。
6)速度快慢可調。除可控電機調速外，也可在外部調控速度及驅動力矩。可直接在驅動齒組(在馬達軸上)通過鏈條與傳動齒組進行外部調速及調整驅動力矩(與現行變速自行車原理同樣，但更簡單方便易用)。
7)剎車儲能，物盡其用。剎車時，首先進行斷電，然後使飛輪離合器嚙合帶動電機使電機變成發電機，經恆流源電路給電池充電，使動能轉變成電能，實現能量合理循環利用，延長電池的續航能力，實現物盡其用，一機〔電機〕多用。
8)高安全性、低使用成本。剎車時，首先斷電，然後使飛輪離合器嚙合(帶動電機)發電儲能，增大阻力，使車輛有效減速，減少剎車片的損耗，降低使用成本，同時提高制動效果，安全性當然也大幅提高。
9)當發電機使用---發電用來照明，作應急通訊電源，等等。並且腳踏長力臂大力矩驅動，非常省力且高效。
C-安全防震車架部分1)全能防震。前輪架、坐椅支撐聯接架、後輪架之間都可轉動且它們之間有避震器聯接，所以，有極佳的防震吸能作用。
2)高操控性能。剎車或下坡時，〔兩輪〕軸距加大。剎車越急，軸距越大。極大地提高操控能力和行車安全穩定性。
3)高安全穩定性。剎車或下坡時，重心降低。剎車越急，重心越低。進一步大幅提升行車安全穩定性和操控性能。
4)高舒適度。車頭(龍頭)前、後、高、低可調，以適應不同的使用環境，調整人體的最佳運動狀態，以及調節人們的舒適度。所以，乘坐舒適樂趣多，激發人們的環保意識，更有效地達到代步、健身、休閒、保護環境等效果。
5)視野開闊。騎行中，人象坐在舒適的坐椅上一樣，判斷靈活準確，行駛安全。
D-防爆輪部分本發明在真空胎內加裝PU發泡輪，從而有效地避免在行車中爆胎或漏氣時所遇的危險。
總之，本發明的的結構改進具有實施簡便、有效、成本低廉的優點，特別適用於兩輪三輪或多輪的自行車\電動助力自行車(電動車)，或需人力驅動的其它工具等等。
以下，結合具體實施例和附圖對本發明的技術解決方案作進一步說明。
圖1為本發明的往復蹬踏驅動裝置實施例的結構示意圖。
圖2為往復蹬踏驅動裝置中齒輪式蹬踏單向驅動器的剖視示意圖。
圖3為圖2中齒輪式蹬踏單向驅動器的立體爆炸圖。
圖4為往復蹬踏驅動裝置中鏈輪式蹬踏單向驅動器的剖視示意圖。
圖5為本發明的電動機助力驅動裝置實施例的結構示意圖。
圖6為電動機助力驅動裝置中電動單向驅動器的剖視示意圖。
圖7為圖6中電動單向驅動器的立體爆炸圖。
圖8為本發明防爆輪胎實施例結構的剖視示意圖。
圖9為本發明車架實施例的立體示意圖。
圖10為本發明整車實施例的結構示意圖
具體實施方式
實施例1如圖1所示為一種往復踏步式助力自行車的往復蹬踏驅動裝置500，其包括驅動用後輪510及後輪軸520、驅動用後輪510上具有與前輪相同的輪圈430和輪胎400，車架100的左右兩側分別設有一根踏柄540(僅示出其中之一)、固定在踏柄540上的腳踏板541和內齒圈結構的扇形主動嚙合輪542、與所述扇形主動嚙合輪542相嚙合的帶嚙合齒的單向飛輪543，而腳踏板541固定在踏柄540的前端，扇形主動嚙合輪542固定在踏柄的540後端，在踏柄540的兩端之間的柄體上開有銷孔，在車架100上連接有柄銷544，踏柄540通過該銷孔和柄銷544而鉸接在車架100一側上；踏柄540通過三個螺杆547連接在扇形的主動嚙合輪542的端面上；所述腳踏板540一邊上設有邊鉤545，在車架100上還固定有一限定踏柄540上位極限的限位彈簧546和一限定踏柄540下位極限的限位擋548。
銷孔及柄銷544的位置處在踏柄540、腳踏板541和扇形的主動嚙合輪542形成的剛性體的重心部位；柄銷544的位置處在車架100的後下部。
實施例2如圖2、3，所示為往復蹬踏驅動裝置500的兩級串聯的齒輪式蹬踏單向驅動器，其包括後輪510中央直接固接的單向驅動的驅動輥521，該驅動輥521左、右兩端上固接有輪軸套5210，輪軸套5210與後輪軸520之間設有滾動軸承522，驅動輥521一側固接有剎車碟524；驅動輥521左、右兩端的端面上分別設有單向棘齒輪5211；左、右兩個單向飛輪543包括外圈齒輪5435和傳統的單向棘齒機構-包括設在單向飛輪543外環面上的棘齒環5432和設在單向飛輪543的內圈5430上的彈性棘爪5431，分別活動配合在同側的輪軸套5210上的內圈5430，此外，兩側單向飛輪543上均設有與該側的單向棘齒輪5211相嚙合的單向棘爪，該單向棘爪依序包括設置在單向飛輪543內圈5430端面上的棘齒盤5434和軸向頂推該單向飛輪543的彈簧圈5433，彈簧圈5433與單向飛輪543共軸且被限定在與後輪軸520緊固連接的止推盤523內側。
止推盤523與後輪軸520之間也設有單向棘輪機構及其棘爪5230和滾動軸承5231；止推盤523與單向飛輪543之間通過螺紋導向槽5231相互活動配合。
其中，圖3中未能清楚表現出來的傳統設在單向飛輪543內環上的單向棘齒機構的棘齒環5432以及彈性棘爪5431與以下圖6中所示的棘齒圈671與彈性棘齒681結構一致，可參見圖6。
實施例3如圖4，所示為往復蹬踏驅動裝置500的兩級串聯的鏈輪式蹬踏單向驅動器，由於扇形主動嚙合輪542還可以是內弧鏈條段結構(不詳示)，因此，與內弧鏈條段嚙合輪542相嚙合的為鏈輪外圈式的單向飛輪543和蹬踏單向驅動器，其包括後輪510中央直接固接的單向驅動的驅動輥521，該驅動輥521左、右兩端上固接有輪軸套5210，輪軸套5210與後輪軸520之間設有滾動軸承522，驅動輥521一側固接有剎車碟524；驅動輥521左、右兩端的端面上分別設有單向棘齒輪5211；左、右兩個單向飛輪543包括外圈鏈輪5435』和傳統的單向棘齒機構-包括設在單向飛輪543外環面上的棘齒環5432和設在單向飛輪543的內圈5430上的彈性棘爪5431，分別活動配合在同側的輪軸套5210上的內圈5430，此外，兩側單向飛輪543上均設有與該側的單向棘齒輪5211相嚙合的單向棘爪，該單向棘爪依序包括設置在單向飛輪543內圈5430端面上的棘齒盤5434和軸向頂推該單向飛輪543的彈簧圈5433，彈簧圈5433與單向飛輪543共軸且被限定在與後輪軸520緊固連接的止推盤523內側。
止推盤523與後輪軸520之間也設有單向棘輪機構及其棘爪5230和滾動軸承5231；止推盤523與單向飛輪543之間通過螺紋導向槽5231相互活動配合。
其中，圖3中未能清楚表現出來的傳統設在單向飛輪543內環上的單向棘齒機構的棘齒環5432以及彈性棘爪5431與以下圖6中所示的棘齒圈671與彈性棘齒681結構一致，可參見圖6。
實施例4如圖5所示為電動機助力驅動裝置600，該裝置600包括後輪510的輪輻上設的與該後輪圈430同心的驅動齒圈610，驅動齒圈610為設在後輪圈430的內環面上的內齒圈；該踏步式助力自行車上還設有蓄電池620和可發電式電動機630，在電動機630與蓄電池620之間還連接有向蓄電池620充電的充電器(不詳示)；該電動機630被裝配在車架100的電動機安裝架631上並通過鏈條640、中間鏈輪650帶動末端鏈輪660相嚙合；末端鏈輪660與小飛輪670之間同心地固連成為一體並和外齒輪680均活動配合在同一短軸690上(參見圖5)，短軸690固定在車架後部上，末端鏈輪660經單向驅動的小飛輪670帶動外齒輪680與驅動齒圈610相嚙合；末端鏈輪660為幾個具有不同直徑和齒數但平形並列地固接在同一軸套上的變速鏈輪組。
實施例5如圖6、7所示為電動機助力驅動裝置600中兩級串聯電動單向驅動器，相互同軸固連成為一體的末端鏈輪660與小飛輪670和外齒輪680分別通過滾動軸承675和滾動軸承676活動配合在同一短軸690上，其中外齒輪680與短軸690間為軸向緊固連接，外齒輪680一端上固接有軸套683；末端鏈輪660及小飛輪670與短軸690間為軸向滑動連接；小飛輪670相關的結構包括兩套單向棘輪機構，其中一套常嚙合單向棘輪機構是由小飛輪670內環面上的棘齒圈671與外齒輪680的軸套683環面上的彈性棘齒681裝配而成；另一套可離合單向棘輪機構672是由設在小飛輪670輪圈內的末端鏈輪660端面上的棘齒環672與外齒輪680的軸套683的對應端面上的棘齒環682之間裝配而成，且輪圈670內的末端鏈輪660的端面與外齒輪680的軸套683的對應端面之間設有推簧673及相應的反推機構674，該反推機構674為與剎車機構(不詳示)聯動的軸套結構。
實施例6如圖8所示為防爆輪胎400橫截面的結構，輪胎400的截面圖自外向內依次包括充氣膨脹外胎410、PU發泡胎420和輪圈430，該輪圈430是位於後輪510和前輪的最外圍的剛性圈體。
實施例7如圖9所示為本發明一種往復踏步式助力自行車的車架100實施例，該車架100包括前三角架110和後三角架120，前三角架110包括前管111、上管112、下管113、後立管114，後三角架120包括立叉121、平叉122，前三角架110的後立管114的下端及下管113的後端和後三角架120的平叉122的前端之間通過連接銷130鉸接連接；在上管112後端與後立管114之間為彈性鉸鏈131連接，立叉121頂部與後立管114上端之間也為彈性鉸鏈131連接。
車架100的左右兩側分別設有往復蹬踏驅動裝置500(僅示其一)，在踏柄540的兩端之間的柄體上開有銷孔，在車架平叉122後部上設有柄銷544，踏柄540通過該銷孔和柄銷544而鉸接在車架100上；電動機630被裝配在車架100的電動機安裝架631上，蓄電池(此圖不詳示)也被裝配在車架100上部；末端鏈輪660、小飛輪670和外齒輪680共同裝配於其上的短軸690被裝配在後三角架120的後部的側片691上。
驅動用後輪510及輪胎400通過後輪軸520裝配在後三角架120的後端即立叉121後端與平叉122後端的交匯部。
座椅200(不詳示)被安裝在後立管114的上端，轉向把手300(不詳示)被安裝在前管111的上端；車架100還包括擱架140。
實施例8如圖10所示為本發明一種往復踏步式助力自行車整車實施例的結構示意圖。
該往復踏步式助力自行車包括安裝在車架上的座椅200、轉向把手300、剎車機構(不詳示)、可轉向前輪等；該往復踏步式助力自行車的車架100包括由前管111、上管112、下管113、後立管114、立叉121、平叉122、擱架140等組成，其中往復蹬踏驅動裝置500包括驅動用後輪510、後輪胎400，車架的左右兩側分別設有一根踏柄540以及固定在踏柄540上的腳踏板541和扇形的主動嚙合輪542等；在踏柄的兩端之間的柄體上開有銷孔，在車架上連接有柄銷544，踏柄540通過該銷孔和柄銷544而鉸接在車架上；踏柄540通過與剎車碟524固連的驅動輥驅動後輪510；電動機助力驅動裝置600包括後輪510的輪輻上設的與該後輪圈同心的驅動齒圈610，蓄電池(不詳示)和電動機630，電動機630通過中間鏈輪650、末端鏈輪660等驅動齒圈610。
權利要求
1.一種往復踏步式助力自行車，該往復踏步式助力自行車包括車架(100)、座椅(200)、轉向把手(300)、剎車機構、可轉向前輪、驅動用後輪(510)及後輪軸(520)、輪胎(400)，所述車架(100)的左右兩側均設有一根踏柄(540)及其腳踏板(541)和扇形主動嚙合輪(542)，所述後輪軸(520)左右兩邊上的單向飛輪(543)的外圈嚙合齒(5435)分別和同側的扇形主動嚙合輪(542)相嚙合，其特徵在於所述腳踏板(541)固定在所述踏柄(540)的前端，所述扇形主動嚙合輪(542)固定在所述踏柄(540)的後端，在所述踏柄(540)的兩端之間的柄體上開有銷孔，在所述車架(100)上連接有柄銷(544)，所述踏柄(540)通過該銷孔和柄銷(544)而鉸接在所述車架上(100)；所述的主動嚙合輪(542)為內齒圈結構或內弧鏈條段結構，所述單向飛輪(543)外圈為齒輪或鏈輪，所述踏柄(540)連接在該扇形主動嚙合輪(542)的端面或外圈面上；所述腳踏板(541)一邊上設有邊鉤(545)。
2.如權利要求1所述的往復踏步式助力自行車，其特徵在於所述銷孔及柄銷(544)的位置處在所述踏柄(540)、腳踏板(541)和扇形主動嚙合輪(542)形成的剛性體的重心部位；所述柄銷(544)的位置處在所述車架(100)的後下部。
3.如權利要求1或2所述的往復踏步式助力自行車，其特徵在於所述後輪(510)是與位於其中央的驅動輥(521)直接固接的，該驅動輥(521)左、右兩端上固連有直徑較小的輪軸套(5210)，所述輪軸套(5210)與所述後輪軸(520)之間設有滾動軸承(522)，所述驅動輥(521)左、右兩端的端面上或輪軸套(5210)上分別設有單向棘齒輪(5211)；兩個所述單向飛輪(543)的內圈(5430)分別活動配合在同側的輪軸套(5210)上，兩側單向飛輪(543)上均設有與該側的單向棘齒輪(5211)相嚙合的單向棘爪。
4.如權利要求3所述的往復踏步式助力自行車，其特徵在於所述單向棘齒輪(5211)設在所述驅動輥(521)的的端面上，所述單向棘爪依序包括設置在單向飛輪(543)內圈(5430)端面上的棘齒盤(5434)和軸向頂推該單向飛輪(543)的彈簧圈(5433)，所述彈簧圈(5433)與所述單向飛輪(543)共軸且被限定在與所述後輪軸(520)緊固連接的止推盤(523)內側。
5.如權利要求4所述的往復踏步式助力自行車，其特徵在於所述的止推盤(523)與所述後輪軸(520)之間也設有單向棘輪機構；所述的驅動輥(521)一側還固接有剎車碟(524)。
6.如權利要求3所述的往復踏步式助力自行車，其特徵在於所述後輪(510)的輪輻上設有與該後輪圈(430)同心的驅動齒圈(610)，所述踏步式助力自行車上還設有蓄電池(620)和電動機(630)，所述電動機(630)通過鏈條傳動機構(640)(650)帶動末端鏈輪(660)再經單向驅動的小飛輪(670)帶動外齒輪(680)與所述驅動齒圈(610)相嚙合，所述末端鏈輪(660)、小飛輪(670)、外齒輪(680)均動配合在同一短軸(690)上，所述末端鏈輪(660)或外齒輪(680)與小飛輪(670)之間同心地固連成為一體。
7.如權利要求6所述的往復踏步式助力自行車，其特徵在於所述驅動齒圈(610)為設在所述後輪圈(430)的內環面上的內齒圈，或者所述驅動齒圈(610)為固定在所述後輪(510)的輪輻條上的外齒圈；所述末端鏈輪(660)或所述外齒輪(680)軸向固定在所述短軸(690)上，而其中另一則可相對彈性滑動地裝配在所述短軸(690)上，在所述末端鏈輪(660)與所述外齒輪(680)之間還設有一套彈性可離合單向棘輪機構。
8.如權利要求7所述的往復踏步式助力自行車，其特徵在於所述末端鏈輪(660)與小飛輪(670)之間同心地固連成為一體，所述外齒輪(680)軸向固定在所述短軸(690)上，而所述末端鏈輪(660)則可軸向滑動地裝配在所述短軸(690)上；所述的小飛輪(670)包括兩套單向棘輪機構，其中一套常嚙合單向棘輪機構是設在所述小飛輪(670)輪圈的內環面與所述外齒輪(680)的軸套(683)外環面之間；另一套可離合單向棘輪機構是設在所述小飛輪(670)輪圈內的末端鏈輪(660)的端面與所述外齒輪(680)的軸套(683)的對應端面之間，且所述小飛輪(670)輪圈內的末端鏈輪(660)的端面與所述外齒輪(680)的軸套(683)的對應端面之間設有推簧(673)及相應的反推機構(674)，該反推機構(674)與剎車機構聯動；所述電動機(630)為可發電式電動機；所述短軸(690)裝配在所述車架(100)上。
9.如權利要求3所述的往復踏步式助力自行車，其特徵在於所述的車架(100)包括前三角架(110)和後三角架(120)，所述的前三角架(110)包括前管(111)、上管(112)、下管(113)、後立管(114)，所述的後三角架(120)包括立叉(121)、平叉(122)，所述後立管(114)的下端和/或下管(113)的後端和平叉(122)的前端之間通過連接銷(130)鉸接連接；在所述的上管(112)後端與後立管(114)之間為彈性連接，所述的立叉(121)頂部與後立管(114)上端之間也為彈性連接。
10.如權利要求3所述的往復踏步式助力自行車，其特徵在於所述輪胎(400)的截面自內向外依次包括輪圈(430)、PU發泡胎(420)和充氣膨脹外胎(410)。
全文摘要
本發明涉及一種往復踏步式助力自行車，其包括車架、剎車機構、驅動用後輪及後輪軸、輪胎、固定在踏柄上的腳踏板和扇形的主動嚙合輪、與扇形主動嚙合輪相嚙合的帶嚙合齒的單向飛輪，車架的左右兩側均設有一根踏柄及其腳踏板、扇形主動嚙合輪和單向飛輪，而腳踏板固定在踏柄的前端，扇形主動嚙合輪固定在踏柄的後端，在踏柄的兩端之間的柄體上開有銷孔，在車架上連接有柄銷，踏柄通過該銷孔和柄銷而鉸接在車架上；扇形主動嚙合輪為內齒圈結構或內弧鏈條段結構，單向飛輪外圈為齒輪或鏈輪，踏柄連接在該扇形的主動嚙合輪的端面或外圈面上；腳踏板一邊上設有邊鉤。本發明簡單實用、機構輕巧、傳動高效、騎行舒適、防震、防爆胎。
文檔編號B62M1/24GK1594013SQ200410027949
公開日2005年3月16日 申請日期2004年7月6日 優先權日2004年7月6日
發明者譚乾棠 申請人:譚乾棠