高速自行車及其騎行方法與流程

2023-04-25 12:54:50

本發明涉及自行車領域，具體地說是一種高速自行車及其騎行方法。

背景技術：

人類腳步有跨步和蹬步之分，是由四條腿進化和遺傳而來，分述於下。

1、遠古的獸步

人用兩條腿走路，是由遠古猿類的四條腿進化而來。四條腿的動物身體俯臥，奔跑時兩條後腿往後蹬，兩條前腿則往前伸；當兩條前腿往後撐時，兩條後腿則順勢往前收回，完成一獸步循環。如細剖其後雙腿動態則為：

一蹬小腿，此時小腿在膝關節處，由前向後收緊，第一次加速；

二蹬大腿和小腿，此時大腿後蹬，小腿繼續收緊，第二次加速；

三蹬小腿、大腿和腳，此時小腿在膝關節處，由收緊轉為向後蹬出，大腿和腳也同時蹬出，第三次加速。

這種後雙腿一步三蹬並向前收腿的獸步，經過三次加速，速度達到最高值。

2、進化的跨步

人類經過漫長的進化形成可以只用兩條腿實現行走、奔跑等動作。小腿走橫向、大腿走垂向。隨著臀大肌的進化，一條腿用腳弓後蹬，另一條腿可以由大腿提小腿向前實現行走或奔跑，這種步伐稱為跨步。

3、遺傳的蹬步

人由四條腿的獸步，進化為兩條腿跨步前進，同時遠古四條腿的獸步，其中兩條後腿的一步三蹬再收腿的功能和機制並未消失，而是遺傳、保留、潛在於人的雙腿之中，稱為蹬步。

4、腳踏自行車

腳踏自行車沿用至今都是採用腳腿踩踏的方式去推動自行車前進。如圖1和圖2所示，腳踏自行車，包括車架1'，所述車架1'的前端設置有前叉2'，所述前叉2'安裝有前輪3'，所述車架1'的後端設置有後輪支架4'，所述後輪支架4'安裝有後輪5'，所述車架1'上設置有鏈輪系統，所述鏈輪系統包括帶有中軸6'的鏈輪7'、飛輪8'和鏈條9'，所述鏈輪7'設置於車架1'底部且位於前輪3'和後輪5'之間，所述飛輪8'設置於後輪5'上，所述中軸6'的兩端均設置有曲柄，所述曲柄包括設置於右側的第一曲柄15'和設置於左側的第二曲柄17',第一曲柄15'轉動連接有第一腳蹬16',第二曲柄17'轉動連接有第二腳蹬18'，所述鏈輪7'和飛輪8'通過鏈條9』嚙合傳動。

如圖3所示，第一曲柄15'轉至鏈輪7'最高點，第二曲柄17'轉至鏈輪7'最底點，自行車右側的大腿19'踩在第一腳蹬16』上，大腿19'與小腿20'間夾角A為銳角，小腿20'與第一曲柄15'成折線，另一側腳腿蹬直踩在第二腳蹬18'上。

如圖4所示，對曲柄運轉的圓周分析，0°至180°提腿，180°至225°跨步，225°至360°施加豎直向下的作用力F1。

豎直向下的作用力F1＝F

第一曲柄15』力矩M＝∑FL

其中F為一塊肌肉所發出的力，L為曲柄投影長度。

這是腳踏自行車起步後向前運作的一種狀態，經由大腿19'運作帶動小腿20'傳遞作用力至曲柄起步後，腳踏自行車就進入提腿、跨步、腳踏的跨步運轉狀態。

5、高速自行車

今已知人身還潛在一種一步三蹬的蹬步，其為雙腳的大、小腿相繼發力使橫、豎蹬力越蹬越大，用以推動自行車，且轉矩越轉越快。這種用蹬步來騎行的高速自行車有待開發。

技術實現要素：

本發明針對上述問題，目的在於提供一種高速自行車及其騎行方法。

本發明的目的可以通過下述技術方案來實現：

1、一種高速自行車，包括車架，所述車架的前端設置有前叉，所述前叉安裝有前輪，所述車架的後端設置有後輪支架，所述後輪支架安裝有後輪，所述車架上設置有鏈輪系統，所述鏈輪系統包括帶有中軸的鏈輪、飛輪和鏈條，所述鏈輪設置於車架底部且位於前輪和後輪之間，所述飛輪設置於後輪上，所述中軸的兩端均設置有曲柄，所述曲柄上均轉動連接有腳蹬，所述鏈條為閉合鏈條，所述鏈輪和飛輪之間設置有支架，所述鏈輪系統還包括導力鏈輪和兩導鏈鏈輪，所述導力鏈輪設置於支架上且靠近鏈輪設置，所述兩導鏈鏈輪為第一導鏈鏈輪和第二導鏈鏈輪，所述第一導鏈鏈輪和第二導鏈鏈輪設置於支架上且位於導力鏈輪和飛輪之間，所述第一導鏈鏈輪和第二導鏈鏈輪縱向排布且第一導鏈鏈輪設置於第二導鏈鏈輪上方，所述鏈輪與第一導鏈鏈輪、第一導鏈鏈輪與第二導鏈鏈輪、第二導鏈鏈輪與飛輪、飛輪與導力鏈輪、導力鏈輪與鏈輪依次通過所述鏈條連接實現嚙合傳動。

所述第一導鏈鏈輪和第二導鏈鏈輪設置於導鏈鏈輪框架上，所述導鏈鏈輪框架固定於支架上且位於導力鏈輪和飛輪之間，所述導鏈鏈輪框架用於將第一導鏈鏈輪和第二導鏈鏈輪之間的鏈條與飛輪和導力鏈輪之間的鏈條分隔開，所述導鏈鏈輪框架與飛輪和導力鏈輪之間的鏈條之間具有間隙。

所述鏈輪的軸心和飛輪的軸心齊平，所述導力鏈輪的軸心高於鏈輪的軸心，所述第一導鏈鏈輪的軸心高於導力鏈輪的軸心，所述第二導鏈鏈輪的軸心低於鏈輪的軸心，所述鏈輪的最高點與第一導鏈鏈輪的最高點齊平，所述飛輪的最高點與導力鏈輪的最高點齊平，所述飛輪的最低點與第二導鏈鏈輪的最低點齊平。

所述導力鏈輪為鋼質、尖齒滾珠鏈輪。

所述第一導鏈鏈輪和第二導鏈鏈輪為塑料平齒輪。

2、該高速自行車的騎行方法，用蹬步模式對腳蹬施加作用力，使鏈輪向後旋轉來使高速自行車前進；起步前首先要滿足蹬步模式的起步要求，即任意一側的曲柄轉至鏈輪上部處時，該側腳腿踩在該側腳蹬上，該側的小腿和大腿之間的夾角成直角，該側的小腿與曲柄成一直線；使用蹬步模式騎行該高速自行車的具體步驟：

(1)右側曲柄轉至鏈輪上部處，對右側腳蹬施加水平朝向後輪方向的力，對應的左側曲柄轉至鏈輪下部處，對左側腳蹬施加水平朝向前輪方向的力；

(2)右側曲柄從鏈輪上部處向鏈輪下部處旋轉，對右側腳蹬施加豎直向下的力，對應的左側曲柄從鏈輪下部處向鏈輪上部處旋轉，左側提腿；

(3)右側曲柄轉至鏈輪下部處，對右側腳蹬施加水平朝向前輪方向的力，對應的左側曲柄轉至鏈輪上部處，對左側腳蹬施加水平朝向後輪方向的力；

(4)右側曲柄從鏈輪下部處向鏈輪上部處旋轉，右側提腿，對應的左側曲柄從鏈輪上部處向鏈輪下部處旋轉，對左側腳蹬施加豎直向下的力；

(5)按照順序重複步驟1至4；

其中，步驟(1)或步驟(3)作為高速自行車起步的第一步步驟。

本發明的有益效果：與現有的普通腳踏自行車相比，通過在鏈輪和飛輪之間增設導力鏈輪和兩導鏈鏈輪，實現鏈輪向後轉的同時飛輪向前轉，藉此結構可採用蹬步，通過更舒暢有力的蹬腿方式騎行自行車；可無死角輕便地啟動自行車；較普通腳踏自行車更輕快省力，且車速更快，速度是腳踏自行車的2.5倍。

附圖說明

圖1為現有技術腳踏自行車的結構示意圖。

圖2為現有技術腳踏自行車中鏈輪系統的結構示意圖。

圖3為現有技術腳踏自行車的跨步模式示意圖。

圖4為現有技術腳踏自行車的跨步運轉示意圖。

圖5為本發明高速自行車的結構示意圖。

圖6為本發明高速自行車中鏈輪系統的結構示意圖。

圖7為本發明高速自行車的蹬步模式示意圖。

圖8為本發明高速自行車的蹬步運轉示意圖。

圖中部件標號如下

圖1至圖4，腳踏自行車：1'車架、2'前叉、3'前輪、4'後輪支架、5'後輪、6'中軸、7'鏈輪、8'飛輪、9'鏈條、15'第一曲柄、16'第一腳蹬、17'第二曲柄、18'第二腳蹬、19'大腿、20'小腿、21'鞍座。

圖5至圖8，高速自行車：1車架、2前叉、3前輪、4後輪支架、5後輪、6中軸、7鏈輪、8飛輪、9鏈條、10支架、11導力鏈輪、12第一導鏈鏈輪、13第二導鏈鏈輪、14導鏈鏈輪框架、15第一曲柄、16第一腳蹬、17第二曲柄、18第二腳蹬、19大腿、20小腿、21鞍座、22腳。

具體實施方式

以下結合附圖詳細說明本發明的具體實施方式，使本領域的技術人員更清楚地理解如何實踐本發明。儘管結合其優選的具體實施方案描述了本發明，但這些實施方案只是闡述，而不是限制本發明的範圍。

1、高速自行車

如圖5至圖8所示，一種高速自行車，包括車架1，所述車架1的前端設置有前叉2，所述前叉2安裝有前輪3，所述車架1的後端設置有後輪支架4，所述後輪支架4安裝有後輪5，所述車架1上設置有鏈輪系統。所述鏈輪系統包括帶有中軸6的鏈輪7、飛輪8和鏈條9，所述鏈輪7設置於車架1底部且位於前輪3和後輪5之間，所述飛輪8設置於後輪5上，所述中軸6的兩端均設置有曲柄，所述曲柄上均轉動連接有腳蹬，所述鏈條9為閉合鏈條，所述曲柄包括設置於右側的第一曲柄15和設置於左側的第二曲柄17,第一曲柄15轉動連接有第一腳蹬16,第二曲柄17轉動連接有第二腳蹬18。

所述鏈輪7和飛輪8之間設置有支架10，所述鏈輪系統還包括導力鏈輪11和兩導鏈鏈輪，所述導力鏈輪11設置於支架10上且靠近鏈輪7設置，所述兩導鏈鏈輪為第一導鏈鏈輪12和第二導鏈鏈輪13，所述第一導鏈鏈輪12和第二導鏈鏈輪13設置於支架10上且位於導力鏈輪11和飛輪8之間，所述第一導鏈鏈輪12和第二導鏈鏈輪13縱向排布且第一導鏈鏈輪12設置於第二導鏈鏈輪13上方，所述第一導鏈鏈輪12設置於第二導鏈鏈輪13之間具有間距，所述鏈輪7與第一導鏈鏈輪12、第一導鏈鏈輪12與第二導鏈鏈輪13、第二導鏈鏈輪13與飛輪8、飛輪8與導力鏈輪11、導力鏈輪11與鏈輪7依次通過所述鏈條9連接實現嚙合傳動。藉此實現鏈輪7向後轉時，飛輪8向前轉。

在具體實施時，所述第一導鏈鏈輪12和第二導鏈鏈輪13設置於導鏈鏈輪框架14上，所述導鏈鏈輪框架14固定於支架10上且位於導力鏈輪11和飛輪8之間，所述導鏈鏈輪框架14用於將第一導鏈鏈輪12和第二導鏈鏈輪13之間的鏈條9與飛輪8和導力鏈輪11之間的鏈條9分隔開，所述導鏈鏈輪框架14與飛輪8和導力鏈輪11之間的鏈條9之間具有間隙。

在具體實施時，所述鏈輪7的軸心和飛輪8的軸心齊平，所述導力鏈輪11的軸心高於鏈輪7的軸心，所述第一導鏈鏈輪12的軸心高於導力鏈輪11的軸心，所述第二導鏈鏈輪13的軸心低於鏈輪7的軸心，所述鏈輪7的最高點與第一導鏈鏈輪12的最高點齊平，所述飛輪8的最高點與導力鏈輪11的最高點齊平，所述飛輪8的最低點與第二導鏈鏈輪13的最低點齊平。

在具體實施時，所述導力鏈輪11為鋼質、尖齒滾珠鏈輪。

在具體實施時，所述第一導鏈鏈輪12和第二導鏈鏈輪13為塑料平齒輪。

2、高速自行車的騎行方法

高速自行車的騎行方法，用蹬步模式對腳蹬施加作用力，使鏈輪向後旋轉來使高速自行車前進；起步前首先要滿足蹬步模式的起步要求，即任意一側的曲柄轉至鏈輪上部處時，該側腳腿踩在該側腳蹬上，該側的小腿和大腿之間的夾角成直角，該側的小腿與曲柄成一直線；使用蹬步模式騎行該高速自行車的具體步驟：

(1)第一曲柄15轉至鏈輪7上部處，對第一腳蹬16施加水平朝向後輪5方向的力，對應的第二曲柄17轉至鏈輪7下部處，對第二腳蹬18施加水平朝向前輪3方向的力；

(2)第一曲柄15從鏈輪7上部處向鏈輪7下部處旋轉，對第一腳蹬16施加豎直向下的力，對應的第二曲柄17從鏈輪7下部處向鏈輪7上部處旋轉，左側提腿；

(3)第一曲柄15轉至鏈輪7下部處，對第一腳蹬16施加水平朝向前輪3方向的力，對應的第二曲柄17轉至鏈輪7上部處，對第二腳蹬18施加水平朝向後輪5方向的力；

(4)第一曲柄15從鏈輪7下部處向鏈輪7上部處旋轉，右側提腿，對應的第二曲柄17從鏈輪7上部處向鏈輪7下部處旋轉，對第二腳蹬18施加豎直向下的力；

(5)按照順序重複步驟(1)至(5)；

其中，步驟(1)或步驟(3)作為高速自行車起步的第一步步驟。

3、蹬步模式和蹬步運轉

如圖7所示，第一曲柄15轉至鏈輪7最高點，第二曲柄17轉至鏈輪7最底點，自行車右側的大腿19踩在第一腳蹬16上，大腿19與小腿20間夾角B為直角，小腿20與第一曲柄15成一直線，另一側腳腿踩在第二腳蹬18上，這是高速自行車起步運轉前的一種狀態。通過小腿20蹬第一腳蹬16起步後，高速自行車就進入向後一步三蹬的蹬步運轉狀態。其雙腳大小腿橫豎方向相繼發力，蹬力越蹬越大，推動自行車的轉矩越轉越快，車速迅速提高。

4、蹬步模式的內涵

分析本發明高速自行車運轉時的作用力情況。如圖8所示，將曲柄運轉的圓周分為各為90°的四部分，0°至90°施加水平向後的作用力F2，90°至180°施加豎直向下的作用力F3，180°至270°施加水平向前的作用力F4，270°至360°提腿，形成一循環。

起步後運轉時，正好與小腿走橫向、大腿走垂向相對應。大腿受到曲柄阻擋，不能垂直運動；小腿無阻，橫向運動順暢；由於大腿不動而小腿先動，從而進入蹬步系統，挖掘出雙腳一步三蹬潛在的動力。

5、高速自行車的受力分析

高速自行車受力情況如下表所示：

表1高速自行車的受力分析

6、腳踏自行車的受力分析

現有技術腳踏自行車的受力情況。如圖4所示，0°至180°提腿，180°至225°跨步，225°至360°施加豎直向下的作用力F1。

豎直向下的作用力F1＝F

第一曲柄15』力矩M＝∑FL

其中F為一塊肌肉所發出的力，L為曲柄投影長度。

7、高速自行車的性能

(1)車速比：因為速度與作用力成平方關係，根據表1，通過比較計算出高速自行車的車速V高與腳踏自行車的車速V踏比，具體計算過程如下：

(2)運轉情況：高速自行車起步後，雙腳蹬力越蹬越大，轉矩越轉越快，提腿時獲短暫休息。因此，後蹬舒暢有力，運轉更輕快省力。

(3)啟動角度：高速自行車啟動方便，360°全周角都可啟動，無死角。

(4)鏈輪系統：高速自行車鏈輪7與飛輪8齒牙之比要較腳踏自行車增大，鏈條9採用換擋鏈條。

8、高速自行車的車架結構

可從普通腳踏自行車的車架1』著手，如圖1所示，對照要求，進行連接，要求及步驟如下：

(1)將鞍座21』向後移動約一曲柄距離，使大小腿間夾角A由銳角增大到直角，如圖5中鞍座21和大小腿間夾角B所示。

(2)將前叉2』與水平面的夾角減小，如圖5中前叉2所示。

(3)後移後輪5』，使人體重心與後輪5』軸心之間距離保持在安全範圍之內，如圖5中後輪5所示。

(4)最後連結其他構件，就成為高速自行車的車架結構，如圖5中高速自行車結構所示。

應當指出，對於經充分說明的本發明來說，還可具有多種變換及改型的實施方案，並不局限於上述實施方式的具體實施例。上述實施例僅僅作為本發明的說明，而不是對本發明的限制。總之，本發明的保護範圍應包括那些對於本領域普通技術人員來說顯而易見的變換或替代以及改型。