彈性復位的棘輪踏板的自行車及其操作方法
【專利說明】
[0001]技術領域:
本發明涉及一種彈性復位的棘輪踏板的自行車及其操作方法，屬于自行車技術領域。
[0002]【背景技術】:
自行車是以人力蹬、踏的交通車輛，它結構簡單、易于操控、自重輕、來去自由、存放方便、短時間、短距間使用十分方便，在20世紀50年代至本世紀初，都是中國人最主要的出行工具。
[0003]隨著城市的發展，功能區域的建設，城市規模越來越大，人們出行的距離越來越遠，再加上生活節奏的加快，自行車這種傳統交通工具的缺陷也暴露了出來:車速慢；騎車費力，消耗個人能量，不適宜做遠距離的交通工具。
[0004]車速慢，騎車費力最主要的原因就是大鏈盤的曲柄組的工作狀態造成的:
1、蹬踩力轉換效率不高。
[0005]現有自行車在騎行時，騎行者須用雙腳踏動旋轉裝有一對反向曲柄的鏈輪，由曲柄把人的蹬踏力轉變為旋轉扭力，通過鏈條傳遞到飛輪，再驅動自行車后輪前進。曲柄產生扭力的大小，不單取決于蹬踏力的大小，還取決于力的作用方向線與大鏈盤回轉中心中軸中心的垂直距離一力臂L的大小。當曲柄處于前半圈水平位置時，力臂L最大，人們蹬踩力能使牙盤輸出最大扭力；而處于水平位置兩側時，蹬踩力與大鏈盤回轉中心中軸的力臂的減小，牙盤輸出的扭力減小；當曲柄處于鉛垂位置時，蹬踩力穿過大鏈盤回轉中心中軸中心，力臂為0，此時即使用力蹬踩，牙盤也無扭力輸出。當一側曲柄轉入后半圈，另一側的曲柄進入做功的前半圈位置，重復以上過程做功。轉入后半圈曲柄不做功，在另一側的蹬踩力作用下逐漸回轉到中軸上方的鉛垂位置，再進入下一輪做功過程，周而復始。可見，只有在水平面上下各45°范圍內，蹬踩力損失最小，能使牙盤輸出較最大的扭力。
[0006]2、蹬踩力來源值得商榷。
[0007]現有自行車采用坐姿騎行，蹬踏主要靠人大腿和臀部肌肉收縮產生動力。只有大腿用力踩腳蹬時，牙盤才輸出扭力驅動自行車。大腿不用力時，牙盤也無扭力輸出。人體重力并未能轉變成自行車的驅動力。只有在上坡，驅動力嚴重不足時，人們才會離開座鞍，利用體重驅動自行車。而依靠大腿和臀部肌肉收縮驅車，長途騎行大腿和臀部會感到疼痛。
[0008]能否設計出一種結構合理、傳力高效、全部或者主要利用體重踏步行駛、快速、活動半徑大的適宜遠、近出行的新型自行車？使騎行不再費勁，且快速省力環保，賦予自行車新的活力。
[0009]
【發明內容】
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由以上分析可知:傳統自行車鏈輪上反向安裝的曲柄是間歇性做功；做功其間輸出的扭力極不均勻，只有在前半圈水平面上下各45°范圍內，牙盤輸出最大扭力；人體重力并未能轉變成自行車的驅動力。
[0010]本發明的彈性復位的棘輪踏板自行車是一種彎梁自行車，并且將傳統自行車大鏈輪上反向安裝的曲柄改成一對同向平行的彈性復位的棘輪踏板，將傳統自行車坐姿的腿腳蹬力做功，改為站立式，以自身體重的重力做功。
[0011]本發明的彈性復位的棘輪踏板自行車的棘輪踏板的棘輪端固定在大鏈盤回轉中心中軸上，踏板端為自由端。在身體重壓下，踏板端繞中軸向下作圓弧運動。踏板通過桿身驅動棘輪轉動大鏈輪，帶動車子運動。踏板上下行程S對應大鏈輪轉角約為90°左右，力臂L最長，動力損失最小，牙盤輸出最大扭力。當一側踏板運動至下極限位置，騎行者將身體重心轉移到另外一條腿上，踏踩另一側的棘輪踏板進入做功過程。因重力轉移，處于下極限位置踏板在彈性件的彈力作用下，自動回復至上極限位置，準備進入下一輪的做功過程，周而復始。
[0012]本發明解決其技術問題所采用的技術方案:
彈性復位的棘輪踏板自行車，其特征是:將傳統自行車三角架的上管取消，保留下管、座管的彎梁式自行車；將傳統自行車大鏈輪上反向安裝的曲柄改成一對同向的彈性復位的棘輪踏板；兩塊棘輪踏板左右對稱，同向平行，以相同的傾斜角安裝在大鏈輪前半圈的兩側；所述彈性復位的棘輪踏板的棘輪端固定在大鏈盤回轉中心中軸上，踏板端為自由端，踏板端繞中軸作往復圓弧運動；所述彈性復位的棘輪踏板與固定在車架上的彈性件連接，在做功結束后，由彈性件的彈力驅動，棘輪驅動桿自動回復至初始位置；所述彈性件為拉簧；所述的彈性件為板簧；所述的彈性件為氣壓彈簧；所述的彈性件為壓簧；所述的彈性件為扭簧；帶橫梁的支架固定在車架上，支架橫梁限制棘輪踏板的下極限位置。
[0013]
本發明的有益效果是:彈性復位的棘輪踏板自行車設計簡捷合理，重力做功，更省力，動力更大，速度更快，活動半徑倍增，滿足人們輕松、方便快捷、活動半徑大、綠色環保，回歸自然的綠色騎行的要求。
【附圖說明】
[0014]下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
[0015]圖1是本發明彈性復位的棘輪踏板自行車的彈性件為拉簧時的示意圖。
[0016]圖2是本發明彈性復位的棘輪踏板自行車的彈性件為壓簧時的示意圖。
[0017]圖3是本發明彈性復位的棘輪踏板自行車的彈性件為板簧時的示意圖。
[0018]圖4是本發明彈性復位的棘輪踏板自行車的彈性件為扭簧時中軸上配置的前視圖。
[0019]圖5是本發明彈性復位的棘輪踏板自行車的彈性件為扭簧時中軸上配置的俯視圖。
[0020]圖6是本發明彈性復位的棘輪踏板自行車的彈性件為氣壓彈簧時的示意圖。
[0021]
圖中:1.前輪2.龍頭3.車架4.座鞍5.后輪
6.鏈條7.大鏈輪 8.支架9.棘輪踏板
10.彈性件 11.中軸 12.棘輪 13.拉簧
14.板簧 15.壓簧 16.氣壓彈簧17.扭簧 18.連桿 19.支架橫梁 20.下管21.座管。
【具體實施方式】
[0022]在圖1所示實施例中，本發明彈性復位的棘輪踏板自行車就是將傳統自行車三角架的上管取消，保留下管(20)、座管(21)的彎梁式自行車；大鏈輪上反向安裝的曲柄改為一對同向的彈性復位的棘輪踏板(9)。兩塊棘輪踏板(9)左右對稱，同向平行，以相同的傾斜角安裝在大鏈輪(7)前半圈的兩側。彈性復位的棘輪踏板(9)的棘輪端(12)固定在大鏈盤(7)回轉中心中軸(11)上，踏板端為自由端，踏板端繞中軸(11)作往復圓弧運動。棘輪踏板與固定在車架上的彈性件連接。本實施例中的彈性件(10)為拉簧(13)，一端固定在車架(3)上，一端連接棘輪踏板(9)，支架(8)焊接在車架(3)上，支架橫梁(19)限制棘輪踏板的下極限位置。
[0023]騎行時，騎行者將身體重心轉移到一條腿上，踩壓一側的棘輪踏板(9)向下運動，做功驅車前行，彈性件拉簧(13)受棘輪踏板(9)拉伸變形，蓄儲能量。當棘輪踏板(9)運動至下極限位置與支架橫梁(19)接觸，停止做功運動。
[0024]騎行者將身體重心轉移到另外一條腿上，踩壓另一側的棘輪踏板(9)重復以上做功過程。因重力轉移，處于下極限位置踏板在彈性件拉簧(13)的彈力作用下，自動回復至上極限位置，準備進入下一輪的做功過程，周而復始。
[0025]在圖2所示實施例中，惟一與圖1所示實施例不同的是彈性件改為壓簧(15)。彈性件壓簧(15)安裝在支架(8)上，一端與棘輪踏板(9)接觸。當棘輪踏板(9)向下運動，壓迫彈性件壓簧(15)變形，蓄儲能量。棘輪踏板(9)運動至下極限位置停止做功運動。重力轉移后，彈性件壓簧(15)釋放蓄儲能量，恢復原狀，將棘輪踏板(9)推至上極限位置，準備進入下一輪的做功過程，周而復始。
[0026]在圖3所示實施例中，惟一與圖1所示實施例不同的是彈性件改為板簧(14)。彈性件板簧(14) 一端固定在車架上，一端與棘輪踏板(9)接觸。當棘輪踏板(9)向下運動，壓迫彈性件板簧(14)變形，蓄儲能量。棘輪踏板(9)運動至下極限位置停止做功運動。重力轉移后，彈性件板簧(14)釋放蓄儲能量，恢復原狀，將棘輪踏板(9)推至上極限位置，準備進入下一輪的做功過程，周而復始。
[0027]在圖4，5所示實施例中，惟一與圖1所示實施例不同的是彈性件改為扭簧(17)。彈性件扭簧(17) —端固定在車架上，一端與棘輪踏板(9)接觸。當棘輪踏板(9)向下運動，壓迫彈性件扭簧(17)變形，蓄儲能量。棘輪踏板(9)運動至下極限位置停止做功運動。重力轉移后，彈性件扭簧(17)釋放蓄儲能量，恢復原狀，將棘輪踏板(9)推至上極限位置，準備進入下一輪的做功過程，周而復始。
[0028]在圖6所示實施例中，惟一與圖1所示實施例不同的是彈性件改為氣壓彈簧(16)。彈性件氣壓彈簧(16) —端安裝在支架(8)上，一端與棘輪踏板(9)聯接。當棘輪踏板(9)向下運動，壓迫彈性件氣壓彈簧(16)變形，蓄儲能量。棘輪踏板(9)運動至下極限位置停止做功運動。重力轉移后，彈性件氣壓彈簧(16)釋放蓄儲能量，恢復原狀，將棘輪踏板(9)推至上極限位置，準備進入下一輪的做功過程，周而復始。
【主權項】
1.彈性復位的棘輪踏板自行車，其特征是:將傳統自行車三角架的上管取消，保留下管、座管的彎梁式自行車；將傳統自行車大鏈輪上反向安裝的曲柄改成一對同向的彈性復位的棘輪踏板；兩塊棘輪踏板左右對稱，同向平行，以相同的傾斜角安裝在大鏈輪前半圈的兩側；所述彈性復位的棘輪踏板的棘輪端固定在大鏈盤回轉中心中軸上，踏板端為自由端，踏板端繞中軸作往復圓弧運動；所述彈性復位的棘輪踏板與固定在車架上的彈性件連接，在做功結束后，由彈性件的彈力驅動，棘輪驅動桿自動回復至初始位置；所述彈性件為拉簧；所述的彈性件為板簧；所述的彈性件為氣壓彈簧；所述的彈性件為壓簧；所述的彈性件為扭簧；帶橫梁的支架固定在車架上，支架橫梁限制棘輪踏板的下極限位置。
【專利摘要】彈性復位的棘輪踏板的自行車及其操作方法，其利用站姿身體重力做功，具有驅動力大，動力轉換效率高，踏板彈性復位等優點，使得自行車速度更快，活動半徑倍增，滿足人們輕松方便、快速迅捷、活動半徑大、綠色環保的騎行的要求。兩塊棘輪踏板左右對稱，同向平行，以相同的傾斜角安裝在大鏈輪前半圈的兩側。棘輪端固定在大鏈盤回轉中心中軸，踏板端繞中軸作上下往復圓弧運動，驅動自行車運動。棘輪踏板與固定在車架上的彈性件連接，在做功結束后，由彈性件的彈力驅動，回復至初始位置。
【IPC分類】B62M1/24
【公開號】CN105083457
【申請號】CN201510603270
【發明人】韋志鋒, 曾小波, 趙鴻雁, 肖林虎, 王領兵
【申請人】韋志鋒, 重慶科技學院
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2015年9月21日