專利名稱：前置往復(fù)式無級(jí)變速自行車的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬交通工具，涉及一種自行車。
背景技術(shù)：
往復(fù)式撓性件驅(qū)動(dòng)的自行車已有很多方案。例如申請(qǐng)?zhí)?7201948《桿驅(qū)動(dòng)式自行車的變速機(jī)構(gòu)》；申請(qǐng)?zhí)?7104725《鋼絲繩往復(fù)傳動(dòng)自行車》；申請(qǐng)?zhí)?8102229.2《搖桿驅(qū)動(dòng)變速自行車》等。他們都是改變了下置曲柄旋轉(zhuǎn)式傳動(dòng)為下置往復(fù)式傳動(dòng)撓性件驅(qū)動(dòng)的自行車，仍保留了乘騎人的直立姿高重心狀態(tài)，對(duì)安全性與舒適性沒有改變。重要的是還不能發(fā)揮人的最大效能。
《人機(jī)工程設(shè)計(jì)》一書中有論述(天津大學(xué)出版社，郭青山、汪光輝編，1999年1月第2次印24頁(yè))“足的蹬力大小與人體姿勢(shì)、足的位置和方向有關(guān)。若坐姿有靠背支撐時(shí)可產(chǎn)生最大的蹬力”、“人體軀干及肢體在水平面的運(yùn)動(dòng)比垂直面的運(yùn)動(dòng)速度快”，這就是說人體在坐姿有靠背支撐足蹬水平運(yùn)動(dòng)時(shí)可發(fā)揮的效能最大。
申請(qǐng)?zhí)?8811829美國(guó)線形自行車公司發(fā)明的《線性驅(qū)動(dòng)裝置》中坐姿有靠背支撐的前置導(dǎo)軌踏板往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)撓性件驅(qū)動(dòng)輪的自行車方案(F1G1、6、8、11)符合了人體出力特性。坐姿降低了重心，提高了安全性，靠背椅比鞍座更舒適。雖然《線性驅(qū)動(dòng)裝置》往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)的效率最高，但是缺少變速機(jī)構(gòu)，對(duì)不同的人就不能使其調(diào)整合適的蹬力和蹬速獲得各自輕快的行駛效果。

發(fā)明內(nèi)容
為使前置往復(fù)式自行車的驅(qū)動(dòng)有無級(jí)變速機(jī)構(gòu)，以便乘騎人根據(jù)道路坡度、風(fēng)阻和體力情況適時(shí)調(diào)整較合適的蹬力和蹬速感到輕快的行駛；利用坐椅與車身的可分離和不互換性，以增加車身防盜性；簡(jiǎn)化的全避震機(jī)構(gòu)使乘騎人和貨架攜帶的物品減小顛簸，本實(shí)用新型提供一種機(jī)構(gòu)較為簡(jiǎn)單的前置往復(fù)式無級(jí)變速自行車。
本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是在自行車前輪的上方設(shè)置兩個(gè)懸搖桿曲柄和踏板，矩心由車身伸出的托架支撐。乘騎人有靠背坐姿，兩腳分別蹬踏前置的兩個(gè)懸搖桿曲柄踏板進(jìn)行近似水平繞矩心的弧線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。在每個(gè)搖桿上有一個(gè)可控制滑動(dòng)的套圈連接撓性件驅(qū)動(dòng)后輪。套圈的滑動(dòng)改變了力臂，形成無級(jí)變速。搖桿越長(zhǎng)曲柄踏板在一定往復(fù)行程內(nèi)的運(yùn)動(dòng)弧線就越接近直線，傳動(dòng)效率就越高。
控制套圈的滑動(dòng)有兩種方案，第一方案是以腳掌控制曲柄踏板的角度改變相連同步的凸輪角度頂動(dòng)搖桿上的套圈滑動(dòng)，實(shí)現(xiàn)在凸輪升程范圍的無級(jí)變力臂。如果有人不適應(yīng)腳控制踏板變力臂，例如腳腕活動(dòng)受限或假肢者，則用第二方案用手調(diào)動(dòng)套圈，即沒有凸輪，用手直接將搖桿上的套圈滑動(dòng)到適合的位置加以緊定。這個(gè)方案雖然沒有第一方案快捷，而且須停車進(jìn)行，但是結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，可變力臂的范圍更大。
對(duì)座椅的設(shè)計(jì)方案是裝卸方便不互換的休閑式靠背座椅。在存放車時(shí)適情可將座椅卸下帶走，防日曬雨淋和落塵，同時(shí)增加了該車被盜竊和銷贓的難度。此種自行車沒有座椅就很難騎行，即使另外有此種車的座椅因?yàn)榛ゲ幌嗯涠y以裝用。采用休閑式是為了輕便和舒適。
簡(jiǎn)化的全避震方案是簡(jiǎn)化了兩前叉管都裝彈簧，僅在前叉立管部位裝一個(gè)彈簧，并且將車身與承載物之間都有彈簧支撐，使乘騎人和貨架攜帶的物品減小顛簸。


圖1是實(shí)用新型的總體示意圖。搖桿變力臂為手動(dòng)套圈機(jī)構(gòu)。
圖2是踏板與凸輪頂動(dòng)套圈變力臂機(jī)構(gòu)。
圖中1、矩心；2、托架；3A、3B懸搖桿曲柄；4A、4B套圈；5、撓性件；6A、6B滑動(dòng)套圈；7A、7B凸輪；8A、8B踏板；9、豎彎管；10座面；11、靠背面；12、13、14橫支撐管；15、16條板；17、18柱；19、彈簧；20、貨架；21、支撐桿；22、彈簧。
具體實(shí)施方式
在圖1中，前置的兩個(gè)懸搖桿曲柄機(jī)構(gòu)位于小前輪的上方，矩心(1)由車身伸出的托架(2)支撐。矩心軸套外的扭簧使兩搖桿保持著向前拉緊撓性件的張力。乘騎者坐在靠背椅面(10)(11)上，兩腳分別蹬踏前置的兩個(gè)懸搖桿曲柄(3A、3B)的踏板進(jìn)行繞矩心(1)的弧線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。搖桿上的套圈(4A、4B)連接撓性件(5)驅(qū)動(dòng)后輪。
控制套圈滑動(dòng)變力臂的第一方案是圖2踏板與凸輪頂動(dòng)套圈變力臂機(jī)構(gòu)由兩個(gè)懸搖桿曲柄(3A、3B)上可滑動(dòng)的套圈(6A、6B)和與曲柄踏板(8A、8B)并連同步的凸輪(7A、7B)組成。套圈(6A、6B)向矩心(1)滑動(dòng)是由曲柄踏板并連的凸輪(7A、7B)頂動(dòng)。
具體的操作和運(yùn)動(dòng)過程如下當(dāng)某腳踏某板(例如8B)于曲腿位置時(shí)，腳根用力腳尖抬起，使踏板(8B)隨腳掌向垂直于地面角度轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)踏板帶動(dòng)凸輪(7B)轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)進(jìn)一步收曲腿，凸輪頂動(dòng)套圈(6B)向矩心(1)滑動(dòng)，即變短了力臂。如果踏板到達(dá)了垂直地面的角度(腳掌面的活動(dòng)至多是垂直地面)凸輪也升到了最高程，此時(shí)力臂變短，蹬發(fā)力是省力的低速位。當(dāng)繼續(xù)向前蹬時(shí)，由于搖桿繞矩心轉(zhuǎn)動(dòng)，而腳掌因腳骨限制不能繞矩心轉(zhuǎn)動(dòng)，凸輪(如7A)的頂點(diǎn)就逐漸離開了套圈，但是此時(shí)撓性件對(duì)套圈(如6A)的拉力角已進(jìn)入套圈的摩擦角(自鎖)范圍，(套圈里襯與搖桿表面的材料摩擦系數(shù)0.5時(shí)，摩擦角可達(dá)26度)，再加上撓性件連接在Ω型套圈兩橫腿上，在摩擦角范圍內(nèi)有拉力時(shí)圈環(huán)自動(dòng)夾緊，套圈在搖桿向前運(yùn)動(dòng)時(shí)不會(huì)自行滑動(dòng)。當(dāng)發(fā)力的腿向前蹬時(shí)，另一條腿在收曲，同時(shí)用腳掌控制踏板垂直于地面，使這個(gè)踏板帶動(dòng)的凸輪頂套圈于高程位，這樣兩腳往復(fù)運(yùn)動(dòng)就平衡的進(jìn)入了較為省力的低速行駛。
反之，當(dāng)搖桿向后運(yùn)動(dòng)收曲腿的腳尖用力，腳踏板轉(zhuǎn)向接近平行地面，凸輪也轉(zhuǎn)向低位離開了套圈，當(dāng)接近全曲腿位置蹬踏發(fā)力，由于撓性件對(duì)套圈的拉力角大于套圈的摩擦角使套圈受拉滑動(dòng)，同時(shí)圈環(huán)夾緊力也減小不夠阻止套圈向遠(yuǎn)離矩心滑動(dòng)直到凸輪的低程限位，此時(shí)是力臂最長(zhǎng)的快速位。
在凸輪的最低位和最高位升程范圍中，可限位套圈于任一點(diǎn)，因而實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速。由于人的左右腿肌力不同，當(dāng)兩腿的蹬踏都感輕松而套圈的高低有差別時(shí)是很正常的，它表明兩腿利用各自的無級(jí)變速得到了一種平衡。
控制套圈滑動(dòng)變力臂的第二方案是圖1中手調(diào)套圈變力臂機(jī)構(gòu)由兩個(gè)懸搖桿曲柄踏板(3A、3B)和在搖桿上可緊定的套圈(4A、4B)組成，緊定的方法用夾緊法或頂絲法。在停車時(shí)用手直接將搖桿上的套圈(4A、4B)滑動(dòng)調(diào)長(zhǎng)力臂或調(diào)短力臂而后緊定。
在圖1中靠背座椅由兩根豎彎管(9)和三根彎曲的橫支撐管(12、13、14)及座面(10)和靠背面(11)組成。橫支撐管的彎曲量是留給座面和靠背面變凹后橫管不觸及人體。座椅的前橫管(12)和靠背橫管(14)分別座落在條板(15、16)上，它是座椅的前后承重支撐。兩個(gè)橫管(12、14)與座落的條板(15、16)分別有數(shù)個(gè)直立的銷釘相穿，以固定座椅水平位置。垂直提座椅脫離銷釘后可將座椅帶走，也可加鎖環(huán)將橫管(12)及條板(15)或橫管(14)及條板(16)鎖住，防止提起座椅。
此種自行車的座椅不能互換的關(guān)鍵在于彼此銷釘孔位、孔距和銷釘上固定或下固定的差別。在生產(chǎn)中，要求每付承重橫支撐管與所對(duì)條板(12與15、14與16)銷釘孔都是配鉆工藝，并且每付的數(shù)個(gè)銷釘孔位、孔距都不一樣，再有銷釘參錯(cuò)焊在管上或條板上，任意互換銷釘就不能插入相對(duì)孔內(nèi)。
在條板下可垂直滑動(dòng)的柱(17、18)對(duì)條板水平運(yùn)動(dòng)限位，克制座椅向左、右、后的水平移動(dòng)。
在圖1中的避震機(jī)構(gòu)由前叉立管上的一個(gè)彈簧(19)和承重座椅的兩條板(15、16)下的彈簧以及貨架(20)前端與座椅靠背處條板(16)鉸接共用彈簧及在貨架后部的支撐桿(21)上的彈簧(22)等組成。這樣車身前部、乘坐人及貨架上攜帶的物品都有避震效果。
權(quán)利要求1.一種前置往復(fù)式無級(jí)變速自行車，具有車身向前輪上方伸出的一個(gè)托架支撐著以矩心為軸左右各一的懸搖桿曲柄，在所述左右懸搖桿曲柄的左右懸搖桿上各套有一個(gè)套圈，所述套圈連接撓性件用以驅(qū)動(dòng)后輪，其特征在于所述左右懸搖桿上的套圈在各自懸搖桿上可向所述矩心的近方向或遠(yuǎn)方向滑動(dòng)；所述左右懸搖桿上的套圈隨所述左右懸搖桿曲柄只能一個(gè)向前另一個(gè)則向后相對(duì)于所述矩心作弧線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
專利摘要前置往復(fù)式無級(jí)變速自行車，針對(duì)自行車的驅(qū)動(dòng)、乘座和避震進(jìn)行改進(jìn)。包括乘騎者坐靠休閑式椅，兩腳蹬踏前置的兩個(gè)懸搖桿曲柄，可進(jìn)行弧形的曲線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，用腳掌面的蹬踏角度或用手直接調(diào)動(dòng)搖桿上力臂的長(zhǎng)短實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速，高效能的帶動(dòng)撓性件驅(qū)動(dòng)后輪；還包括裝卸方便且不互換的休閑式座椅和防落物防盜的可帶走座椅；簡(jiǎn)化的全避震使乘坐舒適并使貨架攜帶的物品減小了顛簸。
文檔編號(hào)B62M1/24GK2673776SQ0220240
公開日2005年1月26日 申請(qǐng)日期2002年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月24日
發(fā)明者王延榮 申請(qǐng)人:王延榮