專利名稱：一種踏板式齒條傳動自行車的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種踏板式齒條傳動自行車，屬于傳統(tǒng)人力交通工具領域。
背景技術：
現(xiàn)有技術中，自行車的總體結構多種多樣，但其動力特性則完全相同，即人體輸出的動力都是通過腳踏曲柄、大鏈輪，再通過鏈條驅動自行車后輪子上的小鏈輪(俗稱飛輪)轉動。曲柄與大鏈輪是固接在一起的，所以自行車的驅動機構為曲柄機構。在大鏈輪轉動的360°中，是由人的兩只腳各自驅動180°，關鍵的問題在于曲柄的長度是固定的，但驅動的力臂卻不是恒定的，而基本上是成正弦函數(shù)變化。因為，當人們乘自行車運行起來以后，腳的作用力方向不可能同時向兩個方向，所以每只腳在有力作用的180°區(qū)間里，腳基本上都是通過腳踏子給曲柄以向下的作用力，所以只有當曲柄旋轉到曲柄的長度方向與腳向下的作用力方向垂直(90°)的時候，驅動大鏈輪旋轉的力臂才達到最大值，即最大力臂等于曲柄長度。離開90°位置繼續(xù)旋轉，力臂就逐漸變小，這個變化規(guī)律保持著正弦函數(shù)關系。如果設曲柄長度為R，力臂為L，曲柄在180°區(qū)間里某處位置的轉角為α，則L＝R·sinα。由此結論每只腳有功作用的180°區(qū)間，腳向下踏的作用力F可以是恒定的，但通過曲柄、大鏈輪輸出的轉矩T卻不是恒定的。因為T＝F·L＝F·R·sinα。所以，只要α≠90°，在F不變的情況下，大鏈輪輸出的轉矩都達不到最大值。通過以上分析可以結論現(xiàn)有自行車的結構使得人們對其輸入的動力并沒有達到更高的效率。
為了改變這一現(xiàn)狀，專利授權公告號為CN2537621Y說明書公開的“往復腳踏式雙飛自行車”介紹了一種車輪兩側分別連接左超越離合器和右超越離合器，左踏板和右踏板城區(qū)并使結構并分別連接左驅動論和右驅動論，傳動鏈依次傳動連接左驅動輪、左超越離合器、車架上的墮輪、右超越離合器、右驅動輪，左驅動輪和右驅動輪均是偏心的扇形輪，其偏心距從傳動鏈條連接點沿嚙合方向逐漸增大。還有公告號為CN2043961U說明書提供的“踏板式無鏈條無級變速自行車”以及公告號為CN1088437C報道的“機動腳踏兩用車”，也是對現(xiàn)有自行車做出的改進。上述說明書公開的自行車各有特點，但同樣存在結構復雜，傳動效率低、造價高等問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決了上述結構存在的問題，其目的在于提供一種傳動效率更高的踏板式齒條傳動自行車。
本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)上述目的。
一種踏板式齒條傳動自行車，包括驅動裝置主體內(nèi)安裝的主軸，主軸兩端架設有軸承，主軸上安裝有超越離合器和鏈輪，超越離合器由齒輪、滾柱、芯子及其附件組裝而成，芯子與主軸鍵(花鍵)聯(lián)接，其特征在于所說的齒輪與固定安裝在腳踏板下面的齒條之齒相嚙合；上述齒條分為左齒條和右齒條，左、右齒條的內(nèi)側面上加工有與安裝在左、右副軸上的小齒輪相嚙合的齒，小齒輪上的小鏈輪上裝有傳動鏈條。當人用腳向下將右側踏板踩下時，與踏板聯(lián)接的右齒條隨之下移，帶動主軸上的齒輪向前轉動，通過超越離合器帶動主軸上的鏈輪向前轉動，驅動自行車后輪向前行走；同時，與右齒條相嚙合的小齒輪順時針轉動，驅動小鏈輪通過鏈條帶動左副軸上的小鏈輪(小齒輪)順時針轉動，使左齒條及其踏板復位。同樣道理，當人用腳向下將左側踏板踩下時，與踏板聯(lián)接的左齒條隨之下移，帶動主軸上的齒輪向前轉動，超越離合器帶動主軸上的鏈輪向前轉動，驅動自行車后輪向前行走；同時，與左齒條相嚙合的小齒輪逆時針轉動，驅動小鏈輪通過鏈條帶動右副軸上的小鏈輪(小齒輪)逆時針轉動，使右齒條及其踏板復位。人的左、右腳如此循環(huán)往復，自行車左、右踏板交替升降，便可以一直驅動自行車行走。
為了保證齒輪與齒條的相互嚙合，并保證齒條上下運動時不偏離，上述齒條的沒有加工齒的側面固定裝有齒條運行限制擋盤。該擋盤可以分為前擋盤和側擋盤，前擋盤裝配在小齒輪上；側擋盤裝配在超越離合器上，以保證齒條隨踏板上下移動時，齒條始終與齒輪相嚙合，傳遞驅動動力。
另外，左、右齒條與主軸上的齒輪嚙合的全部的齒分為左右兩部分齒，左、右齒之間的凹槽與滾輪配合構成凹槽結構，作為齒條運動的軌道，以保證齒條隨踏板上下移動時，齒條始終與齒輪相嚙合，傳遞驅動動力。
上述左、右齒條的上端通過螺絲桿聯(lián)接踏板座，該踏板座內(nèi)裝有踏板。
在上述機構中，超越離合器具有單向傳動性能。因此，與主軸花鍵聯(lián)接(或鍵聯(lián)接)的鏈輪也只能單向轉動。當乘車人的腳踩在踏板上，使齒條向下運動時，齒輪必然向前轉動，從而通過超越離合器帶動主軸上的鏈輪向前轉動。該鏈輪通過鏈條驅動與自行車后輪固接的鏈輪轉動，自行車便向前運動。由于踏板作用在齒條上的力(F)的方向與齒條的運動方向一致，而齒條的運動方向在力(F)作用下的任意時刻都與齒輪之齒的嚙合點的轉動半徑R垂直，所以，在力(F)作用的全過程，其齒輪的轉動力臂恒等于其半徑R，若F之值恒定，則在F驅動下的齒輪的轉動力矩M必為恒定M＝F·R。在齒輪轉動180°的全過程中，其轉矩M所做功U＝M·π＝FR·π；而傳統(tǒng)自行車，當大鏈輪轉過180°踏在曲柄上的F所的功U0＝∫0180F·Rsinαdα＝-FR(cosα)|0180＝2RFU/U0＝πFR/2FR＝1.57。僅就計算公式的結果，可看出在同一F力作用下，齒輪齒條機構與曲柄機構兩者所做的功，前者是后者的1.57倍。當然，實際上齒輪齒條機構與曲柄機構兩者所做的功達不到1.57倍的。因為齒輪與齒條的嚙合效率為98％，而且齒輪齒條機構的重量也比原曲柄機構的重量有所增加。
本發(fā)明所提供的踏板式齒條傳動自行車采用齒輪與齒條嚙合機構，將其中所有影響傳動效率的全部因素(如每一對齒輪嚙合的效率為98％，每一對軸承的效率也是98％等等)都考慮進來，本發(fā)明的機械傳動效率要比傳統(tǒng)自行車的機械傳動效率高25％以上。所以，本發(fā)明將給人們提供的是一種機械效率更高，更省力的踏板式齒條傳動自行車。


圖1是本發(fā)明實施例結構示意圖。
圖2是圖1A-A向斷面結構剖視圖。
圖中標號說明1.左齒條、2.左副軸、3.張緊鏈輪、4.小軸、5.曲柄盤、6.螺釘、7.螺帽、8.緊固螺釘、9.調整盤、10.聯(lián)接體、11.螺釘、12.端蓋、13.軸承、14.彈性擋圈、15.右副軸、16.銷、17.小齒輪、18.小鏈輪、19.前擋盤、20.右齒條、21.凹槽結構(是指齒條上與齒輪22嚙合的全部的齒都分為左右兩部分，其中間凹槽與滾輪37配合，所以此凹槽即齒條運動的軌道槽)、22.齒輪、23.滾柱、24.側擋盤、25.芯子、26.彈性擋圈、27.主軸、28.調整墊、29.軸承、30.擋盤、31.傳動鏈條、32.鏈輪、33.主體、34.護罩、35.支架、36.滾輪軸、37.滾輪、38.減振墊、39.踏板座、40.踏板、41.螺絲桿。
下面結合附圖詳細介紹本發(fā)明具體實施例。
具體實施例方式
本實施例見圖1和圖2所示，包括主體33內(nèi)安裝的主軸27，主軸27兩端架設有軸承29，主軸27上安裝有左、右兩個超越離合器和鏈輪32，左、右超越離合器由齒輪22、滾柱23、芯子25及其附件組裝而成，芯子25與主軸27鍵聯(lián)接，齒輪22與固定安裝在踏板40下面的齒條之齒相嚙合；上述齒條分為左齒條1和右齒條20，左、右齒條1、20的內(nèi)側面上加工有與安裝在左、右副軸2、15上的小齒輪17相嚙合的齒，小齒輪17上的小鏈輪18之間裝有傳動鏈條。
擋盤分為前擋盤19和側擋盤24，前擋盤19裝配在小齒輪17上；側擋盤24裝配在超越離合器上。
本實施例中，左齒條1和右齒條20的前面和后面都有凹槽結構，從圖2中可以看出此凹槽與滾輪37配合，起軌道槽作用，以保證齒條有確定的運動軌跡。每根齒條(齒條1和右齒條20)的相互垂直的兩個面上有齒，他們分別與組成超越離合器的齒輪22以及通過銷16與右副軸15固定聯(lián)接的小齒輪17嚙合。所以，每根齒條(左齒條1和右齒條20)將各自驅動兩個系統(tǒng)。
齒條驅動的一個系統(tǒng)是右齒條20驅動由齒輪22、滾柱23、芯子25及其附件組成的超越離合器、主軸27、鏈輪32，再經(jīng)鏈條31將動力輸出，使自行車前進。另一個系統(tǒng)是小齒輪17、小鏈輪18、再由內(nèi)鏈條(以點劃示之，未注圖號)驅動另一與左副軸2固接的小鏈輪、小齒輪、左齒條1，反之亦是。這個系統(tǒng)的功能是當一只腳將兩根齒條中的一根踩下時，另一根齒條就會升起來，反之亦是。
本實施例中，主體33上還裝有內(nèi)鏈條調整裝置，該裝置由張緊鏈輪3、小軸4、曲柄盤5、螺帽7、緊固螺釘8、調整盤9組成，用以調整內(nèi)鏈條(未示圖號)的松緊。調整盤9上有一圓弧長孔，緊固螺釘8從該孔穿過，如需調整內(nèi)鏈條松緊時，只要將螺帽7旋松，即可轉動調整盤9，調整盤9與曲柄盤5固接，所以，轉動調整盤9即可使張緊鏈輪3產(chǎn)生位移，內(nèi)鏈條的緊、松便得以改變。
這種結構類型中左副軸2和右副軸15之間的動力傳遞也可以不采用鏈輪鏈條結構，而是應用一些中介齒輪的形式。
權利要求
1.一種踏板式齒條傳動自行車，包括驅動裝置主體[33]內(nèi)安裝的主軸[27]，主軸[27]兩端架設有軸承[29]，主軸[27]上安裝有超越離合器和鏈輪[32]，超越離合器由齒輪[22]、滾柱[23]、芯子[25]及其附件組裝而成，芯子[25]與主軸[27]鍵聯(lián)接，其特征在于所說的齒輪[22]與固定安裝在踏板[40]下面的齒條之齒相嚙合；上述齒條分為左齒條[1]和右齒條[20]，左、右齒條[1、20]的內(nèi)側面上加工有與安裝在左、右副軸[2、15]上的小齒輪[17]相嚙合的齒，小齒輪[17]上的小鏈輪[18]上裝有傳動鏈條。
2.根據(jù)權利要求1所述的齒條傳動自行車，其特征在于所說的左、右齒條[1、20]的側面固定裝有齒條運行限制擋盤。
3.根據(jù)權利要求2所述的齒條傳動自行車，其特征在于所說的擋盤分為前擋盤[19]和側擋盤[24]，前擋盤[19]裝配在小齒輪[17]上；側擋盤[24]裝配在超越離合器上。
4.根據(jù)權利要求1、2或3所述的齒條傳動自行車，其特征在于所說的左、右齒條[1、20]與主軸上的齒輪嚙合的全部的齒分為左右兩部分齒，左、右齒之間的凹槽與滾輪配合構成凹槽結構。
5.根據(jù)權利要求1、2或3所述的齒條傳動自行車，其特征在于所說的齒條[1、20]的上端通過螺絲桿[22]聯(lián)接踏板座[24]，該踏板座[24]內(nèi)裝有踏板[23]。
6.根據(jù)權利要1、2或3所述的齒條傳動自行車，其特征在于所說的齒條[1、20]的相互垂直的兩個面上有齒，分別與齒輪[22]以及通過銷[16]與左、右副軸[2、15]聯(lián)接的小齒輪[17]嚙合。
7.根據(jù)權利要求1、2或3所述的齒條傳動自行車，其特征在于所說的張緊鏈輪[3]、小軸[4]、曲柄盤[5]、螺帽[7]、緊固螺釘[8]、調整盤[9]依次組裝成調整系統(tǒng)，調整盤[9]上有一圓弧長孔，緊固螺釘[8]從該孔穿過，調整盤[9]與曲柄盤[5]固接。
全文摘要
一種踏板式齒條傳動自行車，包括驅動裝置主體內(nèi)安裝的主軸，主軸兩端架設有軸承，主軸上安裝有超越離合器和鏈輪，超越離合器由齒輪、滾柱、芯子及其附件組裝而成，芯子與主軸鍵聯(lián)接，其特點是齒輪與固定安裝在腳踏板下面的齒條之齒相嚙合；上述齒條分為左齒條和右齒條，左、右齒條的內(nèi)側面上加工有與安裝在左、右副軸上的小齒輪相嚙合的齒，小齒輪上的小鏈輪之間裝有傳動鏈條。為了保證齒輪與齒條的相互嚙合，上述齒條的沒有加工齒的側面固定裝有齒條運行限制擋盤，左、右齒條與主軸上的齒輪嚙合的全部的齒分為左右兩部分齒，左、右齒之間的凹槽與滾輪配合構成凹槽結構，作為齒條運動的軌道。本自行車具有機械效率高，省力等優(yōu)點。
文檔編號B62M11/00GK1778629SQ200410087629
公開日2006年5月31日 申請日期2004年11月18日 優(yōu)先權日2004年11月18日
發(fā)明者林介昌 申請人:林介昌