專利名稱：踏板式齒條傳動自行車的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種新型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(jié)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(qū)動自行車后輪子上的小鏈輪(俗稱飛輪)轉(zhuǎn)動。曲柄與大鏈輪是固接在一起的，所以自行車的驅(qū)動機構為曲柄機構。在大鏈輪轉(zhuǎn)動的360°中，是由人的兩只腳各自驅(qū)動180°，關鍵的問題在于曲柄的長度是固定的，但驅(qū)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(zhuǎn)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(qū)動大鏈輪旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)，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(zhuǎn)角為α，則L＝R·sinα。由此結(jié)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(zhuǎn)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(zhuǎn)矩都達不到最大值。通過以上分析可以結(jié)論現(xiàn)有自行車的結(jié)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(cè)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(jié)構并分別連接左驅(qū)動論和右驅(qū)動論，傳動鏈依次傳動連接左驅(qū)動輪、左超越離合器、車架上的墮輪、右超越離合器、右驅(qū)動輪，左驅(qū)動輪和右驅(qū)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(jié)構復雜，傳動效率低、造價高等問題。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型解決了上述結(jié)構存在的問題，其目的在于提供傳動效率更高的新型踏板式齒條傳動自行車。
本實用新型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(qū)動裝置主體內(nèi)安裝的主軸，主軸兩端設有軸承，主軸上安裝有超越離合器和鏈輪，該超越離合器由齒輪、滾柱、芯子及其附件組裝而成，芯子與主軸鍵聯(lián)接，其特征在于所說的齒輪與固定安裝在踏板下面的齒條之齒相嚙合，齒條內(nèi)裝有復位彈簧。當人用腳向下將一側(cè)踏板踩下時，與踏板成為一體的齒條隨之下移，帶動嚙合齒輪轉(zhuǎn)動，驅(qū)動自行車行走；當人腳向上抬起時，齒條在復位彈簧的作用下，自動升起復位。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(qū)動自行車行走。
為保證齒輪與齒條的相互嚙合，齒條上下運動時不偏離，上述齒條的側(cè)面固定裝有齒條運行限制滾輪或擋盤。齒條在它們沒有齒的側(cè)面既可以設有凸筋也可以設有凹槽，只要滾輪之形狀與齒條匹配即可。滾輪作為齒條運動的軌道，可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(qū)動動力。
為了調(diào)整齒條與齒輪之間的嚙合間隙，上述滾輪上裝有調(diào)整架，該調(diào)整架上裝有調(diào)整螺釘和調(diào)整螺母，以便無級調(diào)整齒條與齒輪的嚙合間隙。齒條在運行中的復位是由裝在齒條內(nèi)孔中的復位彈簧完成。該復位彈簧下端座搭在復位彈簧座上，齒條的內(nèi)孔中還裝有定位螺釘(未示圖號)和浮動導向套。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(zhuǎn)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(zhuǎn)動，從而通過超越離合器帶動主軸上的鏈輪向前轉(zhuǎn)動。該鏈輪通過鏈條驅(qū)動與自行車后輪固接的鏈輪轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動半徑R垂直，所以，在力(F)作用的全過程，其齒輪的轉(zhuǎn)動力臂恒等于其半徑R，若F之值恒定，則在F驅(qū)動下的齒輪的轉(zhuǎn)動力矩M必為恒定M＝F·R。在齒輪轉(zhuǎn)動180°的全過程中，其轉(zhuǎn)矩M所做功U＝M·π＝FR·π；而傳統(tǒng)自行車，當大鏈輪轉(zhuǎn)過180°踏在曲柄上的F所的功UX0＝∫0180F·R sinαdα＝-FR(cosα)|0180＝2RFU/U0＝πFR/2FR＝1.57。僅就計算公式的結(jié)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。致于在齒條內(nèi)孔中使齒條復位的復位彈簧在工作中的能量損耗是很小的，因為復位彈簧是蓄能元件。當人們用腳將復位彈簧踩下，復位彈簧被壓縮時，復位彈簧儲存了能量，復位彈簧矢放出的能量又幫助把齒條和腳抬起來。在復位彈簧被壓縮與伸展的一個周期里，損失掉的能量僅僅是復位彈簧截面發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形所產(chǎn)生散發(fā)到空氣中的熱量，此能量甚微，可以忽略。
本實用新型所提供的驅(qū)動裝置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，本實用新型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，本實用新型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是本實用新型實施例結(jié)構示意圖。
圖2是圖1B-B向斷面結(jié)構剖視圖。
圖中標號說明1.芯子、2.調(diào)整墊、3.主軸、4.彈性擋圈、5.軸承、6.滾柱、7.齒輪、8.端蓋、9.齒條、10.螺栓軸、11.滾輪、12.護罩、13.調(diào)整架、14.15.螺母、16.螺釘、17.主體、18.鏈輪、19.復位彈簧、20.復位彈簧座、21.浮動導向套、22.螺絲桿、23.踏板、24.踏板座。
以下結(jié)合附圖詳細介紹本實用新型具體實施例。
具體實施方式
一種踏板式齒條傳動自行車，包括驅(qū)動裝置主體17內(nèi)安裝的主軸3，主軸3兩端架設有軸承5，主軸3上安裝有超越離合器和鏈輪18，該超越離合器由齒輪7、滾柱6、芯子1及其附件組裝而成，芯子1與主軸3鍵聯(lián)接，齒輪7與固定安裝在踏板23下面的齒條9之齒相嚙合，齒條9內(nèi)裝有復位彈簧19。
本實施例見圖1和圖2所示。由芯子1、滾柱6、頂銷(見圖2，未示圖號)、微型彈簧(見圖2，未示圖號)及齒輪7組成超越離合器。芯子1與主軸3是花鍵聯(lián)接(或鍵聯(lián)接)。該超越離合器具有只單向傳遞動力的特性，齒條9之齒與齒輪7嚙合，當踩在踏板23上的腳向下踏時，齒條9向下運動(圖2所示為齒條9下行到極限位置)，則齒輪7隨之移動，芯子1與主軸3為花鍵聯(lián)接，所以，當齒條9向下運動時，主軸3便向前轉(zhuǎn)動，鏈輪18與主軸3為花鍵聯(lián)接(或鍵聯(lián)接)，因此，齒條9的運動帶動了鏈輪18轉(zhuǎn)動，齒條9內(nèi)孔中裝有復位彈簧19，該復位彈簧19下端座搭在復位彈簧座20上。鏈輪18通過鏈條(未示圖號)驅(qū)動自行車后輪的鏈輪，自行車便向前運動。齒條9踩下后，腳抬起，則齒條9在復位彈簧19的作用下復位。在齒條9向上運動的過程中，齒輪7將隨之逆轉(zhuǎn)，由超越離合器特性決定，此時齒輪7的轉(zhuǎn)動不會影響芯子原來的運動狀態(tài)。所以，雖然兩個齒條9在工作中是做往復運動，而鏈輪18只是向前轉(zhuǎn)動；自行車也就連續(xù)向前運行。由于復位彈簧19比較長，所以，在齒條9的內(nèi)孔中裝有定位螺釘和浮動導向套21。齒條9的在沒有齒的側(cè)面設有凸筋或者凹槽，滾輪11之形狀與齒條9匹配，滾輪11的凹槽用來限制齒條9的運動軌跡，起軌道作用。通過調(diào)整螺母14、15和調(diào)整螺釘16，使調(diào)整架13相對護罩12產(chǎn)生位移，調(diào)整滾輪11與齒條9之間的間隙。上述齒條9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。
主體17也可以制成幾段組合式結(jié)構，以形成只在鏈輪18的周圍有相對較大的空間。主體17與自行車架子的聯(lián)接有多種方式可以選擇。一類是可拆聯(lián)接，在這類聯(lián)接中，一種是分別在主體17和自行車架子各增以焊接件，再用螺栓將主體17與自行車架聯(lián)接。另一種是通過獨立的弧形夾子聯(lián)接件(其圓弧部分與主體17之外圓匹配)，用螺栓將主體17緊固在自行架子上，這種結(jié)構可根據(jù)乘車者的不同身體狀況調(diào)整齒條9的傾角。另一種主體17與自行車架的聯(lián)接方式就是將主體17直接與自行車架子焊接，使主體17與自行車架成為一體。
上述超越離合器也可用內(nèi)棘輪機構(如傳統(tǒng)自行車后輪子上小鏈輪內(nèi)部機構)。
權利要求1.一種踏板式齒條傳動自行車，包括驅(qū)動裝置主體[17]內(nèi)安裝的主軸[3]，主軸[3]兩端設有軸承[5]，主軸[3]上安裝有超越離合器和鏈輪[18]，該超越離合器由齒輪[7]、滾柱[6]、芯子[1]及其附件組裝而成，芯子[1]與主軸[3]鍵聯(lián)接，其特征在于所說的齒輪[7]與固定安裝在踏板[23]下面的齒條[9]之齒相嚙合，齒條[9]內(nèi)裝有復位彈簧[19]。
2.根據(jù)權利要求1所述的齒條傳動自行車，其特征在于所說的齒條[9]的側(cè)面固定裝有齒條運行限制滾輪[11]。
3.根據(jù)權利要求2所述的齒條傳動自行車，其特征在于所說的齒條[9]在沒有齒的側(cè)面設有凸筋或者凹槽，滾輪[11]之形狀與齒條[9]匹配。
4.根據(jù)權利要求2或3所述的齒條傳動自行車，其特征在于所說的滾輪[11]上裝有調(diào)整架[13]，該調(diào)整架[13]上裝有調(diào)整螺釘[16]和調(diào)整螺母[14、15]。
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[9]內(nèi)孔中的復位彈簧[19]，該復位彈簧[19]下端座搭在復位彈簧座[20]上。
6.根據(jù)權利要求5所述的齒條傳動自行車，其特征在于所說的齒條[9]的內(nèi)孔中裝有定位螺釘和浮動導向套[21]。
7.根據(jù)權利要求1所述的齒條傳動自行車，其特征在于所說的齒條[9]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]。
專利摘要一種踏板式齒條傳動自行車，包括驅(qū)動裝置主體內(nèi)安裝的主軸，主軸兩端設有軸承，主軸上安裝有左、右兩個超越離合器和一個鏈輪，其特點是左、右超越離合器由齒輪、滾柱、芯子及其附件組裝而成，芯子與軸鍵聯(lián)接，齒輪與固定安裝在踏板下面的齒條之齒相嚙合，齒條內(nèi)裝有復位彈簧。上述齒條的外側(cè)固定裝有齒條運行限制滾輪，齒條在沒有齒的側(cè)面設有凸筋或者凹槽，滾輪之形狀與齒條匹配。上述滾輪上裝有調(diào)整架，該調(diào)整架上裝有調(diào)整螺釘和調(diào)整螺母，以便無級調(diào)整齒條與齒輪的嚙合間隙。齒條在運行中的復位是由裝在齒條內(nèi)孔中的復位彈簧完成。本實用新型所提供的齒條傳動自行車具有機械效率高，省力等優(yōu)點。
文檔編號B62M1/24GK2780605SQ20042011358
公開日2006年5月17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, 姜麗風 申請人:林介昌, 姜麗風