本實用新型涉及一種驅(qū)動系統(tǒng)，具體是一種用于自行車的腳踏驅(qū)動系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

自行車自發(fā)明以來已經(jīng)200多年，其驅(qū)動系統(tǒng)在原理上一直以來都沒有發(fā)生過變化。是以腳踏、牙盤、飛輪為基礎(chǔ)，通過腳踩腳踏做圓周，帶動牙盤選擇，通過鏈條帶動飛輪旋轉(zhuǎn)。由于牙盤在旋轉(zhuǎn)時，人體所做的功不能全部用于驅(qū)動車輛前行，帶來體能的浪費，也不能使得車速更快。通過對人體做功進行計算，可以推算出人在騎車時，所做的功只有63.7%用于驅(qū)動車輛前進，轉(zhuǎn)換效率較低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種轉(zhuǎn)換效率更高的直線往復式自行車腳踏驅(qū)動系統(tǒng)及采用直線往復式自行車腳踏驅(qū)動系統(tǒng)的自行車。

為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用的技術(shù)方案是：

一種直線往復式自行車腳踏驅(qū)動系統(tǒng)，包括支架、第一腳踏和第二腳踏，所述第一腳踏和第二腳踏設(shè)置在所述支架的兩側(cè)，其特征在于，還包括：

一隨動裝置，該隨動裝置設(shè)置在所述支架上，包括轉(zhuǎn)動件以及帶動所述轉(zhuǎn)動件轉(zhuǎn)動的連接件，所述第一腳踏和第二腳踏與所述連接件連接，所述第一腳踏和第二腳踏均沿所述支架的長度方向做往復直線運動并帶動所述轉(zhuǎn)動件逆時針旋轉(zhuǎn)和順時針旋轉(zhuǎn)；

一換向輸出裝置，該換向輸出裝置與所述轉(zhuǎn)動件連接，用于將具有逆時針旋轉(zhuǎn)和順時針旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動件的兩個轉(zhuǎn)動方向轉(zhuǎn)換成一個方向的轉(zhuǎn)動并輸出。

所述換向輸出裝置包括換向機構(gòu)以及輸出機構(gòu)，所述換向機構(gòu)包括順時針驅(qū)動齒輪、逆時針驅(qū)動齒輪、順時針旋轉(zhuǎn)棘輪卡爪、順時針旋轉(zhuǎn)棘輪卡爪支架、逆時針旋轉(zhuǎn)棘輪卡爪、逆時針旋轉(zhuǎn)棘輪卡爪支架以及換向用惰輪，所述順時針旋轉(zhuǎn)棘輪卡爪支架和逆時針旋轉(zhuǎn)棘輪卡爪支架與所述轉(zhuǎn)動件同軸固定且位于不同的軸向位置，所述順時針旋轉(zhuǎn)棘輪卡爪固定在所述順時針驅(qū)動齒輪的內(nèi)圈，所述逆時針旋轉(zhuǎn)棘輪卡爪固定在所述逆時針驅(qū)動齒輪的內(nèi)圈，所述順時針旋轉(zhuǎn)棘輪卡爪與所述順時針旋轉(zhuǎn)棘輪卡爪支架配合，所述逆時針旋轉(zhuǎn)棘輪卡爪與所述時針旋轉(zhuǎn)棘輪卡爪支架配合，所述順時針驅(qū)動齒輪和逆時針驅(qū)動齒輪同時與所述換向用惰輪嚙合。

所述輸出機構(gòu)包括輸出齒輪、第一輸出換向用錐齒輪和第二輸出換向用錐齒輪，所述輸出齒輪與所述換向用惰輪嚙合，所述第一輸出換向用錐齒輪與所述輸出齒輪同軸固定，所述第一輸出換向用錐齒輪和第二輸出換向用錐齒輪嚙合，所述第二輸出換向用錐齒輪固定在輸出軸上。

所述轉(zhuǎn)動件包括導輪和輸入牙盤，所述連接件為鏈條。

所述支架包括中間導軌和兩個側(cè)導軌，所述側(cè)導軌包括上導軌和下導軌，所述腳踏安裝座位于上導軌和下導軌之間且與所述中間導軌接觸。

所述連接組件包括第一鏈條固定部件和第二鏈條固定部件，在所述第一鏈條固定部件上設(shè)置有可插入鏈條內(nèi)的插入部，在所述第二鏈條部件上設(shè)置有分別與所述上導軌、下導軌以及中間導軌接觸的滾輪。

所述滾輪包括：與所述上導軌下表面接觸的滾輪、與所述上導軌內(nèi)側(cè)面接觸的滾輪、與所述下導軌上表面接觸的滾輪、與所述下導軌內(nèi)側(cè)面接觸的滾輪、與所述中間導軌上表面接觸的滾輪、與所述中間導軌下表面接觸的滾輪以及與所述中間導軌內(nèi)側(cè)面接觸的滾輪。

在所述第二鏈條固定部件上設(shè)置兩個滾輪支架，在所述上導軌的下表面設(shè)置有導向槽，在所述下導軌的上表面也設(shè)置有導向槽，所述滾輪支架位于上導軌的導向槽與下導軌的導向槽內(nèi)，與所述上導軌下表面接觸的滾輪和與所述下導軌上表面接觸的滾輪設(shè)置在所述滾輪支架上。

所述滾輪為軸承。

本實用新型提出的直線往復式腳踏驅(qū)動系統(tǒng)，采用直線式驅(qū)動，人體所做的功全部用于驅(qū)動車輛前進。每次蹬踏的距離可以根據(jù)人體情況允許，在一定范圍內(nèi)自由變化。左右腳各完成一次蹬踏，相當于傳統(tǒng)圓周驅(qū)動腳踏旋轉(zhuǎn)一周。每次蹬踏的距離不同，所帶動的鏈條前行節(jié)數(shù)不同，相當于傳統(tǒng)圓周運動式驅(qū)動系統(tǒng)的牙盤齒數(shù)發(fā)生變化，實現(xiàn)不同的變速比。每次蹬踏的距離可以任意，使得變速比可以在許可范圍內(nèi)任意變化，達到無級變速效果。

附圖說明

圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為換向輸出裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為換向裝置上端齒輪的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為換向裝置下端齒輪的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為換向裝置的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為腳踏與支架的連接示意圖；

圖7為連接組件與支架的連接示意圖；

圖8為連接組件與導軌的連接示意圖一；

圖9為連接組件與導軌的連接示意圖二；

圖10為連接組件與鏈條的連接示意圖一；

圖11為連接組件與鏈條的連接示意圖二。

圖中：1為第一腳踏，2為第二腳踏，3、第一連接組件，4為第二連接組件，5為導輪，6為鏈條，7為支架，8為輸入牙盤，9為輸入軸，10為逆時針驅(qū)動齒輪，11為順時針驅(qū)動齒輪，12為換向用惰輪，13為輸出齒輪，14為第一輸出換向用錐齒輪，15為第二輸出換向用錐齒輪，16為輸出軸，17為輸出牙盤，18為逆時針旋轉(zhuǎn)棘輪卡爪支架，19為逆時旋轉(zhuǎn)針棘輪卡爪，20為順時針旋轉(zhuǎn)棘輪卡爪支架，21為順時針旋轉(zhuǎn)棘輪卡爪。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖，對本實用新型作詳細說明：

實施例一

如圖1所示，本實用新型是一種直線往復式自行車腳踏驅(qū)動系統(tǒng)，包括支架7、第一腳踏1和第二腳踏2，第一腳踏1和第二腳踏2設(shè)置在支架7的兩側(cè)。在支架7上還設(shè)置有一隨動裝置和一換向輸出裝置。其中隨動裝置包括轉(zhuǎn)動件以及帶動轉(zhuǎn)動件轉(zhuǎn)動的連接件，第一腳踏1和第二腳踏2與連接件連接，第一腳踏1和第二腳踏2均沿支架7的長度方向做往復直線運動并帶動轉(zhuǎn)動件逆時針旋轉(zhuǎn)和順時針旋轉(zhuǎn)；該換向輸出裝置與轉(zhuǎn)動件連接，用于將具有逆時針旋轉(zhuǎn)和順時針旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動件的兩個轉(zhuǎn)動方向轉(zhuǎn)換成一個方向的轉(zhuǎn)動并輸出。轉(zhuǎn)動件可以為帶輪盤、牙盤、導輪以及輥軸等，連接件可以為皮帶、齒條、鏈條或鋼絲繩等。在本實施例中，轉(zhuǎn)動件為兩個，一個導輪5，一個牙盤8，連接件為鏈條6，通過鏈條6帶動牙盤8轉(zhuǎn)動。第一腳踏1和第二腳踏2分別通過第一連接組件3和第二連接組件4與鏈條6連接并沿著支架7的長度方向在直線上運動。

換向輸出裝置的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2、圖3及圖4所示，包括換向機構(gòu)以及輸出機構(gòu)。換向機構(gòu)包括順時針驅(qū)動齒輪11、逆時針驅(qū)動齒輪10、順時針旋轉(zhuǎn)棘輪卡爪21、順時針旋轉(zhuǎn)棘輪卡爪支架20、逆時針旋轉(zhuǎn)棘輪卡爪19、逆時針旋轉(zhuǎn)棘輪卡爪支架18以及換向用惰輪12，順時針旋轉(zhuǎn)棘輪卡爪支架20和逆時針旋轉(zhuǎn)棘輪卡爪支架18與輸入牙盤8同軸固定且位于不同的軸向位置，順時針旋轉(zhuǎn)棘輪卡爪21固定在順時針驅(qū)動齒輪11的內(nèi)圈，逆時針旋轉(zhuǎn)棘輪卡爪19固定在逆時針驅(qū)動齒輪10的內(nèi)圈，順時針旋轉(zhuǎn)棘輪卡爪21與順時針旋轉(zhuǎn)棘輪卡爪支架20配合，逆時針旋轉(zhuǎn)棘輪卡爪19與逆時針旋轉(zhuǎn)棘輪卡爪支架18配合，順時針驅(qū)動齒輪11和逆時針驅(qū)動齒輪9同時與換向用惰輪12嚙合。

輸出機構(gòu)包括輸出齒輪13、第一輸出換向用錐齒輪14和第二輸出換向用錐齒輪15，輸出齒輪13與換向用惰輪12嚙合，第一輸出換向用錐齒輪14與輸出齒輪13同軸固定，第一輸出換向用錐齒輪14和第二輸出換向用錐齒輪15嚙合，第二輸出換向用錐齒輪15固定在輸出軸16上。

本實用新型腳踏系統(tǒng)的工作原理是：

當左腳驅(qū)動第一腳踏1時，第一腳踏1通過第一鏈接組件3，驅(qū)動鏈條6使得鏈條6順時針方向移動。鏈條6帶動輸入牙盤8順時針轉(zhuǎn)動。輸入牙盤8固定在輸入軸9上，帶動輸入軸9順時針轉(zhuǎn)動。順時針旋轉(zhuǎn)棘輪卡爪用支架20帶動順時針旋轉(zhuǎn)用棘輪卡爪21順時針轉(zhuǎn)動，卡住順時針旋轉(zhuǎn)用齒輪11內(nèi)部的棘輪，使得11順時針旋轉(zhuǎn)。與11嚙合的惰輪12逆時針旋轉(zhuǎn)，與其嚙合的輸出齒輪13順時針旋轉(zhuǎn)第一輸出換向用錐齒輪14與輸出齒輪13固定在同一個軸上同步選擇，當輸出齒輪13順時針旋轉(zhuǎn)時，第一輸出換向用錐齒輪14也順時針旋轉(zhuǎn)，帶動與其嚙合的第二輸出換向用錐齒輪15順時針旋轉(zhuǎn)，通過輸出軸16，帶動輸出牙盤17順時針旋轉(zhuǎn)。

當右腳驅(qū)動第二腳踏2時，第二腳踏2通過第二連接組件4，驅(qū)動鏈條6使得鏈條6逆時針方向移動。鏈條6帶動輸入牙盤8逆時針方向轉(zhuǎn)動。逆時針旋轉(zhuǎn)棘輪卡爪用支架18帶動逆時針旋轉(zhuǎn)用棘輪卡爪19轉(zhuǎn)動，卡住逆時針驅(qū)動齒輪10內(nèi)部的棘輪，使得逆時針驅(qū)動齒輪10逆時針旋轉(zhuǎn)，帶動與逆時針驅(qū)動齒輪10嚙合的輸出齒輪13順時針旋轉(zhuǎn)，通過第一輸出換向用錐齒輪14、第二輸出換向用錐齒輪15以及輸出軸16，帶動輸出牙盤17順時針旋轉(zhuǎn)。

逆時針驅(qū)動齒輪10、順時針驅(qū)動齒輪11以及輸出齒輪13的直徑以及齒數(shù)相同。換向用第一輸出換向用錐齒輪14、第二輸出換向用錐齒輪15的直徑以及齒數(shù)相同。

輸入牙盤8的半徑與逆時針驅(qū)動齒輪10及順時針驅(qū)動齒輪11的半徑的比，為輸入端的杠桿比。根據(jù)加工工藝以及材料不同，可以實現(xiàn)2.5倍以上的杠桿比。此比值相當于采用34齒的牙盤以及17厘米長曲柄時，曲柄與牙盤之間的比值。

傳統(tǒng)驅(qū)動系統(tǒng)中，采用固定長曲柄，牙盤根據(jù)變速需要，可以更換。曲柄長度與牙盤半徑的比值隨著牙盤的變換而發(fā)生變化。當齒數(shù)增加時，曲柄長度與牙盤半徑的比值變小，意味著杠桿比變小，騎行時更加費力。牙盤數(shù)增加，在飛輪齒數(shù)不變、蹬踏頻率不變情況下，騎行速度變快。同時因為杠桿比變小，需要更大的驅(qū)動力量。

本實用新型由于輸入牙盤的半徑以及逆時針驅(qū)動齒輪10及順時針驅(qū)動齒輪11的半徑固定不變，相當于輸入杠桿比保持不變。也就是說拋開風阻等與傳送機構(gòu)無關(guān)的因素，驅(qū)動力量與速度無關(guān)。

每次左右腳各完成一次蹬踏，第一踏板1及第二腳踏2所經(jīng)過的距離之和，與每節(jié)鏈條之間的比值，等于每次蹬踏驅(qū)動牙盤旋轉(zhuǎn)的齒數(shù)。由于第一踏板1及第二腳踏2可以在任何位置停留以及完成左右腳發(fā)力的交替，每次蹬踏可以允許第一踏板1及第二腳踏2前進的距離可以在人體允許的范圍內(nèi)自由改變。當左右腳的蹬踏所帶來的踏板前進距離達到人體最大極限時，第一踏板1及第二腳踏2前進距離之和與每節(jié)鏈條長度之間的比值為人體能達到的最大牙盤齒數(shù)。此時也達到最大變速比。當靜止時，相當于牙盤齒數(shù)為0，變速比為0。當?shù)谝惶ぐ?及第二腳踏2前進距離之和小于人體能達到的最大牙盤數(shù)時，變速比在最大與0之間變化。

通過第一連接組件3和第二連接組件4改變腳踏與鏈條之間的相對位置，可以適應(yīng)不同腿長的騎行者。

鏈條與腳踏的連接組件3和4細節(jié)具體如圖5-11所示，301為第一鏈條固定部件，302為第二鏈條固定部件。303、304、305、306、307、308為軸承，用來與導軌7接觸，起到固定第一鏈條固定部件301和第二鏈條固定部件302的作用。導軌7一共5根，參見圖7，一根為中間導軌，兩側(cè)各兩根，每側(cè)的兩根呈上下布置。中間的一根在高度上正好位于上下的兩根中間。311、312為軸承支架，參見圖8，固定到鏈條用部件301上，用來安裝軸承309、310。第一鏈條固定部件301，有至少一個插頭插入到鏈條中，并且有一個螺絲孔，用于連接腳踏。第二鏈條固定部件302與第一鏈條固定部件301結(jié)合到一起，加固第一鏈條固定部件301以及與軸承連接，通過軸承與導軌接觸，起到固定鏈條連接組件的作用。

實施例二

一種自行車，采用實施例一中的直線往復式自行車腳踏驅(qū)動系統(tǒng)。