專利名稱：坐靠式自行車的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的坐靠式自行車，涉及一種人力驅(qū)動的兩輪交通工具。
現(xiàn)有技術(shù)中，自行車幾乎都是大家熟悉的直立騎車姿勢。由日本《自行車實用手冊》編輯委員會編寫，邢玉民、李松操翻譯，輕工業(yè)出版社82年出版的該手冊第一分冊第195頁提到的水平形自行車，類似本發(fā)明的自行車布局。這種自行車采用坐靠式騎車姿勢，目的主要是為了減小迎風面積，從而減小空氣阻力。騎車人坐在座椅上，仰靠著靠背，兩腳在斜前方向蹬踏驅(qū)動，其驅(qū)動系，傳動系，行走系，轉(zhuǎn)向系和剎車系在結(jié)構(gòu)原理上均類同普通直立騎姿的兩輪自行車。由于上述騎姿及常規(guī)的驅(qū)動、傳動系，其總體布局往往把前輪布置在腳踏驅(qū)動系的前方，使車身拉長，整車結(jié)構(gòu)重量增加，占地空間增大，加之其它一些原因，未能得以推廣。
本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、輕巧，車身短小，可以折疊，便于存放攜帶，同時具備實用自行車必要的舒適、安全、省力等特性的坐靠式自行車產(chǎn)品。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明對現(xiàn)有技術(shù)的坐靠式自行車采用了前后往復(fù)踏、鋼絲繩傳動的技術(shù)方案，其結(jié)構(gòu)特征是前叉、車梁和后輪架構(gòu)成車身，前輪安裝在前叉上，后輪裝在后輪架上構(gòu)成前后輪系；前叉和前輪布置在緊靠座椅前下方，車把裝在座椅下方與前叉連接，構(gòu)成本車的轉(zhuǎn)向系；車梁的前方連接前伸臂，前伸臂的前端鉸接有擺臂，擺臂上方裝有回位彈簧，擺臂下方連接踏板，構(gòu)成腳踏驅(qū)動系；一杠桿臂連接在擺臂上，鋼絲繩的前端通過檔軸連接在杠桿臂上，鋼絲繩的后端繞在裝在后輪轂上的滾筒飛輪的滾筒外殼上并固定其上，構(gòu)成本車的傳動系。騎本車時，騎車人仰坐在座椅上，雙手撐扶著座椅下方的車把，雙腳往復(fù)蹬踏斜前方的踏板，通過杠桿臂，鋼絲繩將踏力傳到后輪轂上的滾筒飛輪，從而驅(qū)動后輪轉(zhuǎn)動，由于前后往復(fù)踏比旋轉(zhuǎn)踏時的雙腿活動空間小，所以，即使前輪布置在座椅前下方，仍能較好地保證騎車人的舒適、安全和前方視野。
本車的滾筒飛輪有一輪芯，一滾筒外殼由兩盤滾珠定位在輪芯上，輪芯外側(cè)裝一盤發(fā)條彈簧，發(fā)條彈簧的一端連接在滾筒外殼的內(nèi)壁上，另一端連接在后輪軸上。
為使結(jié)構(gòu)更簡單，本發(fā)明的坐靠式自行車還可以采用雙腳共用同一套往復(fù)踏驅(qū)動系和鋼絲繩傳動系，這樣作雖然有半周期的“死點”，即有半周期的時間不出力，靠人車慣性滑行，但其畢競大大簡化了結(jié)構(gòu)，必要時是可取的，何況，即使是常規(guī)旋轉(zhuǎn)腳踏自行車，每個周期也有兩次較大轉(zhuǎn)角范圍的“死點”，至于每次向前踏時，飛輪內(nèi)棘爪、棘齒之間間隙可能引起的“沖擊”，可以通過在飛輪輪芯內(nèi)增加棘爪的對數(shù)來解決。
本發(fā)明的坐靠式自行車的結(jié)構(gòu)很適合折疊設(shè)計，為得到最小的折疊收放尺寸，可采取“全折疊”的結(jié)構(gòu)，即整個腳踏系，靠背，前叉，后輪架都是通過鉸接實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)折疊，車把可以取下疊放。當然，為簡化結(jié)構(gòu)也可只折疊上述構(gòu)件中的某幾個，如果前叉不折疊，車把也可采取繞一鉸軸作旋轉(zhuǎn)折疊。
由于本車車把較低，不便步行推車時扶把，為此，在靠背上方可裝一輔助轉(zhuǎn)向把手。
后輪比較小時，為了增加傳動比，還可以在傳動線路中增加一個動滑輪。
由于上述結(jié)構(gòu)特征，本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，經(jīng)折疊后尺寸充分小，便于旅行隨身攜帶，同時它還能作小推車和休息坐椅用。
下面通過一個最佳實施例及附圖來進一步介紹本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理和特征，本例中的坐靠式自行車可折疊，前后車輪均選用41厘米標準自行車輪，雙腳共用同一套驅(qū)動傳動系。


如下圖1是該例總體布局和結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中標號對應(yīng)構(gòu)件的名稱是〔1〕－前輪，〔2〕－踏板，〔3〕－杠桿拉繩，〔4〕－擺臂，〔5〕－回位彈簧，〔6〕－杠桿臂，〔7〕－檔軸，〔8〕－前伸臂，
〔9〕－鋼絲繩，〔10〕－靜滑輪，〔11〕－前叉，〔12〕－車把，〔13〕－車梁，〔14〕－座椅，〔15〕－輔助轉(zhuǎn)向手把，〔16〕－靠背，〔17〕－背包，〔18〕－坐簧，〔19〕－后輪架，〔20〕－動滑輪，〔21〕－滾筒飛輪，〔22〕－后輪。
圖2是滾筒飛輪結(jié)構(gòu)簡圖。
圖中標號對應(yīng)構(gòu)件的名稱是〔23〕－滾筒外殼，〔24〕－輪芯，〔25〕－發(fā)條彈簧。
圖3是前叉、車梁和后輪架結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是車把安裝結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中標號對應(yīng)構(gòu)件的名稱是〔26〕－定位扣，〔27〕－卡勾，〔28〕－卡槽。
圖5是速比計算示意圖。
圖1中，騎車人坐在座椅〔14〕上，仰靠著靠背〔16〕，兩手撐扶在座椅下方的車把〔12〕上，該車把是裝在前叉〔11〕上的，腳踏前方的踏板〔2〕，騎行時，雙腳同時向前蹬踏踏板，擺臂〔4〕繞前伸臂〔8〕端部的軸向前擺動，帶動杠桿臂〔6〕擺動，杠桿臂上有若干檔位作變速器用，鋼絲繩〔9〕的前端系在檔軸〔7〕上，檔軸掛在杠桿臂的某檔位上，其后端經(jīng)過一固定在車身前端的靜滑輪〔10〕變向，再通過動滑輪〔20〕增速(對較大直徑的后輪也可不用動滑輪)，將踏力和行程傳至固定在后輪軸上的滾筒飛輪〔21〕上，帶動后車輪轉(zhuǎn)動。采用動滑輪時，鋼絲繩〔9〕的后端系在動滑輪的軸上，另有一小段輔助鋼絲繩的一端系在后輪架上，另一端繞過動滑輪再繞在滾筒外殼上并固定，在返回行程時，飛輪內(nèi)有一盤發(fā)條彈簧將鋼絲繩收繞在滾筒上，另有一平衡腿腳重量的回位彈簧〔5〕將擺臂及腿腳收回到初始位置。系統(tǒng)在返程中不提供動力，靠人車質(zhì)量慣性滑行。這種雙腳共用一套驅(qū)動傳動系的方案可明顯簡化結(jié)構(gòu)。另外，靠背上的一個輔助轉(zhuǎn)向手把〔15〕用鋼絲繩連接到前叉上，以備推車時用。圖中未示出剎車、護泥等件，這些件可采用標準零件。
上述結(jié)構(gòu)中，擺臂、踏板、杠桿臂、鋼絲繩和滾筒飛輪組成本發(fā)明的前后往復(fù)踏驅(qū)動傳動系。其中，擺臂和杠桿臂分成兩件并形成一個角度是由于本例布局上的需要，以便獲得最佳的行程范圍。必要時，二者可合為一體。滾筒飛輪的結(jié)構(gòu)見圖2，其輪芯〔24〕與普通自行車飛輪的輪芯結(jié)構(gòu)相同，滾筒外殼〔23〕由兩盤滾珠定位在輪芯上，在輪芯外側(cè)裝有一盤發(fā)條彈簧〔25〕，其一端與滾筒外殼內(nèi)壁連接，另一端連接在后輪軸上。必要時，輪芯內(nèi)可增加1到2對棘爪，每對之間相位錯開以減小每次踏程中由于飛輪內(nèi)棘爪、棘齒間間隙引起的沖擊。
由于對坐靠式自行車采用了往復(fù)踏，鋼絲繩傳動的方案，因而使整車折疊更易于實現(xiàn)。此例的折疊方式是踏板繞其軸旋轉(zhuǎn)向擺臂收攏折疊；擺臂向前伸臂收攏折疊；前伸臂繞其根部的轉(zhuǎn)軸側(cè)向折疊于座椅下方；靠背向前折疊在座椅上；前輪繞圖1平面中的K點，后輪繞P點各自轉(zhuǎn)一角度實現(xiàn)重疊，這需要前輪和后輪的旋轉(zhuǎn)平面錯開一定位置(見圖3)。車把的折疊見圖4，圖中，車把通過卡勾〔27〕，定位扣〔26〕和卡槽〔28〕直接鑲卡在前叉上，折疊時，在P方向適當旋轉(zhuǎn)一角度，即可方便地從前叉上取下車把，并把它順置于車梁附近的相應(yīng)位置；整車完成折疊后的尺寸為500×500×200毫米。
為簡化結(jié)構(gòu)，還可采取下述折疊方法，即前面全折疊方案中，不折疊前叉，其雖然使折疊尺寸增大，但能較顯著地簡化結(jié)構(gòu)，此時，車把可改為繞一轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的折疊方法，前后輪也可布置在一個平面內(nèi)。必要時，還可進一步減小可折疊構(gòu)件，甚至所有構(gòu)件都不折疊。
上述實施例中的自行車，使用性能會怎樣呢？對此不妨作一簡要分析。
從圖1及前面所述的騎車狀態(tài)看，騎車時腳踏、座椅、靠背的相關(guān)位置尺寸及腿部的活動范圍都較合理由于采用往復(fù)踏，鋼絲繩傳動，腿腳的運動范圍僅在適當高度上前后運動，不致抬得太高，這就有益于視野和舒適安全性；在本實例中設(shè)計的踏板到靠背的距離尺寸為700－1100毫米范圍，這種中等身材的人是合適的；座椅面積約為350×180毫米，比普通自行車還要大；雙手撐扶在座椅下方的車把上，方向操縱方便，又可控制身體平衡，在路面不平時，還能幫助起減振作用；盡管兩輪軸距很小，但由于人車系統(tǒng)重心低，與騎普通自行車比較，其重心相對于前后接地點的角度近似，因此不必耽心剎車或爬坡的前傾后仰問題，何況坐高如此之低，車把又在座椅的下方，出現(xiàn)險情時，騎者可迅速地雙腳著地，或離開車子。總之，騎本車是舒適，安全的。
由于上述坐姿能充分發(fā)揮人體背部、腰部和腿部肌肉的力量，使人體出力出功效率高，加之有變速檔位，因此，按人機工程學(xué)的觀點，此系統(tǒng)是省力的。從外部所受阻力來分析，由于采用小尺寸車輪，一般講，輪胎與地面的滾阻系數(shù)將略有增加。但另方面，騎本發(fā)明的自行車比騎普通自行車的迎風面積減小約1／3，按空氣動力學(xué)知識，這兩種騎車姿勢下的空氣阻力系數(shù)大致相同，即在同樣騎行速度下，本車將比普通車的空氣阻力小1／3。計算表明，在自行車速度為15公里／小時左右時，所受的空阻和滾阻大致各占總阻力的一半，就是說，在此速度下騎本車比騎普通車總的阻力將減小約15％，即使考慮到滾阻略有增加，總阻力也應(yīng)減小。由上述分析，人體肌肉出力效率高，外部阻力又小，因此，與騎普通自行車相比，本車應(yīng)該是更省力的。
要達到類同普通自行車的速度范圍，需要設(shè)計合適的速比。人機工程學(xué)認為，騎自行車最合適的踏速是每秒一周，即每分鐘60次的節(jié)奏，在此節(jié)奏下，人體有最佳的輸出性能。對無變速機構(gòu)的普通28″寸車，其總速比是腳踏一周，車前行約6.3米。本實施例可按掛最高速檔位時稍高出這一速比取值，例如，腳往復(fù)一周，車前行7.2米，即如果腳踏周期為1秒時，車速為7.2米／秒(25公里／小時)。由圖5V3＝ (rv1)/(2R)又杠桿臂上最高檔位的最大行程約為0.3米，于是，為滿足前述速比要求，飛輪外殼的半徑r應(yīng)為3.4厘米。對本例，系統(tǒng)中增加一個動滑輪使鋼絲繩速度增加一倍是必要的，否則較難使如此小輪車得到所需要的較大的速比。
從上面對本發(fā)明的坐靠式自行車結(jié)構(gòu)原理和特征的介紹可以看出，其與現(xiàn)有技術(shù)的自行車產(chǎn)品比較，主要優(yōu)點是結(jié)構(gòu)尺寸小、重量輕，便于折疊和隨身攜帶。對實施例中采用的標準41厘米自行車輪，實用的折疊收放尺寸可做到不大于500×500×200毫米，整車重量亦可做到小于8公斤。而對如此小型化、輕量化的自行車，仍可作到具備類同普通自行車的舒適、安全、省力和快速的實用性能。
權(quán)利要求1.一種坐靠式自行車，該車由前叉、車梁和后輪架構(gòu)成車身；前輪安裝在前叉上，后輪安裝在后輪架上，構(gòu)成前后輪系；座椅和靠背構(gòu)成座靠；其特征在于前叉和前車輪緊靠座椅前下方，車把裝在座椅下方與前叉連接，構(gòu)成本車的轉(zhuǎn)向系；車梁的前方連接前伸臂，前伸臂的前端鉸接有擺臂，擺臂上方裝有回位彈簧，擺臂下方連接踏板，構(gòu)成腳踏驅(qū)動系；一杠桿臂連接在擺臂上，鋼絲繩的一端通過檔軸連接在杠桿臂上，其另一端繞在裝于后輪輪轂上的滾筒飛輪的滾筒外殼上并固定其上，構(gòu)成本車的傳動系。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的坐靠式自行車，其特征是雙腳共用同一套腳踏驅(qū)動系和傳動系。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的坐靠式自行車，其特征是踏板、擺臂、前伸臂、靠背、車把、前叉和后輪架這些構(gòu)件與相關(guān)構(gòu)件的連接是鉸接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的坐靠式自行車，其特征是車把通過卡勾，定位扣裝卡在前叉上相應(yīng)的卡槽內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的坐靠式自行車，其特征是所述的滾筒飛輪有一輪芯，一滾筒外殼由兩盤滾珠定位在輪芯上，輪芯外側(cè)裝一盤發(fā)條彈簧，發(fā)條彈簧的一端連接在滾筒外殼的內(nèi)壁上，另一端連接在后輪軸上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的坐靠式自行車，其特征是所述的輪芯有1－3對棘爪。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的坐靠式自行車，其特征是靠背上裝有步行推車用的輔助轉(zhuǎn)向手把。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的坐靠式自行車，其特征是杠桿臂和擺臂可合為一體。
專利摘要本實用新型涉及一種人力驅(qū)動的兩輪交通工具。采用坐靠騎車姿勢，其特征是騎車人雙腳在斜前方同時前后往復(fù)踏，并通過杠桿變速，鋼絲繩滾筒傳動來驅(qū)動自行車前進，結(jié)構(gòu)布局上采用小輪距，腳踏系布置在前輪前上方，車把在坐椅下方，必要時，各主要部件可折疊。由于上述特征，本車結(jié)構(gòu)緊湊、輕巧，對一實施例，折疊后的尺寸只有500×500×200毫米，重量不超過8公斤，居家旅游攜帶、存放極為方便，且騎行舒適、安全、省力、快速，還可作旅行小推車和休息坐椅用。
文檔編號B62M1/24GK2068935SQ9021261
公開日1991年1月9日 申請日期1990年5月3日 優(yōu)先權(quán)日1990年5月3日
發(fā)明者王化偉 申請人:王化偉, 何紹韓, 方曉霞