專利名稱：一種高速省力的新型自行車的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是對自行車驅(qū)動鏈輪的一種改進(jìn)，使其結(jié)構(gòu)更附合人的習(xí)慣和特點(diǎn)，并達(dá)到省力的目的。這種鏈輪的結(jié)構(gòu)為一扁圓形結(jié)構(gòu)。
對騎車的運(yùn)動過程分析一下可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)一只腳把腳踏板由水平到垂直的過程，從運(yùn)動學(xué)角度上可以分為三個(gè)階段(如

圖1、圖2所示)第一階段為加速運(yùn)動階段，在這一階段中力是最有效作功階段，第二階段為維持勻速運(yùn)動或克服部分阻力作減速運(yùn)動階段，在這一階段由于角θ的增大，很大一部分力分解為作用于軸上的力，所以力在這一階段并沒有作更多的功。當(dāng)人用力而未作功時(shí)人的能量同樣要消耗，所以此段的作功效率較低。第三階段為慣性轉(zhuǎn)動。由于θ趨近于π/2所以力臂幾乎為零，力矩也趨近于零。按正常的騎車習(xí)慣，這段都是靠慣性轉(zhuǎn)動。
本發(fā)明的扁圓形鏈輪的形狀為，在運(yùn)動的第一階段其半徑基本保持不變，或隨θ增大稍有減小，但減小極小。這一段大約為30°～45°。因?yàn)榇藭r(shí)有效的作用力為人施加力的70%以上。在第二三階段其半徑隨θ增大按一定規(guī)律逐漸減小，并達(dá)到一個(gè)定值b。以上變化過程在鏈輪轉(zhuǎn)動一周時(shí)共完成了四次。這樣就可以得到一個(gè)完整的扁圓型鏈輪輪廓，就可以制造出扁圓形鏈輪。本文提到的扁圓外形可以是橢圓或按上述規(guī)律畫出的凸輪曲線等。
下面對這種扁圓形鏈輪進(jìn)行受力分析(如圖3、圖4所示)，并與圓形鏈輪作一下比較。通過比較可以發(fā)現(xiàn)這種扁圓形鏈輪存在很多優(yōu)點(diǎn)。
設(shè)扁圓形鏈輪的長軸為a短軸為b，后鏈輪的半徑為ro，同時(shí)再設(shè)另一圓形普通鏈輪半徑為a，后鏈輪也為ro，并且有O1A1＝O2A2，若兩車處于相同的阻力下運(yùn)行(既為阻力矩相等)，那么可以得到F1’＝F2’。
首先考慮兩車都處于第一階段的情況，由于扁圓形鏈輪的在這一段上半徑基本不變，所以兩車的加速運(yùn)動情況相同。
第二階段，維持勻速運(yùn)動或克服部分阻力作減速運(yùn)動階段。并設(shè)M1，M2分別為兩車的合力矩，方向如圖3，4所示。
由受力分析可得下式M1＝F1O1A1·cosθ1-F1’R’-①M(fèi)2＝F2O2A2·cosθ2-F2’a-②若F1＝F2，并且處于同樣的角度時(shí)，即θ1＝θ2。那么比較①及②式可以得出 M1 ＜ M2 。由于此時(shí)θ減小，F(xiàn)1’R’＞F1OA1·cosθ1，F(xiàn)2’a＞F2O2A2·cosθ2。M1，M2為負(fù)值，表示力矩為阻力矩。由此可得出用同樣的力扁圓形鏈輪的阻力矩更小，并且由于半徑減小，傳動比也相應(yīng)減小，鏈輪轉(zhuǎn)速也更快，可以快速通過作功效率低的階段。如果扁圓形鏈輪與圓形鏈輪作相同減速運(yùn)動，即M1＝M2，那么，F(xiàn)1＜F2。扁圓鏈輪比圓形鏈輪更省力。
當(dāng)M1＝M2＝0時(shí)，是維持勻速運(yùn)動的情況，由于R’逐漸減小，所以R’＜a。那么，由式①及②比較可以得出F1＜F2，也就是說維持同樣的勻速運(yùn)動扁圓形鏈輪更省力。
在第三階段，由于θ角趨近于π/2，所以力臂極小，也趨于零。一般在這階段靠慣性轉(zhuǎn)動。慣性轉(zhuǎn)動包括自身的轉(zhuǎn)動慣性，另外，后鏈輪對驅(qū)動鏈輪也有帶動作用。
由于在第二階段扁圓鏈輪的傳動比小于圓形鏈輪，而且也比后者更省力。所以扁圓形鏈輪的轉(zhuǎn)動要快于圓形鏈輪。那么扁圓形鏈輪的慣性也更大，將快于圓形鏈輪通過附近的區(qū)域。
另外，由于扁圓鏈輪的傳動比逐漸減小，后鏈輪對扁圓形鏈輪的帶動也比對圓形鏈輪的帶動的反力矩小。由上述兩個(gè)因素可以得出在慣性階段，扁圓鏈輪可以更快地通過，而重新進(jìn)入有效作功階段。這對要以高速行駛的運(yùn)動員或普通使用者都是最為理想的。
綜上所述，采用扁圓形鏈輪的自行車，可比圓形鏈輪自行車更省力，速度也更快。
權(quán)利要求
1.一種采用扁圓形驅(qū)動鏈輪的自行車，其特征在于鏈輪的形狀為扁圓形，并且鏈輪的長半軸與角踏板臂垂直。
2.按權(quán)力要求1規(guī)定的自行車其扁圓形鏈輪的半徑特征為在π/2角度范圍內(nèi)，在長半軸向短半軸方向過渡的過程中，在長半軸線附近半徑基本不變或稍有減小，但減小量極小，而后半徑按一定的規(guī)律減小直到短半軸半徑。其它四分之三圓同樣按上述規(guī)律變化，由這樣的四段圓弧對稱連成的圓滑曲線，而構(gòu)成一個(gè)扁圓形鏈輪。
3.按權(quán)力要求1及2中提到的扁圓定義為一類非圓形的有長半軸及短半軸并由圓滑曲線連成的封閉曲線，它包括橢圓及按權(quán)力要求2提到規(guī)律而畫出的凸輪曲線等。
全文摘要
本發(fā)明是對自行車前驅(qū)動鏈輪的一種改進(jìn)，其結(jié)構(gòu)特征為一扁圓形鏈輪。鏈輪半徑按一定的規(guī)律變化。從而在騎車的整個(gè)過程中不斷地改變前鏈輪與后鏈輪的傳動比與阻力矩使車的驅(qū)動過程更符合人的騎車習(xí)慣與特點(diǎn)。使用這種鏈輪的自行車可以更快更省力。
文檔編號B62M9/08GK1067623SQ9110375
公開日1993年1月6日 申請日期1991年6月8日 優(yōu)先權(quán)日1991年6月8日
發(fā)明者何立新 申請人:何立新