[发明专利]一种新型变加速自行车

说明书

一、所属技术领域

本发明所涉及到的是一种既能使自行车等自助力车高速行进的同时又能节省大量作用力的加速器和力量缩减器，也可以说是给自行车等自助力车既能加速又能省力的一种技术方法。特别为远距离、长程比赛设计的既省力又高速的新型超（级）变速自行车；以及需要承载量较大的人力三轮自助力车研发设计。

二、应用背景技术

第一，目前市场上已有的自行车根据其变速原理，可以分为普通自行车和变速自行车两大类，普通自行车（如图1中A所示）后轮上的小飞轮（图1C）和中轴曲柄上的大齿盘（图1B）都是一种相对固定不变的单级同心齿轮，自行车在行进过程中不能够人为调节，只能通过加大脚踏上的作用力来加大自行车的行进速度，如此一来，普通自行车如果要达到高速行进的目的那么人体自身就必须付出更大、更多的体力，即普通自行车要达到高速行进比较费体力。

而变速自行车（如图2中A所示）在普通自行车的基础之上通过增加后轮和中轴曲柄上的同心齿轮的数量，即把普通自行车中原本固定不变的单级飞轮和单级大齿盘均设计成、变更为多级齿轮和齿盘，即两层甚至三层以上的多层飞轮和多层大齿盘，（如图2中B和C所示）如此一来，人们可以通过自主调节、随心改变飞轮和花盘半径的大小，进而达到随意改变自行车的速率、最终达到提高自行车的行进速度的目的，事实上，变速自行车相比较普通自行车的确可以达到提高自行车运行速度的目的。 

但是变速自行车的这种变速原理存在着一个致命缺陷和不足，（如图2所示）即要使变速自行车的速度达到最大值，中轴脚踏曲柄上的大齿盘（图2C）的半径要求必须达到最大化的同时还要求处于后轱辘上的小飞轮（图2B）的半径必须最小化，但是这样一来人所施加给脚踏上的作用力也同时达到最大化。也就是说，变速自行车虽然通过改变前后大小齿轮半径差提高了自行车的速率值，最终达到提高行进速度的目的，但与此同时自行车的加速度值也转变到最小值，自行车加速度值的减小则意味着，自行车从静止状态到运动状态需要耗费较长的时间和较大的作用力，也就是俗话说的很难启动起来一旦启动起来速度又比较快。变速自行车相比较普通自行车虽然达到了提升速度的目的，但这一结果却是建立在付出更多、更大作用力的基础之上。 

相反，要使脚踏上的作用力达到最小化，那么就必须使中轴曲柄上的大齿盘（图2C）的半径最小化的同时，还必须使处于后轮上的小飞轮（图2B）的半径必须最大化，这样一来，虽然省力了很多但是自行车的运行速度也随之降到了最低点。也就是说，此时加速度值增加了但是自行车的速率却降到了最低点，加速度值的增加和速率值的下降意味着，自行车从静止到运动需要较短的时间和较小的作用力的付出，也就是俗话说的很容易启动起来一旦启动起来行进速度很慢。 

言而总之，由于变速自行车中轴曲柄上的大齿盘半径的要求和后轱辘上的飞轮半径的要求是相反的、排斥的、矛盾的，这就意味着，变速自行车不可能同时达到既省力又快捷这个目的，即要么快速不省力、要么省力不快速。 

第二，(如图3所示)，任何一种传统自行车为了保持车体自身的稳固和安全性，都将车架系统中的受力部分即前车叉和后车叉均设计成一种“八”字形结构，这种八字形结构虽然使车体看起来稳固和安全了很多，但是根据物理学力学合成和分解原理，这种“八”字形结构的车架却将人体所产生的重量全部转化为一种增加自行车轮轴旋系统转的摩擦力，继而转化为一种阻碍自行车前进、行进时的阻力，这种阻力正是形成提升自行车速度的一大障碍。 

当人体重力G作用在座椅上时，重力G分别通过自行车的前叉和后叉作用在前轮轴和后轮轴上，根据物理学力学合成和分解原理，前叉上的重力G就被分解为F’、G’，F’为一部分前进动力、G’ 为一部分重力；而后叉上的重力G也被分解为F’’ 和G’’， F’’为一部分阻力，G’’为一部分重力。由于F’和F’’大小相等、方向相反，所以F’和F’’相互抵消，而G’加上G’’仍然等于G本身。 

可见，虽然前叉将一部分重力分解为了前进的动力，但是又被后叉分解的阻力所抵消，人体重力经过传统自行车的车架系统后100%的全部转化为压力，继而全部转化为一种障碍并阻止提升自行车速度的摩擦力。 

第三，由于人体身高和腿部长度的限制，中轴曲柄上的大齿盘半径有一个极限值，这也就意味着，传统变速自行车的速率和速度都具有一个相对的极限值。即，目前市场上的变速自行车在变速原理上并没有把自行车的速度和力量扩充到极大化和最优化。 

三、发明创新内容