[发明专利]往复变圆周运动的单齿条传动自行车

说明书

本发明公开了一种往复变圆周运动的单齿条传动自行车，其传动机构可用于自行车、三轮车以及其它能使用齿条传动的机械上，包括左右脚踏、左右脚踏曲柄、左右脚踏交替装置、单根齿条、往复变圆周装置和变速装置以及倒车装置，往复变圆周装置将齿条的往复运动转变为圆周运动，变速装置可实现圆周运动的高低速切换，倒车装置可实现无需做类似抬高齿条这样的配合动作即可倒车。其特点是将脚踏的上下运动转换为齿条的往复运动，再通过往复变圆周装置高效、低噪音地转换为圆周运动；齿轮和齿条可密封起来，既减少油污又能实现充分润滑；不会有“掉链子”的问题；单根齿条相当于传统自行车的大齿盘，可实现无级变速功能。

技术领域

本发明涉及一种往复变圆周运动的单齿条传动自行车，更具体的说，是涉及使用齿条、齿轮等部件将脚踏的上下运动变为单根齿条的往复运动，再将齿条的往复运动转换为圆周运动，从而驱动自行车前行的传动方式，这是一种能够替代链条、皮带、轴传动的单齿条传动方式，这种往复变圆周运动的单齿条传动方式可用于自行车、三轮车或其它能使用齿条传动的机械上。

背景技术

现在能搜索到很多圆周运动转换为往复运动的方式，所以圆周变往复运动实现起来并不困难；但往复运动转换为圆周运动的方式，能查到的往往存在一定的缺陷，例如：1、在往复运动的运动方向切换过程中，有的存在传动死点问题，有的传动齿轮等机构会存在打齿或撞击的情况；2、在往复运动需要随时停止甚至随时切换运动方向的情况下，例如用齿条代替自行车的链条进行传动时，脚踏随时会停止或倒转，很多往复运动转换圆周运动的方式都难以满足要求。

如今自行车上普遍使用链条传动的主要缺点是链条掉落或者断开，若高速行驶的自行车出现“掉链子”情况，有可能会发生安全事故；其次，缺少润滑油的链条会生锈，生锈的链条不仅会增加传动的损耗，而且链条可能会断掉，所以应适时给链条添加润滑油，但链条是裸露在空气中的，加了润滑油后，润滑油会逐渐混合空气中的灰尘等物质导致链条变得严重脏污，进而增加了传动的损耗。

现在有很多代替自行车链条的方案，如轴传动、锥形齿轮传动、斜齿轮传动等。锥形齿轮传动、斜齿轮传动需要较大的动力，不太适合人力。轴传动成本较高，多用在动力大的高档车里，而且目前有新型的轴传动自行车，将连接脚踏的大齿盘变成面齿轮，再通过齿轮和轴将动力传到后车轮上，这种设计可能存在的问题是1、变速时若齿轮没啮合到位，变速有可能失败；2、齿轮啮合必然需要润滑，而各个齿轮的轮齿裸露在外，难免会出现严重脏污乃至影响使用的情况；3、自行车磕碰后容易导致轴变形，可能会影响轴传动的使用。

和脚踏圆周旋转相比，脚踏上下交替运动的优点：脚踏的曲柄与骑车者小腿呈直角时，与脚踏曲柄相连的大齿盘有最大扭矩，此时人力的效率最高，大齿盘旋转一周只有两个点的扭矩最大、效率最高，若脚踏上下交替运动，使曲柄在扭矩最大的点附近上下运动，能获得较高的效率；而且脚踏上下交替运动更符合人体下肢发力的习惯。

目前有不少上下交替的脚踏代替圆周旋转的脚踏设计思路，但主要思路是脚踏曲柄的末端向后移到后轮位置，或者直接放到后轮轴上。前者会导致脚踏的曲柄比较长，影响实用性；后者会使自行车后轮轴很接近车座正下方，导致自行车长度不得不变短，降低了自行车的舒适性，若增加自行车后架来载货则会比较困难，发展方向可能是变成折叠自行车。