[发明专利]摇杆驱动变速自行车

说明书

本发明涉及摇杆推进自行车，属自行车的总体结构以及传动和变速机构领域。

自行车自1818年发明以来，到1879年已经基本定型。近百年来，其传动原理没有发生变化，因为传统的链传动比较简单合理，因此长期沿用这种传动。

八十年代初，美国推出一种新型的自行车传动原理，即摇杆式传动原理（见图1），美国专利号为（4，574，649）（见图2）。该原理能消除普通自行车曲柄在上、下死点位置附近的低效行程，使自行车有更高的出力，其效果能省力一半。此外，由于采用了摇杆式传动，只要在摇杆上改变链条的联接位置就能实现变速，结构简单，变速范围较广。但是在变速方式上，现有摇杆式车型的变速过程中需停业蹬踏，这对于在上坡行程中进行变速是极为不利的。摇杆传动的另一个重要缺点是自行车不能倒推，当倒推时，任一摇杆摆到极限位置，就不能继续倒推，可能造成使用上的不便。

本发明的目的是用一种新的传动机构和变速机构代替传统的传动变速机构。本发明在摇杆传动方案的基础上，针对现有各种变速机构的缺点，提出了“自适应变速”的构思，使变速过程具有一定的自适应能力，即在上坡时，能随坡度的大小实现相应的降速，而且在适应性变速的过程中不必中止驱动。本发明设计了可倒行飞轮，使自行车倒推时，飞轮中的千斤自动脱开，实现了自由的倒推。

另外，要使人骑车时感到省力有二个途径。一是提高运动部件的传动效率，二是用人体力学的研究成果来对机构的总体布局和尺寸进行优化设计，使骑行者在骑行时感到舒适、轻松，易于发力，产生省力的感觉。本发明经人体力学试验研究作出了机构总体尺寸的优化计算结果。

本发明是在前一发明专利申请号87100698的基础上，作了全面的改进。

图1，图2是已有技术。

图3是本发明的总体结构。

图4a是传动机构立体图。    图4b是伸缩套筒。

图5是摇杆式传动装置的优化尺寸示意图。

图6a是摇杆内部的变速装置。    图6b是套筒短轴。

图7a是可倒行飞轮。    图7b是倒行控制机构。

下面结合附图，详细介绍本发明的具体内容。

图3是本车的具体结构。在车架（1）的中轴上，安装有左、右曲柄（2），曲柄前端为脚蹬，摇杆（3）以一定角度和曲柄固定相联。摇杆本身为一变速装置，内有变速控制机构和自适应变速机构，通过下端引出的钢丝绳（4）由安装在车把上的操纵手柄（5）进行变速操纵，控制链条（6）端部的滑块（7）在摇杆上的位置，以实现变速。安装在后轴上的左、右两个飞轮（8）和链条啮合，将链条拉力传到后车轮上，驱动自行车前进。链条有左、右两段，中间联结一根钢丝绳（9），钢丝绳绕过中轴前下方安装在车架上的换向轮（10）实现换向，即左右脚蹬互相带动此上彼下。

图（4）是传动机构立体图，可更清楚地看出左右两套机构通过链条相联的关系。在钢丝绳和链条的联结处，有一个具有伸缩功能的伸缩套筒（11），该伸缩套筒内有压簧（12）和园滑块（13）。当链拉力加大时，可自动伸长，用以适应变速后链条长度的不同变化，并减轻在脚蹬上、下极限位置处链条中产生的冲击力。在飞轮下方，左右各有一护链罩（14），保证链条在起动时不致脱落。

图（5）是摇杆式传动装置的曲柄，摇杆及其相对于后轴O₃的相对位置。O₂为曲轴的传动中心。图上标注了各优化尺寸的参数符号。本发明的摇杆传动装置的机构尺寸，经人体力学试验和人机学研究，得出合理的目标函数，再经计算机优化设计计算，得出了机构的优化尺寸，主要包括：

（1）曲柄长度L₁＝280～300毫米

（2）摇杆与曲柄夹角Φ＝140°～150°

（3）曲柄中心位置O₂（相当于传动车的中轴）和后轴中心位置O₃的相对位置坐标为：

x₀＝320～380毫米

y₀＝50～80毫米

（4）滑块行程位置：最大L₂＝210～230毫米

最小L₂′＝120～140毫米

这样的尺寸，在骑行时，有较理想的输出动力特性，使骑行者感到轻松省力。