專利名稱：加力自行車的制作方法
普通自行車僅能下肢用力，而上肢卻愛莫能助，動作單調(diào)失調(diào)，易使人疲勞，車速也低。
本發(fā)明的目的在于，克服普通自行車的上述缺點，提供一種以下肢用力為主，必要時上肢可以加力予以配合的加力自行車。
本發(fā)明的目的通過以下結(jié)構(gòu)和原理達到加力自行車與普通自行車相比，在結(jié)構(gòu)上的主要特征是，保留普通自行車后輪為驅(qū)動輪的結(jié)構(gòu)，淘汰用以直接帶動轉(zhuǎn)向軸回轉(zhuǎn)實現(xiàn)轉(zhuǎn)向的操縱把；增設操縱裝置、加力器和固定支架。
操縱裝置的外形特征是，呈可伸縮可回轉(zhuǎn)的筒狀，左右對稱配置。其結(jié)構(gòu)特征是，主要由操縱手柄、加力拉筒、同步拉管、制動拉管、加力拉繩和制動拉繩等組成。操縱裝置是加力自行車的操縱機構(gòu)，與普通自行車相比，其操縱上的特征是，加力時用手將操縱手柄擺動、拉動和轉(zhuǎn)動，便分別實現(xiàn)加力自行車的轉(zhuǎn)向、加力和制動的操作。
在上肢加力時，為使加力動作順暢、舒展、協(xié)調(diào)、提高加力效果，而在不加力時，為有利于上肢處于放松自然的狀態(tài)，并能保持普通自行車的騎車姿式，操縱裝置的下部與固定支架鉸接，可根據(jù)加力與否，通過擺動實現(xiàn)加力位置與非加力位置的變換。
加力器與操縱裝置配套，左右對稱配置，是加力自行車加力執(zhí)行機構(gòu)。其結(jié)構(gòu)特征是，主要由加力盤，加力盤回位彈簧和可控超越離合器等組成。
下面結(jié)合附圖，進一步說明加力自行車的結(jié)構(gòu)原理和實施例。


圖1為加力自行車結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為加力自行車右側(cè)加力器的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
圖3為加力自行車帶驅(qū)動鏈輪一側(cè)，即右側(cè)的操縱裝置結(jié)構(gòu)原理示意圖。
參照圖1，圖2和圖3。
加力器(33)主要由加力盤(8)、加力盤回位彈簧和可控超越離合器(6)等組成。加力拉繩(5)一端固定在加力盤(8)的外緣繩槽內(nèi)，并繞其上。當操縱裝置位于加力位置時，可控超越離合器(6)處于未控狀態(tài)，在此狀態(tài)下可控超越離合器(6)與普通超越離合器無異，對運動有單向約束，只能單向傳遞轉(zhuǎn)矩。當拉動加力拉繩(5)時，便帶動加力盤(8)正轉(zhuǎn)，由可控超越離合器(6)將轉(zhuǎn)矩傳給驅(qū)動鏈輪(7)，實現(xiàn)右上肢配合左下肢加力之目的。當解除對加力拉繩(5)的拉力時，在加力盤回位彈簧即收繩彈簧的作用下，加力盤(8)反轉(zhuǎn)復位，并將加力拉繩(5)重繞其上，同時也使加力拉筒(18)下落復位。
不言而喻，左側(cè)的加力器與操縱裝置的工作原理與上述相同，只是在驅(qū)動軸(2)的左側(cè)需增設驅(qū)動盤。
操縱裝置(34)主要由操縱手柄(21)(以下簡稱手柄)、加力拉筒(18)、同步拉管(17)、制動拉管(22)、轉(zhuǎn)向傳動齒輪等組成。手柄(21)裝在加力拉筒(18)的上部，可相對加力拉筒(18)回轉(zhuǎn)。在加力拉筒(18)的下部和同步拉管(17)下部的拉管夾頭(24)上，均裝可控單向鎖滾(26)、(23)?？煽貑蜗蜴i滾(26)(23)與前已提及的可控超越離合器(6)的工作原理基本相同，其共同特征是，在未控狀態(tài)下，對運動有單向約束，在已控狀態(tài)下，對運動無約束。只是一個用于旋轉(zhuǎn)，另一個用于往復運動。
可控單向鎖滾(26)(23)主要由鎖滾和狀態(tài)控制彈簧(27)(15)組成。當處于未控狀態(tài)時，可控單向鎖滾(26)(23)只允許單向移動，當處于已控狀態(tài)時，可控單向鎖滾(26)(23)對往復運動失去約束功能。
同步拉管(17)在同步彈簧的作用下始終壓在制動擺臂(19)的滾輪上。制動擺臂(19)隨手柄(21)的回轉(zhuǎn)而擺動。同步拉管(17)不能相對加力拉筒(18)回轉(zhuǎn)。只要手柄(21)不回轉(zhuǎn)，加力拉筒(18)和同步拉管(17)便保持同步，即隨手柄(21)的提起同步被提起，隨手柄(21)繞加力拉筒(18)中心線擺動而同步回轉(zhuǎn)。
可控單向鎖滾(26)(23)的未控狀態(tài)和已控狀態(tài)的變換是由手柄(21)的回轉(zhuǎn)實現(xiàn)的。當手柄(21)處于未回轉(zhuǎn)的初始位置時，狀態(tài)控制彈簧(27)(15)在相互對應的狀態(tài)控制螺釘(25)(14)或狀態(tài)控制盤的作用下，使可控單向鎖滾(26)(23)均處于已控狀態(tài)。如圖示位置。當手柄(21)由初始位置開始回轉(zhuǎn)后，在制動擺臂(19)的作用下，克服同步彈簧的彈力，同步拉管(17)便相對加力拉筒(18)被頂起，使狀態(tài)控制螺釘(25)(14)或狀態(tài)控制盤對狀態(tài)控制彈簧(27)(15)的壓力相繼消除，從而使可控單向鎖滾(26)(23)相繼由原已控狀態(tài)變至未控狀態(tài)。
固定支架(31)固定在車梁(30)上。
首先說明加力過程的實施例首先需將操縱裝置變至加力位置，如圖1所示。前已敘及，在加力位置下，可控超越離合器(6)處于未控狀態(tài)。手柄(21)處于初始位置時，兩可控單向鎖滾(26)(23)均處于已控狀態(tài)。當上肢用力將手柄(21)拉起時，制動擺臂(19)加力拉筒(18)以及同步拉管(17)同步被提起，一端固定在加力拉筒(18)上部的穿過制動拉管(22)的加力拉繩(5)隨之被拉動，加力拉繩(5)繞過變向滑輪(32)將拉力傳給加力器而加力。當手柄(21)上的拉力解除后，在收繩彈簧的作用下，加力拉筒(18)被拉回落，同時在同步彈簧的作用下，同步拉管(17)也同步下落復位。在加力拉筒(18)和同步拉管(17)同步升降過程中，拉管夾頭(24)沿制動拉管(22)往復滑移。加力拉筒(18)上提的速度主要取決于驅(qū)動軸(2)的轉(zhuǎn)速，與下肢運動速度對應。加力的大小取決于上肢對手柄(21)所施拉力的大小。加力盤的最大加力轉(zhuǎn)角為180°，否則不利于上下肢的協(xié)調(diào)配合。
下面說明轉(zhuǎn)向過程的實施例轉(zhuǎn)向時，需將手柄(21)繞加力拉筒(18)中心線擺動一角度。隨手柄(21)的擺動，帶動加力拉筒(18)、同步拉管(17)回轉(zhuǎn)，通過拉管夾頭(24)帶動制動拉管(22)回轉(zhuǎn)。制動拉管(22)為矩形，從而通過固定在導套(16)內(nèi)壁上的制動拉管滑座(13)帶動導套(16)回轉(zhuǎn)。導套(16)的下部裝設轉(zhuǎn)向傳動齒圈(12)，通過齒圈(12)將轉(zhuǎn)矩傳給轉(zhuǎn)向傳動錐齒輪(11)，再傳給裝在轉(zhuǎn)向軸上的轉(zhuǎn)向齒輪(35)，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。
需指出的是，由于左、右手柄擺動的角速度與轉(zhuǎn)向齒輪(35)的角速度之比，即傳動比是相同的，故當用單手實現(xiàn)轉(zhuǎn)向時，另一手柄也相應同向擺動相同的角度。為使轉(zhuǎn)向輕便，傳動比大于1，同時手柄(21)設計為可伸縮式，可依操縱需要，使手柄(21)拉長或縮短。
由上述可知，轉(zhuǎn)向過程和加力過程是互不干涉的，在加力的同時，也可以轉(zhuǎn)向。
為便于說明制動過程，有必要先說明一下定位狀態(tài)。所謂定位狀態(tài)，是指加力拉筒(18)在導套(16)內(nèi)處于不能下落的狀態(tài)。由前所述可知，只要使加力拉筒(18)下部的可控單向鎖滾(26)處于未控狀態(tài)即可。因為此時在鎖滾和導套(16)內(nèi)壁的相互作用下，使加力拉筒已不能下落。定位狀態(tài)是實施有效制動的前提條件。
下面說明制動過程的實施例當手柄(21)繞其軸線由初始位置開始回轉(zhuǎn)時，制動擺臂(19)首先克服同步彈簧的彈力將同步拉管(17)相對于加力拉筒(18)向上頂起，首先引起加力拉筒(18)下部的可控單向鎖滾(26)率先由原已控狀態(tài)變至未控狀態(tài)，即使加力拉筒(18)先處于定位狀態(tài)。隨后，拉管夾頭(24)上的可控單向鎖滾(23)相繼也由原已控狀態(tài)變至未控狀態(tài)。從此刻開始制動過程才正式啟動。隨同步拉管(17)的頂起，拉管夾頭(24)單向夾住制動拉管(22)，克服制動拉管回位彈簧(28)的彈力將其向上拉動。固定在制動拉管(22)下部的制動拉繩(9)被拉動，制動拉繩(9)將拉力傳給制動器，從而實現(xiàn)制動。制動完畢后，松開手柄，在制動拉管回位彈簧(28)和同步彈簧的共同作用下，手柄、同步拉管和制動拉管恢復至初位。
由上述可知，只要將手柄由初始位置開始回轉(zhuǎn)，則發(fā)生定位在先，制動在后的定位制動過程。沒有定位狀態(tài)的前提，制動將難以湊效，除非制動時加力拉筒正處于最低位置。由此可見，制動效果與加力拉筒在導套內(nèi)的高低位置無關，當然在加力過程中自然無需制動。同時可以看出，制動與轉(zhuǎn)向也互不干涉。即可單手操縱一個手柄使前輪或后輪制動，也可雙手操縱使前后輪同時制動。
為使同步拉管(17)在被預起以及下落的制動過程中受力均勻?qū)ΨQ，制動擺臂(19)采用同步反向雙臂結(jié)構(gòu)，即當手柄(21)回轉(zhuǎn)時，帶動呈十字配置的錐齒輪(20)轉(zhuǎn)動，從而帶動兩臂同步反向擺動。
同步拉管(17)的上部有缺口呈叉形，從對置的兩錐齒輪(20)之間穿過，與其頂部的蓋聯(lián)接。
操縱裝置(34)可采用整體式，即左右操縱裝置的變位叉套(29)被固定聯(lián)接管(37)平行固定成一體。左右變位叉軸(10)以及變向滑輪(32)的軸可合二為一。
前已提及，操縱裝置有兩種可選位置，即加力位置和非加力位置，應根據(jù)加力與否及時變換。
位置變換主要靠變位叉套(29)繞變位叉軸(10)的軸線擺動一定角度實現(xiàn)的。
由加力位置變至非加力位置的具體操作如下首先將左右手柄(21)放在最低位置上。再分別同時向前方推動手柄以帶動變位叉套(29)擺動，至到變位叉套(29)碰到裝在固定支架(31)上的限位螺釘為止。變位的同時，可將手柄向外拉長。
需指出的是，從上述位置變換過程不難看出，當變位叉套(29)擺動變位時，將引起導套(16)下部的轉(zhuǎn)向傳動齒圈(12)與其嚙合的轉(zhuǎn)向傳動錐齒輪(11)之間的相互作用。為避免由于變位而引起轉(zhuǎn)向，故變位的同時應將兩手柄(21)相應回轉(zhuǎn)一角度以抵消對轉(zhuǎn)向的影響。
由非加力位置變至加力位置的操作方法與上述過程正好相反，不再贅述。
操縱裝置處于非加力位置時，由于加力拉筒處于最低位置，手柄可承受向下的壓力，這不僅有利于使上肢放松、自然，而且有利于上肢可有效地抗衡制動和轉(zhuǎn)向時人體產(chǎn)生的慣性力。同時，由于手柄已拉長，增長了轉(zhuǎn)向力臂，使轉(zhuǎn)向也輕松了。故如不加力，應及時變至非加力位置。另外，非加力位置也是上下車的最理想位置，因為此時操縱裝置對上下車的動作不造成任何障礙。加力自行車的上下車動作與普通自行車完全相同。
在上車或下車過程中，經(jīng)常會使驅(qū)動軸(2)反轉(zhuǎn)，且下車后，也經(jīng)常需倒車，這對于加力自行車的加力器來說，由上述可知，如不采取措施，所引發(fā)的負面影響是可想而知或難以實現(xiàn)的。
可控超越離合器(6)的狀態(tài)控制機構(gòu)的作用在于當操縱裝置變至非加力位置時，左右可控超越離合器(6)便自動同時變至已控狀態(tài)，從而使左右加力器同時分別與驅(qū)動鏈輪(7)或另一側(cè)的驅(qū)動盤完全分離，無論驅(qū)動軸(2)的轉(zhuǎn)向如何，均對加力器不產(chǎn)生影響。
狀態(tài)控制機構(gòu)主要由裝在加力盤(8)上的狀態(tài)控制鎖(3)、狀態(tài)控制鎖彈簧(4)以及狀態(tài)控制盤(1)和傳動桿或傳動拉繩等組成。前已述及，在加力位置下，可控超越離合器(6)處于未控狀態(tài)，狀態(tài)控制銷(3)在其彈簧(4)的作用下外伸。如圖2所示。當操縱裝置由加力位置變至非加力位置時，在變位叉套(29)的帶動下，通過狀態(tài)控制盤(1)的傳動桿或傳動拉繩使狀態(tài)控制盤(1)同時分別軸向移動將左右狀態(tài)控制銷(3)壓入，從而使可控超越離合器(6)同時變至已控狀態(tài)。
需提醒注意的是，由上述可知，當操縱裝置位于加力位置時，不允許下肢用力使驅(qū)動軸反轉(zhuǎn)，也不允許在加力位置時上下車。
制動拉管(22)下部的制動拉繩軸承的作用是使轉(zhuǎn)向?qū)χ苿永K(9)的影響降至最小。前已說明，在轉(zhuǎn)向時制動拉管(22)隨加力拉筒(18)同步回轉(zhuǎn)，由于裝設此軸承，制動拉繩(9)基本上不因轉(zhuǎn)向而發(fā)生扭轉(zhuǎn)。考慮受力均勻?qū)ΨQ，制動拉繩(9)的上面部分應采用雙繩，至于下面的其余部分，即可仍為雙繩，也可變?yōu)閱卫K。采用雙繩方案時，繩外軟管的上端可固定在變位叉軸(10)上的徑向孔中。
另外，為了保證在擺動變位時，不會導致制動拉繩的明顯張馳和在加力器上產(chǎn)生明顯的加力或收繩的附加作用，同時保證加力拉繩不會與制動拉管(22)內(nèi)壁接觸，排除轉(zhuǎn)向與加力拉繩的相互干擾，加力拉繩變向滑輪(32)的外緣與變位叉軸(10)的中心線相切。變位叉軸(10)固定在變位叉套(29)上，隨其擺動而回轉(zhuǎn)。變位叉軸(10)的中間部分設缺口。
為了抗衡加力位置時制動和轉(zhuǎn)向產(chǎn)生的人體慣性力，確保安全，增設護桿。護桿也有助于加力，使加力持久。
護桿的結(jié)構(gòu)原理如圖4所示。
護桿主要由四桿鉸鏈機構(gòu)和摩擦式外接棘輪機構(gòu)組成。由變位叉套(29)帶動。護桿(38)為橫桿，在加力位置時，護桿(38)正處于胸前位置。在楔塊(36)彈簧的作用下，楔塊壓在變位叉套(29)的固定聯(lián)接管(37)上。當護桿(38)受壓欲向前傾倒時，四桿鉸鏈機構(gòu)使固定聯(lián)接管(37)欲逆時針轉(zhuǎn)動，由于楔塊(36)的單向鎖止作用，從而使護桿(38)雖受壓而不會向前傾倒，達到抗衡、安全、持久加力之目的。
當需變至非加力位置時，可將兩手柄(21)同時放在最低位置上。此時在加力拉筒上部凸緣的觸動下，使楔塊(36)與固定聯(lián)接管(37)之間的壓力和摩擦排除，使鎖止解除。此后便可實現(xiàn)位置的變換，如前所述。在變換過程中，護桿(38)將被帶動向前傾倒。
護桿(38)的高度可通過伸縮調(diào)整。
為了減少摩擦，提高可靠性和使用壽命，在有相對運動的部位，應考慮采用滾動軸承。加力拉筒(18)與導套(16)之間的相對往復運動可采用滾輪。導套上端3個滾輪均布，加力拉筒下部的3個滾輪均布。
最后補充幾點操縱裝置也可采用左右獨立式，變位時，變位叉套的擺動方向是斜前方。
加力器也可采用儲能式，使加力拉筒的加力行程或加力盤的加力轉(zhuǎn)角增加。為此，僅需將收繩彈簧的彈力增加且反裝，同時將加力拉繩反繞即可。上肢用力時，加力盤空轉(zhuǎn)儲能，上肢不用力時，儲能彈簧加力同時收繩。
轉(zhuǎn)向力矩傳遞的另一方案是，在導套(16)上部設滑鍵，在加力拉筒(18)筒壁上設滑槽。轉(zhuǎn)向時，擺動手柄(21)，通過加力拉筒帶動導套，進而帶動導套下端的傳動齒輪以及轉(zhuǎn)向齒輪實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。
可控單向鎖滾以及可控超越離合器，可根據(jù)具體情況采用滾柱、滾珠、鎖爪(千斤塊)等。
結(jié)構(gòu)實施的最佳方案是導套上端的三個滾輪裝在同一支承環(huán)上。加力拉筒下部的三個滾輪、三個可控單向鎖滾裝在同一支承環(huán)上。
制動拉管滑座與導套下端的轉(zhuǎn)向傳動齒圈可制成一體。
錐齒輪、加力拉筒上部和同步拉管上部可采用注塑鋁合金壓鑄。
同步拉管、加力拉筒、導套和變位叉套可用方形、圓形無縫鋼管制作。
護桿外應敷設摩擦系數(shù)較大的松軟材料如橡膠波紋套。
綜上所述可知，加力自行車的轉(zhuǎn)向與制動、轉(zhuǎn)向與加力是彼此互不干涉的。即可單手駕馭，實現(xiàn)轉(zhuǎn)向、加力和制動過程的操作，也可雙手駕馭。當雙手同時加力時，上下四肢協(xié)調(diào)配合，上拉下蹬，左右交替加力，作用在驅(qū)動軸上的合力，最大可遠超過人體重量。無可置疑，加力自行車的最大車速使普通自行車望塵莫及。
由于加力自行車的操作方法與普通自行車明顯不同，故達到隨心所欲地駕馭加力自行車須有一段熟習過程。
不言而喻，加力自行車是一種結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、動作順暢、協(xié)調(diào)機動、輕便快捷、綠色環(huán)保的新型交通工具。駕馭加力自行車，不僅使人不易疲勞，還會使人產(chǎn)生一種運動健身之享受感。深信加力自行車必將在防治污染、促進旅游和全民健身等多方面大顯身手，使自行車這一傳統(tǒng)助行工具煥發(fā)新春，并以第二代自行車的主流產(chǎn)品的盛譽載入自行車發(fā)展史。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明提供了一種以下肢用力為主、必要時上肢可以予以加力配合的加力自行車。與普通自行車相比，其結(jié)構(gòu)特征在于淘汰用以直接帶動轉(zhuǎn)向軸回轉(zhuǎn)實現(xiàn)轉(zhuǎn)向的操縱把；增設操縱裝置、加力器和固定支架。
2.按權(quán)利要求1所述的操縱裝置，其外形特征是，呈可伸縮可回轉(zhuǎn)的筒狀，左右對稱配置，其下部與固定支架鉸接，可根據(jù)加力與否，通過擺動實現(xiàn)加力位置與非加力位置的變換。其結(jié)構(gòu)特征是，主要由操縱手柄、加力拉筒、同步拉管、制動拉管和轉(zhuǎn)向傳動齒輪等組成。
3.按權(quán)利要求1所述的加力器，與操縱裝置配套，左右對稱配置，其結(jié)構(gòu)特征為，主要由加力盤、加力盤回位彈簧和可控超越離合器等組成。
4.按權(quán)利要求2所述的加力拉筒和同步拉管，其特征是，在加力拉筒下部和同步拉管下部的拉管夾頭上，均裝有可控單向鎖滾。
5.按權(quán)利要求3、4所述的可控超越離合器和可控單向鎖滾，其特征是，在未控狀態(tài)下，對運動有單向約束；在已控狀態(tài)下，對運動無約束。前者由加力位置和非加力位置決定其狀態(tài)的變換，后者由操縱手柄的回轉(zhuǎn)實現(xiàn)其狀態(tài)的變換。
6.按權(quán)利要求1所述的加力自行車，其操縱特征在于，用手將操縱手柄擺動、拉動和轉(zhuǎn)動，便分別實現(xiàn)加力自行車的轉(zhuǎn)向、加力和制動的操作。
全文摘要
加力自行車以下肢用力為主,上肢可以加力予以配合。結(jié)構(gòu)特征是:淘汰普通自行車用以直接帶動轉(zhuǎn)向軸回轉(zhuǎn)實現(xiàn)轉(zhuǎn)向的操縱把,增設操縱裝置、加力器和固定支架。操作上的特征是:用手將操縱手柄擺動、拉動和轉(zhuǎn)動,可分別實現(xiàn)轉(zhuǎn)向、加力和制動的操作。即可單手操縱,也可雙手同時操縱。如果雙手同時加力,上下四肢協(xié)調(diào)配合,上拉下蹬,使驅(qū)動軸上的合力,最大可遠超過人體重量。其最大車速將使普通自行車望塵莫及。
文檔編號B62M1/12GK1384017SQ0111567
公開日2002年12月11日 申請日期2001年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月8日
發(fā)明者王守權(quán) 申請人:王守權(quán), 王猛