專利名稱:帶棚的前驅動后轉向自行車的制作方法
本實用新型屬于自行車。
傳統(tǒng)的自行車，一般均為前輪轉向后輪驅動的高鞍式自行車，它的主要缺點有1、安全性差上車需用一只腳蹬在腳蹬上，另一只腳撐地，使人和車產生一個加速度。然后將重心移到站在腳蹬上的腳上，再翩腿上車。如果撐地之腳一旦踩在冰、果皮等打滑的東西上，可能造成人仰車摔；在騎行中，當前輪被別人的車之后輪絆掛時，就會失去控制重心和保持直立的能力，極易將受絆掛者摔傷；在快速騎行時，如突然出現(xiàn)旁道而來的汽車、自行車等，由于制動不及時而與其相撞時，前叉和車架受力不合理，極易變形或折斷。而人離地面較高，前翻慣量大，對快速行車者和騎車技術欠佳的人潛在著一定的危險。
2、驅動效率低騎行時兩腳作園周運動，當腳在最高點或最低點，施力方向與自行車大腿軸線成0°夾角時騎者再用力，驅動車輪之力為零，平均驅動效率為64％；3、舒適性差車座面積小，騎者靠兩臂支撐人的上體，以保持直立或前傾，迎風斷面較大，長途或逆風行駛易疲勞，夏季騎車，無法避免日曬和受無準備的雨淋之苦。
本實用新型的目的在于為年老、體弱和騎車術欠佳的自行車使用者，提供一種較安全、省力、舒適的新型自行車。
本實用新型的構成是由前后車輪、車架、驅動機構、轉向機構、車閘、支撐輪機構、沙發(fā)型低車座和遮陽棚組成。車架分為前車架和后車架，用薄鋼板壓制成形，后車架斷面為左右對稱，并焊成盒狀。變速器裝于前后車架之間；驅動機構中有作擺式往復運動的腳蹬及大腿總成，及連接左右兩大腿中軸的換向器，驅動力作用于前輪，轉向機構裝在后車架上，兩操縱桿位于車座兩側，轉向功能由后輪承擔，支撐輪機構設置在車座下方，左右兩支撐輪可以向內收回，遮陽棚有棚頂和支架，在車座的上方和后方，也安裝于后車架上。
下面結合附圖詳細說明本實用新型。
附圖1為本型車的主視圖；附圖2為本型車與現(xiàn)流行型車蹬動效率對比圖解。
附圖3為本型車換向器結構剖視圖；附圖4為本型車變速箱結構剖視圖；附圖5為本型車變速原理示意圖；附圖6為本型車腳蹬、托架、大腿及拉桿剖視圖；附圖7為本型車整車重心調整示意圖；附圖8為支撐輪示意圖。
在附圖1中，前檔板(1)、前車架(2)、腳蹬(5)、托架(6)、大腿(3)、換向器(8)、拉桿(7)、超越離合器(12)、變速器(13)、鏈輪(14)、鏈條(10)、飛輪(9)和前輪(121)組成了本型車的前驅動機構。
本型車以擺式往復運動蹬行方式取代了現(xiàn)流行之園周蹬行方式，其原理及優(yōu)點如下現(xiàn)流行自行車的園周運動蹬行方式優(yōu)點是結構簡單、構件少、造價低。但其最大的缺點是效率低。由圖2－1中可知，其效率曲線為兩交替起伏之正弦波，正弦波上半周為作功，下半周為腳蹬空行(回程)在作功的上半周全行程的總效率為曲線復蓋下之有剖面線之平面，它由零開始，隨著時間的延續(xù)和大腿軸線與施力方向的夾角增大，效率逐漸增大，到夾角為90°時達到最大值，(出力＝入力或驅動力＝蹬動力)此后，隨夾角繼續(xù)增大效率逐漸下降，到夾角為180°時降至零，全行程平均效率為64％左右。由圖還可知，在0°和180°時，已失去傳遞驅動力之能力，在此角度前后效率很低，自行車是依靠慣性行駛，當自行車在坡路上上行，速度很低時，有停車甚至后溜的現(xiàn)象。
擺式往復運動蹬行方式是根據(jù)上述園周蹬行方式的特點，揚長避短，改進而得。它令自行車大腿只運行于效率最高的角度區(qū)域，即大腿與施力方向成90°±60°的區(qū)域內(如圖2－2和2－3)，設此角度為作功角度，當作功角度為90°時，平均效率可達0.91，較園周蹬行平均效率提高了42％；當作功角度為120°時，平均效率為0.83，提高了29.7％，由兩圖可以看出，往復運動蹬行效率高，而且波動較小，兩腳換向時雖有一個短暫的停頓，但被較高的傳遞效率彌補，沒有園周蹬行中0°和180°的缺點。
由圖可知作功角度小則往復周期短，作功角度大則往復周期長。作功角度為90°時，往復周期為園周蹬行的1／2；作功角度為120°時往復周期為園周蹬行的2／3。作功角度可運行在10°～160°之間，當需要較大的驅動力時，可選用較小的作功角度，在正常平道行駛時，可選用較大的作功角度，以減少換向次數(shù)，一般地說以90°～120°為好。
在前輪(121)、軸套(52)內有連接兩大腿(3)的換向器(8)(如圖3－1)，換向器由半軸(35)、支承座(33)、滾針軸承(37)、換向軸承(41)、換向齒輪(44)、內套(42)、聯(lián)接軸(43)等組成。除了換向齒輪是六個並分為兩組、聯(lián)接軸、內套各一個外，其他另件均為兩個或兩組。
換向器支撐座(33)，也是前輪軸承內座，即前輪支撐座。前輪(121)以兩組滾珠軸承(40)、軸承外座(39)和壓緊螺帽(38)與其組裝成一體，前輪以其為軸，在鏈條驅動下旋轉。支撐座是用墊鐵(32)、卡箍(36)和螺帽(31)安裝在前車架(2)上。在支撐座內由兩組滾針軸承(37)支持兩半軸(35)，支撐座(33)內端外緣和換向軸承(41)外緣均有六個突塊，與花鍵軸斷面相同，裝于換向器內套(42)的兩端，內套兩端均有與之相適應的六個突爪，兩者相配合，以固定兩端的換向軸承的相對位置不變。(如圖3－3)半軸內端有齒輪，齒輪的節(jié)園比換向軸承中孔大，故半軸不會自行外竄。每個半軸齒輪分別與一組(三個)換向齒輪同時嚙合，(圖3－4和3－6)兩組換向齒輪又相間地相鄰嚙合(圖3－5)，這樣就可將一個半軸的扭力傳給另一個半軸，它的傳動關系是左端半軸→換向齒輪(設為A組)→換向齒輪(B組)→右端半軸。其轉向變換為左端半軸(順轉)→A組換向齒輪(逆轉)→B組換向齒輪(順轉)→右端半軸(逆轉)兩半軸轉向相反，故可實現(xiàn)兩腳蹬的換向。如果向前蹬動任一腳蹬時，另一側之腳蹬可自行向后退回，為另一只腳蹬動作好準備。
換向軸承(41)可用青銅加工。為了保持兩半軸的同軸度，半軸內端有一孔，以一個連接軸(43)插于兩半軸內孔中，因其位移量和角速度不大，配合間隙很小，換向器內有充足的潤滑脂，故可使兩半軸同軸并作相對運動。
半軸外端用銷(34)與大腿(3)連接，與普通自行車大腿與中軸的連接方法相同。大腿的中部有一個連接耳(4)，耳上有一孔，並攻有陰螺紋，有一球形肖(97)裝于其內側，並與拉桿(7)連接。
作用于腳蹬上之力，通過拉桿(7)傳給變速器(14)，大腿下端裝有腳蹬(5)，腳蹬結構與普通自行車相同，其中一部分是采用自行車通用件。由于本型車騎行時腳是向前下方伸，為此，在腳蹬后部特制了一個托架(6)如圖6－2，托架是與腳蹬內外鋼板制成一體，比腳蹬上端面高出5－6毫米，從上方看，托架部分是向后內彎，成八字形，并與鞋底中部輪廓所接觸部分近似，這樣，當不施力之腳向后收，腳蹬上平面較陡，人腿自然放松時，腳不會由腳蹬上滑落下來。
兩大腿通過一拉桿后端的連接套管與變速箱第一軸(53)兩端之超越離合器擺臂(64)上之球形銷(63)連接。如圖4－2，兩超越離合器(11)是以半園鍵(72)和外卡圈(73)裝在第一軸兩端，兩超越離合器座(71)是左右不可互換的。這樣當左右兩腳蹬上之力經(jīng)拉桿交替拖動兩擺臂時，兩超越離合器交替地結合、分離，便可使輸入軸轉動起來。
第一軸(53)由兩付軸承支持，軸承座(55)與軸之間裝有密封圈(54)，以防變速器內潤滑油外漏，變速器殼由鋁合金鑄造，分成左右兩半并用5條螺栓緊固成一體，變速器上部有注油口，下部有放油口，平時用螺塞擰緊，前后端面各有6個螺孔，用螺栓分別和前后車架連接。
輸入軸中部用半園鍵(61)墊圈和外卡圈(58)裝有一檔主動齒輪(62)和二檔主動齒輪(60)。齒輪是用鋼或球鐵制成，并經(jīng)熱處理。輸出軸(90)上，裝有帶花鍵孔的一檔從動齒輪(87)和帶有滑動軸套的二檔從動齒輪(89)，輸出軸中部有花鍵槽，一檔從動齒輪的花鍵孔與其配合，可在其上沿軸向滑動，兩對齒輪在一檔時均為常嚙合。
現(xiàn)結合附圖5，說明變速原理本型車改變車速主要是通過兩盤形撥叉來控制的，一個是外盤形撥叉(79)，另一個是內盤形撥叉(82)，兩撥叉均為鋼制，其中心有孔，通過滾針軸承(81)套裝在輸出軸(90)的左端。外盤形撥叉又通過滾柱軸承(78)裝在座(80)內，兩者之間有密封圈(77)，外盤形撥叉的端部伸出座外，并用螺釘(76)固定變速手柄(14)，它可順順時針轉一個角度但不能反轉或外竄，內盤形撥叉上有個導向槽，定位螺釘(84)伸入槽內，并用螺帽(85)鎖緊，因此它只能軸向滑動。兩盤形撥叉相對的面上有鋸齒形爪，可互相吻合，(圖5－1)在此位置變速器為一檔，兩對主、從動齒輪互相嚙合，但是二檔從動齒輪是在軸上空轉，不能傳遞扭力，所以扭力是從變速箱輸入軸→一檔主動齒輪→一檔從動齒輪→輸出軸。
當拉線拉變速手柄順時針轉一個角度，到Ⅱ位置(圖5－2)，外盤形撥叉上的鋸齒形斜面，推壓內盤形撥叉上之鋸齒形斜面，內盤形撥叉受定位螺釘(84)的限制，只能右移，它與滾珠(83)推力座(86)構成一個止推軸承推一檔從動齒輪(87)右移，并與一檔主動齒輪(62)脫離，再右移，兩從動齒輪中部的突塊(與牙楔離合器相似)互相咬住，使兩從動齒輪同步轉動，此時扭力的傳遞為由輸入軸(53)→二檔主動齒輪(60)→二檔從動齒輪(89)→一檔從動齒輪(87)→輸出軸。
當變速手柄(13)由二檔位置轉回一檔位置時，外盤形撥叉(79)亦隨之回轉，該上面的鋸齒形斜面與內盤形撥叉(82)上的鋸齒形斜面之間有空隙，一檔從動齒輪(87)后面的彈簧(88)由壓縮變?yōu)樯鞆?，將一檔從動齒輪向前推，兩從動齒輪中部的突塊互相脫離，然后與一檔主動齒輪(62)嚙合，變速器轉為一檔速比傳動。
本實用新型的變速器有兩個檔位一檔總傳動比為1.761，適合起步、爬坡、或逆強風騎行；二檔總傳動比為3.461是正常行駛檔位，快速蹬動時最高車速可達20公里／小時，完全可以滿足年老體弱者的乘騎需要。
輸出軸右端以銷(91)裝有鏈輪(14)，它通過鏈條(46)驅動前輪，以驅車前進。
當變速手柄轉至零位，一檔兩齒輪已脫離，二檔與一檔從動齒輪尚未結合時，自行車方可后退或拖行，Ⅰ、Ⅱ兩檔后退是自鎖的。
和自行車車把一樣，后轉向機構中之操縱桿(26)除了可使自行車轉彎外，還有調整整車重心橫向位置，保持穩(wěn)定直立行駛的功能，其原理如下在圖7－1中，前驅動輪接地點A、后轉向輪接地點C和整車重心G構成一個三角形平面，此平面只有在垂直于水平面(或地面)時其在水平面上的投影成為一條直線，它與后叉軸、后輪的投影在一條直線上(圖7－2)是直立穩(wěn)定行駛必備條件的投影特征。但是在重心高于支點，支點只有兩點的條件下，△ACG是難以穩(wěn)定地保持在垂直狀態(tài)，即G點的投影很難保持在直線AC上不變的。它不斷地脫離投影線AC，即△ACG向兩側傾斜，這樣便在水平投影面上出現(xiàn)新的△平面(如圖7－3中之△ACG1和7－4中之△ACG2)。為了不使自行車跌倒，騎者應及時地根據(jù)重心偏離投影線的方向作反相的調整。如當重心G2偏離到AC線的左側，車向左開始傾斜(圖7－4)時，本型車的調整操作是上拉右操縱桿；下壓左操縱桿，使后轉向輪向右轉。其原理如下由圖7可知，B′OB為轉向叉軸軸線的延長線，O為轉向輪軸心，B點為轉向輪外圓與B′OB的交點。當車直線直立行駛時，轉向輪支點C與軸心O的投影重合為一點(如圖7－2)。由于轉向叉有一個向后的斜角，使B點離開了地面，B點也就失去了支承轉動的軸心的作用。轉向輪是由C點支承，當轉向叉轉動時，C點相當于處在曲軸BODC的一端(如圖6－A)。假設車的前后輪均不轉，兩輪的支點A、C均固定，轉向叉若轉動勢必拉長或縮短A點至B′OB的距離。然而這段距離是靠車架來保持，改變距離是不可能的。問題是這樣處理的(1)使支點C處于動態(tài)，并隨轉向叉的轉動而移向B點，當轉向叉由直線行駛方向轉90°時，C點就轉移到過B點的輪胎橫斷面的內側(如圖6－B)；(2)轉向叉轉動的同時其軸線B′OB是在以A點為軸，A點至B′OB的距離為半徑作側向移動；
(3)轉向輪隨轉向叉的轉動自行繞軸心O滾動，滾動的圓周上的距離等于支點C的轉移量。
如上所述，假設本型車在騎行中重心G向左偏移至G2處(如圖6－C)如不及時調整車架將會向左傾斜。本型車的調整是使轉向輪右轉(如圖6－C、7－4)，轉向輪支點、轉向叉軸、車架后端均向左移，當重心G偏移量不大時，通過調整后，偏移量可減少至零。即G2可調整到A、C2直線上，也就是說直線AG2C2就是△AC2G2的垂直投影，經(jīng)調整后重心已克服了偏離，不再出現(xiàn)傾斜的傾向。
由圖7－3還可看出當G偏離很大，如GX即車身歪斜較大時，上述的調整將是無效的。因此調整應于傾斜開始時進行，應及時。
調整了重心，整車雖恢復了直立，但后輪卻轉了一個角度，車頭轉向傾斜的一方。這是不需要的。但是在車頭向傾斜的一方轉動時，又產生一個向反方向的離心力，使回到AC2線上的重心G2又向另一方偏離，隨著這種趨勢的出現(xiàn)，將兩操縱桿隨之恢復原位，亦即反向調整，即可恢復直線行駛狀態(tài)。
上述操縱桿對整車重心G的調整能夠成立的條件是整車重心G的質量較大，慣性亦大，車架的質量相對地說要小得多，車架后端的移動較整車重心空間位置的橫向移動要靈活輕便得多，調整作用可趕在重心G移動之前，因此本型車操縱桿調整重心G橫向位置的功能與現(xiàn)流行車車把的功能具有同樣的效果。
如上所述，在直線行駛時兩操縱桿也會或上或下微微地動作，以控制重心保持直立穩(wěn)定行駛，而不是只操縱其作用于需轉彎的時刻。
后轉向機構包括左右轉向操縱桿(26)，在左轉向操縱桿手握部位有變速把手(27A)，它通過鋼絲拉線與變速箱上的變速手柄(14)相連不捏把手即一檔，把手下端有兩個鋸齒形牙，操縱桿上有一“千斤”它卡住第一個齒為0位，無變速功能，自行車可后退；卡住第二個齒為Ⅱ檔，“千斤”受一個按鈕的限制，捏把手同時按住按扭即可由零位置或二檔變?yōu)橐粰n。在右轉向操縱桿手握部位裝有剎車把手(27B)也用鋼絲拉線與車閘接通，捏下把手后前后車輪同時制動。車閘選用現(xiàn)有產品配件。左右直拉桿(25)、左右短拉桿(23)均為鋼管制成，每根拉桿兩端均有連接套管(7)，以與操縱桿(26)、傳動臂(24)和后叉(22)上之球形銷連接，在操縱桿、傳動臂的轉軸處，均有滾動軸承，以使操向動作靈便。
本型車的支撐輪機構安裝在車座下方。詳細結構如圖8所示。
支撐輪座(101)為兩個具有三個立面的框架，成中字形裝在后車架(21)的兩側，支撐輪收放軸(102)、收放臂(104)、叉架(112)、叉架軸(120)、連接板(111)、(118)均安裝在輪座內。收放輪控制軸(108)、放輪半軸(113)安裝在車座后方的車架上，兩輪座(101)的后立面各有一個孔，左右收放懸臂(109)、(116)，通過孔伸入座內，經(jīng)連接板(111)、(118)來操縱叉架(112)作上下滑動，以將支撐輪收起或放下。
兩收放臂(104)上各有一弓形板(103)它與收放臂固定為一體。在每個叉架(112)上有兩個叉舌(119)，叉舌前端為球形，后端為彈簧座，在彈簧張力作用下，叉舌與弓形板上的上園弧槽或下園弧槽吻合并貼緊。當叉舌頂在弓形板下園弧槽內(如圖8－1)時，兩支撐輪處于放下位置，(工作位置)；當叉舌頂在上園弧槽內(如圖8－2)時，兩支撐輪則處于收起位置。這樣只要改變叉架的上或下的位置，便可實現(xiàn)支撐輪的收起或放下。
支撐輪(18)系一橡膠輪靠兩個鋼盤(107)夾持，并以鉚釘緊固成一體。鋼盤中央有滾動軸承，用短軸(17)裝在轉向叉(16)上。并以轉向軸(106)將轉向臂及輪的總成裝在收放臂上，轉向叉與收放臂之間有止推軸承(105)，轉向叉與轉向軸之間有滾針軸承，可保證在負荷狀態(tài)下靈活轉向。
收起支撐輪時，可上提收輪杠桿(15)使收放控制軸(108)順時針轉一個角度，收放懸臂(109)、(116)上提連接板(111)、(118)〔附圖8中的連接板(111)未畫在工作位置上〕經(jīng)叉架銷(110)使叉舌(119)由弓形板下園弧槽，滑到上園弧槽，(開始滑動時叉舌后退，叉舌壓彈簧收縮，越過橫軸(102)位置后，彈簧伸張，將支撐輪向內收在輪座內。
放支撐輪時用右肘碰壓放輪杠桿(117)經(jīng)放輪傳動臂(114)、連桿(115)推動收放懸臂(116)使控制軸反時針轉動，這樣將叉舌(119)從上園弧槽滑向下園弧槽，將支撐輪放下，并成八字形。
支撐輪的用途在于當車在起步或低速行駛時，可作輔助輪使用，整車重心落在前后車輪和左側或右側的一個支撐輪構成的三角形區(qū)域內，故有良好的低速直線行駛的穩(wěn)定性。當車過路口等候綠燈時，放下支撐輪，人可穩(wěn)坐車中；人離車后還可作為車的支架使用。
本型車的車座為沙發(fā)式軟座，分為座墊(19)和靠背(20)兩部分，分四點固定在車架上，座墊距地約40～45公分，靠背后傾可調在17°～25°之間，人坐其中兩腳可自然著地，上體依靠靠背，可適當放松。
本型車的遮陽棚由棚頂(28)和支架(29)組成。棚頂用金屬或工程塑料彎曲成一個封閉的、有園角的矩形框架，用薄而輕的尼龍板材或輕金屬板材作棚并將框架包住，支架材料為金屬，上端用螺栓與棚框連接，下端有套用螺栓緊固在后車架的兩短軸上。左右支架共四根，前面兩根并壓在靠背上端之托架上。棚頂有3°～5°的仰角(側視)它除在夏季可減少烈日對騎者的烘烤照射和突然來臨的雨淋外，在進入中速以上車速后，棚頂產生一個自然向上的升力，增強車的直立穩(wěn)定性，同時兩側來之風力，不會影響行駛。
權利要求
1.一種帶棚的前驅動后轉向自行車，包括前后車輪、車架、驅動機構、轉向機構和車座，本實用新型的特征在于它還包括可收放的支撐輪機構和遮陽棚；該車架分為前車架(2)和后車架(21)兩部分；驅動機構中有作擺式往復運動的腳蹬機構(5)和換向器(8)，該換向器(8)裝在前輪軸套內，由半軸(35)支撐座(33)，滾針軸承(37)，換向軸承(41)、換向齒輪(44)和連接軸(43)組成，齒輪相互嚙合使兩半軸作反向同步轉動，并使驅動力作用于前輪(121)；轉向機構設置在后車架(21)上，并作用于后車輪(122)，兩操縱桿位于車座兩側，便于調整重心和轉向操作；支撐輪機構設置在車座下方，兩支撐輪由收輪桿杠(15)控制，可向內收起，由放輪桿杠(117)控制，可放下支撐自行車；遮陽棚安裝在車座上空，一則遮陽擋雨，二則在車快速行駛時產生一種自然升力，與重心配合穩(wěn)定車輛。
2.按照權利要求
1所述的自行車，其特征在于上述作擺式往復運動的腳蹬后部有托架(6)，與腳蹬內外鋼板制成一體。
3.按照權利要求
1所述的自行車，其特征在于上述遮陽棚的棚頂(28)向前成3～5°的仰角。
專利摘要
一種帶棚的前驅動后轉向自行車，它有前后車輪、前后車架、前驅動機構，后轉向機構、車閘、可向內收起的支撐輪機構，沙發(fā)車座和遮陽棚。前驅動機構中有作擺式往復運動的腳蹬大腿總成和換向器，驅動力作用于前輪車；后轉向機構安裝在后車架上，使用于后輪，這種自行車安全、舒適、省力，還可以遮陽擋雨，適合中老年，體弱或體態(tài)肥胖者，以及騎車技術欠佳的人使用。
文檔編號B62M1/24GK86209890SQ86209890
公開日1988年6月29日 申請日期1986年12月11日
發(fā)明者王思奇 申請人:王思奇導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan