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，動作單調失調，易使人疲勞，車速也低。
本發明的目的在于，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。
本發明的目的通過以下結構和原理達到加力自行車與普通自行車相比，在結構上的主要特征是，保留普通自行車后輪為驅動輪的結構，淘汰用以直接帶動轉向軸回轉實現轉向的操縱把；增設操縱裝置、加力器和固定支架。
操縱裝置的外形特征是，呈可伸縮可回轉的筒狀，左右對稱配置。其結構特征是，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，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、拉動和轉動，便分別實現加力自行車的轉向、加力和制動的操作。
在上肢加力時，為使加力動作順暢、舒展、協調、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，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，可根據加力與否，通過擺動實現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行機構。其結構特征是，主要由加力盤，加力盤回位彈簧和可控超越離合器等組成。
下面結合附圖，進一步說明加力自行車的結構原理和實施例。
圖1為加力自行車結構示意圖。
圖2為加力自行車右側加力器的結構原理示意圖。
圖3為加力自行車帶驅動鏈輪一側，即右側的操縱裝置結構原理示意圖。
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，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，在此狀態下可控超越離合器(6)與普通超越離合器無異，對運動有單向約束，只能單向傳遞轉矩。當拉動加力拉繩(5)時，便帶動加力盤(8)正轉，由可控超越離合器(6)將轉矩傳給驅動鏈輪(7)，實現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，左側的加力器與操縱裝置的工作原理與上述相同，只是在驅動軸(2)的左側需增設驅動盤。
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。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)。可控單向鎖滾(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，在未控狀態下，對運動有單向約束，在已控狀態下，對運動無約束。只是一個用于旋轉，另一個用于往復運動。
可控單向鎖滾(26)(23)主要由鎖滾和狀態控制彈簧(27)(15)組成。當處于未控狀態時，可控單向鎖滾(26)(23)只允許單向移動，當處于已控狀態時，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)的回轉而擺動。同步拉管(17)不能相對加力拉筒(18)回轉。只要手柄(21)不回轉，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。
可控單向鎖滾(26)(23)的未控狀態和已控狀態的變換是由手柄(21)的回轉實現的。當手柄(21)處于未回轉的初始位置時，狀態控制彈簧(27)(15)在相互對應的狀態控制螺釘(25)(14)或狀態控制盤的作用下，使可控單向鎖滾(26)(23)均處于已控狀態。如圖示位置。當手柄(21)由初始位置開始回轉后，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，使狀態控制螺釘(25)(14)或狀態控制盤對狀態控制彈簧(27)(15)的壓力相繼消除，從而使可控單向鎖滾(26)(23)相繼由原已控狀態變至未控狀態。
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。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。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動軸(2)的轉速，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角為180°，否則不利于上下肢的協調配合。
下面說明轉向過程的實施例轉向時，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，通過拉管夾頭(24)帶動制動拉管(22)回轉。制動拉管(22)為矩形，從而通過固定在導套(16)內壁上的制動拉管滑座(13)帶動導套(16)回轉。導套(16)的下部裝設轉向傳動齒圈(12)，通過齒圈(12)將轉矩傳給轉向傳動錐齒輪(11)，再傳給裝在轉向軸上的轉向齒輪(35)，從而實現轉向。
需指出的是，由于左、右手柄擺動的角速度與轉向齒輪(35)的角速度之比，即傳動比是相同的，故當用單手實現轉向時，另一手柄也相應同向擺動相同的角度。為使轉向輕便，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，轉向過程和加力過程是互不干涉的，在加力的同時，也可以轉向。
為便于說明制動過程，有必要先說明一下定位狀態。所謂定位狀態，是指加力拉筒(18)在導套(16)內處于不能下落的狀態。由前所述可知，只要使加力拉筒(18)下部的可控單向鎖滾(26)處于未控狀態即可。因為此時在鎖滾和導套(16)內壁的相互作用下，使加力拉筒已不能下落。定位狀態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)率先由原已控狀態變至未控狀態，即使加力拉筒(18)先處于定位狀態。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變至未控狀態。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，則發生定位在先，制動在后的定位制動過程。沒有定位狀態的前提，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對稱，制動擺臂(19)采用同步反向雙臂結構，即當手柄(21)回轉時，帶動呈十字配置的錐齒輪(20)轉動，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)下部的轉向傳動齒圈(12)與其嚙合的轉向傳動錐齒輪(11)之間的相互作用。為避免由于變位而引起轉向，故變位的同時應將兩手柄(21)相應回轉一角度以抵消對轉向的影響。
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向時人體產生的慣性力。同時，由于手柄已拉長，增長了轉向力臂，使轉向也輕松了。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，經常會使驅動軸(2)反轉，且下車后，也經常需倒車，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，所引發的負面影響是可想而知或難以實現的。
可控超越離合器(6)的狀態控制機構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，從而使左右加力器同時分別與驅動鏈輪(7)或另一側的驅動盤完全分離，無論驅動軸(2)的轉向如何，均對加力器不產生影響。
狀態控制機構主要由裝在加力盤(8)上的狀態控制鎖(3)、狀態控制鎖彈簧(4)以及狀態控制盤(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，狀態控制銷(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，通過狀態控制盤(1)的傳動桿或傳動拉繩使狀態控制盤(1)同時分別軸向移動將左右狀態控制銷(3)壓入，從而使可控超越離合器(6)同時變至已控狀態。
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動軸反轉，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向對制動拉繩(9)的影響降至最小。前已說明，在轉向時制動拉管(22)隨加力拉筒(18)同步回轉，由于裝設此軸承，制動拉繩(9)基本上不因轉向而發生扭轉。考慮受力均勻對稱，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，也可變為單繩。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)內壁接觸，排除轉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。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向產生的人體慣性力，確保安全，增設護桿。護桿也有助于加力，使加力持久。
護桿的結構原理如圖4所示。
護桿主要由四桿鉸鏈機構和摩擦式外接棘輪機構組成。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)的固定聯接管(37)上。當護桿(38)受壓欲向前傾倒時，四桿鉸鏈機構使固定聯接管(37)欲逆時針轉動，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)與固定聯接管(37)之間的壓力和摩擦排除，使鎖止解除。此后便可實現位置的變換，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，加力盤空轉儲能，上肢不用力時，儲能彈簧加力同時收繩。
轉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向齒輪實現轉向。
可控單向鎖滾以及可控超越離合器，可根據具體情況采用滾柱、滾珠、鎖爪(千斤塊)等。
結構實施的最佳方案是導套上端的三個滾輪裝在同一支承環上。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上。
制動拉管滑座與導套下端的轉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，加力自行車的轉向與制動、轉向與加力是彼此互不干涉的。即可單手駕馭，實現轉向、加力和制動過程的操作，也可雙手駕馭。當雙手同時加力時，上下四肢協調配合，上拉下蹬，左右交替加力，作用在驅動軸上的合力，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構簡單、操作方便、動作順暢、協調機動、輕便快捷、綠色環保的新型交通工具。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，使自行車這一傳統助行工具煥發新春，并以第二代自行車的主流產品的盛譽載入自行車發展史。
權利要求
1.本發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，其結構特征在于淘汰用以直接帶動轉向軸回轉實現轉向的操縱把；增設操縱裝置、加力器和固定支架。
2.按權利要求1所述的操縱裝置，其外形特征是，呈可伸縮可回轉的筒狀，左右對稱配置，其下部與固定支架鉸接，可根據加力與否，通過擺動實現加力位置與非加力位置的變換。其結構特征是，主要由操縱手柄、加力拉筒、同步拉管、制動拉管和轉向傳動齒輪等組成。
3.按權利要求1所述的加力器，與操縱裝置配套，左右對稱配置，其結構特征為，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，在未控狀態下，對運動有單向約束；在已控狀態下，對運動無約束。前者由加力位置和非加力位置決定其狀態的變換，后者由操縱手柄的回轉實現其狀態的變換。
6.按權利要求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、拉動和轉動，便分別實現加力自行車的轉向、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。結構特征是:淘汰普通自行車用以直接帶動轉向軸回轉實現轉向的操縱把,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、拉動和轉動,可分別實現轉向、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,上下四肢協調配合,上拉下蹬,使驅動軸上的合力,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 優先權日2001年5月8日
發明者王守權 申請人:王守權, 王猛