專利名稱：一種新型變加速自行車的制作方法
技術領域：
本發明所涉及到的是一種既能使自行車等自助力車高速行進的同時又能節省大量作 用力的加速器和力量縮減器，也可以說是給自行車等自助力車既能加速又能省力的一種技 術方法。特別為遠距離、長程比賽設計的既省力又高速的新型超(級)變速自行車；以及需 要承載量較大的人力三輪自助力車研發設計。二、應用
背景技術：
第一，目前市場上已有的自行車根據其變速原理，可以分為普通自行車和變速自行車 兩大類，普通自行車(如圖1中A所示)后輪上的小飛輪(圖1C)和中軸曲柄上的大齒盤(圖 1B)都是一種相對固定不變的單級同心齒輪，自行車在行進過程中不能夠人為調節，只能通 過加大腳踏上的作用力來加大自行車的行進速度，如此一來，普通自行車如果要達到高速 行進的目的那么人體自身就必須付出更大、更多的體力，即普通自行車要達到高速行進比 較費體力。而變速自行車(如圖2中A所示)在普通自行車的基礎之上通過增加后輪和中軸曲 柄上的同心齒輪的數量，即把普通自行車中原本固定不變的單級飛輪和單級大齒盤均設計 成、變更為多級齒輪和齒盤，即兩層甚至三層以上的多層飛輪和多層大齒盤，(如圖2中B和 C所示)如此一來，人們可以通過自主調節、隨心改變飛輪和花盤半徑的大小，進而達到隨意 改變自行車的速率、最終達到提高自行車的行進速度的目的，事實上，變速自行車相比較普 通自行車的確可以達到提高自行車運行速度的目的。但是變速自行車的這種變速原理存在著一個致命缺陷和不足，(如圖2所示)即要 使變速自行車的速度達到最大值，中軸腳踏曲柄上的大齒盤(圖2C)的半徑要求必須達到最 大化的同時還要求處于后轱轆上的小飛輪(圖2B)的半徑必須最小化，但是這樣一來人所施 加給腳踏上的作用力也同時達到最大化。也就是說，變速自行車雖然通過改變前后大小齒 輪半徑差提高了自行車的速率值，最終達到提高行進速度的目的，但與此同時自行車的加 速度值也轉變到最小值，自行車加速度值的減小則意味著，自行車從靜止狀態到運動狀態 需要耗費較長的時間和較大的作用力，也就是俗話說的很難啟動起來一旦啟動起來速度又 比較快。變速自行車相比較普通自行車雖然達到了提升速度的目的，但這一結果卻是建立 在付出更多、更大作用力的基礎之上。相反，要使腳踏上的作用力達到最小化，那么就必須使中軸曲柄上的大齒盤(圖 2C)的半徑最小化的同時，還必須使處于后輪上的小飛輪(圖2B)的半徑必須最大化，這樣一 來，雖然省力了很多但是自行車的運行速度也隨之降到了最低點。也就是說，此時加速度值 增加了但是自行車的速率卻降到了最低點，加速度值的增加和速率值的下降意味著，自行 車從靜止到運動需要較短的時間和較小的作用力的付出，也就是俗話說的很容易啟動起來 一旦啟動起來行進速度很慢。言而總之，由于變速自行車中軸曲柄上的大齒盤半徑的要求和后轱轆上的飛輪半 徑的要求是相反的、排斥的、矛盾的，這就意味著，變速自行車不可能同時達到既省力又快 捷這個目的，即要么快速不省力、要么省力不快速。
第二，(如圖3所示)，任何一種傳統自行車為了保持車體自身的穩固和安全性，都 將車架系統中的受力部分即前車叉和后車叉均設計成一種“八”字形結構，這種八字形結構 雖然使車體看起來穩固和安全了很多，但是根據物理學力學合成和分解原理，這種“八”字 形結構的車架卻將人體所產生的重量全部轉化為一種增加自行車輪軸旋系統轉的摩擦力， 繼而轉化為一種阻礙自行車前進、行進時的阻力，這種阻力正是形成提升自行車速度的一 大障礙。當人體重力G作用在座椅上時，重力G分別通過自行車的前叉和后叉作用在前輪 軸和后輪軸上，根據物理學力學合成和分解原理，前叉上的重力G就被分解為F’、G’，F’為 一部分前進動力、G’為一部分重力；而后叉上的重力G也被分解為F’’和G’’，F’’為一 部分阻力，G’’為一部分重力。由于F’和F’’大小相等、方向相反，所以F’和F’’相互抵 消，而G’加上G’，仍然等于G本身。可見，雖然前叉將一部分重力分解為了前進的動力，但是又被后叉分解的阻力所 抵消，人體重力經過傳統自行車的車架系統后100%的全部轉化為壓力，繼而全部轉化為一 種障礙并阻止提升自行車速度的摩擦力。第三，由于人體身高和腿部長度的限制，中軸曲柄上的大齒盤半徑有一個極限值， 這也就意味著，傳統變速自行車的速率和速度都具有一個相對的極限值。即，目前市場上的 變速自行車在變速原理上并沒有把自行車的速度和力量擴充到極大化和最優化。三、發明創新內容
一、為了克服并化解掉現有的變速自行車在變速原理上存在著的這個致命缺陷和不 足，本發明首先提供的是一套全新的自行車變速原理及其變速裝置，促使變速自行車在提 高速度的同時還能減少作用力的輸出，即既省力又快捷。經過實踐試驗，此方法及其裝置完 全可以達到以上所述的技術要求。本發明解決以上技術性問題所采用的技術方案是
(如圖4所示)在原變速自行車中軸曲柄上的大齒盤和后輪上的小飛輪之間再添加、再 置入一個同后輪上相似的、也可以一模一樣的小飛輪，然后通過這個新添加的小飛輪用兩 條傳動帶(鏈條)分別連接中軸曲柄上的大齒盤和后輪上的另一個小飛輪.(如圖5所示) 也就是說，其中一根傳動帶(鏈條)通過中間這個小飛輪的最小半徑的齒輪與中軸曲柄上的 大齒盤相連接，另一根傳動帶(鏈條)再通過中間這個小飛輪的最大半徑的齒輪與后輪上的 小飛輪的最小半徑的齒輪相連接。如此這般后，原變速自行車就立刻轉變為一種超級變速 自行車，不但可以把原作用力節省到2/3的同時還可以把原速度提升2-3倍。與此同時，由于采用了增加齒輪個數到傳動系統中提高自行車速率的方法，從而 克服了傳統自行車受人體身高和腿部長度的限制，而導致的中軸曲柄上的大齒盤半徑也具 有一個極限值的限制，從而達到了最大化自行車速率的限制因素。無論是傳統的普通自行車還是傳統的變速自行車，自其產生之日起均是采用兩個 大小不等的同心圓齒輪并通過一根傳動帶(鏈條)直接的相互連接的方式、方法；而本發明 創新之處主要在于采用了三個(也可以更多)大小不等的同心圓齒輪，通過兩根傳動帶(鏈 條)間接的相互穿插連接的方式、方法。雖然看起來只是一種形式上的變化，但其在動力傳 遞原理上卻是一個質的變化和飛躍。這種采用三個(或者更多)同心圓飛輪(大齒盤)、兩條傳動帶(鏈條)的這種傳動方式、方法，即“三軸鼎力”的新形態(甚至是一種新原理)，具有兩種非常奇特的功效 1、具有擴大傳動速度的絕妙功能，即是一個名副其實的速度擴大器。2、又具有縮減作用力的絕妙功效；即又是一個力量縮減器。二、為了克服并化解掉傳統自行車在車架力學分解原理上存在著的這個致命缺陷 和不足，本發明再提供了一套新型理念的自行車車架結構，該新型車架可以促使人體的一 半的重力由原來的阻力轉化為一種動力，從而達到減小阻力、增加慣性力進而提高行進速 度的最終目的。經過實踐試驗，此車架結構完全可以達到減小阻力增強動力的技術要求。本發明解決以上技術性問題所采用的技術方案是 (結合發明內容一，將自行車車架作如下技術改造)
1、改變，后車叉作用在后輪中軸上原45度夾角為135度夾角，即將后車叉作用在后輪 中軸上夾角角度整合成和前叉相同的角度，使后車叉從人體重力中分解出來的那一部分作 用力由阻力轉變為一種動力，如圖6所示。2、切斷或截斷原自行車后輪中軸至腳踏曲柄中軸處車架橫梁并添加一個中軸在 其末端位置，用來安裝、穩固新添加的第三個小飛輪。該新型車架的有益效果和最大功效是
1. 為第三個小飛輪的安裝、傳動帶(鏈條)搭配創造條件和奠定基礎。2. 變人體重力(阻力)為一種促使自行車前進的動力，即減小阻力(摩擦力)增 加慣性力，從而達到更省力、更快捷的目的。第一條發明內容，均可以應用到需要加速和需要省力的各種機械裝置中去，本發 明最先應用到自行車或人力三輪等車上。三、為了進一步繼續鞏固并擴大自行車省力的最高極限值，本發明最后再提供一 套全新的自行車助力原理及其省力裝置。促使該新型超級變速自行車在以上兩點發明的基 礎之上，更加省力、更加快捷。經過實踐試驗，此方法及其裝置完全可以達到以上所述的技 術要求。本發明解決以上技術性問題所采用的技術方案是
(如圖7所示)在該自行車的曲柄腳踏中軸上(其它小飛輪軸心上也可采用)安裝一個具 有極強伸縮性和延展性的鋼片條(即發條)。當該自行車曲柄中軸處大花盤向后旋轉時將其動能預先儲存、儲藏于安裝在自行 車曲柄中軸(以及其它小飛輪軸心)上的鋼片條(即發條)內，而當該自行車曲柄中軸大花盤 向前旋轉時，預先儲存在自行車腳踏中軸(以及其它小飛輪軸心)上的鋼片條(即發條)內的 動能隨即轉化為動力并隨同腳踏上的人力一起共同將速度和力量傳遞給后輪的小飛輪上。該新型蓄能裝置最大功效是
鋼片條(即發條)釋放的作用力的大小取決于鋼片條(即發條)本身的蓄能能力，而鋼片 條(即發條)本身的蓄能能力，又取決于鋼片條的材質的優劣和體積的大小，其材質越優質、 體積越大，鋼片條(即發條)的蓄能能力則越大，蓄能能力越大則鋼片條(即發條)釋放的作 用力則越大，鋼片條(即發條)釋放的作用力越大人在騎行該新型超級變速自行車時則越省 力。四
示意圖1主要展示的是傳統普通自行車的結構、原理全貌圖。
其中圖A是傳統普通自行車的結構全貌圖；圖B是曲柄腳踏處大齒盤的獨立放大 圖；圖C是后輪處小飛輪的獨立放大圖。示意圖2主要展示的是傳統變速自行車的結構、原理全貌圖。其中圖A是傳統變速自行車的結構全貌圖；圖B是后輪處小飛輪的放大圖；圖C是 曲柄腳踏處大齒盤的放大圖。示意圖3主要展示的是傳統自行車車架結構及其受力分解圖。其中圖C中，G為人體重力及其作用方向，D為自行車后叉架，E為自行車前叉架； 其中圖A為自行車后輪受力分解圖；其中圖B為自行車前輪受力分解圖。圖A中，G為人體重力在自行車后叉架上的作用力及其方向；F’’為人體重力G在 自行車后輪軸受力分解后所形成的作用力及其方向；G’’為人體重力G在自行車后輪軸受 力分解后所形成的重力及其方向。圖B中，G仍為人體重力在自行車前叉架上的作用力及其方向；F’為人體重力G在 自行車前輪軸受力分解后所形成的作用力及其方向；G’為人體重力G在自行車前輪軸受力 分解后所形成的重力及其方向。示意圖4主要展示的是新型超(級)變速自行車的傳動裝置的結構、原理全貌圖。其中1為曲柄腳踏處大齒盤；2為新添加的第三個小飛輪；3為后輪中軸處小飛 輪；4為連接曲柄腳踏處大齒盤和新添加的第三個小飛輪的傳動鏈條；5為連接新添加的第 三個小飛輪和后輪中軸處小飛輪的傳動鏈條。示意圖5主要展示的是圖4中傳動部分的結構、原理及其傳動鏈條的具體連接方 法的局部放大示意圖。其中A表示的是圖4中曲柄腳踏處大齒盤的放大圖；B表示的是圖4中新添加、 新置入的第三個小飛輪；C表示的是圖4中后輪處小飛輪的放大圖，D表示的是曲柄腳踏處 的大齒盤和新添加、新置入的第三個小飛輪之間的傳動鏈條；E表示的是后輪處小飛輪和 新添加、新置入的第三個小飛輪之間的傳動鏈條。示意圖6主要展示的是新型超(級)變速自行車的車架形態、傳動裝置結構、即整個 新型自行車結構、原理全貌圖。示意圖7主要展示的是新型超(級)變速自行車的省力裝置及其原理圖。其中圖A展示的是該裝置的結構全貌圖；圖B展示的是該裝置的側面剖視圖。五具體實施例方式
如圖3所示，在原變速自行車中軸曲柄上的大齒盤和后輪上的小飛輪之間再增加一個 同后輪上相似的也可以是一模一樣的小飛輪，使原本只具有兩個(大小不等)同心圓齒輪從 數量上增加到具有三個。如圖4所示，然后通過這個新添加的小飛輪用兩條傳動帶(鏈條) 分別連接中軸曲柄上的大齒盤和后輪上的另一個小飛輪，即其中一根傳動帶(鏈條)通過中 間這個小飛輪的最小半徑的齒輪與中軸曲柄上的大齒盤相連接，另一根傳動帶(鏈條)再通 過中間這個小飛輪的最大半徑的齒輪與后輪上的小飛輪的最小半徑的齒輪相連接。傳統的普通自行車和傳統的變速自行車，自其產生之日起均是采用兩個大小不等 的同心圓齒輪并通過一根傳動帶(鏈條)直接的相互連接的方式、方法；而本發明的技術特 征主要在于采用了三個(也可以更多)大小不等的同心圓齒輪，通過兩根傳動帶(鏈條)間 接的相互穿插連接的方式、方法。
結合圖3和圖4，當人的腳力作用在腳踏上時大齒盤隨同曲柄腳踏一起開始旋轉， 由于曲柄腳踏上的大齒盤半徑、周長遠大于新加入的小飛輪半徑、周長，腳踏上的大齒盤隨 同曲柄腳踏一起旋轉一周即360°后，根據輪軸組加速原理，新加入的小飛輪就會同布旋轉 約3周即1080°，同理，根據輪軸組加速原理，此時處于后輪上的小飛輪也就會同步旋轉9 周即3240°。(以上均為理論數值，實際數值根據自行車齒輪半徑、周長可具體計算出，這里 只作出原理性說明)
顯而易見，同一輛自行車當曲柄腳踏上的大齒盤旋轉一周360°，后輪上的小飛輪的速 度只擴大到約3倍；而當再添加、再置入一個小飛輪后，曲柄腳踏上的大齒盤假設仍舊旋轉 一周即360°，而后輪上的小飛輪的速度將擴大到約6-9倍。(其具體數值根據其實際大小 可測算)也就是說，超級變速自行車的行進速度將是傳統變速自行車的2-3倍，是傳統普通 自行車行進速度的3-6倍。綜上所述，由于新型車架在傳統自行車車架的結構設計基礎上又配備了第三個小 飛輪的安裝位置(即共計三個同心圓齒輪安裝位置)的同時也具備了三個同心圓齒輪的連 接方式，只需和普通自行車一樣的簡單組合后即可完成整個新型超級變速自行車的安裝和 使用。該新型超級變速自行車設計簡單、安裝簡潔、方便靈活、綠色環保、強身健體、輕盈 尚速。
權利要求
1.一種新型超(級)變速自行車，即在傳統變速自行車中軸曲柄上的大齒盤和后轱轆上 的小飛輪之間再添加或再置入一個同后輪上相似的、也可以是一模一樣的小飛輪，其特征 是相比較傳統變速自行車多增加了一個小飛輪、多增加了一條傳動帶即鏈條(共兩條傳動 帶即鏈條、三個大小不一的同心圓齒輪)。
2.根據權利要求1所述的新型超級變速自行車，其特征是其中一條傳動帶(鏈條)一 邊連接的是新添加的這個小飛輪上最小半徑的齒輪，一邊連接的是中軸曲柄上的最大齒 盤；另一條傳動帶(鏈條)一邊連接的是新添加的這個小飛輪上最大半徑的齒輪，一邊連接 的是后輪上小飛輪最小半徑的齒輪。
3.根據以上權利要求1、2、所述的新型超級變速自行車，其特征是增添了第三個或三 個以上的小飛輪的自行車，其自行車自身所形成的這種“三軸鼎力”的特殊組合體，(排除自 行車前輪上的中軸，這里主要指傳動系統而非方向控制系統)。
4.根據權利要求3所述的新型超級變速自行車，其特征是與水平線成135度夾角的 后叉和帶有兩個(第三方)中軸的車架結構。
5.一種新型輪軸蓄能技術裝置及其方法，其特征是在新型超級變速自行車其曲柄腳 踏中軸上(也可以包括其它輪軸軸心上)新添加出一個呈螺旋態且具有極強伸縮性和延展 性的鋼片條(即發條)。
全文摘要
自行車也叫腳踏車，以其輕盈靈活、方便快捷、低碳環保、體積輕巧、強身健體、娛樂休閑等諸多優點，在各種先進、高級交通工具林立的今天依然可以獨領風騷，并在人們的生活、生產過程中始終占有其極重要的地位和意義。傳統變速自行車雖然通過組合變速齒盤的大小可以達到提高自行車的運行速度，但是在設計原理上還是存在著諸多的缺陷，這些“先天性”的缺陷直接導致該自行車的最高運行速度被局限在一定的范圍內而無法逾越。經過多年潛心鉆研和反復試驗，本人現發明了一套全新的加速原理和省力方法，該技術原理一方面不但可以促使普通自行車速度約提升2-3倍的同時，另一方面還能促使作用力約降低2/3，且還不增加過多的制造成本和工藝難度。
文檔編號B62M1/10GK102085902SQ20101061509
公開日2011年6月8日 申請日期2010年12月30日 優先權日2010年12月30日
發明者張哲 申請人:張哲