專利名稱：符合運動機能的人力驅動自行車的制作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種符合運動機能的人力驅動裝置，更具體地說是一種手腳并用的自行車。
手腳并用的自行車國外已有人提出，如美國專利4,437,677等。但由它們的解決方案設計出的車子都具有復雜的動力轉換系統，復雜的方向控制系統。這些不可克服的明顯的缺點使這些發明由于高昂的制造費用而變得無利可圖；而且更重要的是由于這些車子手腳操作桿位置的不合理，導致了車身很長，重心太后，從而操作方向不穩，操作不舒適；同時在方向操作上由于使用的是與手用力做功同方向的手的推拉力，更導致了方向的難于控制，所以這些車不論從造價上還是本身的性能上都沒有實用價值。
本人的專利申請“符合運動機能的人力驅動裝置”(申請號93101958,3公開號CN1078698A)已在結構上有了徹底的突破一方面手腳操作桿由在一條直線上只具有一個公共轉動軸變為手腳操作桿分離且各自有一個轉動軸，而手腳操作桿運動的協調統一通過了一連桿實現另一方面，方向的操作是使用了與手用力做功互不疊加相干的垂直于地面的豎直方向的上下操作力。這樣，在本質上已經克服了其它各種此類型車的缺點，使其具備了實用性。但在本人申請的該發明中提出的動力轉換機構，即將水平往復運動轉換為使車輪前行的單向旋轉運動機構在經濟上或是性能上還不是非常理想另外該發明方向操作系統在兩輪自行車應用時，平衡穩定性還應進一步提高。
本發明的目的就是針對本人發明的“符合運動機能的人力驅動裝置”進行優化，主要是使動力轉換機構更加簡單，而性能更加優越可靠，同時也使該車的平衡、穩定性不低于現有的普通自行車，從而使這種手腳并用的更符合運動機能的人力驅動自行車真正實用化、普及化。
本發明的目的是這樣實現的它的動力轉換機構采用了非常簡潔的一種曲柄連桿機構，它只包含一個連桿、一個曲柄和一個幫助越過死點的彈簧，通過這個簡單機構就可有效的將手腳操作桿產生的水平往復運動轉化成鏈盤單向連續旋轉運動；該車平衡及方向穩定性的提高是通過將前叉轉動軸與橫梁的連接位置后移實現的。本發明的其它一些優化及改進將在下面的具體結構論述中提到。
圖1是整體結構2是驅動系統結構3是手操作系統結構4是腳操作系統結構圖下面結合附圖對本發明做詳述。
參照圖1，圖2，本人發明的車子基本結構可分為動力部分、動力轉換部分、鏈傳動部分、方向控制部分和車輪部分。動力部分由手操作桿(26)及其上的手把(75)手柄(27)腳操作桿(15)及其上的腳踏板(17)和腳靠(18)、搖桿(12)、連桿(16)、連板(24)、叉桿(20)及橫梁(1)和座位(30)組成；動力轉換部分分為連桿(21)、曲柄(45)和幫助越過死點的彈簧(46)；鏈傳動部分指鏈盤(42)、鏈條(50)、張緊輪(52)和棘輪(51)；方向控制部分包括手把(75)、手柄(27)、滑輪(54)(見圖3)操作線(7)、導向輪(25)及轉向滑輪(5)、齒輪(3，74)(見圖2)、前叉(4)及前叉轉動軸(73)；車輪部分有前后輪(19，49)及后叉(43)。
動力部分中，手操作桿(26)在橫梁(1)的中部或中下部與其活連接，參見圖3，橫梁(1)上安裝有軸承(59)并通過螺桿(58)將手操作桿(26)固定，這樣可使手操作桿(26)通過軸承(59)與橫梁(1)相對轉動運動。腳操作桿(15)在橫梁(1)的前端與其活連接，參見圖4，橫梁(1)上的軸套(64)與腳操作桿(15)固定連接的軸套(14)可相對滑動轉動，但軸套(14)與搖桿(12)由于經過螺絲(13)緊固不能相對轉動，所以腳操作桿(15)受力時，在與橫梁(1)相對轉動運動時將帶著搖桿(12)同時運動，而搖桿(12)運動也將通過連桿(16)及連板(24)迫使手操作桿(26)運動；反之，手操作桿(26)的運動也將通過連板(24)、連桿(16)及搖桿(12)帶動腳操作桿(15)運動，從而實現了手、腳操作桿(26、15)統一諧調運動。手腳操作桿(26、15)相對角度的調整可通過擰松螺絲(13)，改變搖桿(12)與腳操作桿(15)的角度實現。
動力轉換部分，它的作用是將水平往復運動轉變成單向旋轉運動，故非常關鍵。參見圖2，曲柄(45)的轉動軸心與鍵盤的中心軸(53)緊密連接，所以當曲柄(45)受到力矩不為零的力的作用時，將會帶動軸(53)及鏈盤(42)在軸承(44)上做圓周旋轉運動。為了使曲柄(45)獲得力的作用，通過叉桿(20)連接連桿(21)再活連接曲柄(45)；為了使車前行，鏈盤(42)必須逆時針旋轉，所以必須使曲柄(45)獲得逆時針方向的力矩，并能越過力矩為零的狀態，即越過死點，也就是不能讓連桿(21)與曲柄(45)保持一條直線的狀態，為此在連桿(21)與曲柄(45)的活連接處(48)與橫梁(1)的適當位置(47)之間安裝一彈簧(46)，當連桿、曲柄(21，45)在左邊共線時，彈簧(46)對部位(48)產生一個張力，使其向下偏離一定距離；而當連接點(48)在右邊(72)與連桿、曲柄(21，45)成一直線時，彈簧(46)對接點(48)將產生一個拉力，使其停留在偏上的某一個位置。這樣無論何時人坐于座位(30)，手拉手柄(27)，腳蹬腳踏板(17)或手推手柄(27)，腳后跟鉤腳靠(18)用力做功時，都能保證曲柄(45)得到一個不為零的逆時針方向的力矩；而在連續做功中，由于彈簧(46)產生的力的介入，所以合力矩始終不為零并是逆時針方向的，從而使鏈盤(42)始終逆時針連續旋轉。另外，當運動達不到一定幅度就變某一推拉過程為拉推過程時，彈簧(46)產生的力矩與做功產生的力矩都將是順時針的，這時鏈盤(42)通過鏈條(50)帶動棘輪(51)空轉，將有利于迅速回到起始位置重新開始某一做功周期，這就好象普通自行車的路半圈，可供操作者選擇使用。為了使手腳操作桿(26，15)的運動幅度更適宜不同人，可通過調節叉桿(20)旋入螺母(23)的深度(圖3中有說明)和調節連桿(21)的長度進行。
方向控制部分，也就是方向操作系統，參見圖3。支架(55)與手操作桿(26)通過螺栓固定或直接焊牢，而與手把(75)通過軸承(57)活連接，這樣手把(75)只能繞軸承(57)上下運動，或同時帶動手操作桿(26)做前后往復運動。這兩個運動所需的力互不干擾，很容易諧調。當手把(75)上下轉動時，將使滑輪(54)隨之旋轉運動。與滑輪(54)輪吻合張緊的操作線(7)從空心手操作桿(26)中穿出并通過導向輪(25)與滑輪(5)的輪槽緊密吻合。操作線(7)的張緊度可通過接頭處的連接螺絲進行調整。另外，在兩滑輪(54，5)上有預緊螺絲，防止操作線(7)在輪槽內滑動。在圖2中，滑輪(5)與齒輪(74)被同心軸(6)固定于裝有軸承(8)的外殼(2)上，滑輪(5)與齒輪(74)之間不能相對運動。齒輪(3)和與前叉相接的前叉轉動軸(73)緊固連接，同時與齒輪(74)相嚙合。這樣，滑輪(54)順時針旋轉時，將通過操作線(7)經過導向輪(25)帶動滑輪(5)及與其連接的齒輪(74)逆時針旋轉，而與齒輪(3)嚙合的齒輪(74)將與軸(73)及前叉(4)一同順時針旋轉；反之亦然。從而達到了操作方向的目的。當手把(75)與手操作桿(26)同時前后運動時，由于操作線(7)在導向輪(25)輪沿與軸(58)的軸心相切運動，而且操作線(7)是對稱經過左右兩導向輪的封閉線路，所以不會對方向操作帶來任何影響。
為了使車子的平衡穩定性更好，將前叉轉動軸(73)與橫梁(1)的夾角選在70°左右比較合適，同時使其與橫梁(1)的連接位置選在橫梁(1)前端1/4到1/3處或在兩操作桿(26，15)與橫梁(1)連接處(58，66)的中部較為合適，這樣前叉的質量慣性比較大，增加了操作力矩，增加了行駛穩定性，而且結構也更加緊湊。
該車的后叉(45)與軸套(35)處裝有避震彈簧(36)，通過調節螺桿(37)可調整彈簧(36)的行程，即調整了避震的幅度。座位(30)可在放松螺栓(34)的情況下前后移動以調整一個最適合位置。該車手柄(27)在垂直位置都向前向內傾斜，太大太小都會造成手感的不適。其前方部位(28)是制動操作手柄，其上可連接閘線，用于剎車。
本發明是針對自行車論述的，但其基本結構系統更容易應用于相關的需人力驅動的機械。
權利要求
1.一種符合運動機能的人力驅動自行車，它是由動力部分、動力轉換部分、鏈傳動部分、方向控制部分和車輪部分組成，其特征在于它的動力轉換部分是由連桿(21)曲柄(45)和幫助越過死點的彈簧(46)組成的一種此柄連桿機構，它的方向控制部分中的前叉轉動軸(73)與橫梁(1)相連接的位置在橫梁(1)前端1/4到1/3處或在手腳兩操作桿(26，15)與橫梁(1)連接處(58，66)的中部。
全文摘要
本發明公開了一種簡單、安全、有普及意義的手腳并用型自行車。本發明的關鍵是采用了在結構非常簡潔的曲柄連桿機構上加裝一個克服死點的拉伸彈簧，本發明的關鍵是采用了在結構非常簡潔的曲柄連桿機構，就有效地將手腳操作桿做功產生的水平往復運動轉換為驅動車輪向前的單向連續旋轉運動；本發明的另一個關鍵是通過將前叉轉動軸與橫梁連接處的位置后移，即從橫梁最上端移到橫梁中前部，從而提高了車子的平衡穩定性。
文檔編號B62K3/00GK1114620SQ9410819
公開日1996年1月10日 申請日期1994年7月6日 優先權日1994年7月6日
發明者魏森海 申請人:魏森海