具体实施方式

本发明提供的高速省力自行车，如图1所示，包括车架39，车架39包括上梁15、中梁20和底梁32。在车架39上设置前叉2，前叉2上通过花鼓1设置前车轮，在前叉2上还设置车把9，在车把9上连接前闸4上的前闸线5、后闸线6和指拨8，还设置变速线7，前叉2上还设前闸皮3与前车轮的轮圈接触，上梁15上设车座杆17、车座18并连接后车轮，后车轮的轮轴上设置飞轮22、变速器23，变速器23上连接指拨8的变速线24，后车轮的轮轴上连接辐条27、轮圈26和轮胎25。飞轮22上设链条21，通过链条21连接设置在车架39上的驱动装置。

该驱动装置上设牙盘101，牙盘101与后车轮上的飞轮22上通过安装链条21连接，在该驱动装置上设置右曲柄33和左曲柄73（左曲柄73见图3），其上均连接脚踏板34。

驱动装置包括动力总泵28和动力分泵16。

动力总泵28通过固定夹板31固定在底梁32上。其具体结构见图2和图3。

动力总泵28包括一往复式液压缸，也称为总泵体52。

总泵体52内包括一在自行车的前后方向上设置的横向的缸筒，缸筒两端通过丝堵64和密封圈65封堵，在缸筒的两端分别设有在下的进液口和在上的出液口，其上设置阀座，阀座上分别设有进液阀66和出液阀61，通过密封圈42密封，进出液阀和阀座之间设有回位弹簧47和回位弹簧49，使得缸筒同侧上面的出液阀和下面的进液阀启闭方向相反。两个进液口上分别连接进油管36，两个进液管36连接总进油管29，两个出液口上分别连接出油管30和出油管35，总进油管29与一储油箱的箱体出口连接，，出油管30和出油管35汇合，通过三通连接动力分泵16的分泵进油管14。总进油管29通过油管固定夹板38固定在车架39上。

在缸筒中设置两个活塞58，将液压缸分隔为三个密腔室，两端的是液压腔，即后工作腔63和前工作腔43。中间腔室中设置联动机构，该联动机构为一转动变直线运动的传动机构，其中的直线运动件连接两个活塞58，转动件与两个连接脚踏板34的右曲柄33和左曲柄73连接，使得通过脚踏板34的转动带动活塞58在缸筒中往复移动，挤出和吸入液压油。

在如图2和图3所示的实施例中，联动机构为一齿轮齿条传动机构。

在中间腔室中设置一齿条杆54，两个活塞58固连在齿条杆54的两端，活塞58通过支承环59和密封圈60可往复移动地设于缸筒内，以防液体向外渗出，降低压力。总泵体52上部有两个螺纹孔，在每个该螺纹孔中螺设一个定位块53，由螺纹孔螺接的两个定位块53穿入缸筒，进入中间腔室，嵌设在齿条杆54上端面上的嵌槽中，起到对齿条杆54的定位和导向作用，保持齿条杆54在油缸内运行平稳，横向不摆动。两个定位块53前后设置，且在前后方向上排成一条直线地相对设置在一个嵌槽中。

在中间腔室的下部，总泵体52向下凸出，在所述缸筒的中间腔室构成一个齿轮容置腔，在其中前后设置两根转轴，其上通过键57分别固定一前半圆周齿轮51和一后半圆周齿轮55，两个半圆周齿轮的结构如图2所示，在一半的圆周上设置轮齿，另一半圆周上无轮齿，两个齿轮相错180°地设置在两根转轴上。前半圆周齿轮51和后半圆周齿轮55均能够与齿条杆54相啮合。

如图3所示，固定后半圆周齿轮55的转轴为中轴79，中轴79的两端伸出总泵体52，其上通过穿钉72分别安装左侧和右侧的脚踏板34，中轴79通过两个轴承71与总泵体52的轴承孔支撑，并通过间隙套垫77和锁紧螺母78轴向固定。后半圆周齿轮55所在的中轴79上通过键57一体连接一全齿齿轮，其为主动齿轮75；前半圆周齿轮51所在的轴为从动轴79a，其可转动地固定在齿轮容置腔中，该从动轴79a上一体连接一全齿齿轮，其为从动齿轮76，从动齿轮76与主动齿轮75相啮合，与主动齿轮75转向相反。

骑行者如使用常规自行车一般地蹬踏左右两个脚踏板34，其通过右曲柄33和左曲柄73带动主动齿轮75转动，也就带动了后半圆周齿轮55转动，主动齿轮75再带动从动齿轮76转动，继而带动从动轴转动，使得前半圆周齿轮51转动，从动齿轮76与主动齿轮75转向相反，从而使得前半圆周齿轮51与后半圆周齿轮55方向相反地转动。

骑行者连续驱动两个脚踏板，两个半圆周齿轮连续转动，但由于其均在部分圆周上设置轮齿，且不能同时啮合齿条杆54，因此，在骑行者两只脚蹬踏脚踏板的一个圆周的运动周期中分为两个阶段：

第一个阶段即0~180°：脚踏板34驱动主动齿轮75，通过主动轴79带动的后半圆周齿轮55与齿条杆54啮合，驱动齿条杆54向前移动，前工作室43容积变小，挤出液压油，后工作室63容积变大，吸入液压油，这时，从动齿轮76被动地反方向转动，通过从动轴79a驱动的前半圆周齿轮51反向转动但不与齿条杆54啮合；

第二个阶段180~360°，后半圆周齿轮55与齿条杆54脱离啮合，而前半圆周齿轮51与齿条杆54啮合，驱动齿条杆54向后移动，后工作室63容积变小，挤出液压油，前工作室43容积变大，吸入液压油。

由上述机构可知，脚踏板34不管是向前蹬还是向后蹬，主动齿轮75和从动齿轮76总是反向转动，带动前半圆周齿轮51和后半圆周齿轮55也是反向转动，在一个360°的回转周期中，在前半个周期，齿条杆54在一个半圆周齿轮作用下向前（或向后）移动，在后半个周期，齿条杆54在另一个半圆周齿轮作用下向后（或向前）移动，前后两个工作室，其上的进油管交替地从储油箱11吸入液压油，其上的出油管交替地排出液压油，如此循环往复，就可以有液压油连续地向动力分泵16的分泵进油管14输出液压油。由此即可通过蹬踏脚踏板34使得动力总泵28不断将液压油输入动力分泵16。

两个半圆周齿轮上的头齿和尾齿的齿顶圆要比其他轮齿矮一些，从而使得头齿和尾齿稍微短，但是，该头齿和尾齿的齿顶圆还是要大于节圆，使得头齿和尾齿仍然可以与齿条杆54啮合。这样的设计的机理是，一个半圆周齿轮和上面的齿条杆54啮合运行到即将分开时，另一个半圆周齿轮就要接合，如果尾齿和头齿的轮齿长度是正常的，一个半圆周齿轮的尾齿还没与齿条杆54脱开，另一个半圆周齿轮的头齿就已经啮合齿条杆54，这样就会出现齿条被卡住的状况。缩短半圆周齿轮头齿和尾齿的长度，这样尾齿就能平稳地与齿条杆54分开，头齿也能顺利衔接与齿条杆54啮合，避免卡住的问题。

如果为了避免卡住，两个半圆周齿轮的齿轮分布在小于180°的圆周上，这也可以成为一个方案。但这时，会在脚踏驱动的360°周期中，有无齿轮啮合齿条杆的情况。

一个优选的实例中，半圆周齿轮头齿和尾齿的齿顶高为正常轮齿齿顶高的1/3，或者节圆向外延伸1-1.5mm的齿顶高。

如图4和图5所示，动力分泵16包括有一个分泵体85，其中心为一圆柱体形状的转轮腔室，在其中心的轴线上设置一泵轴，也称为转轮轴87，其上设置一转轮89，转轮轴87的一端穿出分泵体85，在穿出分泵体的转轮轴段102上固设一牙盘101。在转轮89的圆周上均匀地制有14个斗叶90，转轮中心孔内有左螺旋纹扣，与转轮轴87中段螺纹扣配合。该斗叶90为弯曲成一弧形的叶片，各个斗叶90弧形方向一致与转轮89铸为一体。在分泵体85上位于该转轮腔室的外面同心地设一圆弧形的压力通道82，压力通道82与所述转轮腔室之间设置圆柱形喷嘴通道，在该喷嘴通道中固定锥形喷嘴83，该喷嘴的通道横截面积向转轮腔室方向逐渐变小形成锥形的喷射通道83a，喷嘴83通过其圆柱形外表面上设置的外螺纹与喷嘴通道上的内螺纹螺接而固定在喷嘴通道中，喷嘴83的外端端口为一内六方端口105，喷嘴83的头部与喷嘴通道之间设置密封圈84；喷嘴83与斗叶90内凹的侧面相对应。分泵体85上设有进口和出口，进口在分泵体85内与压力通道82的一端连通，在外连接分泵进油管14，出口在分泵体85内通过一出油道88与转轮腔室的出油口连通，在外连接回油管13。出油道88沿所述转轮腔室的切线方向设置。

如图4所示的实例中，动力分泵16的分泵体85上制有的圆弧形的压力通道82、与转轮腔室切线方向连接的出油道88、沟通压力通道82和转轮腔室的五个喷嘴通道，在喷嘴通道中固设喷嘴83，由此构成一个让带有斗叶90的转轮轴87在动力总泵28输送过来的液压油作用下连续转动的结构。压力通道82的大部分围绕设置在转轮腔室下部的圆周上。分泵体85的外壁上设有五个螺孔贯穿连通压力通道82且与五个喷嘴通道一一对应，螺孔通过丝堵80和密封垫81封闭。当要安装或拆卸喷嘴83时，将丝堵80取下，用一外六方工具插在喷嘴83的内六方端口105上，即可旋转喷嘴83实现喷嘴的装拆。喷嘴83前部的密封圈84可防止液体回窜。

如图5所示，在分泵体85的一侧，一盖板103固定在分泵体85上，盖板103上设孔，转轮轴段102伸出盖板103。在盖板103上设置轴承座，其上设置轴承98和密封圈96还有间隙套100，使得转轮轴段102支撑在盖板上且与盖板之间密封。在盖板103和分泵体85之间还设有密封圈96。在分泵体85的另一侧，在轴孔上设置轴承94和轴封95通过堵丝93将轴承座孔封闭。

转轮轴左端制有轴承挡座，右端制有左旋螺纹扣与牙盘101中心孔的内螺纹配合，转轮轴中段有左旋螺纹扣与转轮89孔内螺纹扣配合，还有转轮挡座。

盖板103位于分泵体85右侧，内有轴承座和轴封窝，轴承座内设轴承98，轴封窝中设轴封97，盖板103上的凸台与分泵体85右端口接合处有密封圈96，盖板圆周边的圆周上有6个螺栓孔，用以通过紧固螺栓86将盖板103和分泵体85固定起来，在靠下的螺栓86通过固定夹板104将动力分泵16固定在中梁20上。

分泵体85通过固定夹板104和紧固螺栓86固定在车架的中梁20上，同时通过固定夹板19固定在车架的立管上。固定夹板104和中梁20用螺丝107和垫片108固定。

如图6和图7所示，回油管13与一储油箱11连接，该储油箱包括两个封头和若干散热管构成的储油箱体109，在两个封头相对的底板上开孔，其中连接若干散热管110，在一个封头上设孔连接回油管13，在另一个封头上开孔连接动力总泵28的总进油管29。储油箱11通过固定夹板10、固定夹板37、固定夹板115以及螺丝112固定在车架上。

从动力分泵16出来的液压油，在储油器中的流动路线由图6中的箭头示出。

本自行车的工作过程为：

踏下脚踏板34带动右曲柄33和左曲柄73，继而带动动力总泵28的两个半圆周齿轮转动，驱动齿条杆54前后移动（见图2），活塞往前移动到前止点后往后移动时，前端活塞产生吸力，前工作腔43的进油阀开启，出油阀在弹簧的压力下关闭。液压油被吸入前工作腔，同时后端活塞推动后工作腔中的液压油产生压力，压开出油阀，进油阀在弹簧的压力下关闭，后工作腔排出液体，当后端活塞58往后移动到后止点后往前移动时，使得后工作室产生吸力，吸开进油阀66，出油阀61关闭，液压油被吸入后工作腔63，与此同时，前端活塞58推动液压油产生压力，压开前出油阀61，前进油阀66关闭，液压油经出油管35排出；前工作腔和后工作腔排出的液压油汇集于分泵进油管14。由此，通过脚踏板34驱动齿条杆54，不断地有液压油从动力总泵28输入到动力分泵16的压力通道82内。

如图4中箭头所示，液压油流入动力分泵16的分泵体85的圆弧形的压力通道82中，流进五个喷嘴83内，即时转换成强大的压强，五个喷嘴同时向转轮腔室射出液压油，冲击在转轮89的斗叶90上，推动转轮快速旋转，同时带动固定在转轮轴87伸出分泵体85之外转轮轴段102上的牙盘101转动，进而通过链条21带动飞轮22转动，继而驱动后车轮转动（见图1），由此，通过骑行者蹬踏脚踏板像普通自行车一样的骑行，自行车即可行驶起来。

本发明提供的自行车，其动力传动系统是把脚踏板34的力量借液压油的压力传给动力总泵52，经液压缸前后两头的两个活塞58，将液压油的压力输出到动力分泵16的压力通道82内的五个喷嘴83当中，转换成更高的压强，根据帕斯卡原理，加载密闭液体任一部分上的压强，必然按其原来的大小，由液体向各个方向传递，五个喷嘴同时射出同等压力的液压油，冲击到转轮的斗叶90上，即时产生出强大的动力，推动转轮89高速旋转，从而带动动力分泵上的牙盘101，继而通过链条21和飞轮22，使自行车快速向前运动。

本发明提供的自行车，使用方便，而且骑行快速省力。

下面将本自行车与传统自行车在速度和动力上做一比较：

1.速度比较：

如图8所示，传统自行车传动的零部件数据例如是：车轮01直径28英寸；牙盘101’直径140毫米；飞轮22’直径70毫米。牙盘与飞轮传动比1:2（脚蹬一圈，后轮转两圈），牙盘每秒钟转1.5圈。

由此计算每秒的速度：L₀=πd·r·n

式中，L₀：自行车每秒行走的距离，

d：车轮直径，28英寸即0.711米；

r：传动比，1:2；

n：牙盘转速，1.5转/秒；

L₀=0.711×3.1416×2×1.5=6.7米/秒

计算每小时速度：每秒行走的距离乘以3600秒（1小时）：

6.7×3600=24120米=24.12公里。

所以传统自行车每小时行驶的速度是24公里。

如图9所示，本发明提供的高速省力自行车，传动的零部件数据：

车轮01直径28英寸；牙盘101直径82毫米；飞轮22直径41毫米。牙盘与飞轮传动比1:2（牙盘转一圈，后轮转两圈），牙盘101每秒钟转7.76圈（一般工程上计算时，油管路压力为0.8—1.3MPa，油在油管中流速在2米—5米/秒，常取2.5米/秒，按流速低的2米/秒计算，更能贴近实际速度，2米除以牙盘周长，等于7.76圈）。7.76圈除以传统自行车牙盘每秒转1.5圈，即：

7.76÷1.5=5.17倍，5.17倍乘以传统自行车每小时的速度是本款自行车的速度，即：

5.17×24.12=124公里。

所以本款自行车每小时行驶的速度是124公里，是传统自行车的5.17倍。

但这只是个象征意义的数据，在交通道路条规中，决不允许让人们骑到这么快的速度。因为这个速度，在骑行的过程中，稍有差错就会粉身碎骨，毫无安全可言。所以说能有电动自行车的速度，或者稍微再快一点，就非常理想了。而通过本发明的自行车，要达到这样的要求，应该是很容易做到的。

2.动力比较：

作用在传统自行车后轮上的动力如图8所示，作用于脚踏板34’上的力P’设定为10Kg，作用在牙盘101’和飞轮22’上的力为P1’ ，作用在后轮01’上的力为P2’，曲柄的长度L’为165mm，牙盘的半径为L0’为70mm，后轮的半径L1’为355mm，飞轮的半径L2’为35mm，

则作用在牙盘上的力P1’为：P1’=P’·（L’/L0’）=10×（165/70）=23.57 Kg，

作用在后轮上的力P2’为：P2’=P1’·（L2’/L1’）=23.57×（35/355）=2.32 Kg。

作用在本发明提供的高速省力自行车后轮上的动力如图9所示。曲柄长L为165mm，半圆周齿轮51直径为42mm，半径l为21mm，活塞58直径d为27.5mm，转轮89直径为82mm，斗叶90根径为52mm，斗叶90内宽为15mm，牙盘101半径L0为41mm，飞轮22半径L2为20.5mm，后轮01半径L1为355mm。

作用于脚踏板上的力P还是为10Kg，作用在半圆周齿轮上的力为P1，

P1=P·(L/l)=10×165/21=78.57 Kg

动力总泵内的压强为P2，

P2=P1/（活塞面积）=P1/（πd²/4）=78.57/(3.14×27.5²/4)=13.2 Kg/cm²

13.2 Kg/cm²的压力传递到动力分泵16的每个喷嘴内，根据帕斯卡定律，液压油可以将这个力产生的压强向各个方向传递，

在一般工程上计算喷嘴射出的液体压力是液压缸中活塞推力的1.3倍，为了计算更贴近实际，取了活塞推力计算公式，本动力总泵活塞经脚力的带动，使液压系统油压升高到每平方厘米13.2kg/cm(计算时0.2忽略不计)，作用在五个喷嘴口相对应的斗叶上。

计算公式：

油系内压×斗叶面积（长1.5cm×宽1.5cm）=13kg/cm²×1.5cm ×1.5cm =29.25kg

因此，每个喷嘴的冲击力为29.25 Kg，五个喷嘴的总冲击力即作用在牙盘和飞轮上的力P3为146.25 Kg（一般消防车上水龙头里的压力是5 Kg/cm²，而该水龙头喷出的水能达到几十米远的距离，可见这股力量是非常之大），本发明提供的这一款自行车动力分泵内的压力是13.2 Kg/cm²，五个喷嘴射出的液压油的冲击力是相当大的！

则作用在后轮01上的力为P4，

P4=P3·（L2/L1）=146.25×（20.5/355.5）=8.43 Kg

同样骑行者对脚踏板施加10 Kg力，传统自行车，作用到后车轮上的作用力为2.32Kg，而本发明则是8.43 Kg，是传统自行车的3.63倍！这还是以本发明的自行车高速行驶的情形计算的，如果将本发明的自行车的行驶速度降低到传动自行车的速度即24Km/小时，将本发明的自行车的飞轮增大5.16倍，即两者的速度等同，则作用在本发明的自行车后轮上的力P4为43.5 Kg，

具体地，把本发明的自行车飞轮直径41毫米增大到5.17倍，41毫米*5.17=211.9毫米，计算公式：

P4 = P3 ×(飞轮直径/2) /（后轮直径/2）=146.25×（211.9/2）/（711/2）=146.25×105.95/355.6=43.5公斤。

因为作用在传统的自行车后轮上的力为2.32公斤，作用在本发明自行车后轮上的力为43.5公斤，所以43.5公斤/2.32公斤=18.7倍。

因此，本发明的自行车的动力是传统自行车的18.75倍！

通过上述的比较，更可以清楚地看出本发明提供的自行车，比起传统自行车能能更轻松省力，而行驶速度还能够大幅度提高，而这样的目标可以很容易、很轻松地达到。因此，本发明提供的高速省力自行车的高效和省力的特点是突出的。

在上述实施例及本发明中，所述的前、后、左、右、上、下各个方位，均是以正常骑行在自行车上的骑行者为基准。