一种摆杆驱动式脚踏自行车
阅读说明：本技术 一种摆杆驱动式脚踏自行车 (Swing rod driving type pedal bicycle ) 是由 杜洁 乔云帆 其他发明人请求不公开姓名 于 2020-06-16 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种摆杆驱动式脚踏自行车,包括摆杆驱动机构和传动系统及安装摆杆驱动机构和传动系统的车架,其中,通过驱动摆杆驱动机构中的左右脚踏的上下摆动,带动驱动摆杆的摆动及驱动轴的转动,由驱动轴带动传动系统中第一锥齿轮进行顺时针或逆时针转动,再通过第一锥齿轮驱动第二锥齿轮和第三锥齿轮的转动,以及通过第二锥齿轮镶嵌的单向离合器或第三锥齿轮镶嵌的单向离合器驱动后轴转动,实现后轴驱动后轮转动前行,另外,通过所述摆杆驱动机构中设置的四边形的连杆机构,使脚踏的脚踏面在摆动过程中始终处于水平状态。本发明的自行车具有传动效率高,操作简单的特点,适合坐骑、站立骑行或坐站交替骑行。(The invention discloses a swing rod driving type pedal bicycle, which comprises a swing rod driving mechanism, a transmission system and a frame provided with the swing rod driving mechanism and the transmission system, wherein a left pedal and a right pedal in the swing rod driving mechanism are driven to swing up and down to drive a swing rod and a driving shaft to rotate, the driving shaft drives a first bevel gear in the transmission system to rotate clockwise or anticlockwise, then the first bevel gear drives a second bevel gear and a third bevel gear to rotate, and a one-way clutch embedded in the second bevel gear or a one-way clutch embedded in the third bevel gear drives a rear shaft to rotate, so that the rear shaft drives the rear wheel to rotate forwards. The bicycle has the characteristics of high transmission efficiency and simple operation, and is suitable for sitting and riding, standing and riding or sitting and standing alternately.)
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技术领域
】本发明涉及自行车领域，具体涉及一种摆杆驱动式脚踏自行车。
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背景技术
】自行车作为一种绿色环保的交通工具，一般地，自行车的驱动系统：由脚蹬、曲柄、中轴、牙盘、链条、飞轮、后轴、后轮等部件组成；中轴上安装牙盘和两个夹角为180度的曲柄，驱动方式是：骑行者的双脚分别蹬踏安装在曲柄上的脚蹬，带动曲柄做圆周运动，同时带动中轴和牙盘转动，继而通过链条、飞轮、后轴带动后轮转动，从而使自行车不断前进。
上述驱动方式存在不足：当两脚蹬分别处在圆周运动轨迹的高点和低点区域时，骑行者不得不采用转动脚腕及一只脚向前推、另一只脚向后拉的力量来驱动脚踏继续做圆周运动，在此区域驱动效率低，浪费骑行者的体力，如遇上坡的路面，骑行会更加困难。
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发明内容
】本发明的目的在于克服上述存在的问题，提供一种摆杆驱动式脚踏自行车，该自行车传动效率高，适合坐骑、站立骑行或坐站交替骑行，操作简单，能够给骑行者带来轻松自如的体验。
本发明的目的是通过以下的技术方案实现的：
一种摆杆驱动式脚踏自行车，包括摆杆驱动机构和传动系统及安装摆杆驱动机构和传动系统的车架。
其中，所述的摆杆驱动机构包括一对脚踏、驱动摆杆、驱动轴、随动摆杆及支架；
所述的支架与所述车架螺栓联结或采用焊接方式连接，支架上安装有轴承和固定轴承的端盖；
所述的驱动轴的一端穿过所述支架的轴承与所述驱动摆杆中部固定连接，由支架的轴承支撑，随着所述驱动摆杆摆动而进行顺时针或逆时针转动，其另一端通过设置键或花键与所述传动系统连接；
所述的驱动摆杆的中部与所述驱动轴固定连接，且带动驱动轴转动，驱动摆杆的两端分别与所述脚踏铰接；
所述的随动摆杆的中部通过销轴铰接连接在所述支架上，随动摆杆的两端分别与所述脚踏铰接；
所述的一对脚踏各设置有脚踏面及安装脚踏用的上、下布置的连接孔，分别通过两个上连接孔与所述驱动摆杆的两端铰接，同时分别通过两个下连接孔与所述随动摆杆的两端铰接；
所述的摆杆驱动机构，其中所述的支架、驱动摆杆、随动摆杆和一对脚踏通过上述的连接，在垂直平面内使其构成以支架为共用一个边的两个平行四边形的连杆机构，由于支架为固定不动且为垂直边，使脚踏的脚踏面在摆动过程中始终处于水平状态；
所述的传动系统包括第一锥齿轮、第二锥齿轮、第三锥齿轮、后轴、两个轴承座、两个后轮及固定座；
其中，所述的固定座安装有轴承，固定座可采用螺栓联结在所述车架上，也可焊接在车架上；
所述的第一锥齿轮通过所述固定座的轴承进行支撑定位，且芯部设置的键或花键与所述摆杆驱动机构中的驱动轴设置的键或花键匹配连接，由驱动轴驱动而进行顺时针或逆时针转动；
所述的两个轴承座相对安装在所述固定座的两侧，即位于所述第一锥齿轮的两侧，通过螺钉连接固定，两个轴承座分别镶嵌有轴承，通过轴承支撑后轴；
所述的后轴通过两个所述轴承座的轴承支撑，后轴中部在两个轴承座之间安装有所述第二锥齿轮和所述第三锥齿轮，后轴两端分别连接固定所述后轮；
所述的第二锥齿轮包括第二锥齿轮体和其内镶嵌的单向离合器或单向轴承或单向棘轮或使用具有单向传递扭矩，且相反方向可相对转动而不传递扭矩特性的构件；
所述的第三锥齿轮包括第三锥齿轮体和安装在其上的单向离合器或单向轴承或单向棘轮或使用具有单向传递扭矩，且相反方向可相对转动而不传递扭矩特性的构件；
所述的第二锥齿轮、第三锥齿轮分别与所述第一锥齿轮的两侧啮合，使得第二锥齿轮与第三锥齿轮的旋转方向相反，第二锥齿轮和第三锥齿轮内的单向离合器或单向轴承或单向棘轮的传递扭矩方向为同一方向，由所述驱动轴驱动而进行顺时针或逆时针转动的第一锥齿轮，无论做顺时针转动还是逆时针转动，第二锥齿轮和第三锥齿轮有且仅有由第一锥齿轮驱动而转动且传递扭矩，另外一个锥齿轮向相反方向转动而不传递扭矩；
所述的镶嵌在第二锥齿轮和第三锥齿轮内的单向离合器或单向轴承或单向棘轮，分别通过键与所述后轴连接，并将扭矩传递给后轴，且第二锥齿轮和第三锥齿轮内的单向离合器或单向轴承或单向棘轮的传递扭矩方向为同一方向，且为后轴带动后轮前进的旋转方向；
所述的两个后轮在芯部设置内螺纹和紧固及拆卸工具用的内六角孔；
所述的车架，其特征在于中部与摆杆驱动机构的支架连接，后部与传动系统的固定座连接。
上述摆杆驱动式脚踏自行车的工作原理是：
骑行时，骑行者的双脚分别踏在两个脚踏上，交替向下踩动脚踏，使驱动摆杆左右摆动而带动驱动轴及驱动轴连接的第一锥齿轮转动，通过第一锥齿轮带动第二锥齿轮和第三锥齿轮转动，再通过第二锥齿轮或第三锥齿轮设置的单向离合器或单向轴承或单向棘轮带动后轴转动，从而由后轴驱动后轮转动起来。
其中，由于脚踏连接在驱动摆杆的两端，两脚交替踩动脚踏时，驱动摆杆的左右摆动，第一锥齿轮随着驱动轴做顺时针或逆时针转动，由于第二锥齿轮和第三锥齿轮同时在第一锥齿轮的两侧对称与其啮合，第二锥齿轮和第三锥齿轮会同时转动且旋转方向是相反的，且第二锥齿轮和第三锥齿轮镶嵌的单向离合器或单向轴承或单向棘轮的传递扭矩的方向为驱动后轴及后轮前进的转动方向，当第二锥齿轮和第三锥齿轮其中一个转动方向为其单向离合器或单向轴承或单向棘轮的传递扭矩的方向时，即驱动后轴及后轮前进的转动方向，另外一个锥齿轮向相反方向转动而不传递扭矩，因此，骑行者的两脚交替踩动脚踏，使驱动摆杆的左右摆动而带动驱动轴驱动的第一锥齿轮无论做顺时针转动还是逆时针转动，均可实现驱动后轮转动前进。
进一步，由于摆杆驱动机构中脚踏的脚踏面在驱动过程中始终保持水平状态，也就是在骑行中的脚踏面始终保持水平状态，使骑行者容易操作，适合坐骑、站立骑行或坐站交替骑行，能够给骑行者带来轻松自如的体验。
进一步，由于脚踏驱动的驱动摆杆以驱动轴为中心且在中心水平高度位置进行上下摆动，且自骑行者施加脚踏的向下力在驱动轴中心高度位置产生扭矩为最大，从而提高了骑行的效率；另外，在驱动摆杆的极限摆动范围内，骑行者可以自由控制左右摆动幅度，使骑行变成自如愉悦的体验。
本发明的优选方案，其中，所述的驱动摆杆或支架上设置止档，在驱动摆杆在极限摆动位置时，由止档与驱动摆杆或支架接触，起到限位和缓冲作用，提高骑行的舒适性，止档的材料优选弹性的非金属材料。
本发明的优选方案，其中，所述的传动系统上设置防护罩，防护罩优选地采用螺钉固定在固定座上，防止灰尘和杂物进入齿轮啮合处，避免齿轮啮合卡滞或加速齿轮磨损而缩短齿轮的使用寿命。
本发明的优选方案，其中，所述的脚踏的脚踏面上设置为防滑面，表面可以是有防滑作用的花纹，也可选用非金属的防滑材料，提高骑行的安全性和舒适性。
【
附图说明
】以下根据附图示例性地详细说明本发明。
图1示意性示出摆杆驱动式脚踏自行车的俯视图
图2示意性示出摆杆驱动式脚踏自行车的侧视图
图3为图2的A-A剖视图
图4为图3的Ⅰ部的局部放大图
图5为图3的Ⅱ部的局部放大图
图6为图3的B-B剖视图
图7为图6的Ⅲ部的局部放大图
图8示出摆杆驱动机构及支架的示意图
图9为图8的C-C剖视图
图10示出驱动摆杆的结构示意图
图11为图10的俯视图
图12为摆杆驱动机构摆动的一个位置的示意图
图13为图6的Ⅳ部的局部放大图
附图标记列表：
1 摆杆驱动机构
2 传动系统
3 车架
4 脚踏
4a 脚踏
4b 脚踏面
4c 脚踏面
4d 连接板1
4e 连接板2
5 上转轴
5a 上转轴
6 下转轴
6a 下转轴
7 驱动摆杆
7a 止档
7b 夹套
7c 摆臂
7d 连接套
8 驱动轴
8a 滚花
8b 花键
9 随动摆杆
10 销轴
10a 轴肩
11 支架
12 螺钉
13 螺钉
14 自锁螺母
15 自锁螺母
16 轴承
17 端盖
18 螺钉
19 垫圈
20 套
21 固定座
21a 轴承
22 第一锥齿轮
22a 花键
23 第二锥齿轮
23a 单向离合器
24 第三锥齿轮
24a 单向离合器
25 轴承座
25a 轴承座
25b 轴承
25c 螺钉
25d 防松垫圈
25e 定位销
26 后轮
26a 内螺纹
26b 六角孔
27 后轮
27a 内螺纹
27b 六角孔
28 后轴
28a 键
28b 键
28c 外螺纹
28d 外螺纹
28e 扳手口
29 定距套
30 隔套
30a 隔套
31 螺母
32 防护罩
33 螺钉
【
具体实施方式
】
为了使本领域的技术人员很好的理解本发明的技术方案，下面结合实施例和附图对本发明作进一步描述，但本发明的实施方式不仅限于此。
参见图1、图2所示，本实施例中的摆杆驱动式脚踏自行车，包括摆杆驱动机构(1)和传动系统(2)及安装摆杆驱动机构(1)和传动系统(2)的车架(3)。
参见图8所示，摆杆驱动机构(1)包括脚踏(4)、脚踏(4a)、上转轴(5)、上转轴(5a)、下转轴(6)、下转轴(6a)、驱动摆杆(7)、驱动轴(8)、随动摆杆(9)、销轴(10)及支架(11)。
参见图6、图7、图8所示，支架(11)与车架(3)采用螺钉(12)联结，支架(11)上安装有轴承(16)和固定轴承(16)的端盖(17)，通过螺钉(18)将端盖(17)固定在支架(11)上；支架(11)可以是铸造件，也可以采用钣金件组合而成，轴承(16)用来支撑定位驱动轴(8)，支架(11)下部通过销轴(10)连接随动摆杆(9)的中部，支架(11)在摆杆驱动机构(1)中起到与车架(3)的连接和摆杆驱动机构(1)的支撑作用。
参见图8、图10、图11，图中示出驱动摆杆(7)的一种优选的结构，驱动摆杆(7)包括中部的夹套(7b)及两个对称分布的摆臂(7c)和两件对称分布的连接套(7d)，采用焊接方式构成驱动摆杆(7)，驱动摆杆(7)的中部夹套(7b)与驱动轴(8)固定连接，驱动摆杆(7)的两端连接套(7d)分别通过上转轴(5)及上转轴(5a)铰接连接脚踏(4)及脚踏(4a)。
参见图7、图8所示，随动摆杆(9)的中部及两端各设有一个孔，通过中部的孔由销轴(10)连接在支架(11)上，支架(11)与销轴(10)的连接优选螺纹连接，由销轴(10)设有的轴肩(10a)进行定位，随动摆杆(9)可绕销轴(10)转动，并在随动摆杆(9)与支架(11)之间设有防止摩擦的垫圈(19)，随动摆杆(9)两端的孔作为连接脚踏(4)和脚踏(4a)使用。
参见图3、图7、图8所示，驱动轴(8)一端设有与支架(11)上的轴承(16)配合的轴径及驱动摆杆(7)的夹套(7b)配合的轴径，驱动轴(8)的一端穿过轴承(16)、套(20)及驱动摆杆(7)中部的夹套(7b)，通过紧固螺钉(13)收紧夹套(7b)进行连接，驱动轴(8)随着驱动摆杆(7)摆动而进行顺时针或逆时针转动，为了防止出现传递扭矩时打滑现象，在驱动轴(8)与夹套(7b)配合的轴径上设有滚花(8a)用以增加摩擦力，也可采用扁轴方式传递扭矩；驱动轴(8)的另一端通过设置花键(8b)与传动系统(2)连接。
参见图8、图9、图12，示出脚踏(4)和脚踏(4a)的一种优选的结构，脚踏(4)和脚踏(4a)分别设有脚踏面(4b)、脚踏面(4c)及连接板1(4d)、连接板2(4e)，脚踏(4)和脚踏(4a)优选采用铸造件，也可采用钣金件组合而成，连接板2(4e)分别设有上、下两个孔，连接板1(4d)设有一个孔且与连接板2(4e)的上孔为同轴，由上转轴(5)和上转轴(5a)分别通过板1(4d)的孔、连接板2(4e)的上孔连接驱动摆杆(7)两端的连接套(7d)，并通过自锁螺母(14)紧固；由下转轴(6)、下转轴(6a)通过连接板2(4e)的下孔连接随动摆杆(9)两端的孔，并通过自锁螺母(15)紧固；上述的通过上转轴(5)、上转轴(5a)下转轴(6)、下转轴(6a)的连接均为铰接。
参见图8、图10、图12所示，驱动摆杆(7)夹套(7b)中心至两端的连接套(7d)中心的距离与随动摆杆(9)中部的孔中心至两端的孔中心的距离均设置为相等，同时驱动摆杆(7)夹套(7b)中心至固定随动摆杆(9)中部的孔中心距离与脚踏(4)及脚踏(4a)的上、下孔中心垂直的距离均设置为相等，从而在摆杆驱动机构(1)中，其中，支架(11)、驱动摆杆(7)、随动摆杆(9)和脚踏(4)和脚踏(4a)通过上述的连接，在垂直平面内使其构成以支架(11)为共用一个边的两个平行四边形的连杆机构，由于支架(11)为固定不动且为垂直边，使脚踏(4)和脚踏(4a)的脚踏面(4b)、脚踏面(4c)在摆动过程中始终处于水平状态。
参见图3、图4、图5所示，传动系统(2)包括第一锥齿轮(22)、第二锥齿轮(23)、第三锥齿轮(24)、后轴(28)、定距套(29)、隔套(30)、隔套(30a)、轴承座(25)、轴承座(25a)、螺母(31)、后轮(26)、后轮(27)及固定座(21)；其中，固定座(21)安装有轴承(21a)，固定座(21)可焊接在车架(3)上，也可采用螺栓联结方式与车架(3)固定。
参见图3、图4、图5所示，第一锥齿轮(22)通过轴承(21a)进行支撑定位，且芯部设置的花键(22a)与摆杆驱动机构(1)中的驱动轴(8)设置的花键(8b)匹配连接，由驱动轴(8)驱动而进行顺时针或逆时针转动；第二锥齿轮(23)内镶嵌有单向离合器(23a)或单向轴承或单向棘轮或使用具有单向传递扭矩，且相反方向可相对转动而不传递扭矩特性的构件；第三锥齿轮(24)内镶嵌有单向离合器(24a)或单向轴承或单向棘轮或使用具有单向传递扭矩，且相反方向可相对转动而不传递扭矩特性的构件；单向离合器(23a)和单向离合器(24a)分别通过键(28a)、键(28b)与后轴(28)连接，并将扭矩传递给后轴(28)，且单向离合器(23a)和单向离合器(24a)传递扭矩的方向为同一方向，即为后轴(28)带动后轮(26)及后轮(27)前进的旋转方向。
参见图3、图4、图5所示，第二锥齿轮(23)、第三锥齿轮(24)分别与第一锥齿轮(22)的两侧同时啮合，使得第二锥齿轮(23)与第三锥齿轮(24)的旋转方向相反，由于单向离合器(23a)、单向离合器(24a)的传递扭矩方向为同一方向，由驱动轴(8)驱动而进行顺时针或逆时针转动的第一锥齿轮(22)，无论做顺时针转动还是逆时针转动，第二锥齿轮(23)和第三锥齿轮(24)有且仅有一个由第一锥齿轮(22)驱动而转动且传递扭矩，均可实现驱动后轴(28)带动后轮(26)及后轮(27)转动前进，另外一个锥齿轮向相反方向转动而不传递扭矩。
参见图3、图4、图5、图13所示，轴承座(25)、轴承座(25a)为相对安装的相同构件，分别镶嵌有轴承(25b)及定位销(25e)，通过轴承座(25)及轴承座(25a)的轴承(25b)对后轴(28)进行支撑定位，分别通过定位销(25e)与固定座(21)定位后，采用螺钉(25c)、防松垫圈(25d)联结在固定座(21)上，轴承座(25)、轴承座(25a)相对的安装在固定座(21)的两侧，即第一锥齿轮(22)的两侧。
参见图3、图4、图5所示，后轮(26)及后轮(27)在芯部分别设置内螺纹(26a)、内螺纹(27a)和紧固及拆卸工具用的六角孔(26b)、六角孔(27b)。
参见图3、图4、图5所示，后轴(28)设有与第二锥齿轮(23)、第三锥齿轮(24)内镶嵌的单向离合器(23a、24a)连接的键(28a)、键(28b)及两端与后轮(26)、后轮(27)连接的外螺纹(28c)、外螺纹(28d)；后轴(28)依次穿过轴承座(25)、隔套(30)、第二锥齿轮(23)、定距套(29)、第三锥齿轮(24)、隔套(30a)和轴承座(25a)后，由螺母(31)将后轴(28)轴向固定，而后通过设置在后轴(28)两端的外螺纹(28c)、外螺纹(28d)分别安装后轮(26)、后轮(27)，为防止骑行过程中螺纹连接松动，且螺纹的旋向与相应后轮前进方向的旋转向相反，即内螺纹(26a)及外螺纹(28c)旋向为右旋，内螺纹(27a)及外螺纹(28d)旋向为左旋；后轴(28)上设有扳手口(28e),以方便装卸；后轴(28)通过轴承座(25)及轴承座(25a)的轴承(25b)支撑定位，且由第二锥齿轮(23)或第三锥齿轮(24)内镶嵌的单向离合器(23a)或单向离合器(24a)驱动旋转。
参见图3、图4、图5所示，定距套(29)用来保证第二锥齿轮(23)和第三锥齿轮(24)距离而设置的。
参见图3、图4、图5所示，隔套(30)及隔套(30a)是为了保证轴承座(25)与第二锥齿轮(23)、轴承座(25a)与第三锥齿轮(24)的间隙而设置的。
通过上文详细描述本发明实施例的摆杆驱动式脚踏自行车，骑行时，骑行者的双脚交替向下踩动脚踏(4)和脚踏(4a)，使驱动摆杆(7)左右摆动而带动驱动轴(8)及驱动轴(8)连接的第一锥齿轮(22)进行顺时针或逆时针转动，由第一锥齿轮(22)带动与第二锥齿轮(23)和第三锥齿轮(24)旋转，通过第二锥齿轮(23)镶嵌的单向离合器(23a)或第三锥齿轮(24)镶嵌的单向离合器(24a)驱动后轴(28)转动，且第一锥齿轮(22)无论做顺时针转动还是逆时针转动，均可实现驱动后轴(28)带动后轮(26)及后轮(27)转动前行。
参见图8、图12，示出脚踏(4)和脚踏(4a)的脚踏面(4b)、脚踏面(4c)为防滑面，表面可以是有防滑作用的花纹，也可选用非金属的防滑材料，提高骑行的安全性和舒适性。
参见图8、图10、图11，图中示出驱动摆杆(7)的一种优选的结构，驱动摆杆(7)上设置止档(7a)，当驱动摆杆(7)在极限摆动位置时，由止档(7a)与支架(11)接触，起到限位和缓冲作用，提高骑行的舒适性，止档(7a)材料优选弹性的非金属材料。
参见图3、图13所示，传动系统(2)上设置防护罩(32)，防护罩(32)优选地采用螺钉(33)固定在固定座(21)上，防止灰尘和杂物进入齿轮啮合处，避免齿轮啮合卡滞或加速齿轮磨损而缩短齿轮的使用寿命。
参见图3所示，传动系统(2)中通过调整第一锥齿轮(22)、第二锥齿轮(23)、第三锥齿轮(24)的齿数，可以得到不同的传动比，来满足不同年龄的骑行者的需求。
参见图1，图中示出本实施例中的摆杆驱动式脚踏自行车为三个轮子，即前面一个，后面两，但也可以是前面两个，后面两个的四轮子自行车。
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