一种自行车摆杆驱动机构
阅读说明：本技术 一种自行车摆杆驱动机构 (Bicycle pendulum rod actuating mechanism ) 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：本发明公开了一种自行车摆杆驱动机构,包括一对脚踏、驱动摆杆、驱动轴、随动摆杆、支架、第一锥齿轮、第二锥齿轮、第三锥齿轮和牙盘,其中,通过驱动左右脚踏的上下摆动,带动驱动摆杆的摆动及驱动轴的顺时针和逆时针转动,分别通过单向离合器驱动第一锥齿轮和第二锥齿轮转动,由第一锥齿轮和第二锥齿轮交替驱动第三锥齿轮转动,由第三锥齿轮带动牙盘共同转动,再由牙盘驱动自行车的链条、飞轮、后轮转动,另外,通过所述自行车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 bicycle swing rod driving mechanism, which comprises a pair of pedals, a driving swing rod, a driving shaft, a follow-up swing rod, a bracket, a first bevel gear, a second bevel gear, a third bevel gear and a toothed disc, wherein the left pedal and the right pedal are driven to swing up and down to drive the driving swing rod and the driving shaft to rotate clockwise and anticlockwise, the first bevel gear and the second bevel gear are driven to rotate respectively through a one-way clutch, the third bevel gear and the second bevel gear are driven to rotate alternately, the third bevel gear drives the toothed disc to rotate together, and then the toothed disc drives a chain, a flywheel and a rear wheel of a bicycle to rotate. 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，具体涉及一种自行车摆杆驱动机构。
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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，提供一种自行车摆杆驱动机构，该机构代替现有自行车驱动系统中的脚蹬、曲柄、中轴、牙盘等部件，通过该机构中的牙盘带动自行车的链条、飞轮、后轮转动来驱动自行车，其具有传动效率高，操作简单特点，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。
本发明的目的是通过以下的技术方案实现的：
一种自行车摆杆驱动机构，包括一对脚踏、驱动摆杆、驱动轴、随动摆杆、支架、第一锥齿轮、第二锥齿轮、第三锥齿轮和牙盘；
所述的支架与车架采用螺栓联结或采用焊接方式连接，在支架中部和后部分别设置有轴承，通过两个轴承支撑所述驱动轴，支架的侧部与所述第三锥齿轮采用销轴进行铰接连接；
所述的驱动轴通过所述支架上的两个轴承支撑，驱动轴的一端安装有所述第一锥齿轮和第二锥齿轮，其另一端与所述驱动摆杆中部固定连接，随着驱动摆杆摆动而交替的进行顺时针和逆时针的转动；
所述的驱动摆杆的中部与所述驱动轴的一端固定连接，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与所述支架铰接，随动摆杆的两端分别与所述脚踏铰接；
所述的一对脚踏设置有脚踏面及安装脚踏用的上、下布置的连接孔，通过上连接孔分别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；
所述的自行车摆杆驱动机构，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，使所述脚踏的脚踏面在摆动过程中始终处于水平状态；
所述的第一锥齿轮包括第一锥齿轮体和其内镶嵌的单向离合器，单向离合器可以是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，第一锥齿轮通过单向离合器安装在所述驱动轴上，当驱动轴转动方向与单向离合器传递扭矩方向一致时，驱动轴则驱动第一锥齿轮转动；
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，单向离合器可以是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，第二锥齿轮通过单向离合器安装在所述驱动轴上，当驱动轴转动方向与单向离合器传递扭矩方向一致时，驱动轴则驱动第二锥齿轮转动；
所述的第一锥齿轮、第二锥齿轮内分别镶嵌的单向离合器传递扭矩的方向相反，所述驱动轴无论做顺时针转动还是逆时针转动时，第一锥齿轮和第二锥齿轮有且仅有一个被驱动轴驱动而转动且传递扭矩；
所述第三锥齿轮位于所述驱动轴侧部，通过销轴铰接固定于所述支架上，且销轴与驱动轴垂直，第三锥齿轮的两侧同时与所述第一锥齿轮、第二锥齿轮啮合，第三锥齿轮由第一锥齿轮和第二锥齿轮其中一个传递扭矩的齿轮驱动而转动，而另一个锥齿轮向相反方向转动而不传递扭矩，由于驱动第一锥齿轮和第二锥齿轮的驱动轴交替的进行顺时针和逆时针的转动，使得第一锥齿轮、第二锥齿轮交替驱动第三锥齿轮向同一方向转动；
所述牙盘固定连接在所述第三锥齿轮上，随第三锥齿轮一同转动，由牙盘带动自行车的链条、飞轮、后轮转动；通过设置第一锥齿轮镶嵌的单向离合器及第二锥齿轮镶嵌的单向离合器的传递扭矩的方向，使得所述第三锥齿轮及牙盘的旋转方向应与自行车后轮向前的旋转方向一致，达到驱动自行车向前的目的。
上述自行车摆杆驱动结构的工作原理是：
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，使驱动摆杆摆动而带动驱动轴交替的进行顺时针和逆时针的转动，驱动轴交替驱动第一锥齿轮和第二锥齿轮镶嵌的单向离合器转动，即交替驱动第一锥齿轮和第二锥齿轮的转动，第一锥齿轮和第二锥齿轮交替驱动第三锥齿轮向同一方向转动，由第三锥齿轮带动牙盘共同转动，最终由牙盘驱动自行车的链条、飞轮、后轮转动，驱动自行车前进。
进一步，由于自行车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。
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附图说明
】以下根据附图示例性地详细说明本发明。
图1示意性示出自行车摆杆驱动机构及自行车的侧视图
图2示意性示出自行车摆杆驱动机构及自行车的俯视图
图3为自行车摆杆驱动机构的结构示意图
图4为图3的A-A剖视图
图5为图1的B-B剖视图
图6为图5的C-C剖视图
图7示出驱动摆杆的示意图
图8为图7的俯视图
图9为自行车摆杆驱动机构摆动的一个位置的示意图
附图标记列表：
1 自行车摆杆驱动机构
2 脚踏
2a 脚踏
2b 脚踏面
2c 脚踏面
2d 连接板1
2e 连接板2
3 驱动摆杆
3a 止档
3b 夹套
3c 摆臂
3d 连接套
4 驱动轴
4a 键
4b 键
5 随动摆杆
6 支架
6a 轴承
6b 轴承
7 第一锥齿轮
7a 单向离合器
8 第二锥齿轮
8a 单向离合器
9 第三锥齿轮
9a 轴承
9b 螺纹
10 牙盘
11 销轴
11a 螺纹
12 销轴
13 车架
14 螺钉
15 上转轴
15a 上转轴
16 自锁螺母
17 下转轴
17a 下转轴
18 自锁螺母
19 垫圈
20 螺钉
21 轴套
22 隔套
22a 隔套
23 定距套
24 链条
25 飞轮
26 后轮
【
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至图5所示，自行车摆杆驱动机构(1)，包括脚踏(2)、脚踏(2a)、驱动摆杆(3)、驱动轴(4)、随动摆杆(5)、支架(6)、第一锥齿轮(7)、第二锥齿轮(8)、第三锥齿轮(9)和牙盘(10)。
其中，支架(6)与车架(13)通过螺钉(14)联结，在支架(6)中部和后部分别设置轴承(6a)、轴承(6b)，支架(6)通过轴承(6a)、轴承(6b)支撑驱动轴(4)，支架(6)的侧部与第三锥齿轮(9)采用销轴(11)进行铰接连接，支架(6)下部通过销轴(12)连接随动摆杆(5)的中部，支架(6)可以是铸造件，也可以采用钣金件组合而成。
参见图5、图6、图9，示出脚踏(2)和脚踏(2a)的一种优选的结构，脚踏(2)和脚踏(2a)分别设有脚踏面(2b)、脚踏面(2c)及连接板1(2d)、连接板2(2e)，脚踏(2)和脚踏(2a)优选采用铸造件，也可采用钣金件组合而成，连接板2(2e)分别设有上、下两个孔，连接板1(2d)设有一个孔且与连接板2(2e)的上孔为同轴，由上转轴(15)和上转轴(15a)分别通过连接板1(2d)的孔和连接板2(2e)的上孔连接驱动摆杆(3)的两端，并通过自锁螺母(16)轴向定位；由下转轴(17)、下转轴(17a)分别通过连接板2(2e)的下孔连接随动摆杆(5)的两端，并通过自锁螺母(18)轴向定位；上述的通过上转轴(15)、上转轴(15a)、下转轴(17)、下转轴(17a)的连接均为铰接。
参见图7、图8，图中示出驱动摆杆(3)的一种优选的结构，驱动摆杆(3)包括中部的夹套(3b)及两个对称分布的摆臂(3c)和两件对称分布的连接套(3d)，采用焊接方式构成驱动摆杆(3)。
参见图4、图5、图7所示，驱动摆杆(3)的中部夹套(3b)与驱动轴(4)固定连接，且带动驱动轴(4)转动，驱动摆杆(3)的两端连接套(3d)分别通过上转轴(15)、上转轴(15a)连接脚踏(2)、脚踏(2a)。
参见图4、图5、图6所示，随动摆杆(5)的中部及两端各设有一个孔，通过中部的孔由销轴(12)铰接连接在支架(6)上，随动摆杆(5)可绕销轴(12)转动，并在随动摆杆(5)与支架(6)之间设有防止摩擦的垫圈(19)，随动摆杆(5)通过两端的孔由下转轴(17)、下转轴(17a)分别与脚踏(2)和脚踏(2a)连接。
参见图5、图7、图9所示，驱动摆杆(3)夹套(3b)中心至两端的连接套(3d)中心的距离与随动摆杆(5)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(3)夹套(3b)中心至固定随动摆杆(5)中部孔中心的距离与脚踏(2)及脚踏(2a)的上、下孔中心的距离均设置为相等，从而在自行车摆杆驱动机构(1)中，其中，支架(6)、驱动摆杆(3)、随动摆杆(5)和脚踏(2)和脚踏(2a)通过上述的连接，在垂直平面内使其构成以支架(6)为共用一个边的两个平行四边形的连杆机构，由于支架(6)为固定不动且为垂直边，使脚踏(2)的脚踏面(2b)和脚踏(2a)的脚踏面(2c)在摆动过程中始终处于水平状态。
参见图3、图4所示，驱动轴(4)通过支架(6)上的轴承(6a)和轴承(6b)支撑，通过螺钉(20)与驱动摆杆(3)的夹套(3b)夹紧固定，轴承(6a)与夹套(3b)之间设有轴套(21)，驱动轴(4)安装有第一锥齿轮(7)和第二锥齿轮(8)，第一锥齿轮(7)和第二锥齿轮(8)内分别镶嵌有单向离合器(7a、8a)，驱动轴(4)设有键(4a、4b)，并通过键(4a、4b)分别与第一锥齿轮(7)和第二锥齿轮(8)内镶嵌的单向离合器(7a、8a)连接，并通过键(4a、4b)传递扭矩，驱动第一锥齿轮(7)和第二锥齿轮(8)转动；在轴承(6b)、单向离合器(8a)、单向离合器(7a)、轴承(6a)之间分别设有隔套(22)、定距套(23)、隔套(22a)；驱动轴(4)随着驱动摆杆(3)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(4)与夹套(3b)配合的轴径上设有滚花用以增加摩擦力，也可采用扁轴方式传递扭矩。
参见图3、图4所示，第一锥齿轮(7)和第二锥齿轮(8)内分别镶嵌有单向离合器(7a、8a)，单向离合器(7a、8a)可以是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；由驱动轴(4)分别通过单向离合器(7a、8a)驱动第一锥齿轮(7)和第二锥齿轮(8)转动，单向离合器(7a)和单向离合器(8a)传递扭矩的方向设置为相反方向，驱动轴(4)无论做顺时针转动还是逆时针转动，第一锥齿轮(7)和第二锥齿轮(8)有且仅有一个被驱动轴(4)驱动而转动且传递扭矩。
参见图3、图4所示，第三锥齿轮(9)内安装轴承(9a)，轴承(9a)优选滚针-推力圆柱滚子轴承，能够承受轴向和径向载荷，通过销轴(11)对轴承(9a)及第三锥齿轮(9)进行定位支撑，销轴(11)通过螺纹(11a)连接于支架(6)上，第三锥齿轮(9)通过设有的螺纹(9b)与牙盘(10)匹配连接固定；第三锥齿轮(9)的两侧同时与第一锥齿轮(7)和第二锥齿轮(8)啮合，使得第三锥齿轮(9)由第一锥齿轮(7)和第二锥齿轮(8)其中一个传递扭矩的齿轮驱动而转动，另外一个锥齿轮因为不传递扭矩，由第三锥齿轮(9)驱动而向相反方向转动，由于驱动第一锥齿轮(7)、第二锥齿轮(8)的驱动轴(4)交替的进行顺时针和逆时针的转动，使得第三锥齿轮(9)向同一方向旋转。
参见图1、图3所示，牙盘(10)通过螺纹(9b)固定连接在第三锥齿轮(9)上，并由第三锥齿轮(9)带动牙盘(10)共同旋转，由牙盘(10)带动自行车的链条(24)、飞轮(25)、后轮(26)转动，通过设置第一锥齿轮(7)镶嵌的单向离合器(7a)及第二锥齿轮(8)镶嵌的单向离合器(8a)的传递扭矩的方向，使得所述第三锥齿轮(9)及牙盘(10)的旋转方向与自行车后轮(26)向前的旋转方向一致，另外，为防止骑行过程中螺纹(9b)连接松动，螺纹(9b)的旋向采用与后轮前进旋向相反的旋向，即螺纹(9ba)旋向为左旋。
通过上文详细描述本发明实施例的自行车摆杆驱动机构(1)，骑行时，骑行者的双脚交替向下踩动脚踏(2)和脚踏(2a)，使驱动摆杆(3)摆动而带动驱动轴(4)交替的进行顺时针和逆时针的转动，通过单向离合器(7a)带动第一锥齿轮(7)和单向离合器(8a)带动第二锥齿轮(8)转动，通过第一锥齿轮(7)和第二锥齿轮(8)交替驱动第三锥齿轮(9)转动且为同一方向转动，由第三锥齿轮(9)带动牙盘(10)共同转动，最终由牙盘(10)带动自行车的链条(24)、飞轮(25)、后轮(26)转动，驱动自行车前进。
参见图5、图9，示出脚踏(2)和脚踏(2a)的脚踏面(2b)、脚踏面(2c)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5、图7，图中示出驱动摆杆(3)的一种优选的结构，驱动摆杆(3)上设置止档(3a)，当驱动摆杆(3)在极限摆动位置时，由止档(3a)与支架(6)接触，止档(3a)起到限位和缓冲作用，提高骑行的舒适性，止档(3a)材料优选弹性的非金属材料。
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