[发明专利]一种棘轮踏板的自行车及其操作方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种棘轮踏板的自行车及其操作方法，属于自行车技术领域。

背景技术：

自行车是以人力蹬、踏的交通车辆，它结构简单、易于操控、自重轻、来去自由、存放方便、短时间、短距间使用十分方便，在20世纪50年代至本世纪初，都是中国人最主要的出行工具。

随着城市的发展，功能区域的建设，城市规模越来越大，人们出行的距离越来越远，再加上生活节奏的加快，自行车这种传统交通工具的缺陷也暴露了出来：车速慢；骑车费力，消耗个人能量，不适宜做远距离的交通工具。

车速慢，骑车费力最主要的原因就是大链盘的曲柄组的工作状态造成的：

1、蹬踩力转换效率不高。

现有自行车在骑行时，骑行者须用双脚踏动旋转装有一对反向曲柄的链轮，由曲柄把人的蹬踏力转变为旋转扭力，通过链条传递到飞轮，再驱动自行车后轮前进。曲柄产生扭力的大小，不单取决于蹬踏力的大小，还取决于力的作用方向线与大链盘回转中心中轴中心的垂直距离—力臂L的大小。当曲柄处于前半圈水平位置时，力臂L最大，人们蹬踩力能使牙盘输出最大扭力；而处于水平位置两侧时，蹬踩力与大链盘回转中心中轴的力臂的减小，牙盘输出的扭力减小；当曲柄处于铅垂位置时，蹬踩力穿过大链盘回转中心中轴中心，力臂为0，此时即使用力蹬踩，牙盘也无扭力输出。当一侧曲柄转入后半圈，另一侧的曲柄进入做功的前半圈位置，重复以上过程做功。转入后半圈曲柄不做功，在另一侧的蹬踩力作用下逐渐回转到中轴上方的铅垂位置，再进入下一轮做功过程，周而复始。可见，只有在水平面上下各45°范围内，蹬踩力损失最小，能使牙盘输出较最大的扭力。

2、蹬踩力来源值得商榷。

现有自行车采用坐姿骑行，蹬踏主要靠人大腿和臀部肌肉收缩产生动力。只有大腿用力踩脚蹬时，牙盘才输出扭力驱动自行车。大腿不用力时，牙盘也无扭力输出。人体重力并未能转变成自行车的驱动力。只有在上坡，驱动力严重不足时，人们才会离开座鞍，利用体重驱动自行车。而依靠大腿和臀部肌肉收缩驱车，长途骑行大腿和臀部会感到疼痛。

能否设计出一种结构合理、传力高效、全部或者主要利用体重踏步行驶、快速、活动半径大的适宜远、近出行的新型自行车？使骑行不再费劲，且快速省力环保，赋予自行车新的活力。

发明内容：

由以上分析可知：传统自行车链轮上反向安装的曲柄是间歇性做功；做功其间输出的扭力极不均匀，只有在前半圈水平面上下各45°范围内，牙盘输出最大扭力；人体重力并未能转变成自行车的驱动力。

本发明的一种棘轮踏板自行车是一种弯梁自行车，并且将传统自行车大链轮上反向安装的曲柄改成一对同向平行的棘轮踏板，将传统自行车坐姿的腿脚蹬力做功，改为站立式，以自身体重的重力做功。

本发明的一种棘轮踏板自行车的棘轮踏板的棘轮端固定在大链盘回转中心中轴上，踏板端在身体重压下，绕中轴向下作圆弧运动。踏板通过杆身驱动棘轮转动大链轮，带动车子运动。踏板上下行程S对应大链轮转角约为90°左右，力臂L最长，动力损失最小，牙盘输出最大扭力。当一侧踏板运动至下极限位置，骑行者将身体重心转移到另外一条腿上，踏踩另一侧的棘轮踏板进入做功过程。因重力转移，处于下极限位置踏板在互为升降的杠杆均衡机构的杆件驱动下，自动回复至上极限位置，准备进入下一轮的做功过程，周而复始。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：

一种棘轮踏板的自行车及其操作方法，其特征是：将传统自行车三角架的上管取消，保留下管、座管的弯梁式自行车；将传统自行车大链轮上反向安装的曲柄改成一对同向的棘轮踏板；两块棘轮踏板左右对称，同向平行，以相同的倾斜角安装在大链轮前半圈的两侧；所述棘轮踏板的棘轮端固定在大链盘回转中心中轴上，踏板端与连杆1铰链连接，连杆1与杠杆一端铰链连接，杠杆中心用铰链横向固定在车架上，杠杆的另一端与连杆2铰链连接，连杆2以铰链连接另一侧的棘轮踏板的踏板端；连杆1与连杆2形状大小、长度对称；杠杆上有三个铰链孔，分别为中心铰链孔，左右杆端铰链孔；杠杆以中心铰链孔为对称中心，左右形状、长度对称；杠杆垂直车架的对称平面，中心用铰链横向固定在车架上；每一侧的棘轮踏板、连杆、杠杆和车架构成一个铰链四杆机构；左右两侧的铰链四杆机构互相对称。

骑行时，骑行者将身体重心转移到一条腿上，踩压一侧的棘轮踏板向下运动，做功驱车前行的同时压迫连杆向下运动，该侧杠杆端下降，另一端上升，推动另外一侧连杆带动棘轮踏板升至上极限位置，准备进入下一轮的做功过程，周而复始。