[发明专利]一种飞轮及使用该飞轮的自行车

说明书

技术领域

本发明涉及一种最常见的交通工具——自行车。

背景技术

我国是自行车王国，自行车的社会保有量近４亿辆，分析自行车的驱动方式，几乎全部是使用脚踏，做圆周运动对自行车做功。分析这类自行车的做功过程，发现施加力的方向是竖直向下的，当连接中轴与脚踏板的曲柄处在水平时刻，力与位移的夹角相同，做功最大，在曲柄处在竖直时刻，力与位移的夹角为９０°，做功为０。也就是说，脚踏一个圆周，做功是变化的。人在对脚蹬施加力时，是通过大腿、小腿的张弛，将整个人重力的其中一部分传递给脚踏板。这里存在两个问题：１. 曲柄每转一周，大腿、小腿的张弛一次，容易疲劳，２．每转一周，即使施力相同，但做功不都是最大。有的人将脚踏圆周运动改成一段圆弧状态的曲柄连杆结构，以前段时间报道的“德州5旬老人研制出省力高速自行车”为例，这种结构做功提高了，但是骑行脚踏力频率要和车轮转动合拍，和踩蹬缝纫机差不多。事实上，人们在高频踩蹬脚踏板十几下后，肌肉酸胀了，需要慢下来，那种自行车办不到——即便是那种自行车安装上飞轮也不好实现，因为脚踏力与脚踏板位移需要相位同步。

发明内容

为了克服现有的自行车的不足, 本发明提供一种飞轮及使用该飞轮的自行车，该车能够解决以上的两个问题：1.脚踏板直线运动，大腿、小腿的运动范围减小，不易疲劳，可以随时施力踩踏，可以随时停止踩踏。2.脚踏做功一直保持最大。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种飞轮及使用该飞轮的自行车，所述飞轮包括棘轮、棘爪、棘爪轮，所述棘爪轮内侧有轴皮，所述轴皮上有螺纹，固定安装在车轮或者中间从动轮上，所述车轮或者中间从动轮通过轴承安装在轮轴上；所述自行车包括车把、车座、车架、脚踏板、车轮及刹车、车铃等附件，所述飞轮的棘轮外侧是一个凹槽轮子，在凹槽轮子内侧，与棘轮并列有一缠绕的弹簧片，弹簧片的一端固定在轮轴上，另一端固定在凹槽轮子内侧，所述带凹槽轮子上缠绕有钢丝绳，所述钢丝绳的一端固定在凹槽轮子上，另一端外露；所述棘爪有1—3对，每一对棘爪尖到棘轮凹槽的位置错开了相同相位；所述自行车脚踏板安装在平移导轨上，所述平移导轨固定在车架上，所述凹槽轮子外露的钢丝绳通过定滑轮或者钢丝绳护套固定在所述脚踏板上，每一个所述脚踏板和一个所述飞轮对应，通过钢丝绳连接，所述自行车上的所述脚踏板和飞轮的数量是偶数；每两个脚踏板之间，有两个定滑轮，所述两个定滑轮之间有另一钢丝绳，跨接两个定滑轮绕成一周，所述两个脚踏板也接到另一钢丝绳的上，所述两个定滑轮固定在车架上。所述飞轮是安装在所述自行车后轴上的，或者安装在后轮与前轮之间的车架上，当所述飞轮安装在车架上时，所述凹槽轮子外侧的一边另外有链齿轮，另有链条跨接所述链齿轮与带链齿的后轮连接。在所述自行车车座下方安装有平移导轨，有一钢丝绳的一端连接到平移导轨上，钢丝绳的另一端连接有钢丝绳活动连接器，钢丝绳活动连接器连接到其中一个飞轮；所述自行车车把安装有车把平移导轨，有一钢丝绳的一端连接到所述车把平移导轨上，所述钢丝绳的另一端连接有钢丝绳活动连接器，钢丝绳活动连接器连接到另一个飞轮。所述自行车前轮、后轮的车轮总个数是2—4个。本发明的工作原理是，飞轮的轮轴固定在车架上不动，车轮相对车架做圆周运动，在飞轮的凹槽轮子上缠绕有钢丝绳，当向下踩脚踏板时，脚踏板带动钢丝绳，使飞轮受钢丝绳拉力，转动一定角度，使得飞轮的棘爪推动车轮转动；当脚踏板往上抬起时，飞轮不受钢丝绳的力，飞轮在与棘轮并列的弹簧片的弹力的作用下，恢复到没有受钢丝绳拉力前的角度。每两个脚踏板之间，有两个定滑轮，所述两个定滑轮之间有另一钢丝绳连结成一周，所述两个脚踏板也接到另一钢丝绳的上，所述两个定滑轮固定在车架上。这样的目的保证了一个脚踏板向下移动，必然有另一个脚踏板向上移动，这样踩踏自然、舒服。自行车上的脚踏板和飞轮的数量是偶数的，是说的一辆自行车至少2只脚踏板，对应2个飞轮，因为一个人有两只脚。一辆自行车也可以使用４只脚踏板，另２只供后面乘坐的人使用。如果是４轮游览自行车，可以根据乘坐的人数，给每一个乘员配上2只脚踏板，对应2个飞轮，所有飞轮安装到主动轴上。由于飞轮的棘轮凹槽斜面有一定长度，棘爪有1—3对，每一对棘爪尖到棘轮凹槽的位置错开了相同相位，这样做的目的是，克服棘爪在棘轮凹槽斜面达到运行距离，使棘爪很快推动棘轮运动。在脚刚刚开始往下蹬时，如果棘轮凹槽斜面长度过长，脚蹬会空移动一块距离（例如1厘米），骑车人明显感觉得到被恍了一下。所以，安装几对棘爪的目的就是，这一对棘爪没有顶到棘轮凹槽时候，其它相位比较小的率先顶到，当其中一对棘爪顶上棘轮凹槽时，其余棘爪由于相位不同而再不会顶到。当然, 减小棘轮凹槽斜面的长度，也是减小棘爪在棘轮凹槽斜面运行距离的一种方法。飞轮直接安装在自行车后轴上比较省事，但是影响后轴变速的设计，安装在后轮与前轮之间的车架上，能够解决变速问题。当飞轮安装在车架上时，在飞轮的凹槽轮子外侧的一边另外有链齿轮，链齿轮和飞轮的棘爪轮联通的，链齿轮通过链条与带链齿的后轮（或前轮）连接起来，将动力传递给后轮（或前轮）。如果在自行车车座下方安装有平移导轨，将人脚蹬与后腰顶产生的动力（这个力可以大于重力），传递给飞轮，这种方式在车身很低的三轮车中最易使用。车座连接的飞轮还是使用原来钢丝绳连接脚蹬轮即可，因为人们不可能全身发力，换一种输出动力的方式，有助于那部分身体的休息。钢丝绳活动连接器有现成卖的，将车座平移导轨的钢丝绳通过钢丝绳活动连接器接通或者断开飞轮比较容易。在自行车车把安装有平移导轨，车把可以竖直方向运动，不影响转弯，也能够将手的力量产生的位移传递给另一个飞轮。所述自行车可以设计成二轮车、三轮车和四轮车。