一种新型自行车的设计

刘晓芬　陈秋江　钟密　闫聪

1　前言

自行车的结构分析与设计，具体来说可以从骑车运动学、结构、材料强度、加工方法、可靠性等方面进行考虑，尤其应当考虑的是人与自行车的协调关系。与传统的自行车相比，该自行车的车架及传动结构被重新设计，使得该自行车更加舒适，适用于追求个性的人群。旷红梅等人[3]分析了现有骑姿下人体的受力情况和人机工程学问题，诸如，鞍座对会阴的压迫、手臂长时间受静压、脊柱后凸导致颈部与腰部疼痛，对休闲自行车的骑姿进行了改进设计。本文针对目前自行车结构特点，探索一种轻型省力自行车的设计。

2　结构设计

2.1　工作原理

本文一种新型座椅重力助力式齿传动自行车，通过人坐在座椅上依靠重力直接下压座椅，使座椅支撑轴在车架立管的管腔内下移，并通过座椅支撑轴下部的线性伸缩末端通过曲轴将线性力矩转换为转矩输出，以为自行车的主动齿轮盘轴的转动助力，以加速带动主动齿轮盘旋转实现省力骑行的目的。结合座椅支撑轴下部的线性伸缩末端与主动齿轮盘的盘体之间设有的曲柄摇杆机构具有的急回特性为座椅支撑轴和座椅的复位回升提供助力。结合座椅支撑轴下部车架立管管腔内安装的自动回升机构实现并解决座椅支撑轴的复位回升问题；实现齿传动自行车的省力骑行目的；该新型自行车整体结构简单紧凑，传动稳定高效，使用寿命更长，更适合户外公共自行车改装使用。

2.2　结构组成

新型座椅重力助力式齿传动自行车，具有由车把、车架、座椅、车轮、车轮辐条、手刹和盘刹组成。座椅底部安装座椅支撑轴，座椅支撑轴下部密封套装于车架车架立管内并与车架立管管腔滑动适配。车架立管管腔内随座椅受人体重力沿车架立管管腔轴向下移的座椅支撑轴的活塞主轴装有自动回升机构，且座椅支撑轴下部的线性伸缩末端通过曲轴将线性力矩转换为转矩后联接自行车的主动齿轮盘轴，以为自行车主动齿轮盘轴安装的主动齿轮盘提供助力动能。主动齿轮盘的盘体与座椅支撑轴下部的线性伸缩末端之间通过可构成曲柄摇杆机构的曲柄摇杆联接，并通过曲柄摇杆机构的急回特性为座椅支撑轴的线性伸缩末端的复位回升助力。主动齿轮盘的主动齿轮盘轴上装有带脚蹬的自行车制动曲柄。由曲柄制动并提供转动动力的主动齿轮盘的盘端面垂直传动啮合主动锥齿轮；并通过主动锥齿轮带动齿传动自行车的传动主轴一端转动。齿传动自行车的传动主轴另一端安装自行车后轮的被动锥齿轮并带动其转动，被动锥齿轮垂直传动并啮合自行车后轮的被动齿轮盘并带动其转动，被动齿轮盘带动被动齿轮盘轴转动以为自行车后轮的转动提供制动动力。新型自行车结构如图1所示。

2.3　该结构设计优势

（1）该新型自行车通过人坐在座椅上依靠重力直接下压座椅，使座椅支撑轴在车架立管的管腔内下移，并通过座椅支撑轴下部的线性伸缩末端通过曲轴连接自行车车轮制动用的主动齿轮盘轴，并为主动齿轮盘轴的转动加速助力，通过人身体的下压重力加速带动主动齿轮盘的旋转，实现齿传动自行车省力骑行的目的；

图1　新型自行车结构简图

（2）新型自行车制动用主动齿轮盘曲柄摇杆机构的设置，更有利于座椅支撑轴被下压移动后的复位回升，并且自动回升机构利用气缸套筒、双活塞、双压力弹簧实现座椅支撑轴、以及座椅支撑轴下部线性伸缩末端的复位回升，结构简单，重力做功更为高效；

（3）新型自行车有效解决了齿传动自行车骑行费力的技术问题，结构简单、传动稳定高效，易维护，可实现较大的传动比，且结构更为紧凑，使用寿命更长。

3　总结

新型自行车通过结构设计实现省力骑行的目的，解决了齿传动自行车骑行费力的技术问题，且新型结构简单，体积紧凑，传动稳定高效，可实现较大的传动比，且使用寿命较链传动更长。

[1]刘东岳，邱 虹.自行车结构分析与设计[J].城市建设理论研究，2013（30）.

[2]张 敏，沈精虎，张文彬.躺式自行车自顶向下的参数化设计[J].机械，2017（6）：62～66.

[3]旷红梅，杨随先.基于人机工程学的自行车骑姿改进设计[J].机械，2007（3）.