雙向踩踏連續(xù)驅(qū)動(dòng)騎行裝置的設(shè)計(jì)研究

尚建宇　屈小貞　田旭東　孫飛宇　李妮

摘 要：文章介紹了一種可雙向踩踏連續(xù)驅(qū)動(dòng)的騎行裝置，該裝置是通過正向鏈條傳動(dòng)和反向軸傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)的正反雙向踩踏連續(xù)驅(qū)動(dòng)車輪始終向前行駛。該騎行裝置即可緩解騎行人的疲勞程度，又能極大地提高騎行人的騎行樂趣。關(guān)鍵詞：雙向; 騎行; 鏈條傳動(dòng); 軸傳動(dòng)中圖分類號(hào)：U484 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：1671-7988（2020）08-85-03

Abstract： A bi-directional?trending?cycling device?for continuously driving is introduced in this paper.The driving wheels of cycling device realizes continuously running forward by the bi-directional trending forward chain drive?and reverse shaft drive. The cycling device can not only alleviate?the fatigue degree of the riders， but also greatly improve the cycling?pleasure of the riders.Keywords： Bi-directional;?Cycling;?Chain Drive;?Shaft DriveCLC NO.： U484 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）08-85-03

前言

隨著社會(huì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，自行車行業(yè)發(fā)展正逐漸由傳統(tǒng)的代步型交通工具向運(yùn)動(dòng)型和休閑型、甚至娛樂型工具轉(zhuǎn)變。近年來騎行裝置呈多樣化趨勢(shì)發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)騎行類產(chǎn)品的研發(fā)和技術(shù)專業(yè)性要求越來越高。無鏈條自行車和軸傳動(dòng)自行車等新型產(chǎn)品融入的科技和文化元素系統(tǒng)[1-2]、以及休閑娛樂方式也為更多家庭所喜愛。尤其隨著提倡綠色出行和環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，以及共享單車的普及，越來越多的人將自行車作為休閑、娛樂的出行工具。

1 雙向踩踏騎行裝置傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

一種基于雙向踩踏連續(xù)驅(qū)動(dòng)的騎行裝置如圖1所示，其由圖2中所示的傳動(dòng)總成驅(qū)動(dòng)車輪向前行駛，該傳動(dòng)總成前端固定連接在中軸上，后端固定連接在后軸上。該傳動(dòng)總成是基于鏈條傳動(dòng)和軸傳動(dòng)組合而成的雙向踩踏驅(qū)動(dòng)裝置，可通過正、反雙向踩踏腳蹬以驅(qū)動(dòng)車輪始終向前行駛。

鏈條傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置布置在車身右側(cè)，其由牙盤、鏈條、鏈輪等組成，如圖3所示。牙盤通過右側(cè)單向軸承固定在中軸上，鏈輪通過右側(cè)棘輪固定在后軸上，其中右側(cè)單向軸承和右側(cè)棘輪安裝在前后車軸上的裝配方向與圖5和圖6中所示的裝配方向一致。

軸傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置布置在車身左側(cè)，其由四個(gè)錐齒輪和傳動(dòng)軸等組成如圖4所示。軸傳動(dòng)裝置中的錐齒輪組空間結(jié)構(gòu)采用圖2中所示的布置形式，以保障其傳動(dòng)過程中前錐齒輪與后錐齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方向始終相反。中軸上的前錐齒輪通過左側(cè)單向軸承固定在中軸上，而后軸上的后錐齒輪通過左側(cè)棘輪固定在后軸上，其中左側(cè)單向軸承的裝配方向與右側(cè)單向軸承的裝配方向相反，而左側(cè)棘輪在后軸上的裝配方向與右側(cè)棘輪方向相同。

傳動(dòng)總成結(jié)構(gòu)中采用的單向軸承結(jié)構(gòu)如圖5所示，裝配時(shí)所有單向軸承的軸承內(nèi)圈與車軸之間、軸承外圈與鏈輪或錐齒輪之間均采用過盈式配合。該裝置通過踩踏踏板驅(qū)動(dòng)按圖3中所示旋轉(zhuǎn)方向順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，右側(cè)單向軸承的軸承內(nèi)圈隨中軸同步正向轉(zhuǎn)動(dòng)，右側(cè)單向軸承的鋼珠瞬間鎖死在軸承內(nèi)圈與外圈之間，進(jìn)而使右側(cè)單向軸承和牙盤做同步正向轉(zhuǎn)動(dòng);而通過踩踏踏板驅(qū)動(dòng)按圖4中所示旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，左側(cè)單向軸承的軸承內(nèi)圈隨中軸同步反向轉(zhuǎn)動(dòng)，左側(cè)單向軸承的鋼珠瞬間鎖死在軸承內(nèi)圈與外圈之間，進(jìn)而使左側(cè)單向軸承和錐齒輪做同步反向轉(zhuǎn)動(dòng)。

傳動(dòng)總成結(jié)構(gòu)中采用的棘輪結(jié)構(gòu)如圖6所示，裝配時(shí)所有棘輪的棘輪外盤與鏈輪或錐齒輪之間、棘輪內(nèi)盤與車軸之間亦采用過盈式配合。如果棘輪外盤做為主動(dòng)件順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，可驅(qū)動(dòng)做為從動(dòng)件的棘輪內(nèi)盤同步轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)棘輪內(nèi)外盤做為一個(gè)整體結(jié)構(gòu)同步轉(zhuǎn)動(dòng)。同樣棘輪內(nèi)盤做為主動(dòng)件逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，則能驅(qū)動(dòng)做為從動(dòng)件的棘輪外盤同步轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)棘輪內(nèi)外盤做為一個(gè)整體結(jié)構(gòu)同步轉(zhuǎn)動(dòng)。反之，棘輪外盤做為主動(dòng)件逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)或棘輪內(nèi)盤做為主動(dòng)件順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，則不能驅(qū)動(dòng)整體結(jié)構(gòu)同步轉(zhuǎn)動(dòng)。

2 雙向踩踏騎行裝置的運(yùn)動(dòng)分析

該騎行裝置由人力正向（參照?qǐng)D3中的轉(zhuǎn)動(dòng)方向）踩踏踏板帶動(dòng)中軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，右側(cè)單向軸承的內(nèi)圈和外圈整體隨中軸同步正向轉(zhuǎn)動(dòng)，而左側(cè)單向軸承的外圈不隨中軸轉(zhuǎn)動(dòng)。中軸通過右側(cè)單向軸承帶動(dòng)牙盤做同步正向轉(zhuǎn)動(dòng)，錐齒輪隨左側(cè)單向軸承的外圈處于靜止?fàn)顟B(tài)。牙盤再帶動(dòng)鏈條正向轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)，鏈輪帶動(dòng)右側(cè)棘輪的棘輪外盤轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)右側(cè)棘輪的棘輪內(nèi)盤帶動(dòng)后軸正向轉(zhuǎn)動(dòng)，最終驅(qū)動(dòng)安裝在后軸上的車輪向前行駛。雖然后軸上右側(cè)棘輪的棘輪內(nèi)盤隨其同步正向轉(zhuǎn)動(dòng)，但因棘爪轉(zhuǎn)動(dòng)方向與棘輪外盤內(nèi)緣上的齒形順序一致，使左側(cè)棘輪的棘輪外盤不隨棘爪轉(zhuǎn)動(dòng)，即錐齒輪隨左側(cè)棘輪的棘輪外盤處于靜止?fàn)顟B(tài)。此時(shí)該騎行裝置是以圖3所示的鏈傳動(dòng)方式來驅(qū)動(dòng)車輪向前行駛，且在實(shí)際騎行中正是以鏈條傳動(dòng)作為主要驅(qū)動(dòng)方式來驅(qū)動(dòng)車輪向前行駛。

反之，當(dāng)反向（參照?qǐng)D4中的轉(zhuǎn)動(dòng)方向）踩踏踏板帶動(dòng)中軸反向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，左側(cè)單向軸承的內(nèi)圈和外圈整體隨中軸同步反向轉(zhuǎn)動(dòng)，而右側(cè)單向軸承的外圈不隨中軸轉(zhuǎn)動(dòng)。中軸通過左側(cè)單向軸承帶動(dòng)前錐齒輪做同步反向轉(zhuǎn)動(dòng)，牙盤隨右側(cè)單向軸承的外圈處于靜止?fàn)顟B(tài)。前錐齒輪通過傳動(dòng)軸帶動(dòng)后軸上的后錐齒輪正向轉(zhuǎn)動(dòng)，再由后錐齒輪帶動(dòng)左側(cè)棘輪的棘輪外盤正向轉(zhuǎn)動(dòng)，然后由左側(cè)棘輪的棘輪內(nèi)盤帶動(dòng)后軸正向轉(zhuǎn)動(dòng)，最終驅(qū)動(dòng)安裝在后軸上的車輪向前行駛。同理，雖然后軸上左側(cè)棘輪的棘輪內(nèi)盤隨其同步轉(zhuǎn)動(dòng)，但右側(cè)棘輪的棘輪外盤不隨后軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，即鏈輪隨右側(cè)棘輪的棘輪外盤處于靜止?fàn)顟B(tài)。此時(shí)該騎行裝置正是以圖4所示的軸傳動(dòng)方式來驅(qū)動(dòng)車輪向前行駛，且在實(shí)際騎行中以反向踩踏的軸傳動(dòng)作為次要驅(qū)動(dòng)方式來驅(qū)動(dòng)車輪向前行駛。

因此，無論正向或反向踩踏踏板時(shí)，該騎行裝置始終是保持車輪連續(xù)向前驅(qū)動(dòng)行駛，且正反雙向踩踏切換方向時(shí)，不影響騎行裝置車輪驅(qū)動(dòng)向前的動(dòng)力連續(xù)性。

3 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)的雙向踩踏連續(xù)驅(qū)動(dòng)裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠

性能好，騎行方便等特點(diǎn)。該連續(xù)驅(qū)動(dòng)裝置是以正向踩踏踏板作為主要驅(qū)動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)車輪向前行駛時(shí)，還可以以放松、休閑、娛樂方式反向踩踏腳蹬作為次要驅(qū)動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)車輪向前行駛。且通過切換踩踏方向來驅(qū)動(dòng)車輪始終向前行駛，既可有效地緩解騎行人的疲勞程度，又能極大地提高騎行人的騎行樂趣，有著極其重要的實(shí)際意義和應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1] 徐以亮.無鏈條的可折疊自行車設(shè)計(jì)簡(jiǎn)述[J].中國(guó)科技信息，2014， 8：217-220.

[2] 高文達(dá)，牟善祥，肖繼順.軸傳動(dòng)式自行車助力器[J].內(nèi)燃機(jī)，1995，?3：7-10.