本發(fā)明屬于自行車技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于人因工程技術(shù)的自行車。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的自行車一般包括車體部分、傳動部分、行動部分、安全裝置。其中傳動部分包括腳蹬、曲柄、鏈輪、鏈條、中軸和飛輪等，人的腳的蹬力是靠腳蹬通過曲柄，鏈輪、鏈條、飛輪、后軸等部件傳動的，從而使自行車不斷前進(jìn)。

由于各國生活水平的差異，使用自行車類型的各不相同，有些國家的騎行者以旅游、鍛煉身體以及少年兒童體育運(yùn)動為主要目的，一般使用多速車、越野車和山地車；有些國家的自行車主要作為交通工具，多使用輕便車和多速車。目前使用的這些自行車，均未擺脫傳統(tǒng)的鏈傳動自行車的束縛。

傳統(tǒng)的鏈傳動自行車存在以下缺陷：

1.未進(jìn)行系統(tǒng)性的人因工程(HFE)&工業(yè)工程(IE)設(shè)計，因而，未能充分地消除無效勞動與充分地發(fā)揮騎乘者的人因效能，或稱之謂未能實現(xiàn)人—機(jī)效能的最大化；自行車的騎乘較費(fèi)力、車速低。

2.車體較高，影響到騎乘者的安全性。

3.傳統(tǒng)鏈傳動自行車的座椅不符合人體生理衛(wèi)生的要求，其極易誘發(fā)男性騎乘者的前列腺炎，且增加了騎乘者臀部的比壓，并壓迫其腰椎。

4.不適用于普通騎乘者的中、遠(yuǎn)程騎乘，甚至在較大風(fēng)力與坡度下,也不適用于普通騎乘者的騎乘。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種利用大力矩倍增桿及其重力擺效應(yīng)以消除人因內(nèi)耗，能夠充分發(fā)揮騎乘者人因效能的基于人因工程技術(shù)的自行車。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的基于人因工程技術(shù)的自行車包括前輪，后輪，斜梁，前支撐部分，傳動部分和座椅部分；所述前支撐部分包括車架頭管和車叉；其特征在于所述的傳動部分包括左腳蹬，左力矩倍增桿，右腳蹬，右力矩倍增桿，力矩變換器，左法蘭軸，右法蘭軸，主軸，萬向節(jié)，下輸出軸，輸出圓錐齒輪，輸入圓錐齒輪；左腳蹬通過轉(zhuǎn)軸與左力矩倍增桿下端活動連接，左力矩倍增桿上端與左法蘭軸連接；右腳蹬通過轉(zhuǎn)軸與右力矩倍增桿下端活動連接，右力矩倍增桿上端與右法蘭軸連接；力矩變換器包括布置在力矩變換器殼體內(nèi)的左大圓錐齒輪、下圓錐齒輪、下超越離合器、右大圓錐齒輪、上圓錐齒輪、上超越離合器；左法蘭軸由力矩變換器殼體的左軸孔穿入，其右端固定連接左大圓錐齒輪；右法蘭軸由力矩變換器殼體的右軸孔穿入，其左端固定連接右大圓錐齒輪；下超越離合器和上超越離合器套裝在主軸上，并且下圓錐齒輪和上圓錐齒輪分別與下超越離合器和上超越離合器連接固定；主軸的下端通過萬向節(jié)與下輸出軸連接；下輸出軸的底端固定安裝有輸出圓錐齒輪，輸入圓錐齒輪安裝在前軸皮上，且輸出圓錐齒輪與輸入圓錐齒輪嚙合。

進(jìn)一步，車叉包括左叉和右叉；車架頭管的底部與左叉、右叉的頂部焊接固定；左叉的下端與前軸連接固定；右叉由右叉前支撐桿、右叉后支撐桿及底部的橫安裝股構(gòu)成支撐結(jié)構(gòu)，橫安裝股的中間部位與前軸連接固定。

所述下輸出軸與軸承座配合，軸承座通過安裝板與右叉后支撐桿、右叉前支撐桿固定連接。

所述力矩變換器與車架頭管固定連接。

所述力矩變換器，由右法蘭作為其殼體的右端蓋；由左法蘭作為其殼體的左端蓋；右法蘭的法蘭盤上加工頭管槽和斜梁槽；在車架頭管與斜梁連接處，車架頭管嵌入在頭管槽內(nèi)，斜梁嵌入在斜梁槽；壓套與左法蘭的軸套部分螺紋連接，將力矩變換器與車架頭管和斜梁壓緊固定。

更進(jìn)一步，立柱的底部與斜梁固定連接，座椅的后部固定在立柱上，兩個輔助支撐桿的底部與立柱焊接固定，上部分別與座椅的前部兩側(cè)邊緣焊接固定。

所述座椅的前部具有向下凹入的圓形座椅座圈。

進(jìn)一步，靠背固定在立柱上對應(yīng)于人體腰部的位置，其形狀為前表面呈凹面的圓弧形，靠背上固定有從左至右橫向延伸呈弧形帶狀的腰椎抵塊；背板通過背板安裝套固定在立柱上對應(yīng)于人體背部的位置，其形狀為前表面呈凹面的圓弧形。

所述斜梁的彎曲角度α為30±1.5°；座椅與立柱530之間的夾角β為100～115°。

本發(fā)明的有益效果：

對于傳統(tǒng)鏈傳動自行車而言，最難于解決的、且又?jǐn)?shù)值較高的人因效能浪費(fèi)是，作功的機(jī)械部件與騎乘者的作功肢體未能充分利用重力擺效應(yīng)，甚至產(chǎn)生負(fù)重力擺效應(yīng)，由此而產(chǎn)生了人因效能的浪費(fèi)。據(jù)估算，其人因效能浪費(fèi)了約60％。

本發(fā)明的基于人因工程技術(shù)的自行車摒棄了傳統(tǒng)自行車的鏈傳動系統(tǒng)，轉(zhuǎn)而采用基于齒輪傳動的力矩變換器，其安裝位置被拉高，進(jìn)而為力矩倍增桿提供了安裝空間和運(yùn)動空間；與傳統(tǒng)鏈傳動自行車相比具有強(qiáng)大的動力，其輸出力矩為傳統(tǒng)鏈傳動自行車的2.5倍，其輸入力矩的均值約為0.585(KN.m),而傳統(tǒng)鏈傳動自行車僅為0.234(KN.m)。由于輸出力矩充裕，大幅度提高了車速，并且具有較小的迎風(fēng)面積與較好的抗風(fēng)能力：傳統(tǒng)自行車的迎風(fēng)面積大約為0.74(m²)，本發(fā)明的自行車的迎風(fēng)面積大約為0.45(m²)，因而，人因自行車的抗風(fēng)能力較好，在6級風(fēng)下仍可騎乘；具有較好的爬坡能力，可以在8(0/00)的坡度較大的路面行駛。在微風(fēng)氣象、平坦柏油路況下，對于同一騎乘者，騎乘傳統(tǒng)自行車的平均車速為16(Km/h)，本發(fā)明的自行車平均車速則為20(Km/h)。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

圖1是本發(fā)明的基于人因工程技術(shù)的自行車結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是前支撐部分的右視圖。

圖3是前支撐部分與傳動部分的前視圖。

圖4是傳動部分的結(jié)構(gòu)簡圖。

圖5a、圖5b分別是左力矩輸入部分和右力矩輸入部分結(jié)構(gòu)簡圖。

圖6a是力矩變換器的左齒輪軸系剖視圖，圖6b是力矩變換器的右齒輪軸系剖視圖，圖6c是力矩變換器的主傳動軸系剖視圖。

圖7是左力矩倍增桿的剖視圖。

圖8a是座椅立體圖，圖8b是座椅背板的立體圖。

圖9是力矩變換器的裝配圖。

圖10是力矩變換器左法蘭的法蘭盤右視圖。

圖中：110.左腳蹬；111.左力矩倍增桿尾；112.左力矩倍增桿；113.左力矩倍增桿頭；114鎖緊螺母；120.右腳蹬；121.右力矩倍增桿尾；122.右力矩倍增桿；123.右力矩倍增桿頭；124.鎖緊螺母；200.力矩變換器；201.左法蘭；202.右法蘭；2021.頭管槽；2022.斜梁槽；203.壓套；210.左法蘭軸；211.左大圓錐齒輪；212.下圓錐齒輪；213.下圓錐齒輪套；214.下超越離合器；215.主軸；220.右法蘭軸；221.右大圓錐齒輪；222.上圓錐齒輪；223.上圓錐齒輪套；224.上超越離合器；310.萬向節(jié)；311.下輸出軸；312.軸承座；313.安裝板；314.輸出圓錐齒輪；315.輸入圓錐齒輪；320.前軸皮；321.前輪；322.后輪；400.車叉；401.前軸；402.后軸；411.左叉；415.左叉安裝股；420.右叉后支撐桿；422.右叉前支撐桿；423.橫安裝股；510.車架頭管；520.斜梁；530.立柱；531.座椅座圈；532.腰椎抵塊；533.靠背；534.背板；535.背板安裝套；536.輔助支撐桿；537座椅；538.前車座支撐桿；539.后車座支撐桿；540.后車座。

具體實施方式

如圖1所示，本發(fā)明的基于人因工程技術(shù)的自行車包括前輪321，后輪322，斜梁520，前支撐部分，傳動部分和座椅部分。

如圖1、2、3所示，所述前支撐部分包括車架頭管510和車叉400；車叉400包括左叉411和右叉；車架頭管510的底部與左叉411和右叉的頂部焊接固定；左叉411的下部具有扁平狀左叉安裝股415，叉安裝股415通過其下部的缺口和鎖緊螺母與前軸401連接固定；右叉由右叉前支撐桿422、右叉后支撐桿420及底部的橫安裝股423構(gòu)成一個近似三角形的支撐結(jié)構(gòu)，以避免與輸出圓錐齒輪314和輸入圓錐齒輪315產(chǎn)生干涉；橫安裝股423的中間部位通過安裝孔和鎖緊螺母與前軸401連接固定。

如圖1～圖7、圖9所示，所述的傳動部分包括左腳蹬110，左力矩倍增桿112，右腳蹬120，右力矩倍增桿122，力矩變換器200，左法蘭201，右法蘭202，壓套203，左法蘭軸210，右法蘭軸220，主軸215，萬向節(jié)310，下輸出軸311，輸出圓錐齒輪314，輸入圓錐齒輪315；左腳蹬110通過轉(zhuǎn)軸與左力矩倍增桿尾111活動連接；左力矩倍增桿頭113與左法蘭軸210連接并通過鎖緊螺母114鎖緊固定；右腳蹬120通過轉(zhuǎn)軸與右力矩倍增桿尾121活動連接；右力矩倍增桿頭123與右法蘭軸220連接并通過鎖緊螺母124鎖緊固定；力矩變換器200布置在力矩變換器殼體內(nèi)的左大圓錐齒輪211、下圓錐齒輪212、下圓錐齒輪套213、下超越離合器214、右大圓錐齒輪221、上圓錐齒輪222、上圓錐齒輪套223、上超越離合器224；右法蘭202作為力矩變換器200殼體的右端蓋；左法蘭201作為力矩變換器200殼體的左端蓋；左法蘭軸210與左法蘭201的軸孔配合，其右端與左大圓錐齒輪211固定連接，右法蘭軸220與右法蘭202的軸孔配合，其左端與右大圓錐齒輪221固定連接；下超越離合器214和上超越離合器224套裝在主軸215上，并且分別布置在下圓錐齒輪套213和上圓錐齒輪套223內(nèi)；下圓錐齒輪212與下超越離合器214連接固定，上圓錐齒輪222與上超越離合器224連接固定；主軸215通過軸承與力矩變換器200的殼體連接；其下端通過萬向節(jié)310與下輸出軸311連接；下輸出軸311與軸承座312配合，軸承座312通過安裝板313與右叉后支撐桿420、右叉前支撐桿422固定連接；由此將下輸出軸311與右叉連接固定；下輸出軸311的底端固定安裝有輸出圓錐齒輪314，輸入圓錐齒輪315安裝在前軸皮320上，且輸出圓錐齒輪314與輸入圓錐齒輪315嚙合。

所述力矩變換器200可以通過連接件與車架頭管510固定連接，也可以通過下述方式與車架頭管510固定連接。

如圖10所示，右法蘭202的法蘭盤上加工頭管槽2021和斜梁槽2022；在車架頭管510與斜梁520連接處，車架頭管510嵌入在頭管槽2021內(nèi)，斜梁520嵌入在斜梁槽2022；壓套203與左法蘭201的軸套部分螺紋連接，可將力矩變換器200與車架頭管510和斜梁520壓緊固定。

如圖1、圖8a、8b所示，立柱530的底部與斜梁520固定連接，座椅537的后部固定在立柱530上，兩個輔助支撐桿536的底部與立柱530焊接固定，上部分別與座椅537的前部兩側(cè)邊緣焊接固定；座椅537的前部具有向下凹入的圓形座椅座圈531；靠背533固定在立柱530上對應(yīng)于人體腰部的位置，其形狀為前表面呈凹面的圓弧形，靠背533上固定有從左至右橫向延伸呈弧形帶狀的腰椎抵塊532；背板534通過背板安裝套535固定在立柱530上對應(yīng)于人體背部的位置，其形狀為前表面呈凹面的圓弧形。

通過座椅537與左力矩倍增桿112、右力矩倍增桿122的適配，可使生成之力矩達(dá)到期望值；其中，腰椎抵塊532既可以保護(hù)腰椎，又可借助腰椎抵塊532這一輔助支點(diǎn)使得生成之力矩有所增加。

如圖1所示，立柱530的固定座椅537的位置與后車座及兩個前車座支撐桿538的頂部焊接固定，兩個后車座支撐桿539的頂部與后車座焊接固定；前車座支撐桿538和后車座支撐桿539的底部與后軸402固定連接。

如圖1所示，斜梁520彎曲角度α為30±1.5°；座椅537與立柱530之間的夾角β為100～115°。

本發(fā)明的力矩變換器，既為力矩倍增桿提供了安裝空間和運(yùn)動空間，也為充分地利用重力擺效應(yīng)、消除人因內(nèi)耗提供了可能；且由于本發(fā)明中的動力變換器的齒輪傳動設(shè)計，使得連續(xù)的運(yùn)動與有效的力矩倍增成為可能。在力矩變換器中齒輪傳動機(jī)構(gòu)與力矩倍增桿的協(xié)同運(yùn)動中，實現(xiàn)了人因自行車的消除無效勞動。

本發(fā)明的工作過程如下：

自行車運(yùn)動開始前，力矩倍增桿的待機(jī)位置是，右力矩倍增桿122前置，而左力矩倍增桿112后置(見圖1)；其開始運(yùn)動的時刻，首先是，向前踏動左腳蹬110，使得左力矩倍增桿112及與之聯(lián)接的左力矩倍增桿尾111一并順時針旋轉(zhuǎn)，于是，與左力矩倍增桿112連接的左力矩倍增桿頭113及其鎖緊螺母114順時針旋轉(zhuǎn)，與此同時，與左力矩倍增桿頭113連接的左法蘭軸210順時針旋轉(zhuǎn)，隨之，與左法蘭軸210連接的左大圓錐齒輪211順時針旋轉(zhuǎn)。然后，在左大圓錐齒輪211的拖動下，下圓錐齒輪212順時針旋轉(zhuǎn)，與下圓錐齒輪套213連接的下超越離合器214隨之順時針旋轉(zhuǎn)，隨之，下超越離合器214與主軸215結(jié)合，并使主軸215順時針旋轉(zhuǎn)；于是，與主軸215下端結(jié)合的萬向節(jié)310順時針旋轉(zhuǎn)，與萬向節(jié)310結(jié)合的下輸出軸311順時針旋轉(zhuǎn)；于是，與下輸出軸311結(jié)合的輸出圓錐齒輪314順時針旋轉(zhuǎn)；于是，與輸出圓錐齒輪314嚙合的輸入圓錐齒輪315逆時針旋轉(zhuǎn)；于是，通過前軸皮320與輸入圓錐齒輪315結(jié)合的自行車前輪321逆時針旋轉(zhuǎn)，自行車前進(jìn)；在此瞬間，左力矩倍增桿112達(dá)到其前置位置的極限。當(dāng)此之時，左大圓錐齒輪211推動上圓錐齒輪222、上圓錐齒輪套223及與其聯(lián)接的上超越離合器224逆時針旋轉(zhuǎn)，且空套于主軸215，而使右大圓錐齒輪221、右法蘭軸220、右力矩倍增桿頭123與右力矩倍增桿122逆時針旋轉(zhuǎn)，且達(dá)到其后置位置的極限，由此，輪回到由右力矩倍增桿122推動該自行車?yán)^續(xù)前進(jìn)。

向前踏動右腳蹬120，使得與右力矩倍增桿尾121連接的右力矩倍增桿122順時針旋轉(zhuǎn)，于是，與右力矩倍增桿122連接的右力矩倍增桿頭123及其鎖緊螺母124順時針旋轉(zhuǎn)，與此同時，與右力矩倍增桿頭123連接的右法蘭軸220順時針旋轉(zhuǎn)，隨之，與右法蘭軸220連接的右大圓錐齒輪221順時針旋轉(zhuǎn)，然后，在右大圓錐齒輪221的拖動下，上圓錐齒輪222順時針旋轉(zhuǎn)，與上圓錐齒輪套223連接的上超越離合器224隨之順時針旋轉(zhuǎn)，隨之，上超越離合器224與主軸215結(jié)合，并使主軸215順時針旋轉(zhuǎn)，于是，與主軸215下端結(jié)合的萬向節(jié)310順時針旋轉(zhuǎn)，于是，與萬向節(jié)310結(jié)合的下輸出軸311順時針旋轉(zhuǎn)，于是，與下輸出軸311結(jié)合的輸出圓錐齒輪314順時針旋轉(zhuǎn)，于是，與輸出圓錐齒輪314嚙合的輸入圓錐齒輪315逆時針旋轉(zhuǎn)，于是，通過前軸皮320與輸入圓錐齒輪315結(jié)合的該自行車之前輪321逆時針旋轉(zhuǎn)，則自行車前進(jìn)；在此瞬間，右力矩倍增桿122達(dá)到其前置位置的極限，而左力矩倍增桿112則達(dá)到其后置位置的極限，由此，再次輪回到由左力矩倍增桿112推動該自行車前進(jìn)；如此這般不斷的輪回使用左力矩倍增桿112、右力矩倍增桿122，則該自行車即可不斷的向前運(yùn)動。