雙向踩踏連續(xù)驅(qū)動騎行裝置的設計研究

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)動的騎行裝置，該裝置是通過正向鏈條傳動和反向軸傳動實現(xiàn)的正反雙向踩踏連續(xù)驅(qū)動車輪始終向前行駛。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; 軸傳動中圖分類號：U484 ?文獻標識碼：A ?文章編號：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動型和休閑型、甚至娛樂型工具轉(zhuǎn)變。近年來騎行裝置呈多樣化趨勢發(fā)展，市場對騎行類產(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)保意識的增強，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結(jié)構(gòu)設計

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

鏈條傳動驅(qū)動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。

軸傳動驅(qū)動裝置布置在車身左側(cè)，其由四個錐齒輪和傳動軸等組成如圖4所示。軸傳動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，以保障其傳動過程中前錐齒輪與后錐齒輪的轉(zhuǎn)動方向始終相反。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)動按圖3中所示旋轉(zhuǎn)方向順時針轉(zhuǎn)動時，右側(cè)單向軸承的軸承內(nèi)圈隨中軸同步正向轉(zhuǎn)動，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，進而使右側(cè)單向軸承和牙盤做同步正向轉(zhuǎn)動;而通過踩踏踏板驅(qū)動按圖4中所示旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)動時，左側(cè)單向軸承的軸承內(nèi)圈隨中軸同步反向轉(zhuǎn)動，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，進而使左側(cè)單向軸承和錐齒輪做同步反向轉(zhuǎn)動。

傳動總成結(jié)構(gòu)中采用的棘輪結(jié)構(gòu)如圖6所示，裝配時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件順時針方向旋轉(zhuǎn)時，可驅(qū)動做為從動件的棘輪內(nèi)盤同步轉(zhuǎn)動，此時棘輪內(nèi)外盤做為一個整體結(jié)構(gòu)同步轉(zhuǎn)動。同樣棘輪內(nèi)盤做為主動件逆時針方向旋轉(zhuǎn)時，則能驅(qū)動做為從動件的棘輪外盤同步轉(zhuǎn)動，此時棘輪內(nèi)外盤做為一個整體結(jié)構(gòu)同步轉(zhuǎn)動。反之，棘輪外盤做為主動件逆時針方向旋轉(zhuǎn)或棘輪內(nèi)盤做為主動件順時針方向旋轉(zhuǎn)時，則不能驅(qū)動整體結(jié)構(gòu)同步轉(zhuǎn)動。

2 雙向踩踏騎行裝置的運動分析

該騎行裝置由人力正向（參照圖3中的轉(zhuǎn)動方向）踩踏踏板帶動中軸轉(zhuǎn)動時，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，而左側(cè)單向軸承的外圈不隨中軸轉(zhuǎn)動。中軸通過右側(cè)單向軸承帶動牙盤做同步正向轉(zhuǎn)動，錐齒輪隨左側(cè)單向軸承的外圈處于靜止狀態(tài)。牙盤再帶動鏈條正向轉(zhuǎn)動，進而帶動鏈輪轉(zhuǎn)動，鏈輪帶動右側(cè)棘輪的棘輪外盤轉(zhuǎn)動，進而驅(qū)動右側(cè)棘輪的棘輪內(nèi)盤帶動后軸正向轉(zhuǎn)動，最終驅(qū)動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，但因棘爪轉(zhuǎn)動方向與棘輪外盤內(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，即錐齒輪隨左側(cè)棘輪的棘輪外盤處于靜止狀態(tài)。此時該騎行裝置是以圖3所示的鏈傳動方式來驅(qū)動車輪向前行駛，且在實際騎行中正是以鏈條傳動作為主要驅(qū)動方式來驅(qū)動車輪向前行駛。

反之，當反向（參照圖4中的轉(zhuǎn)動方向）踩踏踏板帶動中軸反向轉(zhuǎn)動時，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，而右側(cè)單向軸承的外圈不隨中軸轉(zhuǎn)動。中軸通過左側(cè)單向軸承帶動前錐齒輪做同步反向轉(zhuǎn)動，牙盤隨右側(cè)單向軸承的外圈處于靜止狀態(tài)。前錐齒輪通過傳動軸帶動后軸上的后錐齒輪正向轉(zhuǎn)動，再由后錐齒輪帶動左側(cè)棘輪的棘輪外盤正向轉(zhuǎn)動，然后由左側(cè)棘輪的棘輪內(nèi)盤帶動后軸正向轉(zhuǎn)動，最終驅(qū)動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，但右側(cè)棘輪的棘輪外盤不隨后軸一起轉(zhuǎn)動，即鏈輪隨右側(cè)棘輪的棘輪外盤處于靜止狀態(tài)。此時該騎行裝置正是以圖4所示的軸傳動方式來驅(qū)動車輪向前行駛，且在實際騎行中以反向踩踏的軸傳動作為次要驅(qū)動方式來驅(qū)動車輪向前行駛。

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

3 結(jié)論

本文設計的雙向踩踏連續(xù)驅(qū)動裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠

性能好，騎行方便等特點。該連續(xù)驅(qū)動裝置是以正向踩踏踏板作為主要驅(qū)動方式驅(qū)動車輪向前行駛時，還可以以放松、休閑、娛樂方式反向踩踏腳蹬作為次要驅(qū)動方式驅(qū)動車輪向前行駛。且通過切換踩踏方向來驅(qū)動車輪始終向前行駛，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，有著極其重要的實際意義和應用前景。

參考文獻

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