专利名称：前轮行星齿轮驱动自行车的利记博彩app
技术领域：
本实用新型涉及一种自行车，具体涉及一种采用行星齿轮结构设计的前轮驱动自行车。
背景技术：
自行车作为人们的代步交通工具，已有100多年的历史。传统自行车采用后轮驱动，中轴曲柄设在前、后轮轴之间，通过链条传动驱动自行车前进。由于自行车骑行速度与曲柄拐臂的长度成正比，而拐臂的最大长度又受到人体结构的限制，因此，一般拐臂长度都选在16～17cm之间，短则骑行速度低，长则蹬踏别扭。正因为拐臂不宜缩短，导致骑行者在鞍座上蹬踏中轴曲柄的高度无法降得太低，所以传统自行车普遍存在重心高、风阻大、安全性差等缺陷。为了克服上述缺点，中国专利曾公开了许多前轮驱动的自行车技术方案，其中，与本方案接近的是专利号为90201114.6，名称为《前轮驱动便携式自行车》的实用新型专利。该专利尽管为前轮驱动结构，但由于采用了定轴轮系，需要多根定位转轴，因此不仅结构复杂、体积大，而且不易变速。为此，本实用新型结构国际上自行车驱动结构发展的趋势，设计了一种由行星轮系构成的前轮驱动自行车，其目的在于降低人车重心高度，减少风阻，获得结构紧凑、传动比大、驱动效率高的自行车。
发明内容
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是一种前轮行星齿轮驱动自行车，包括前轮、后轮、车架、鞍座、车把、前叉以及前轮驱动结构，所述前轮驱动结构是在前轮轴线位置上装有踏脚曲柄与行星齿轮机构组成的前轮直接传动结构，该行星齿轮机构由一个太阳轮、至少三个行星轮、行星轮架和一个内齿圈组成，其中，内齿圈固定在前叉前端，行星轮架在支承行星轮同时与曲柄中心轴键连接，太阳轮与曲柄中心轴转动连接同时通过一侧所设的棘轮与花鼓筒一侧传动连接，花鼓筒与曲柄中心轴转动连接。
上述技术方案中的有关内容和变化解释如下1、上述方案中，当花鼓筒与前叉的一侧仅设有一套行星齿轮机构时，可以构成单速行星齿轮前轮驱动结构。
2、上述方案中，当花鼓筒与前叉的两侧分别设有一套行星齿轮机构时，两套行星齿轮机构的传动比设计成一大一小，其中，传动比大的行星齿轮机构中的太阳轮通过一侧所设的花键结构与带内花键棘轮轴向滑动离合，该滑动离合由曲柄中心轴轴芯孔中所设的顶杆机构控制，这样可以构成双速行星齿轮前轮驱动结构。
3、在双速行星齿轮前轮驱动结构中，所述顶杆机构由顶杆、顶杆销、压簧和小压簧组成，压簧位于带内花键棘轮与太阳轮之间，顶杆销设在曲柄中心轴的轴向槽孔中，小压簧设在太阳轮的另一侧，顶杆设在曲柄中心轴的轴芯孔中，顶杆通过顶压顶杆销迫使压簧压缩，小压簧推动太阳轮与带内花键棘轮啮合。
4、上述方案中，为了降低人车重心高度，减少风阻，所述鞍座低设在前轮与后轮之间的车架上，使人体骑行时保持后仰姿势。还可以在车架上固定一流线型整流罩。该整流罩为一弹头形罩壳，左右两侧敞开，以利于骑行者上下车。加罩目的不仅仅是挡风避雨以及遮阳，更重要的是造成流线型车外壳，减少风阻力。
本实用新型工作原理是1、单速行星齿轮前轮驱动结构参见附图1所示，骑行者在鞍座上双脚通过脚踏25蹬踏曲柄2时，带动行星轮架20转动，根据行星轮系运动原理，当内齿圈19固定后，太阳轮9与曲柄中心轴同方向转动，太阳轮9通过棘轮10将转动传递给前轮的花鼓筒10，由此将驱动自行车前行。当曲柄中心轴反转时，由于棘轮10与花鼓筒10之间打滑，因此不能反向作用。
2、双速行星齿轮前轮驱动结构参见附图2所示，在低档位骑行时由一侧的低档位行星齿轮机构驱动，而高档位行星齿轮机构脱离，其原理与单速驱动结构相同。当需要高速骑行时，通过顶杆机构滑动太阳轮17与带内花键棘轮13啮合。此时，高档位行星齿轮机构工作，低档位行星齿轮机构由于传动比小处于打滑状态，不影响传比动大的行星齿轮机构工作。高档位行星齿轮机构的传动原理与低档位行星齿轮机构相同。
由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点1、本实用新型驱动结构采用行星齿轮传动机构与以往定轴轮系结构相比只需一根中心轴输入和输出，体积小、结构紧凑、重量轻、效率高，适合自行车增速和变速。
2、本实用新型行星齿轮传动机构与踏脚曲柄组合设计成前轮驱动结构，再将鞍座低设在前轮与后轮之间的车架上，使人体骑行时保持后仰姿势，这样一方面可以降低人车重心高度，增加骑行安全，另一方面减少迎风面积，有效降低风阻。
3、本实用新型在车架上固定设置一流线型整流罩，不仅可以挡风避雨以及遮阳，更重要的是通过光滑的流线型车外壳设计，减少风阻力，进一步提高骑行效率。
综合以上情况，本实用新型设计可以让自行车以较小能量获得最佳的骑行效果，使中小城市的上班族在较短的时间里骑车轻松到达最远的地方，并且不用能源，无污染，能够避风雨和遮挡阳光。
附图1为本实用新型单速行星齿轮前轮驱动原理图；附图2为本实用新型双速行星齿轮前轮驱动原理图；附图3为本实用新型双速行星齿轮前轮驱动装配结构图；附图4为图3的A-A剖视图；附图5为图3的C-C剖视图；附图6为本实用新型实施例总体结构示意图；附图7为图6的俯视图；附图8为图6的左视图。
以上附图中1、曲柄中心轴；2、踏脚曲柄；3、变速箱端盖；4、慢变速箱体；5、球轴承组；6、行星轮架；7、行星轮；8、内齿圈；9、太阳轮；10、棘轮(飞)；11、滚针轴承；12、花鼓筒；13、带内花键棘轮；14、压簧；15、顶杆；16、行星轮；17、滑动太阳轮；18、顶杆销；19、内齿圈；20、行星轮架；21、小压簧；22、踏脚曲柄；23、前叉；24、快变速箱体；25、脚踏；26、前轮；27、后轮；28、车架；29、鞍座；30整流罩；31、车把。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述实施例参见附图2～附图8所示，一种双速前轮行星齿轮驱动自行车，主要由前轮26、后轮27、车架28、鞍座29、车把31、前叉23、整流罩30以及双速前轮驱动结构等组成。
所述双速前轮驱动结构是在前轮轴线位置上装有踏脚曲柄2和两套行星齿轮机构组成的前轮直接传动结构。两套行星齿轮机构的传动比一大一小，其中，传动比小行星齿轮机构装在花鼓筒12与前叉23左侧，而传动比大的装在右侧，见图2和图3。
由图3所示，左侧传动比小的行星齿轮机构由一个太阳轮9、三个行星轮7、行星轮架6和一个内齿圈8组成。其中，内齿圈8固定在前叉23前端，内齿圈8与慢变速箱体4为一体结构，其端部设有变速箱端盖3；行星轮架6在支承行星轮7同时与曲柄中心轴1键连接，该行星轮架6作为行星齿轮机构的输入；太阳轮9与曲柄中心轴1转动连接同时通过一侧所设的棘轮10与花鼓筒12一侧传动连接，该太阳轮9作为行星齿轮机构的输出，花鼓筒12与曲柄中心轴1转动连接。右侧传动比大的行星齿轮机构与左侧传动比小的行星齿轮机构结构相同，由一个滑动太阳轮17、三个行星轮16、行星轮架20和一个内齿圈19组成。其不同之处在于滑动太阳轮17通过一侧所设的花键结构与带内花键棘轮13轴向滑动离合，该滑动离合由曲柄中心轴1轴芯孔中所设的顶杆机构控制。所述顶杆机构由顶杆15、顶杆销18、压簧14和小压簧21组成，压簧14位于带内花键棘轮13与太阳轮17之间，并套设在曲柄中心轴1上，顶杆销18设在曲柄中心轴1的轴向槽孔中，小压簧21设在滑动太阳轮17的另一侧，顶杆15设在曲柄中心轴1的轴芯孔中。需要高速骑行时，推压顶杆15，顶杆销18迫使压簧14压缩，小压簧21推动太阳轮17与带内花键棘轮13啮合；需要转换低速时，后拉顶杆15，压簧14通过顶杆销18推动太阳轮17反向滑动，从而实现脱离。
由图6、图7和图8所示，鞍座29低设在前轮26与后轮27之间的车架28上，使人体骑行时保持后仰姿势。车架28上固定一流线型整流罩30。
有关理论分析和设计计算如下1、风阻力与迎风面积关系根据风阻力计算公式 Pw＝KFV2＝WV2公式(1)式中Pw-假定无自然风时，自行车行驶时迎风面积所造成的风阻力(N)F-为车和骑行者在垂直于地面的平面方向上的投影面积(m2)V-车速(km/h)W-空气阻力因数，为K和F的乘积K-空气阻力系数[N·h2/(km2·m2)]从上式中可看到，风阻力与迎风面积成正比，如果降低骑行者的高度，可以大大减少风阻力，如果采用前轮驱动结构，并将鞍座低设，骑行者向前蹬踏曲柄，人车高度可以降至1200～1250mm，迎风面积大大减少。
从平时骑行自行车时的实际体验也可以明显感到，减少风阻力对骑行效果的巨大影响。自行车虽然车速仅在20km/h左右，但顶风或顺风骑行，骑行者直座和弯腰水平方向的风阻有很大区别。所以降低人车高度，减少迎风面积是提高骑行效率的一个重要因素。
2、整流罩的作用公式(1)可知，W＝KF＝CρF公式(2)式中C-流线形系数，随车辆形状与表面光滑程度而定ρ-空气密度，对低速行驶的自行车来说为不变的常数(g/cm3)从公式(2)中可以看到流线形系数与空气阻力因数成正比。由此可见，配设整流罩后可以明显减小空气阻力因数W，从而降低风阻。这是因为加罩后车体呈流线型，表面光滑程度大大提高。
3、变速箱传动比设计和计算本方案快速变速箱传动比设计成3.5，慢速变速箱传动比设计成2.5，车轮直径设计成24英寸(φ609)，最高车速为20km/h。
(1)、快速变速箱变速箱采用渐开线行星齿轮传动机构，模数m＝0.8行星轮架20(系杆)作为输入，内齿圈19采用56齿，太阳轮17作为输出采用22齿，行星轮采用17齿。
传动比＝1+56/22＝3.545
即踏脚曲柄2转1圈(系杆转1圈)，太阳轮17转3.545圈，车轮快速转动。
(2)、慢速变速箱变速箱采用渐开线行星齿轮传动机构，模数m＝0.8行星轮架6(系杆)作为输入，内齿圈8采用58齿，太阳轮9作为输出采用38齿，行星轮采用10齿。
传动比＝1+58/38＝2.52即踏脚曲柄2转1圈(系杆转1圈)，太阳轮9转2.52圈，车轮慢速转动。
4、车速计算(1)、快档车速普通自行车轮径26英寸(φ660)，传动比为2.25，车速最高为15km/h。
曲柄转1圈，自行车前进S1＝πd1·2.25＝3.14×0.66×2.25＝4.66(m)本方案自行车轮径24英寸(φ609)，传动比为3.5。
曲柄转1圈，自行车前进S2＝πd2·2.25＝3.14×0.6×3.5＝6.69(m)快档车速＝15×6.69/4.66＝21.5(km/h)(2)、慢档车速按以上方法同样可以计算出慢档车速为15.1(km/h)。
上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种前轮行星齿轮驱动自行车，包括前轮[26]、后轮[27]、车架[28]、鞍座[29]、车把[31]、前叉[23]以及前轮驱动结构，其特征在于所述前轮驱动结构是在前轮轴线位置上装有踏脚曲柄[2]与行星齿轮机构组成的前轮直接传动结构，该行星齿轮机构由一个太阳轮[9]、至少三个行星轮[7]、行星轮架[6]和一个内齿圈[8]组成，其中，内齿圈[8]固定在前叉[23]前端，行星轮架[6]在支承行星轮[7]同时与曲柄中心轴[1]键连接，太阳轮[9]与曲柄中心轴[1 ]转动连接同时通过一侧所设的棘轮[10]与花鼓筒[12]一侧传动连接，花鼓筒[12]与曲柄中心轴[1]转动连接。
2.根据权利要求1所述的自行车，其特征在于所述花鼓筒[12]与前叉[23]的一侧设有一套行星齿轮机构，由此构成单速行星齿轮前轮驱动结构。
3.根据权利要求1所述的自行车，其特征在于所述花鼓筒[12]与前叉[23]的两侧分别设有一套行星齿轮机构，两套行星齿轮机构的传动比一大一小，其中，传动比大的行星齿轮机构中的太阳轮[17]通过一侧所设的花键结构与带内花键棘轮[13]轴向滑动离合，该滑动离合由曲柄中心轴[1]轴芯孔中所设的顶杆机构控制，由此构成双速行星齿轮前轮驱动结构。
4.根据权利要求3所述的自行车，其特征在于所述顶杆机构由顶杆[15]、顶杆销[18]、压簧[14]和小压簧[21]组成，压簧[14]位于带内花键棘轮[13]与太阳轮[17]之间，顶杆销[18]设在曲柄中心轴[1]的轴向槽孔中，小压簧[21]设在太阳轮[17]的另一侧，顶杆[15]设在曲柄中心轴[1]的轴芯孔中，顶杆[15]通过顶压顶杆销[18]迫使压簧[14]压缩，小压簧[21]推动太阳轮[17]与带内花键棘轮[13]啮合。
5.根据权利要求1所述的自行车，其特征在于所述鞍座[29]低设在前轮[26]与后轮[27]之间的车架[28]上，使人体骑行时保持后仰姿势。
6.根据权利要求5所述的自行车，其特征在于所述车架[28]上固定一流线型整流罩[30]。
专利摘要一种前轮行星齿轮驱动自行车，其特征在于所述前轮驱动结构是在前轮轴线位置上装有踏脚曲柄[2]与行星齿轮机构组成的前轮直接传动结构，该行星齿轮机构由一个太阳轮[9]、至少三个行星轮[7]、行星轮架[6]和一个内齿圈[8]组成，其中，内齿圈[8]固定，行星轮架[6]输入，太阳轮[9]通过棘轮[10]输出到花鼓筒[12]。采用一套行星齿轮机构构成单速驱动结构；采用传动比一大一小的两套机构用离合结构构成双速驱动结构。如果将鞍座[29]低设在前后轮之间，可使人体保持后仰骑行姿势，降低人车重心高度减少迎风面积；如果配设流线型整流罩，不仅可以挡风避雨以及遮阳，更重要的是通过光滑的流线型车外壳设计，减少风阻力，进一步提高骑行效率。
文档编号B62M11/16GK2623579SQ0322023
公开日2004年7月7日 申请日期2003年3月3日 优先权日2003年3月3日
发明者张密 申请人:张密