一种轮系式自行车骑行模拟器械的制作方法

本发明属于娱乐器械技术领域，具体涉及一种轮系式自行车骑行模拟器械。

背景技术：

目前，针对儿童的娱乐器械品种多样。这些器械在商场、小区、公园等场合大量使用。随着电子屏大量应用于娱乐器械，儿童开始长时间使用带电子屏的娱乐器械，而这会对视觉造成伤害。大部分儿童娱乐器械只有短暂的视觉冲击或心情愉悦，并没有实质性的体验。因此，设计一款适用于儿童娱乐且拥有锻炼功能的器械有极大的意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种机械传动、运作平稳的自行车骑行模拟器械，用以锻炼儿童的平衡协调性。

本发明包括车架、连杆架、颠簸俯仰装置、把手装置、脚踏装置、倾斜装置和底座。所述的倾斜装置包括倾斜模拟平台和电动推杆。所述倾斜模拟平台的一侧与底座构成转动副。所述电动推杆的一端与底座构成转动副，另一端与倾斜模拟平台构成转动副。

所述的颠簸俯仰装置包括从动非圆齿轮、主动非圆齿轮、中心轴、第一内齿轮、太阳轮、双联行星轮、行星架、第二内齿轮、周转架和俯仰驱动件。所述的第一内齿轮固定在倾斜模拟平台上；所述的中心轴及第二内齿轮均支承在倾斜模拟平台上。中心轴由俯仰驱动件驱动。中心轴、第一内齿轮及第二内齿轮同轴设置。所述的太阳轮及主动非圆齿轮均固定在中心轴上。所述行星架的一端与中心轴构成转动副，另一端与双联行星轮构成转动副。双联行星轮中的第一行星轮与太阳轮外啮合，与第一内齿轮内啮合。双联行星轮中的第二行星轮与第二内齿轮内啮合。第二内齿轮与周转架固定。周转架与从动非圆齿轮构成以从动非圆齿轮中心轴线为公共轴线的转动副。主动非圆齿轮与从动非圆齿轮外啮合。

所述连杆架的一端与车架后部的底端铰接，另一端与倾斜模拟平台铰接。车架前部的底端与从动非圆齿轮构成转动副。车架、从动非圆齿轮所构成转动副的公共轴线与周转架、从动非圆齿轮所构成转动副的公共轴线平行设置。车架后部的顶端固定有自行车坐垫。

所述的把手装置包括转向轴和把手。所述的转向轴支承在车架前部的顶端。转向轴的顶端与把手固定。

所述的脚踏装置包括自行车脚踏、脚踏轴和脚踏驱动件。所述的脚踏轴通过轴承支承在车架的后部。脚踏轴的两端与两个自行车脚踏分别固定。脚踏轴由脚踏驱动件驱动。脚踏轴的轴线与底座、倾斜模拟平台所构成转动副的公共轴线垂直。

所述的俯仰驱动件包括俯仰电机、第一同步轮、第二同步轮和第一同步带。所述的俯仰电机固定在倾斜模拟平台上。所述的第一同步轮固定在俯仰电机的输出轴上；所述的第二同步轮固定在中心轴上。第一同步轮与第二同步轮通过第一同步带连接。

所述的脚踏驱动件包括第二同步带、第三同步轮和脚踏电机。所述的脚踏电机固定在车架上。两个第三同步轮分别固定在脚踏轴和脚踏电机的输出轴上。两个第三同步轮通过第二同步带连接。

所述太阳轮的齿数为25；所述第一内齿轮的齿数为68；所述双联行星轮中的第一行星轮的齿数为21；所述第二内齿轮的齿数为67；所述双联行星轮中的第二行星轮的齿数为20。所述从动非圆齿轮、主动非圆齿轮、第一内齿轮、太阳轮、第二内齿轮及双联行星轮的模数均为2mm。

所述的把手装置还包括联轴器和转向电机；所述的转向电机固定在车架上。转向电机的输出轴通过联轴器与转向轴固定。

所述把手的朝向与倾斜模拟平台的倾斜方向时刻对应。

本发明具有的有益效果是：

1、本发明能够模拟自行车骑行时的不同姿态。在模拟过程中，人是被动服务的对象。使用者只要坐上去，机器能够自行运作，对于用户没有很高的技术要求。使用者在使用的过程中身体能够得到锻炼。

2、本发明采用非圆齿轮组来模拟震动，利用了非圆齿轮传动瞬时传动比不等的特性，从而更真实模拟骑行时的震动。

3、本发明通过电动推杆的伸缩，模拟左右倾斜。左右倾斜的方向与把手转动方向保持同步，保证了骑行时的合理姿态。

4、本发明能够应用于长期卧病在床者的复健。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明中倾斜装置的结构示意图；

图3是本发明中颠簸俯仰装置的结构示意图；

图4是本发明中把手装置的结构示意图；

图5是本发明中脚踏装置的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种轮系式自行车骑行模拟器械，包括车架1、连杆架2、颠簸俯仰装置3、把手装置4、脚踏装置5、倾斜装置6和底座8。

如图1和2所示，倾斜装置6包括倾斜模拟平台7、电动推杆29和支座31。两个支座31均固定在底座8上。两个支座31均通过轴承与倾斜模拟平台7的一侧构成转动副；两个支座31与倾斜模拟平台7所构成转动副的公共轴线共线。电动推杆29的一端与底座8构成转动副，另一端与倾斜模拟平台7构成转动副。倾斜模拟平台7在电动推杆29的推动下能够翻转。

如图1和3所示，颠簸俯仰装置3包括从动非圆齿轮9、主动非圆齿轮10、中心轴11、第一内齿轮12、太阳轮13、双联行星轮14、行星架15、第二内齿轮17、周转架18和俯仰驱动件。第一内齿轮12固定在倾斜模拟平台7上；中心轴11及第二内齿轮17均支承在倾斜模拟平台7上。中心轴11由俯仰驱动件驱动。中心轴11、第一内齿轮12及第二内齿轮17同轴设置。太阳轮13及主动非圆齿轮10均固定在中心轴11上。行星架15的一端与中心轴11构成转动副，另一端与双联行星轮14构成转动副。双联行星轮14中的第一行星轮与太阳轮13外啮合，与第一内齿轮12内啮合。双联行星轮14中的第二行星轮与第二内齿轮17内啮合。第二内齿轮17与周转架18固定。周转架18与从动非圆齿轮9构成以从动非圆齿轮9中心轴线为公共轴线的转动副。主动非圆齿轮10与从动非圆齿轮9外啮合。俯仰驱动件包括俯仰电机32、第一同步轮30、第二同步轮16和第一同步带33。俯仰电机32固定在倾斜模拟平台7上。第一同步轮30固定在俯仰电机32的输出轴上；第二同步轮16固定在中心轴11上。第一同步轮30与第二同步轮16通过第一同步带33连接。周转架18绕中心轴11转动，使得从动非圆齿轮9绕中心轴11公转。从动非圆齿轮9绕中心轴11的公转幅度大、速度慢，用以模拟骑行中的前倾和后仰。主动非圆齿轮10带动从动非圆齿轮9自转。从动非圆齿轮9的自转幅度小、速度慢，用以模拟骑行中的颠簸。由于非圆齿轮瞬时传动比不同，能够模拟出震动过程中的加速度变化。太阳轮13的齿数为25；第一内齿轮12的齿数为68；双联行星轮14中的第一行星轮的齿数为21；第二内齿轮17的齿数为67；双联行星轮14中的第二行星轮的齿数为20。从动非圆齿轮9、主动非圆齿轮10、第一内齿轮12、太阳轮13、第二内齿轮17及双联行星轮14的模数均为2mm。中心轴11与第二内齿轮17的转速比为45.63：1。

连杆架2的一端与车架1后部的底端铰接，另一端与倾斜模拟平台7铰接。车架1前部的底端与从动非圆齿轮9构成转动副。车架1、从动非圆齿轮9所构成转动副的公共轴线与周转架18、从动非圆齿轮9所构成转动副的公共轴线平行设置，且距离为120mm。车架1后部的顶端固定有自行车坐垫。

如图1和4所示，把手装置4包括转向电机19、联轴器20、转向轴21、把手22和立式轴承23。转向电机19及立式轴承23均固定在车架1前部的顶端上。转向轴21支承在立式轴承23上。转向轴21的底端通过联轴器20与转向电机19的输出轴固定，顶端与把手22固定。把手22的朝向与倾斜模拟平台7的倾斜方向时刻对应，用于模拟转弯时的姿态变化。

如图1和5所示，脚踏装置5包括自行车脚踏24、脚踏轴25、第三同步轮26、第二同步带27和脚踏电机28。脚踏电机28固定在车架1上。脚踏轴25通过轴承支承在车架1的后部。脚踏轴25的两端与两个自行车脚踏24分别固定。脚踏轴25的轴线与支座31、倾斜模拟平台7所构成转动副的公共轴线垂直。两个第三同步轮26分别固定在脚踏轴25和脚踏电机28的输出轴上。两个第三同步轮26通过第二同步带27连接。

本发明的工作原理是：

脚踏电机28转动，带动自行车脚踏24转动，模拟骑行时的脚踏动作。俯仰电机32转动，带动中心轴11转动，进而带动主动非圆齿轮10转动。主动非圆齿轮10带动从动非圆齿轮9自转。同时中心轴11带动双联行星轮14自转及公转，进而带动第二内齿轮17自转，实现从动非圆齿轮9的公转。从动非圆齿轮9自转幅度小、速度慢，用以模拟骑行中的颠簸。由于非圆齿轮不同时刻的瞬时传动比不同，故模拟出的颠簸过程中存在明显加速度变化，更加真实。从动非圆齿轮9的公转幅度大、速度慢，用以模拟骑行中的前倾和后仰。

转向电机19正转，使得把手22向一侧转动。电动推杆29伸出，倾斜模拟平台7翻转，倾斜模拟平台7翻转的方向与把手22转动方向相同。当倾斜模拟平台7的底面翻转至与水平面成10°角时，转向电机19反转，使得把手22向另一侧转动。电动推杆29缩回，倾斜模拟平台7翻转，倾斜模拟平台7翻转的方向与把手22转动方向相同。当倾斜模拟平台7底面翻转至与水平面成10°角时，转向电机19正转，电动推杆29伸出。转向电机19的转向及电动推杆29的伸缩依次循环往复。