专利名称：一种高速省力的新型自行车的制作方法
技术领域：
本发明是对自行车驱动链轮的一种改进，使其结构更附合人的习惯和特点，并达到省力的目的。这种链轮的结构为一扁圆形结构。
对骑车的运动过程分析一下可以发现当一只脚把脚踏板由水平到垂直的过程，从运动学角度上可以分为三个阶段(如
图1、图2所示)第一阶段为加速运动阶段，在这一阶段中力是最有效作功阶段，第二阶段为维持匀速运动或克服部分阻力作减速运动阶段，在这一阶段由于角θ的增大，很大一部分力分解为作用于轴上的力，所以力在这一阶段并没有作更多的功。当人用力而未作功时人的能量同样要消耗，所以此段的作功效率较低。第三阶段为惯性转动。由于θ趋近于π/2所以力臂几乎为零，力矩也趋近于零。按正常的骑车习惯，这段都是靠惯性转动。
本发明的扁圆形链轮的形状为，在运动的第一阶段其半径基本保持不变，或随θ增大稍有减小，但减小极小。这一段大约为30°～45°。因为此时有效的作用力为人施加力的70%以上。在第二三阶段其半径随θ增大按一定规律逐渐减小，并达到一个定值b。以上变化过程在链轮转动一周时共完成了四次。这样就可以得到一个完整的扁圆型链轮轮廓，就可以制造出扁圆形链轮。本文提到的扁圆外形可以是椭圆或按上述规律画出的凸轮曲线等。
下面对这种扁圆形链轮进行受力分析(如图3、图4所示)，并与圆形链轮作一下比较。通过比较可以发现这种扁圆形链轮存在很多优点。
设扁圆形链轮的长轴为a短轴为b，后链轮的半径为ro，同时再设另一圆形普通链轮半径为a，后链轮也为ro，并且有O1A1＝O2A2，若两车处于相同的阻力下运行(既为阻力矩相等)，那么可以得到F1’＝F2’。
首先考虑两车都处于第一阶段的情况，由于扁圆形链轮的在这一段上半径基本不变，所以两车的加速运动情况相同。
第二阶段，维持匀速运动或克服部分阻力作减速运动阶段。并设M1，M2分别为两车的合力矩，方向如图3，4所示。
由受力分析可得下式M1＝F1O1A1·cosθ1-F1’R’-①M2＝F2O2A2·cosθ2-F2’a-②若F1＝F2，并且处于同样的角度时，即θ1＝θ2。那么比较①及②式可以得出 M1 ＜ M2 。由于此时θ减小，F1’R’＞F1OA1·cosθ1，F2’a＞F2O2A2·cosθ2。M1，M2为负值，表示力矩为阻力矩。由此可得出用同样的力扁圆形链轮的阻力矩更小，并且由于半径减小，传动比也相应减小，链轮转速也更快，可以快速通过作功效率低的阶段。如果扁圆形链轮与圆形链轮作相同减速运动，即M1＝M2，那么，F1＜F2。扁圆链轮比圆形链轮更省力。
当M1＝M2＝0时，是维持匀速运动的情况，由于R’逐渐减小，所以R’＜a。那么，由式①及②比较可以得出F1＜F2，也就是说维持同样的匀速运动扁圆形链轮更省力。
在第三阶段，由于θ角趋近于π/2，所以力臂极小，也趋于零。一般在这阶段靠惯性转动。惯性转动包括自身的转动惯性，另外，后链轮对驱动链轮也有带动作用。
由于在第二阶段扁圆链轮的传动比小于圆形链轮，而且也比后者更省力。所以扁圆形链轮的转动要快于圆形链轮。那么扁圆形链轮的惯性也更大，将快于圆形链轮通过附近的区域。
另外，由于扁圆链轮的传动比逐渐减小，后链轮对扁圆形链轮的带动也比对圆形链轮的带动的反力矩小。由上述两个因素可以得出在惯性阶段，扁圆链轮可以更快地通过，而重新进入有效作功阶段。这对要以高速行驶的运动员或普通使用者都是最为理想的。
综上所述，采用扁圆形链轮的自行车，可比圆形链轮自行车更省力，速度也更快。
权利要求
1.一种采用扁圆形驱动链轮的自行车，其特征在于链轮的形状为扁圆形，并且链轮的长半轴与角踏板臂垂直。
2.按权力要求1规定的自行车其扁圆形链轮的半径特征为在π/2角度范围内，在长半轴向短半轴方向过渡的过程中，在长半轴线附近半径基本不变或稍有减小，但减小量极小，而后半径按一定的规律减小直到短半轴半径。其它四分之三圆同样按上述规律变化，由这样的四段圆弧对称连成的圆滑曲线，而构成一个扁圆形链轮。
3.按权力要求1及2中提到的扁圆定义为一类非圆形的有长半轴及短半轴并由圆滑曲线连成的封闭曲线，它包括椭圆及按权力要求2提到规律而画出的凸轮曲线等。
全文摘要
本发明是对自行车前驱动链轮的一种改进，其结构特征为一扁圆形链轮。链轮半径按一定的规律变化。从而在骑车的整个过程中不断地改变前链轮与后链轮的传动比与阻力矩使车的驱动过程更符合人的骑车习惯与特点。使用这种链轮的自行车可以更快更省力。
文档编号B62M9/08GK1067623SQ9110375
公开日1993年1月6日 申请日期1991年6月8日 优先权日1991年6月8日
发明者何立新 申请人:何立新