劉曉芬　陳秋江　鐘密　閆聰

1　前言

自行車的結構分析與設計，具體來說可以從騎車運動學、結構、材料強度、加工方法、可靠性等方面進行考慮，尤其應當考慮的是人與自行車的協調關系。與傳統的自行車相比，該自行車的車架及傳動結構被重新設計，使得該自行車更加舒適，適用于追求個性的人群。曠紅梅等人[3]分析了現有騎姿下人體的受力情況和人機工程學問題，諸如，鞍座對會陰的壓迫、手臂長時間受靜壓、脊柱后凸導致頸部與腰部疼痛，對休閑自行車的騎姿進行了改進設計。本文針對目前自行車結構特點，探索一種輕型省力自行車的設計。

2　結構設計

2.1　工作原理

本文一種新型座椅重力助力式齒傳動自行車，通過人坐在座椅上依靠重力直接下壓座椅，使座椅支撐軸在車架立管的管腔內下移，并通過座椅支撐軸下部的線性伸縮末端通過曲軸將線性力矩轉換為轉矩輸出，以為自行車的主動齒輪盤軸的轉動助力，以加速帶動主動齒輪盤旋轉實現省力騎行的目的。結合座椅支撐軸下部的線性伸縮末端與主動齒輪盤的盤體之間設有的曲柄搖桿機構具有的急回特性為座椅支撐軸和座椅的復位回升提供助力。結合座椅支撐軸下部車架立管管腔內安裝的自動回升機構實現并解決座椅支撐軸的復位回升問題；實現齒傳動自行車的省力騎行目的；該新型自行車整體結構簡單緊湊，傳動穩(wěn)定高效，使用壽命更長，更適合戶外公共自行車改裝使用。

2.2　結構組成

新型座椅重力助力式齒傳動自行車，具有由車把、車架、座椅、車輪、車輪輻條、手剎和盤剎組成。座椅底部安裝座椅支撐軸，座椅支撐軸下部密封套裝于車架車架立管內并與車架立管管腔滑動適配。車架立管管腔內隨座椅受人體重力沿車架立管管腔軸向下移的座椅支撐軸的活塞主軸裝有自動回升機構，且座椅支撐軸下部的線性伸縮末端通過曲軸將線性力矩轉換為轉矩后聯接自行車的主動齒輪盤軸，以為自行車主動齒輪盤軸安裝的主動齒輪盤提供助力動能。主動齒輪盤的盤體與座椅支撐軸下部的線性伸縮末端之間通過可構成曲柄搖桿機構的曲柄搖桿聯接，并通過曲柄搖桿機構的急回特性為座椅支撐軸的線性伸縮末端的復位回升助力。主動齒輪盤的主動齒輪盤軸上裝有帶腳蹬的自行車制動曲柄。由曲柄制動并提供轉動動力的主動齒輪盤的盤端面垂直傳動嚙合主動錐齒輪；并通過主動錐齒輪帶動齒傳動自行車的傳動主軸一端轉動。齒傳動自行車的傳動主軸另一端安裝自行車后輪的被動錐齒輪并帶動其轉動，被動錐齒輪垂直傳動并嚙合自行車后輪的被動齒輪盤并帶動其轉動，被動齒輪盤帶動被動齒輪盤軸轉動以為自行車后輪的轉動提供制動動力。新型自行車結構如圖1所示。

2.3　該結構設計優(yōu)勢

（1）該新型自行車通過人坐在座椅上依靠重力直接下壓座椅，使座椅支撐軸在車架立管的管腔內下移，并通過座椅支撐軸下部的線性伸縮末端通過曲軸連接自行車車輪制動用的主動齒輪盤軸，并為主動齒輪盤軸的轉動加速助力，通過人身體的下壓重力加速帶動主動齒輪盤的旋轉，實現齒傳動自行車省力騎行的目的；

圖1　新型自行車結構簡圖

（2）新型自行車制動用主動齒輪盤曲柄搖桿機構的設置，更有利于座椅支撐軸被下壓移動后的復位回升，并且自動回升機構利用氣缸套筒、雙活塞、雙壓力彈簧實現座椅支撐軸、以及座椅支撐軸下部線性伸縮末端的復位回升，結構簡單，重力做功更為高效；

（3）新型自行車有效解決了齒傳動自行車騎行費力的技術問題，結構簡單、傳動穩(wěn)定高效，易維護，可實現較大的傳動比，且結構更為緊湊，使用壽命更長。

3　總結

新型自行車通過結構設計實現省力騎行的目的，解決了齒傳動自行車騎行費力的技術問題，且新型結構簡單，體積緊湊，傳動穩(wěn)定高效，可實現較大的傳動比，且使用壽命較鏈傳動更長。

[1]劉東岳，邱 虹.自行車結構分析與設計[J].城市建設理論研究，2013（30）.

[2]張 敏，沈精虎，張文彬.躺式自行車自頂向下的參數化設計[J].機械，2017（6）：62～66.

[3]曠紅梅，楊隨先.基于人機工程學的自行車騎姿改進設計[J].機械，2007（3）.