本实用新型涉及自行车技术领域，具体涉及一种前后踏动的四杆驱动机构以及由其构成的省力自行车。
背景技术：
当前人们普遍使用的自行车是由脚踏曲柄圆周旋转启动和运行的，这种动力发动方式，使人力的有效利用率，不足百分之七十，且在曲柄与地面接近垂直时形成死角，使起动困难传动功率降至零。为克服这一缺点，已出现了许多方案，其中央视“我爱发明”20120424之彭带全发明的“脚踏互动臂自行车”，是一款由摆动式踏杆带动钢绳，驱动后轴飞轮旋转，实现自行车驱动的，它的特征是脚是前后踏动，两侧踏杆的联动是由一中间齿轮来实现的，钢绳的拉紧是由弹簧实现的，我们从视频中看到这种前后踏动的踏动方式，加上鞍座带有靠背，在用力踏动时，起到了支承的作用，特别是在长途骑行时，车速还是很快的，总之这种前后踏动的发力方式，是值得肯定的。
传统的自行车虽然机构简单，但是周向做功带动主链轮转动的方式较为费力，而且当曲柄与地面垂直时会出现死点，而踏动方式的自行车虽然有一定的省力效果，但由于其曲柄启动角的设计较小，使得力的转化率不高，由此造成更费力并且不够高效。因此无论是传统自行车，还是市场上出现的踩踏自行车，其运动过程中均会出现人力利用率不高的问题，影响了自行车的运动流畅性和省力效果。
技术实现要素：
本实用新型的目的之一在于提供一种省力提效的驱动机构，以解决现有技术中存在的因人力驱动过程中，曲柄启动角的设计较小，使得力的转化率不高，由此造成更费力并且不够高效技术问题；详见下文阐述。
本实用新型提供的一种省力提效的驱动机构，包括包括中轴、链轮、左踏杆、右踏杆、左曲柄、右曲柄、左连杆、右连杆、底座、踏杆轴以及机架，所述左踏杆和右踏杆的下端通过踏杆轴可转动连接在底座的左右两侧并以踏杆轴为中心前后摆动，左踏杆和右踏杆的上端均设有脚蹬；所述左踏杆和右踏杆的内侧均设有摇杆销，所述左曲柄和右曲柄的外端均设有曲柄销，所述左连杆和右连杆的一端通过摇杆销分别与左踏杆和右踏杆铰接，另一端通过曲柄销分别与左曲柄和右曲柄的外端铰接，所述左曲柄和右曲柄的内端铰接在中轴上并且相对中轴互为对称；所述中轴的旋心和设置在机架上的b点与链轮的中心同轴连接并构成一体结构，链轮固定在右曲柄的内侧；所述左踏杆和右踏杆通过压迫左连杆、右连杆以及左曲柄、右曲柄驱动中轴及链轮旋转，旋转的链轮和中轴通过左曲柄和右曲柄使中轴两侧的左踏杆和右踏杆相互联动。
优选地，当所述左踏杆或右踏杆到达终位时，对应与其相连的左连杆或右连杆的轴线以及对应的左曲柄或右曲柄的轴线共线，其传动角为0°。
优选地，左踏杆和右踏杆上设置的踏杆轴中心、摇杆销中心、脚蹬中心三者均在一条直线上，并且踏杆轴与摇杆销的中心距等于摇杆半径。
优选地，左踏杆和右踏杆的摆角ψ≤90°。
在踏距相同时，踏杆的摆角小则人脚踏的外力(f)的利用率越高，而摆角越大则人脚踏的外力(f)的利用率越低，不难理解，这是因为小摆角时踏杆外力踏动的区域在力效较高的中间区域，而大摆角时则踏杆外力所踏动的区域，已扩展至力效较低的两侧区域，即小摆角有利于提高人力的有效利用率，即增加了人力输入功的效率。
优选地，右踏杆处于运动的左极限的启动位时，右连杆与右曲柄之间的传动角，即曲柄启动角γ0≥45°。
大的曲柄启动角使输入端至输出端力的转换能力增大；
在机械原理的机构分析中，对于杆件的传动角与力的转换能力的关系时谈到：大的传动角能提高力的转换能力，即传动角的大小与力的转换能力成正比，我们希望在从动构件中，力的传动角越大越好，因此可以用传动角的正弦值，来表示其传力系数的大小，如用k表示传力系数时，则有：
k＝sinγ0，
如本新型推荐的启动角为γ0≥45°，则其传力系数范围为；
k＝sinγ0＝sin45°＝0.71，这说明本新型优选的力的转换率最低为71％，因此本新型在启动位时，其传力系数最低为71％，
而本实施例的γ0＝68°，
则k新＝sinγ0＝sin68°＝0.93，远大于传统自行车的k现＝sinγ0＝sin0°＝0。
优选地，机架、左踏杆和右踏杆、左连杆和右连杆通过中轴两端的左曲柄和右曲柄构成两组尺寸相同、位于中轴左右两侧并通过中轴联动的四杆驱动机构。
优选地，机架是四杆驱动机构的固定杆ab，其中a为踏杆轴的旋转中心，b为中轴的旋转中心。
优选地，左踏杆和右踏杆通过对机架的旋转和位移来改变踏动的方向和位置，从而实现两侧往复摆动式发力；构成将四杆驱动机构转换为轴的旋转驱动的人力机械和车辆。
本实用新型提供的一种省力提效的驱动机构至少具有以下有益效果：
左踏杆和右踏杆为前后踏动，其摆角小于90度，曲柄启动角大，无死点，驱动效率高，省力高效，并能够保留传统自行车的传动系统，实现了结构简单、构件少、重量轻、成本低，继承性好和功效好的优点，适用于各种自行车和人力车辆的改造和制造，及电动自行车的人力驱动。
本驱动机构可以让骑车更省时、更省力，其外观具有新、奇、特三个优势特点，它可以采用i＝48/18＝3的传动比，是现行车传动比的1.25倍，(已知现行车的标准传动比为i＝48/20＝2.4)；车速可以稳定达到18—20公里/小时，最高车速大于24公里/小时。它为消费者节省了体力成本和时间成本，从而在传统自行车市场之外又开辟出一个新型省力、快速自行车、人力车的新市场，既可用于设计新型车又可用于改造现行车。
本实用新型的另外一个目的在于提供一种省力提效的自行车，以解决现有技术中存在的因自行车驱动结构而导致的做功不流畅和骑行费力的技术问题，本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所述产生诸多技术效果，详见下文阐述。
为实现上述目的，本实用新型提供了以下技术方案：本实用新型提供的一种省力提效的自行车，包括后飞轮、链条和车架，以及上述的驱动机构，所述链条啮合在后飞轮和链轮上并通过链轮带动后飞轮转动，底座固定在车架的下平叉两侧上。
优选地，还包括设置在车架上的鞍座、活动靠背，所述鞍座设置在车架上部，所述活动靠背活动连接在鞍座上并根据车架的倾斜角度调整与鞍座的夹角。
值得说明的是，本新型技术不经任何改动，可以把本新型的驱动机构结构图，直接平移到让其链轮与躺车上现有的链轮二者相互重合的位置上时，设置各相关的有关零件，即完成了现行躺车的本新型的技术改造，具体说：
只要把躺车前端的长曲柄按本新型尺寸改为左、右短曲柄，在其外端设固定的曲柄销，及在躺车前端的链轮轴的支撑架上或杆上，在b点的后下方a处，设固定的左、右底座，其踏杆旋心即为a点，当这一改造过程完成后，当我们在躺车上反复踏动左、右踏杆时，躺车将达到高效驱动的目的，从而完成了本新型车技术在躺车上的应用扩展。因此本新型技术可以根据实际需要，通过对机架(ab)的旋转和位移，来改变踏杆踏动的方向和位置，从而实现“两侧往复摆动式发力转变为轴的旋转驱动”的所有人力机械和车辆。
本实用新型提供的省力提效的自行车至少具有以下有益效果：
通过在自行车、人力机械和人力车辆上，设置本新型的驱动机构，会使得它们更加省力高效，并且自行车、人力机械和人力车辆的设计，可以通过机架的角度和位置的调整，达到人力的最佳工作状态，从而实现多种应用拓展，使本新型技术更加具有生命力。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图和附图中机架(ab)的旋转和位移获得其他的实施例附图。
图1是本实用新型驱动机构的结构原理示意图；
图2是本实用新型自行车的结构示意图。
附图标记
1-车架，2-脚蹬，3-右踏杆，4-右连杆，5-曲柄销，6-机架，7-左踏杆，8-摇杆销，9-右曲柄，10-链轮，11-中轴，12-左曲柄，14-左连杆，15-底座，16-踏杆轴，18-链条，19-后飞轮，20-活动靠背，21-鞍座。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本实用新型所保护的范围。
实施例1：
本实用新型提供了一种省力提效的驱动机构，如图1-2所示，包括中轴11、链轮10、左踏杆7、右踏杆3、左曲柄12、右曲柄9、左连杆14、右连杆4、左右底座15和踏杆轴16，所述左踏杆7和右踏杆3的下端孔，通过踏杆轴16可转动连接在底座15的左右两侧并以踏杆轴16为中心前后摆动，左踏杆7和右踏杆3的上端均设有脚蹬2；所述左踏杆7和右踏杆3的内侧均设有摇杆销8，所述左曲柄12和右曲柄9的外端均设有曲柄销5，所述左连杆14和右连杆4的一端孔，通过摇杆销8分别与左踏杆7和右踏杆3铰接，另一端通孔过曲柄销5分别与左曲柄12和右曲柄9的外端铰接，特殊地，当摇杆销8和曲柄销5，分别固定在左右连杆14、4的内外两侧时，左右连杆14、4将通过摇杆销8和曲柄销5，分别与左右踏杆7、3，和左右曲柄12、9相铰接；所述左曲柄12和右曲柄9的内端，固定在中轴11两端上，并且相对中轴11互为对称；所述中轴11旋心，设置在机架上的b点，链轮10固定在右曲柄9的内侧，二者成为一体；所述左踏杆7和右踏杆3通过左连杆14、右连杆，压动该侧左曲柄12、右曲柄9驱动中轴11及链轮10旋转，并使中轴11两侧的左踏杆7和右踏杆3实现联动。
附图2是附图1中的驱动机构部份的放大图，图中左上角的脚蹬2上增加了向右的箭头，并有f的标记，表示人的蹬力大小为f，方向为向右，从图1和图2可见，这是一款把普通自行车的中轴11向前移动后，在其旋心b(即中轴11的中心)的左下方设摆动式的左踏杆7和右踏杆3，它们的旋转中心为a，其摆角为ψ，图中左侧的左踏杆7已经到达前终位，此时对应的左连杆14其两端孔的中心为e和d，而且e是左踏杆7上的摇杆销8的中心，d是左曲柄12上的曲柄销5的中心，从图可见：ed与曲柄中心连线mm在一条直线上，即左连杆14与左曲柄12在终位时共线，而此时的右踏杆3正处于启动位，此时对应的右连杆4其两端孔的中心为f和c，而且f是右踏杆3上的摇杆销8的中心，c是右曲柄9上的曲柄销5的中心，如果这时向前踏动右踏杆3，则会使右连杆4推动右曲柄9旋转。
实施例2：
在上述实施例的基础上，作为可选地实施方式，右曲柄9终位时，右连杆4轴线与其相连的右曲柄9的轴线共线，其传动角为0°。
实施例3：
在上述实施例的基础上，作为可选地实施方式，如图1所示，左踏杆7和右踏杆3上的踏杆轴16中心、摇杆销8中心、脚蹬2中心三者均在一条直线上，并且踏杆轴16、摇杆销8的中心间距等于设定的摇杆半径，左踏杆7和右踏杆3的摆角ψ≤90°。在踏距相同时，踏杆的摆角小则人脚踏的外力(f)的利用率越高，而摆角越大则人脚踏的外力(f)的利用率越低，不难理解，这是因为小摆角时踏杆外力踏动的区域在力效较高的中间区域，而大摆角时则踏杆外力所踏动的区域，已扩展至力效较低的两侧区域，即小摆角有利于提高人力的有效利用率，即增加了人力输入功的效率。
实施例4：
在上述实施例的基础上，作为可选地实施方式，本实施例左踏杆7和右踏杆3的摆角ψ＝68°，曲柄启动角γ0＝68°；
大的曲柄启动角使输入端至输出端力的转换能力增大；
在机械原理的机构分析中，对于杆件的传动角与力的转换能力的关系时谈到：大的传动角能提高力的转换能力，即传动角的大小与力的转换能力成正比，我们希望在从动构件中，力的传动角越大越好，因此可以用传动角的正弦值，来表示其传力系数的大小，如用k表示传力系数时，则有：
k＝sinγ0，
如本新型推荐的启动角为γ0≥45°，则其传力系数范围为；
k＝sinγ0＝sin45°＝0.71，这说明本新型优选的力的转换率最低为71％，因此本新型在启动位时，其传力系数最低为71％，
而本实施例的γ0＝68°，
则k新＝sinγ0＝sin68°＝0.93，远大于传统自行车的k现＝sinγ0＝sin0°＝0。
优选地，机架、左踏杆和右踏杆、左连杆和右连杆通过中轴两端的左曲柄和右曲柄构成两组尺寸相同、位于中轴左右两侧并通过中轴联动的四杆驱动机构。
实施例5：
本实用新型提供了一种省力提效的自行车，包括后飞轮19、链条18和车架1，以及上述的驱动机构，所述链条18啮合在后飞轮19和链轮10上并通过链轮10带动后飞轮19转动，底座15固定在车架1的下平叉两侧上；还包括设置在车架1上的鞍座21、活动靠背20，所述鞍座21设置在车架1上部，所述活动靠背20活动连接在鞍座21上并根据车架1的倾斜角度调整与鞍座21的夹角。
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，和附图中机架(ab)的旋转和位移,获得其他的实施例附图，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
1.一种前后踏动的四杆驱动机构，其特征在于，包括中轴(11)、链轮(10)、左踏杆(7)、右踏杆(3)、左曲柄(12)、右曲柄(9)、左连杆(14)、右连杆(4)、底座(15)、踏杆轴(16)以及机架(6)，所述左踏杆(7)和右踏杆(3)的下端通过踏杆轴(16)可转动连接在底座(15)的左右两侧并以踏杆轴(16)为中心前后摆动，左踏杆(7)和右踏杆(3)的上端均设有脚蹬(2)；所述左踏杆(7)和右踏杆(3)的内侧均设有摇杆销(8)，所述左曲柄(12)和右曲柄(9)的外端均设有曲柄销(5)，所述左连杆(14)和右连杆(4)的一端通过摇杆销(8)分别与左踏杆(7)和右踏杆(3)铰接，另一端通过曲柄销(5)分别与左曲柄(12)和右曲柄(9)的外端铰接，所述左曲柄(12)和右曲柄(9)的内端铰接在中轴(11)上并且相对中轴(11)互为对称；所述中轴(11)的旋心和设置在机架(6)上的b点与链轮(10)的中心同轴连接并构成一体结构，链轮(10)固定在右曲柄(9)的内侧；所述左踏杆(7)和右踏杆(3)通过压迫左连杆(14)、右连杆(4)以及左曲柄(12)、右曲柄(9)驱动中轴(11)及链轮(10)旋转，旋转的链轮(10)和中轴(11)通过左曲柄(12)和右曲柄(9)使中轴两侧的左踏杆(7)和右踏杆(3)相互联动。
2.根据权利要求1所述的一种前后踏动的四杆驱动机构，其特征在于，当所述左踏杆(7)或右踏杆(3)到达终位时，对应与其相连的左连杆(14)或右连杆(4)的轴线以及对应的左曲柄(12)或右曲柄(9)的轴线共线，其传动角为0°。
3.根据权利要求2所述的一种前后踏动的四杆驱动机构，其特征在于，所述左踏杆(7)和右踏杆(3)上设置的踏杆轴(16)中心、摇杆销(8)中心、脚蹬(2)中心三者均在一条直线上，并且踏杆轴(16)与摇杆销(8)的中心距等于摇杆半径。
4.根据权利要求3所述的一种前后踏动的四杆驱动机构，其特征在于，所述左踏杆(7)和右踏杆(3)的摆角ψ≤90°。
5.根据权利要求4所述的一种前后踏动的四杆驱动机构，所述右踏杆(3)处于运动的左极限的启动位时，右连杆(4)与右曲柄(9)之间的传动角，即曲柄启动角γ0≥45°。
6.根据权利要求5所述的一种前后踏动的四杆驱动机构，其特征在于，所述机架(6)、左踏杆(7)和右踏杆(3)、左连杆(14)和右连杆(4)通过中轴(11)两端的左曲柄(12)和右曲柄(9)构成两组尺寸相同、位于中轴(11)左右两侧并通过中轴(11)联动的四杆驱动机构。
7.根据权利要求6所述的一种前后踏动的四杆驱动机构，其特征在于，所述机架(6)是四杆驱动机构的固定杆ab，其中a为踏杆轴(16)的旋转中心，b为中轴(11)的旋转中心。
8.根据权利要求7所述的一种前后踏动的四杆驱动机构，其特征在于，所述左踏杆(7)和右踏杆(3)通过对机架(6)的旋转和位移来改变踏动方向和位置，从而实现两侧往复摆动式发力。
9.一种省力提效的自行车，其特征在于，还包括后飞轮(19)、链条(18)和车架(1)，以及权利要求1-8任一项所述的前后踏动的四杆驱动机构，所述链条(18)啮合在后飞轮(19)和链轮(10)上并通过链轮(10)带动后飞轮(19)转动，底座(15)固定在车架(1)的下平叉两侧上。
10.根据权利要求9所述的一种省力提效的自行车，其特征在于，还包括设置在车架(1)上的鞍座(21)、活动靠背(20)，所述鞍座(21)设置在车架(1)上部，所述活动靠背(20)活动连接在鞍座(21)上并根据车架(1)的倾斜角度调整与鞍座(21)的夹角。
技术总结