本發(fā)明涉及自行車領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種高速自行車及其騎行方法。

背景技術(shù)：

人類腳步有跨步和蹬步之分，是由四條腿進(jìn)化和遺傳而來(lái)，分述于下。

1、遠(yuǎn)古的獸步

人用兩條腿走路，是由遠(yuǎn)古猿類的四條腿進(jìn)化而來(lái)。四條腿的動(dòng)物身體俯臥，奔跑時(shí)兩條后腿往后蹬，兩條前腿則往前伸；當(dāng)兩條前腿往后撐時(shí)，兩條后腿則順勢(shì)往前收回，完成一獸步循環(huán)。如細(xì)剖其后雙腿動(dòng)態(tài)則為：

一蹬小腿，此時(shí)小腿在膝關(guān)節(jié)處，由前向后收緊，第一次加速；

二蹬大腿和小腿，此時(shí)大腿后蹬，小腿繼續(xù)收緊，第二次加速；

三蹬小腿、大腿和腳，此時(shí)小腿在膝關(guān)節(jié)處，由收緊轉(zhuǎn)為向后蹬出，大腿和腳也同時(shí)蹬出，第三次加速。

這種后雙腿一步三蹬并向前收腿的獸步，經(jīng)過三次加速，速度達(dá)到最高值。

2、進(jìn)化的跨步

人類經(jīng)過漫長(zhǎng)的進(jìn)化形成可以只用兩條腿實(shí)現(xiàn)行走、奔跑等動(dòng)作。小腿走橫向、大腿走垂向。隨著臀大肌的進(jìn)化，一條腿用腳弓后蹬，另一條腿可以由大腿提小腿向前實(shí)現(xiàn)行走或奔跑，這種步伐稱為跨步。

3、遺傳的蹬步

人由四條腿的獸步，進(jìn)化為兩條腿跨步前進(jìn)，同時(shí)遠(yuǎn)古四條腿的獸步，其中兩條后腿的一步三蹬再收腿的功能和機(jī)制并未消失，而是遺傳、保留、潛在于人的雙腿之中，稱為蹬步。

4、腳踏自行車

腳踏自行車沿用至今都是采用腳腿踩踏的方式去推動(dòng)自行車前進(jìn)。如圖1和圖2所示，腳踏自行車，包括車架1'，所述車架1'的前端設(shè)置有前叉2'，所述前叉2'安裝有前輪3'，所述車架1'的后端設(shè)置有后輪支架4'，所述后輪支架4'安裝有后輪5'，所述車架1'上設(shè)置有鏈輪系統(tǒng)，所述鏈輪系統(tǒng)包括帶有中軸6'的鏈輪7'、飛輪8'和鏈條9'，所述鏈輪7'設(shè)置于車架1'底部且位于前輪3'和后輪5'之間，所述飛輪8'設(shè)置于后輪5'上，所述中軸6'的兩端均設(shè)置有曲柄，所述曲柄包括設(shè)置于右側(cè)的第一曲柄15'和設(shè)置于左側(cè)的第二曲柄17',第一曲柄15'轉(zhuǎn)動(dòng)連接有第一腳蹬16',第二曲柄17'轉(zhuǎn)動(dòng)連接有第二腳蹬18'，所述鏈輪7'和飛輪8'通過鏈條9’嚙合傳動(dòng)。

如圖3所示，第一曲柄15'轉(zhuǎn)至鏈輪7'最高點(diǎn)，第二曲柄17'轉(zhuǎn)至鏈輪7'最底點(diǎn)，自行車右側(cè)的大腿19'踩在第一腳蹬16’上，大腿19'與小腿20'間夾角A為銳角，小腿20'與第一曲柄15'成折線，另一側(cè)腳腿蹬直踩在第二腳蹬18'上。

如圖4所示，對(duì)曲柄運(yùn)轉(zhuǎn)的圓周分析，0°至180°提腿，180°至225°跨步，225°至360°施加豎直向下的作用力F₁。

豎直向下的作用力F₁＝F

第一曲柄15’力矩M＝∑FL

其中F為一塊肌肉所發(fā)出的力，L為曲柄投影長(zhǎng)度。

這是腳踏自行車起步后向前運(yùn)作的一種狀態(tài)，經(jīng)由大腿19'運(yùn)作帶動(dòng)小腿20'傳遞作用力至曲柄起步后，腳踏自行車就進(jìn)入提腿、跨步、腳踏的跨步運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。

5、高速自行車

今已知人身還潛在一種一步三蹬的蹬步，其為雙腳的大、小腿相繼發(fā)力使橫、豎蹬力越蹬越大，用以推動(dòng)自行車，且轉(zhuǎn)矩越轉(zhuǎn)越快。這種用蹬步來(lái)騎行的高速自行車有待開發(fā)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)上述問題，目的在于提供一種高速自行車及其騎行方法。

本發(fā)明的目的可以通過下述技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

1、一種高速自行車，包括車架，所述車架的前端設(shè)置有前叉，所述前叉安裝有前輪，所述車架的后端設(shè)置有后輪支架，所述后輪支架安裝有后輪，所述車架上設(shè)置有鏈輪系統(tǒng)，所述鏈輪系統(tǒng)包括帶有中軸的鏈輪、飛輪和鏈條，所述鏈輪設(shè)置于車架底部且位于前輪和后輪之間，所述飛輪設(shè)置于后輪上，所述中軸的兩端均設(shè)置有曲柄，所述曲柄上均轉(zhuǎn)動(dòng)連接有腳蹬，所述鏈條為閉合鏈條，所述鏈輪和飛輪之間設(shè)置有支架，所述鏈輪系統(tǒng)還包括導(dǎo)力鏈輪和兩導(dǎo)鏈鏈輪，所述導(dǎo)力鏈輪設(shè)置于支架上且靠近鏈輪設(shè)置，所述兩導(dǎo)鏈鏈輪為第一導(dǎo)鏈鏈輪和第二導(dǎo)鏈鏈輪，所述第一導(dǎo)鏈鏈輪和第二導(dǎo)鏈鏈輪設(shè)置于支架上且位于導(dǎo)力鏈輪和飛輪之間，所述第一導(dǎo)鏈鏈輪和第二導(dǎo)鏈鏈輪縱向排布且第一導(dǎo)鏈鏈輪設(shè)置于第二導(dǎo)鏈鏈輪上方，所述鏈輪與第一導(dǎo)鏈鏈輪、第一導(dǎo)鏈鏈輪與第二導(dǎo)鏈鏈輪、第二導(dǎo)鏈鏈輪與飛輪、飛輪與導(dǎo)力鏈輪、導(dǎo)力鏈輪與鏈輪依次通過所述鏈條連接實(shí)現(xiàn)嚙合傳動(dòng)。

所述第一導(dǎo)鏈鏈輪和第二導(dǎo)鏈鏈輪設(shè)置于導(dǎo)鏈鏈輪框架上，所述導(dǎo)鏈鏈輪框架固定于支架上且位于導(dǎo)力鏈輪和飛輪之間，所述導(dǎo)鏈鏈輪框架用于將第一導(dǎo)鏈鏈輪和第二導(dǎo)鏈鏈輪之間的鏈條與飛輪和導(dǎo)力鏈輪之間的鏈條分隔開，所述導(dǎo)鏈鏈輪框架與飛輪和導(dǎo)力鏈輪之間的鏈條之間具有間隙。

所述鏈輪的軸心和飛輪的軸心齊平，所述導(dǎo)力鏈輪的軸心高于鏈輪的軸心，所述第一導(dǎo)鏈鏈輪的軸心高于導(dǎo)力鏈輪的軸心，所述第二導(dǎo)鏈鏈輪的軸心低于鏈輪的軸心，所述鏈輪的最高點(diǎn)與第一導(dǎo)鏈鏈輪的最高點(diǎn)齊平，所述飛輪的最高點(diǎn)與導(dǎo)力鏈輪的最高點(diǎn)齊平，所述飛輪的最低點(diǎn)與第二導(dǎo)鏈鏈輪的最低點(diǎn)齊平。

所述導(dǎo)力鏈輪為鋼質(zhì)、尖齒滾珠鏈輪。

所述第一導(dǎo)鏈鏈輪和第二導(dǎo)鏈鏈輪為塑料平齒輪。

2、該高速自行車的騎行方法，用蹬步模式對(duì)腳蹬施加作用力，使鏈輪向后旋轉(zhuǎn)來(lái)使高速自行車前進(jìn)；起步前首先要滿足蹬步模式的起步要求，即任意一側(cè)的曲柄轉(zhuǎn)至鏈輪上部處時(shí)，該側(cè)腳腿踩在該側(cè)腳蹬上，該側(cè)的小腿和大腿之間的夾角成直角，該側(cè)的小腿與曲柄成一直線；使用蹬步模式騎行該高速自行車的具體步驟：

(1)右側(cè)曲柄轉(zhuǎn)至鏈輪上部處，對(duì)右側(cè)腳蹬施加水平朝向后輪方向的力，對(duì)應(yīng)的左側(cè)曲柄轉(zhuǎn)至鏈輪下部處，對(duì)左側(cè)腳蹬施加水平朝向前輪方向的力；

(2)右側(cè)曲柄從鏈輪上部處向鏈輪下部處旋轉(zhuǎn)，對(duì)右側(cè)腳蹬施加豎直向下的力，對(duì)應(yīng)的左側(cè)曲柄從鏈輪下部處向鏈輪上部處旋轉(zhuǎn)，左側(cè)提腿；

(3)右側(cè)曲柄轉(zhuǎn)至鏈輪下部處，對(duì)右側(cè)腳蹬施加水平朝向前輪方向的力，對(duì)應(yīng)的左側(cè)曲柄轉(zhuǎn)至鏈輪上部處，對(duì)左側(cè)腳蹬施加水平朝向后輪方向的力；

(4)右側(cè)曲柄從鏈輪下部處向鏈輪上部處旋轉(zhuǎn)，右側(cè)提腿，對(duì)應(yīng)的左側(cè)曲柄從鏈輪上部處向鏈輪下部處旋轉(zhuǎn)，對(duì)左側(cè)腳蹬施加豎直向下的力；

(5)按照順序重復(fù)步驟1至4；

其中，步驟(1)或步驟(3)作為高速自行車起步的第一步步驟。

本發(fā)明的有益效果：與現(xiàn)有的普通腳踏自行車相比，通過在鏈輪和飛輪之間增設(shè)導(dǎo)力鏈輪和兩導(dǎo)鏈鏈輪，實(shí)現(xiàn)鏈輪向后轉(zhuǎn)的同時(shí)飛輪向前轉(zhuǎn)，藉此結(jié)構(gòu)可采用蹬步，通過更舒暢有力的蹬腿方式騎行自行車；可無(wú)死角輕便地啟動(dòng)自行車；較普通腳踏自行車更輕快省力，且車速更快，速度是腳踏自行車的2.5倍。

附圖說(shuō)明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)腳踏自行車的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為現(xiàn)有技術(shù)腳踏自行車中鏈輪系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為現(xiàn)有技術(shù)腳踏自行車的跨步模式示意圖。

圖4為現(xiàn)有技術(shù)腳踏自行車的跨步運(yùn)轉(zhuǎn)示意圖。

圖5為本發(fā)明高速自行車的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為本發(fā)明高速自行車中鏈輪系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7為本發(fā)明高速自行車的蹬步模式示意圖。

圖8為本發(fā)明高速自行車的蹬步運(yùn)轉(zhuǎn)示意圖。

圖中部件標(biāo)號(hào)如下

圖1至圖4，腳踏自行車：1'車架、2'前叉、3'前輪、4'后輪支架、5'后輪、6'中軸、7'鏈輪、8'飛輪、9'鏈條、15'第一曲柄、16'第一腳蹬、17'第二曲柄、18'第二腳蹬、19'大腿、20'小腿、21'鞍座。

圖5至圖8，高速自行車：1車架、2前叉、3前輪、4后輪支架、5后輪、6中軸、7鏈輪、8飛輪、9鏈條、10支架、11導(dǎo)力鏈輪、12第一導(dǎo)鏈鏈輪、13第二導(dǎo)鏈鏈輪、14導(dǎo)鏈鏈輪框架、15第一曲柄、16第一腳蹬、17第二曲柄、18第二腳蹬、19大腿、20小腿、21鞍座、22腳。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施方式，使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更清楚地理解如何實(shí)踐本發(fā)明。盡管結(jié)合其優(yōu)選的具體實(shí)施方案描述了本發(fā)明，但這些實(shí)施方案只是闡述，而不是限制本發(fā)明的范圍。

1、高速自行車

如圖5至圖8所示，一種高速自行車，包括車架1，所述車架1的前端設(shè)置有前叉2，所述前叉2安裝有前輪3，所述車架1的后端設(shè)置有后輪支架4，所述后輪支架4安裝有后輪5，所述車架1上設(shè)置有鏈輪系統(tǒng)。所述鏈輪系統(tǒng)包括帶有中軸6的鏈輪7、飛輪8和鏈條9，所述鏈輪7設(shè)置于車架1底部且位于前輪3和后輪5之間，所述飛輪8設(shè)置于后輪5上，所述中軸6的兩端均設(shè)置有曲柄，所述曲柄上均轉(zhuǎn)動(dòng)連接有腳蹬，所述鏈條9為閉合鏈條，所述曲柄包括設(shè)置于右側(cè)的第一曲柄15和設(shè)置于左側(cè)的第二曲柄17,第一曲柄15轉(zhuǎn)動(dòng)連接有第一腳蹬16,第二曲柄17轉(zhuǎn)動(dòng)連接有第二腳蹬18。

所述鏈輪7和飛輪8之間設(shè)置有支架10，所述鏈輪系統(tǒng)還包括導(dǎo)力鏈輪11和兩導(dǎo)鏈鏈輪，所述導(dǎo)力鏈輪11設(shè)置于支架10上且靠近鏈輪7設(shè)置，所述兩導(dǎo)鏈鏈輪為第一導(dǎo)鏈鏈輪12和第二導(dǎo)鏈鏈輪13，所述第一導(dǎo)鏈鏈輪12和第二導(dǎo)鏈鏈輪13設(shè)置于支架10上且位于導(dǎo)力鏈輪11和飛輪8之間，所述第一導(dǎo)鏈鏈輪12和第二導(dǎo)鏈鏈輪13縱向排布且第一導(dǎo)鏈鏈輪12設(shè)置于第二導(dǎo)鏈鏈輪13上方，所述第一導(dǎo)鏈鏈輪12設(shè)置于第二導(dǎo)鏈鏈輪13之間具有間距，所述鏈輪7與第一導(dǎo)鏈鏈輪12、第一導(dǎo)鏈鏈輪12與第二導(dǎo)鏈鏈輪13、第二導(dǎo)鏈鏈輪13與飛輪8、飛輪8與導(dǎo)力鏈輪11、導(dǎo)力鏈輪11與鏈輪7依次通過所述鏈條9連接實(shí)現(xiàn)嚙合傳動(dòng)。藉此實(shí)現(xiàn)鏈輪7向后轉(zhuǎn)時(shí)，飛輪8向前轉(zhuǎn)。

在具體實(shí)施時(shí)，所述第一導(dǎo)鏈鏈輪12和第二導(dǎo)鏈鏈輪13設(shè)置于導(dǎo)鏈鏈輪框架14上，所述導(dǎo)鏈鏈輪框架14固定于支架10上且位于導(dǎo)力鏈輪11和飛輪8之間，所述導(dǎo)鏈鏈輪框架14用于將第一導(dǎo)鏈鏈輪12和第二導(dǎo)鏈鏈輪13之間的鏈條9與飛輪8和導(dǎo)力鏈輪11之間的鏈條9分隔開，所述導(dǎo)鏈鏈輪框架14與飛輪8和導(dǎo)力鏈輪11之間的鏈條9之間具有間隙。

在具體實(shí)施時(shí)，所述鏈輪7的軸心和飛輪8的軸心齊平，所述導(dǎo)力鏈輪11的軸心高于鏈輪7的軸心，所述第一導(dǎo)鏈鏈輪12的軸心高于導(dǎo)力鏈輪11的軸心，所述第二導(dǎo)鏈鏈輪13的軸心低于鏈輪7的軸心，所述鏈輪7的最高點(diǎn)與第一導(dǎo)鏈鏈輪12的最高點(diǎn)齊平，所述飛輪8的最高點(diǎn)與導(dǎo)力鏈輪11的最高點(diǎn)齊平，所述飛輪8的最低點(diǎn)與第二導(dǎo)鏈鏈輪13的最低點(diǎn)齊平。

在具體實(shí)施時(shí)，所述導(dǎo)力鏈輪11為鋼質(zhì)、尖齒滾珠鏈輪。

在具體實(shí)施時(shí)，所述第一導(dǎo)鏈鏈輪12和第二導(dǎo)鏈鏈輪13為塑料平齒輪。

2、高速自行車的騎行方法

高速自行車的騎行方法，用蹬步模式對(duì)腳蹬施加作用力，使鏈輪向后旋轉(zhuǎn)來(lái)使高速自行車前進(jìn)；起步前首先要滿足蹬步模式的起步要求，即任意一側(cè)的曲柄轉(zhuǎn)至鏈輪上部處時(shí)，該側(cè)腳腿踩在該側(cè)腳蹬上，該側(cè)的小腿和大腿之間的夾角成直角，該側(cè)的小腿與曲柄成一直線；使用蹬步模式騎行該高速自行車的具體步驟：

(1)第一曲柄15轉(zhuǎn)至鏈輪7上部處，對(duì)第一腳蹬16施加水平朝向后輪5方向的力，對(duì)應(yīng)的第二曲柄17轉(zhuǎn)至鏈輪7下部處，對(duì)第二腳蹬18施加水平朝向前輪3方向的力；

(2)第一曲柄15從鏈輪7上部處向鏈輪7下部處旋轉(zhuǎn)，對(duì)第一腳蹬16施加豎直向下的力，對(duì)應(yīng)的第二曲柄17從鏈輪7下部處向鏈輪7上部處旋轉(zhuǎn)，左側(cè)提腿；

(3)第一曲柄15轉(zhuǎn)至鏈輪7下部處，對(duì)第一腳蹬16施加水平朝向前輪3方向的力，對(duì)應(yīng)的第二曲柄17轉(zhuǎn)至鏈輪7上部處，對(duì)第二腳蹬18施加水平朝向后輪5方向的力；

(4)第一曲柄15從鏈輪7下部處向鏈輪7上部處旋轉(zhuǎn)，右側(cè)提腿，對(duì)應(yīng)的第二曲柄17從鏈輪7上部處向鏈輪7下部處旋轉(zhuǎn)，對(duì)第二腳蹬18施加豎直向下的力；

(5)按照順序重復(fù)步驟(1)至(5)；

其中，步驟(1)或步驟(3)作為高速自行車起步的第一步步驟。

3、蹬步模式和蹬步運(yùn)轉(zhuǎn)

如圖7所示，第一曲柄15轉(zhuǎn)至鏈輪7最高點(diǎn)，第二曲柄17轉(zhuǎn)至鏈輪7最底點(diǎn)，自行車右側(cè)的大腿19踩在第一腳蹬16上，大腿19與小腿20間夾角B為直角，小腿20與第一曲柄15成一直線，另一側(cè)腳腿踩在第二腳蹬18上，這是高速自行車起步運(yùn)轉(zhuǎn)前的一種狀態(tài)。通過小腿20蹬第一腳蹬16起步后，高速自行車就進(jìn)入向后一步三蹬的蹬步運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。其雙腳大小腿橫豎方向相繼發(fā)力，蹬力越蹬越大，推動(dòng)自行車的轉(zhuǎn)矩越轉(zhuǎn)越快，車速迅速提高。

4、蹬步模式的內(nèi)涵

分析本發(fā)明高速自行車運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的作用力情況。如圖8所示，將曲柄運(yùn)轉(zhuǎn)的圓周分為各為90°的四部分，0°至90°施加水平向后的作用力F₂，90°至180°施加豎直向下的作用力F₃，180°至270°施加水平向前的作用力F₄，270°至360°提腿，形成一循環(huán)。

起步后運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，正好與小腿走橫向、大腿走垂向相對(duì)應(yīng)。大腿受到曲柄阻擋，不能垂直運(yùn)動(dòng)；小腿無(wú)阻，橫向運(yùn)動(dòng)順暢；由于大腿不動(dòng)而小腿先動(dòng)，從而進(jìn)入蹬步系統(tǒng)，挖掘出雙腳一步三蹬潛在的動(dòng)力。

5、高速自行車的受力分析

高速自行車受力情況如下表所示：

表1高速自行車的受力分析

6、腳踏自行車的受力分析

現(xiàn)有技術(shù)腳踏自行車的受力情況。如圖4所示，0°至180°提腿，180°至225°跨步，225°至360°施加豎直向下的作用力F₁。

豎直向下的作用力F₁＝F

第一曲柄15’力矩M＝∑FL

其中F為一塊肌肉所發(fā)出的力，L為曲柄投影長(zhǎng)度。

7、高速自行車的性能

(1)車速比：因?yàn)樗俣扰c作用力成平方關(guān)系，根據(jù)表1，通過比較計(jì)算出高速自行車的車速V_高與腳踏自行車的車速V_踏比，具體計(jì)算過程如下：

(2)運(yùn)轉(zhuǎn)情況：高速自行車起步后，雙腳蹬力越蹬越大，轉(zhuǎn)矩越轉(zhuǎn)越快，提腿時(shí)獲短暫休息。因此，后蹬舒暢有力，運(yùn)轉(zhuǎn)更輕快省力。

(3)啟動(dòng)角度：高速自行車啟動(dòng)方便，360°全周角都可啟動(dòng)，無(wú)死角。

(4)鏈輪系統(tǒng)：高速自行車鏈輪7與飛輪8齒牙之比要較腳踏自行車增大，鏈條9采用換擋鏈條。

8、高速自行車的車架結(jié)構(gòu)

可從普通腳踏自行車的車架1’著手，如圖1所示，對(duì)照要求，進(jìn)行連接，要求及步驟如下：

(1)將鞍座21’向后移動(dòng)約一曲柄距離，使大小腿間夾角A由銳角增大到直角，如圖5中鞍座21和大小腿間夾角B所示。

(2)將前叉2’與水平面的夾角減小，如圖5中前叉2所示。

(3)后移后輪5’，使人體重心與后輪5’軸心之間距離保持在安全范圍之內(nèi)，如圖5中后輪5所示。

(4)最后連結(jié)其他構(gòu)件，就成為高速自行車的車架結(jié)構(gòu)，如圖5中高速自行車結(jié)構(gòu)所示。

應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于經(jīng)充分說(shuō)明的本發(fā)明來(lái)說(shuō)，還可具有多種變換及改型的實(shí)施方案，并不局限于上述實(shí)施方式的具體實(shí)施例。上述實(shí)施例僅僅作為本發(fā)明的說(shuō)明，而不是對(duì)本發(fā)明的限制。總之，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)包括那些對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)顯而易見的變換或替代以及改型。