專利名稱：人力車雙邊擺動(dòng)式自限位踏桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于運(yùn)輸工具，B62M1/04類，人力車雙邊擺動(dòng)式自限位踏桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。
二、技術(shù)背景當(dāng)前，人們普遍使用的自行車是由腳踏曲柄圓周旋轉(zhuǎn)啟動(dòng)和運(yùn)行的，這種動(dòng)力發(fā)動(dòng)方式使人力的有效利用率不足百分之七十，且在當(dāng)曲柄與地面接近垂直時(shí)形成死角，使啟動(dòng)困難，傳遞功率降至零。為克服這個(gè)缺點(diǎn)，已出現(xiàn)了許多方案，其中申請(qǐng)?zhí)枮?7100267名稱為腳踏車動(dòng)力裝置的專利申請(qǐng)和專利號(hào)為ZL02229919·X的人力腳踏車踏桿式驅(qū)動(dòng)裝置實(shí)用新型專利，它們都是腳踏力通過擺動(dòng)式踏桿的直線邊直接對(duì)設(shè)于中軸曲柄外端的曲柄肖施壓，驅(qū)動(dòng)中軸旋轉(zhuǎn)和實(shí)現(xiàn)踏桿聯(lián)動(dòng)的。其中后者是前者的改進(jìn)發(fā)明，把滑塊改為滾輪變滑動(dòng)為滾動(dòng)。減小了磨擦阻力，但又因踏桿和滾輪間無定位連接措施，反使驅(qū)動(dòng)效率比前者下降，它們又都存在踏桿踏動(dòng)時(shí)空程較大而使驅(qū)動(dòng)效率和舒適度下降的缺點(diǎn)，難以實(shí)施。而人力車單邊擺動(dòng)式外限位踏桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的專利申請(qǐng)技術(shù)(對(duì)比文件)方案，雖然解決了空程大的問題，但又因增設(shè)了限位裝置使結(jié)構(gòu)復(fù)雜，機(jī)構(gòu)重量增加，同時(shí)還存在不能對(duì)下位曲柄限位，有曲柄空程角φ，使終位踏桿與始位踏桿不同步聯(lián)動(dòng)的缺點(diǎn)。
三、發(fā)明的目的和主要技術(shù)特征本發(fā)明的目的是提供一種可控制踏桿空程并能實(shí)現(xiàn)高效驅(qū)動(dòng)(功率為現(xiàn)行車功率1.5倍)和踏桿同步聯(lián)動(dòng)又不需另設(shè)限位裝置的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、成本低廉的人力車雙邊擺動(dòng)式自限位踏桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。
本發(fā)明人力車雙邊擺動(dòng)式自限位踏桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與對(duì)比文件方案的共同點(diǎn)是當(dāng)人力踏動(dòng)旋心設(shè)在中軸后部下平叉三角架2的固連組件3上的擺動(dòng)式踏桿9、9′時(shí)，腳踏力經(jīng)踏桿中段下部的工作邊，作用在設(shè)于由軸承7、7′固定在曲柄肖6、6′上的滾輪8、8′，使曲柄5、5′旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)中軸1和使雙側(cè)踏桿聯(lián)動(dòng)，它們都是當(dāng)曲柄中心線為鉛垂線時(shí)，由上位曲柄滾輪決定踏桿的始位，由下位曲柄滾輪決定踏桿的終位，并都是通過對(duì)終位踏桿的限位來實(shí)現(xiàn)的。而踏桿的高位均是由踏桿的工作邊在滾輪旋轉(zhuǎn)的外包絡(luò)園上部與之相切所形成，踏桿9、9′與固連組件3均有兩種連接方式一種是以孔與固連組件3上的踏桿軸4、4′動(dòng)配合連接固定，另一種是以軸與固連組件3上的踏桿套4、4′動(dòng)配合連接固定。踏桿擺角ψ＜60°，踏桿的工作邊截形可為直線或曲線，及二者的組合構(gòu)成。踏桿9、9′與滾輪8、8′有可分的開式和不可分的閉式兩種連接方式。本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)在設(shè)計(jì)固定之后，可以中軸軸心為軸，任意回轉(zhuǎn)，并與開式踏桿或閉式踏桿相配，從而組成各種垂直、水平或傾斜蹬踏的自行車和人力車。
本發(fā)明的特征是擺動(dòng)式踏桿的工作邊由相交的兩部份組成，位于前部的是限位驅(qū)動(dòng)邊，位于后部的是返回邊，工作邊的基本型為二相交的直線，其變型為每一工作邊均可由不同組合的直、曲線構(gòu)成。本發(fā)明踏桿空程小于踏桿總踏距的百分之五，曲柄啟動(dòng)角γo＝ψ＞40°，曲柄終位傳動(dòng)角γt＝0。
四、發(fā)明的內(nèi)容、優(yōu)點(diǎn)、用途。
附

圖1是本發(fā)明用于現(xiàn)行車的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖，從圖1可見本發(fā)明含有中軸1、下平叉三角架2、固連組件3、左、右踏桿軸或踏桿套4、4′，左、右曲柄5、5′，左、右曲柄肖6、6′，軸承7、7′，滾輪8、8′，左、右踏桿9、9′，左、右腳蹬10、10′，左、右加固桿11、11′，彈性元件12、12′其特征是具有雙邊擺動(dòng)式自限位踏桿，通過固連組件3上的踏桿軸或踏桿套4、4′固定在下平叉三角架2上，固連組件3既可焊接固定，也可是安裝固定，踏桿與固連組件的連接固定有兩種方式一種是以孔與固連組件3上的踏桿軸9、9′動(dòng)配合連接固定，另一種是以軸與固連組件3上的踏桿套9、9′動(dòng)配合連接固定，踏桿的雙工作邊位于踏桿的中段下部，其截形可是直線或曲線及二者的組合構(gòu)成。踏桿的工作邊由兩部份組成，位于前部的是限位驅(qū)動(dòng)邊，其作用主要是對(duì)終位踏桿和下位曲柄同時(shí)實(shí)行限位和中軸曲柄驅(qū)動(dòng)，同時(shí)兼有踏桿開始返回作用，位于踏桿限位驅(qū)動(dòng)邊之后的工作邊是返回邊，其主要作用是與限位驅(qū)動(dòng)邊一起共同實(shí)現(xiàn)下位曲柄無空程角(φ＝0)，保證終位踏桿無空程返回，使雙側(cè)踏桿同步聯(lián)動(dòng)，同時(shí)兼有控制踏桿空程的作用。上述二工作邊的基本型式為二相交的直線，其變型可分別由直、曲線的不同組合形式而構(gòu)成。
限位驅(qū)動(dòng)邊的特征是1、該邊在踏桿始位時(shí)，與上位曲柄滾輪的接觸點(diǎn)為該邊與滾輪的切點(diǎn)，既該邊上的驅(qū)動(dòng)點(diǎn)(開始驅(qū)動(dòng)點(diǎn))，該點(diǎn)的法線過滾輪中心，并與鉛垂線成曲柄啟動(dòng)角γo，且γo＞40°，該邊的后端點(diǎn)(既雙工作邊交點(diǎn)圖2、3中的點(diǎn)1)與上位曲柄滾輪外園面的距離小于0.5毫米。
2、該邊在踏桿終位時(shí)與下位曲柄滾輪的接觸點(diǎn)為該邊與滾輪的切點(diǎn)，既該邊上的限位點(diǎn)，該點(diǎn)的法線過曲柄中心和滾輪中心并與鉛垂線重合，曲柄力的傳動(dòng)角γt＝0，該邊的后端點(diǎn)(既雙工作邊交點(diǎn)圖2、3中的點(diǎn)1)與下位曲柄滾輪外園面的距離大于1/3滾輪直徑(d)。
3、在限位驅(qū)動(dòng)邊上，限位點(diǎn)在前，驅(qū)動(dòng)點(diǎn)在后，驅(qū)動(dòng)點(diǎn)前的工作段既為驅(qū)動(dòng)工作段，驅(qū)動(dòng)點(diǎn)和限位點(diǎn)之間的工作段的功能有二，既有驅(qū)動(dòng)功能又有初始，返回功能，稱為復(fù)合工作段，實(shí)施時(shí)把該復(fù)合段向兩端分別外延e值1＜e＜5以保證有可靠的驅(qū)動(dòng)和限位。
4、該邊在限位點(diǎn)前部采用下凹曲線的工作邊時(shí)，可明顯增大曲柄后1/3驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)角力的平均傳動(dòng)角，提高驅(qū)動(dòng)效率。
返回邊的特征是1、在踏桿終位時(shí)，返回邊在滾輪旋轉(zhuǎn)軌跡的內(nèi)包絡(luò)園的外部，而不與其相交。
2、當(dāng)采用的返回邊空程較大時(shí)，可在其前段采用曲率半徑大于或等于滾輪旋轉(zhuǎn)軌跡的外包絡(luò)園半徑的下凹曲線，有助于減小空程，提高驅(qū)動(dòng)效率。
本發(fā)明的踏桿與人力車單邊擺動(dòng)式外限位驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)一樣，按其與滾輪是否定位連接有兩種連接方式，一種是非定位連接可分的開式，一種是定位連接不可分的閉式，開式踏桿的特征是踏桿的下部既為工作邊，閉式踏桿的特征是踏桿下部設(shè)有封閉的環(huán)形槽，滾輪與糟為動(dòng)配合連接，滾輪可在槽中自由滾動(dòng)，而槽的上邊既為雙工作邊，開式踏桿須在踏桿9、9′和加固桿11、11′或車體之間，外設(shè)彈性元件12、12′，使踏桿對(duì)滾輪產(chǎn)生彈性壓力，使二者保持彈性壓緊狀態(tài)，形成可分的開式彈性接觸連接，而閉式踏桿則形成不可分的閉式定位連接。附圖5是本發(fā)明采用閉式踏桿組成的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，應(yīng)用在傾斜式踏動(dòng)的自行車上的實(shí)施例，從圖可見它是把附圖1中的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的開式踏桿改換成閉式踏桿9、9′并以中軸軸心1為軸，機(jī)構(gòu)整體旋轉(zhuǎn)α度而直接構(gòu)成。附圖6是本發(fā)明采用開式踏桿組成的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，應(yīng)用在傾斜蹬踏的自行車上的實(shí)施例，從圖可見它是把附圖1中的開式踏桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，以中軸軸心1為軸，機(jī)構(gòu)整體旋轉(zhuǎn)α度后，在加固桿11、11′與踏桿工作邊一側(cè)之間，加設(shè)拉力彈簧12、12′，其彈簧兩外端分別與加固桿11、11′和踏桿9、9′相連接，從而使踏桿通過工作邊與滾輪成壓緊接觸狀態(tài)。從上述可見，本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)在設(shè)計(jì)固定之后，踏桿旋心可以中軸軸心為軸，任意回轉(zhuǎn)，并與本發(fā)明中的開式或閉式踏桿相配。從而組成各種垂直、水平或傾斜蹬踏的自行車或人力車。
本發(fā)明踏桿的旋心可設(shè)在下平叉三角架2內(nèi)，或下部。踏桿返回工作邊必須保證踏桿的空程小于總踏距的5％。本發(fā)明左、右曲柄5、5′固定在中軸兩外端，互為對(duì)稱，其外端設(shè)固定的曲柄肖6、6′，軸承7、7′內(nèi)孔固定在曲柄肖6、6′上，外園則固定在滾輪8、8′的內(nèi)孔中，(如為滑動(dòng)軸承，則軸承外園與滾輪固定，而內(nèi)孔與曲柄肖為動(dòng)配合連接)。
附圖1為本發(fā)明開式踏桿用于現(xiàn)行車的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖。
附圖2為本發(fā)明踏桿兩種工作邊組合的工作示意圖。
附圖3為本發(fā)明踏桿基本型工作邊的受力求功圖。
附圖4為本發(fā)明閉式踏桿用于現(xiàn)行車的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖。
附圖5為本發(fā)明采用閉式踏桿組成的傾斜踏動(dòng)自行車示意圖。
附圖6為本發(fā)明采用開式踏桿組成的傾斜踏動(dòng)自行車示意圖。
圖1是本發(fā)明的變型工作邊擺動(dòng)式自限位的開式踏桿組成的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，在現(xiàn)行車上的應(yīng)用實(shí)例，圖中曲柄處于與地面成垂直位，踏桿的工作邊由直線的返回邊和直、曲線組合的限位驅(qū)動(dòng)邊共同構(gòu)成，踏桿啟動(dòng)位對(duì)曲柄力的傳動(dòng)角為γo，踏桿擺角為ψ且γo＝ψ＞40°開式踏桿由其下部外伸桿桿端和貨架立管間設(shè)拉力彈簧12、12′實(shí)現(xiàn)踏桿和滾輪的彈性壓力接觸連接。
圖2是直線基本型工作邊和圖1中采用的變型工作邊的工作示意圖，有關(guān)參數(shù)如下(長(zhǎng)度單位毫米，角度單位度，力的單位公斤)圖中以工作邊代表踏桿。
A——踏桿和曲柄旋心距 γo——踏桿始位時(shí)的曲柄啟動(dòng)角L——踏桿長(zhǎng)γt——曲柄下終位力的傳動(dòng)角(γt＝0)h總——踏桿總踏距 β——踏桿高位對(duì)應(yīng)的曲柄滾輪中心線h——踏桿有效踏距與鉛垂線交角(β＝∠HoCGo)Δh——踏桿空程r——組成踏桿返回邊的切線園半徑δ——踏桿空程角 r′——組成踏桿驅(qū)動(dòng)邊復(fù)合段的切線園半徑ψ——踏桿有效擺角 R′——變型的限位驅(qū)動(dòng)邊前部曲線半徑R——曲柄中心距e——限位驅(qū)動(dòng)邊復(fù)合段(23)兩端外延長(zhǎng)度d——滾輪直徑 F——垂直地面的腳踏恒力圖中虛線兩種工作邊踏桿高位位置線。
B1(H)——雙直線工作邊組合踏桿高位(基本型)B1H——直、曲線工作邊組合踏桿高位(變型)圖中實(shí)線B1(G)——雙直線工作邊組合踏桿始位(開始工作位)B1G——直、曲線工作邊組合踏桿始位(開始工作位)B1(E)——雙直線工作邊組合踏桿終位B1E——直、曲線工作邊組合踏桿終位圖中直線OCt——過曲柄旋心的鉛垂線MN——始位踏桿對(duì)該位(曲柄)滾輪的壓力線。
ACK——過曲柄旋心的水平線12345——限位驅(qū)動(dòng)工作邊123——限位驅(qū)動(dòng)工作邊復(fù)合工作段曲線 ——變型的限位驅(qū)動(dòng)工作邊的曲線(園弧)驅(qū)動(dòng)工作邊。
圖中點(diǎn)1—雙工作邊交點(diǎn)2—限位驅(qū)動(dòng)邊上的驅(qū)動(dòng)點(diǎn)并與中心為Go的滾輪切點(diǎn)Go′重合3—限位驅(qū)動(dòng)邊上的限位點(diǎn)，并與中心為Gt的滾輪切點(diǎn)Gt′重合4—限位驅(qū)動(dòng)邊上的限位點(diǎn)前延e值后所成的點(diǎn)5—限位驅(qū)動(dòng)邊的外端點(diǎn)(既腳蹬軸中心)Go—上位曲柄滾輪中心。B—踏桿旋轉(zhuǎn)中心Gt—下位曲柄滾輪中心。C—曲柄旋轉(zhuǎn)中心Go′—始位踏桿限位驅(qū)動(dòng)工作邊與該位曲柄滾輪的壓力切點(diǎn)Gt′—終位踏桿限位驅(qū)動(dòng)工作邊與該位曲柄滾輪的壓力切點(diǎn)Ho—踏桿高位對(duì)應(yīng)的該位曲柄滾輪中心Ho′—踏桿高位時(shí)，返回工作邊與對(duì)應(yīng)的該位滾輪切點(diǎn)。
從圖中可見在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)基本參數(shù)A、R、d、L、ψ、δ、r、r′確定之后它們(基本型、變型工作邊)的主要區(qū)別是在限位驅(qū)動(dòng)邊1 2 3 4 5的前段4 5段，基本型是直線1 2 3 4的延長(zhǎng)線，變型的為半徑為R′的園弧線(點(diǎn)4為切點(diǎn))，既二方案有共同的直線返回邊，和限位驅(qū)動(dòng)邊上的復(fù)合工作段(1 23)及其外延長(zhǎng)度為e的34段，后者在限位驅(qū)動(dòng)邊前段采用下凹的園弧曲線的目的主要是增大曲柄后1/3驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)角力的平均傳動(dòng)角，提高驅(qū)動(dòng)效果。而返回邊B1采用以r為半徑的切線園相切的直線的目的是減小踏桿空程擺角δ，同時(shí)也就是在踏桿總踏距h總決定之后，使空程Δh減小，本圖中按h總＝350的相同比例實(shí)測(cè)Δh＝13，則 (＜5％設(shè)計(jì)允許值)而踏桿始位(啟動(dòng)位)的力的傳動(dòng)角既啟動(dòng)角γo實(shí)測(cè)γo＝43.5°(＞40°設(shè)計(jì)允許值)為對(duì)比文件方案啟動(dòng)角γo的二倍以上，既大的啟動(dòng)角，小的踏桿空程是本發(fā)明技術(shù)方案，提高驅(qū)動(dòng)效率的原因之一。另外從圖中可見本發(fā)明踏桿終位時(shí)的返回邊B1在曲柄滾輪旋轉(zhuǎn)的內(nèi)包絡(luò)園外部不與該園相交，因此在下位曲柄滾輪被動(dòng)向上旋轉(zhuǎn)時(shí)，首先是沿著限位驅(qū)動(dòng)邊后部的復(fù)合段從點(diǎn)3經(jīng)點(diǎn)2至端點(diǎn)1滾動(dòng)接觸，然后從1沿園B(半徑為r)的切線返回邊滾動(dòng)接觸，使終位踏桿無空程返回。圖中的踏桿限位驅(qū)動(dòng)邊在踏桿終位時(shí)，由于其直線部份與鉛垂線ot垂直，二線交點(diǎn)既為限位驅(qū)動(dòng)邊上的限位點(diǎn)3，同時(shí)限位點(diǎn)3又是下位曲柄滾輪Gt與限位驅(qū)動(dòng)邊復(fù)合工作段(1 2 3 4)的切點(diǎn)Gt′，因此當(dāng)外力通過踏桿作用在該點(diǎn)上時(shí)，其壓力作用線，必與ot線重合并通過下位(曲柄)滾輪中心Gt，這時(shí)曲柄力的傳動(dòng)角γt＝0，從而在使曲柄限位的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了踏桿的終位限位。
綜上所述，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是空程小，啟動(dòng)角大，驅(qū)動(dòng)效率高，踏桿在具有自限位功能的同時(shí)又能對(duì)下位曲柄限位，空程角為零，而不需另設(shè)單獨(dú)的限位裝置，能使踏桿同步聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了高效驅(qū)動(dòng)，達(dá)到了省力和快速的目的。并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕、(機(jī)構(gòu)平均單重為2公斤)成本低。本發(fā)明保留了現(xiàn)行車的傳動(dòng)系統(tǒng)和部件，(僅縮短了曲柄中心距)并保留了變速車的變速系統(tǒng)和部件，最大程度的利用了已成熟的現(xiàn)行車現(xiàn)有技術(shù)。從而實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，構(gòu)件少、重量輕、成本低、繼承性好和騎行輕快省力的目的。本發(fā)明適用于所有自行車，包括水平蹬踏和傾斜蹬踏的自行車、人力車，并可用于電動(dòng)自行車的人力驅(qū)動(dòng)，且車速可達(dá)到每小時(shí)16～18公里，故可明顯加大其一次充電后的續(xù)行里程，而不使車速下降，當(dāng)用于自行車時(shí)，最高車速每小時(shí)24公里，其正常車速可穩(wěn)定達(dá)到每小時(shí)18～20公里，相當(dāng)于電動(dòng)自行車的車速，且具有車體輕、造價(jià)低、不充電、環(huán)保、節(jié)能、健身的優(yōu)點(diǎn)。
五、發(fā)明的技術(shù)效果圖3是本發(fā)明踏桿基本型(直線)工作邊的受力求功圖，它實(shí)際上就是圖2中的雙直線組合工作邊所組成的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖，只是把圖2中踏桿外端點(diǎn)5沿其擺動(dòng)園弧下移后成為圖3中新的踏桿外端點(diǎn)，圖中把曲柄旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的右半園周等分為六個(gè)區(qū)段，各段夾角均為π/6(弧度)，其園上的各等分點(diǎn)為0、1、2、3、4、5、6，圖中示出了各點(diǎn)位的滾輪外廊位置，和與各位置滾輪對(duì)應(yīng)的踏桿工作位置(其外端踏動(dòng)點(diǎn)分別為0′、1′、2’、3′、4′、5′、6′)而踏桿與滾輪在各位置上的壓力工作點(diǎn)也既二者的切點(diǎn)分別為0o、1o、2o、3o、4o、5o、6o，圖中曲柄旋心C與各位置踏桿與滾輪的壓力作用線(過切點(diǎn)與滾輪中心)的距離以ei表示并分別為e1e2……e6，圖中的GE線是踏桿外端點(diǎn)擺動(dòng)弧的鉛垂切線，圖中以li表示踏桿各位置處外端點(diǎn)與該線的距離，分別為l0l1……l6，圖中以Ki表示各等分位置上滾輪與限位驅(qū)動(dòng)邊的切點(diǎn)ii與踏桿旋心B的連線長(zhǎng)度，并分別以K0、K1、K2、K3、K4、K5、K6示出，并以li′表示各切點(diǎn)向限位驅(qū)動(dòng)邊復(fù)合工作段的生成園B(半徑為r′)所作切線與生成園相切的各對(duì)應(yīng)切點(diǎn)01、11、21、31、41、51、61的連線長(zhǎng)度，分別為l0′、l1′……l6′，圖中BQ為水平線，ACK為過曲柄中心的水平線，oct線為過曲柄旋心的鉛垂線。本圖中示出的曲柄的旋向?yàn)轫槙r(shí)針方向，M曲阻是作用在旋轉(zhuǎn)曲柄上的運(yùn)行阻力矩，方向?yàn)槟鏁r(shí)針方向。當(dāng)垂直于地面的外施恒力F作用在踏桿外端點(diǎn)i′時(shí)，由于作用在i位滾輪曲柄上的M曲阻的作用，使該位滾輪通過與該限位驅(qū)動(dòng)邊的切點(diǎn)Oi，產(chǎn)生一作用于踏桿的支承力Ni，其方向由滾輪中心點(diǎn)指向切點(diǎn)io，與此同時(shí)踏桿限位驅(qū)動(dòng)邊也會(huì)產(chǎn)生一大小與Ni相等，方向與之相反的反作用力Fi作用于滾輪上，曲柄將在該力作用下，克服曲柄阻力矩M曲阻實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。現(xiàn)以踏桿開始驅(qū)動(dòng)的工作始位為例求出在踏桿啟動(dòng)位(O′)由恒外力F產(chǎn)生的由O位的滾輪曲柄作用在踏桿上的支承力No，和由No產(chǎn)生作用于曲柄上的反力Fo(虛線矢)及求Fi的一般公式從圖可見，作用在踏桿上的外力有兩個(gè)，既F和No，踏桿在此二力的共同作用下保持平衡，如二力分別對(duì)踏桿旋心B點(diǎn)取力矩則(L—l0)F—l0′No＝0……(1)式中L—踏桿長(zhǎng)l0—踏桿外端點(diǎn)(O′)與鉛垂線(GE)的距離l0′—切點(diǎn)(Oo)和向半徑為r′的園B所作切線在園B上的切點(diǎn)(O1)的連線長(zhǎng)(l0′＝OoO1)從上式中可求出支承反力No為No=L-l0l0′F······(2)]]>在直角三角形BO1O0中，∠BO1O0＝90°故
O1O0=l0′=K02-r′2······(3)]]>把式中(3)代入(2)得No=L-l0K02-r′2F·········(4)]]>式中Ko—為切點(diǎn)(Oo)與踏桿旋心B的連線長(zhǎng)度(Ko＝BOo)r′—限位驅(qū)動(dòng)邊復(fù)合工作段生成園半徑(定值)由于踏桿對(duì)曲柄的反作用力Fo與支承反力No大小相等方向相反故Fo=No=L-l0K02-r′2F······(5)]]>則普遍的有公式Fi=L-liKi2-r′2F=L-lili′F······(6)]]>用公式(6)求出曲柄各點(diǎn)處作用在曲柄上的力Fi的值后，既可求出該力對(duì)曲柄的各點(diǎn)位處的曲柄轉(zhuǎn)矩Mi，由其既可求出曲柄各區(qū)段 內(nèi)的平均轉(zhuǎn)矩 從而可求出曲柄的各區(qū)段功 最后把區(qū)段功代數(shù)相加既可求出踏桿單程踏距h的單程有效功W單。已知本機(jī)構(gòu)的有關(guān)參數(shù)為(其具體含義見圖2及其說明)A＝292，d＝45，R＝111，h＝339，L＝459，r′＝133，并按相同比例實(shí)測(cè)本圖上踏桿和曲柄滾輪在各點(diǎn)位的有關(guān)尺寸li為l0＝18.2，l1＝2.7，l2＝0.6，l3＝10，l4＝27，l5＝45.4，l6＝52.6Ki為K0＝287，K1＝339，K2＝376.5，K3＝391，K4＝388，K5＝362，K6＝317ei為e0＝77，e1＝98.8，e2＝109.5，e3＝103.6，e4＝84，e5＝48，e6＝0下面是具體求功過程1、求滾輪在各等分點(diǎn)位處的踏桿作用力Fi應(yīng)用公式(6)Fi=L-liKi2-r′2F=L-liKi2-1332F=L-liKi2-17689F]]>代入上述有關(guān)數(shù)據(jù)求得F0＝1.73F，F(xiàn)1＝1.46F，F(xiàn)2＝1.3F，F(xiàn)3＝1.22F，F(xiàn)4＝1.19F，F(xiàn)5＝1.23F，F(xiàn)6＝1.41F2、求滾輪在各等分點(diǎn)位處的踏桿作用力Fi對(duì)曲柄旋心的主動(dòng)轉(zhuǎn)矩Mi應(yīng)用公式Mi＝Fi·ei……(7)上式中ei為力Fi的壓力作用線至曲柄旋心的距離(見上述實(shí)測(cè)的ei值)，則可由(7)式求得曲柄各點(diǎn)位上的主動(dòng)轉(zhuǎn)矩為M0＝133.2F，M1＝144.2F，M2＝142.4F，M3＝126.4F，M4＝100F，M5＝59F，M6＝0
3、求曲柄各區(qū)段 內(nèi)的平均主動(dòng)轉(zhuǎn)矩 應(yīng)用公式 既可求得曲柄各區(qū)段的平均主轉(zhuǎn)矩為Mcp①＝138.7F，Mcp②＝143.3F，Mcp③＝134.4F，Mcp④＝113.2F，Mcp⑤＝79.5F，Mcp⑥＝29.5F4、求曲柄各區(qū)段 外力所作的功 應(yīng)用公式 式中的 為區(qū)段轉(zhuǎn)角，并以弧度單位表示，則可求出各曲柄等分區(qū)段內(nèi)外力所作的功為W①＝72.6F，W②＝75F，W③＝70.3F，W④＝59.2F，W⑤＝41.6F，W⑥＝15.4F5、求踏桿單程踏距對(duì)曲柄所作的單程總功W單總應(yīng)用公式 則有W單總＝72.6F+75F+70.3F+59.2F+41.6F+15.4F＝334.1F6、求踏桿作功的效率ηw應(yīng)用公式 則本發(fā)明采用雙直線邊組合的作功效率為ηw=334.1F350F%=95.5%]]>(＞95％的設(shè)計(jì)最低值)已知現(xiàn)行車圓周踏動(dòng)曲柄的作功效率為η＝0.637，則本發(fā)明作功的效率是現(xiàn)行車的倍數(shù)為 (倍)如取現(xiàn)行車驅(qū)動(dòng)效率為1，則本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)效率是現(xiàn)行車的1.5倍。
如果設(shè)現(xiàn)行車的功率為1，則本發(fā)明技術(shù)方案的功率將為現(xiàn)行車功率的1.5倍。如果多出的功率用于提速，則可使本發(fā)明方案自行車的車速為現(xiàn)行車的1.2倍，既比現(xiàn)行車提速0.2倍(既五分之一)；如果多出的功率用于省力時(shí)，則可比現(xiàn)行車省力三分之一。這就是本發(fā)明的技術(shù)效果。(具體證明請(qǐng)查閱ZL99101685·8的發(fā)明專利說明書第14、15、16頁)。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明人力車雙邊擺動(dòng)式自限位踏桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)含有中軸(1)、下平叉三角架(2)、固連組件(3)、左、右踏桿軸或踏桿套(4、4′)、左、左曲柄(5、5′)、左、右曲柄肖(6、6′)、軸承(7、7′)、滾輪(8，8′)、左、右踏桿(9、9′)、左、右腳蹬(10、10′)、左、右加固桿(11、11′)、彈性元件(12、12′)，本發(fā)明人力車雙邊擺動(dòng)式自限位踏桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與對(duì)比文件人力車單邊擺動(dòng)式外限位踏桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)方案的共同點(diǎn)是當(dāng)入力踏動(dòng)旋心設(shè)在中軸后部下平叉三角架(2)的固連組件(3)上的擺動(dòng)式踏桿(9、9′)時(shí)，腳踏力經(jīng)踏桿中段下部的工作邊，作用在設(shè)于由軸承(7、7′)固定在曲柄肖(6、6′)上的滾輪(8、8′)，使曲柄(5、5′)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)中軸(1)和使雙側(cè)踏桿聯(lián)動(dòng)，它們都是當(dāng)曲柄中心線為鉛垂線時(shí)，由上位曲柄滾輪決定踏桿的始位，由下位曲柄滾輪決定踏桿的終位，并都是通過對(duì)終位踏桿的限位來實(shí)現(xiàn)的，而踏桿的高位均是由踏桿的工作邊在滾輪旋轉(zhuǎn)的外包絡(luò)園上部與之相切所形成，踏桿(9、9′)與固連組件(3)均有兩種連接方式一種是以孔與固連組件(3)上的踏桿軸(4、4′)動(dòng)配合連接固定，另一種是以軸與固連組件(3)上的踏桿，套(4、4′)動(dòng)配合連接固定踏桿擺角Ψ＜60°，踏桿的工作邊截形可為直線或曲線，及二者的組合構(gòu)成，踏桿(9、9′)與滾輪(8、8′)有可分的開式和不可分的閉式兩種連接方式，相應(yīng)的踏桿稱為開式踏桿和閉式踏桿，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)在設(shè)計(jì)固定之后，可以中軸軸心為軸，任意回轉(zhuǎn)，并與開式或閉式踏桿相配從而，組成各種垂直、水平或傾斜蹬踏的自行車和人力車，踏桿空程小于踏桿總踏距的百分之五，本發(fā)明的特征是擺動(dòng)式踏桿的工作邊由相交的兩部份組成，位于，前部的是限位驅(qū)動(dòng)邊，位于后部的是返回邊，工作邊的基本型為二相交的直線，其變型為每一工作邊均可由不同組合的直、曲線構(gòu)成，曲柄啟動(dòng)角γ。＝Ψ＞40°，曲柄終位傳動(dòng)角γt＝0。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人力車雙邊擺動(dòng)式自限位踏桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征是踏桿的限位驅(qū)動(dòng)邊在踏桿始位時(shí)與上位曲柄滾輪的接觸點(diǎn)為該邊與滾輪的切點(diǎn)，既該邊上的驅(qū)動(dòng)點(diǎn)，該點(diǎn)的法線過滾輪中心，并與鉛垂線成曲柄啟動(dòng)角γo，限位驅(qū)動(dòng)邊在踏桿終位時(shí)，與下位曲柄的滾輪接觸點(diǎn)為該邊與滾輪的切點(diǎn)，既該邊上的限位點(diǎn)，該點(diǎn)的法線過曲柄中心和滾輪中心并與鉛垂線重合，曲柄力的傳動(dòng)角γt＝0，限位驅(qū)動(dòng)邊的后端點(diǎn)，既雙工作邊交點(diǎn)與上位曲柄的滾輪外園面的距離小于0.5毫米，與下位曲柄的滾輪外園面的距離大于1/3滾輪直徑d，在限位驅(qū)動(dòng)邊上，限位點(diǎn)在前，驅(qū)動(dòng)點(diǎn)在后，驅(qū)動(dòng)點(diǎn)前的工作段既為驅(qū)動(dòng)工作段，驅(qū)動(dòng)點(diǎn)和限位點(diǎn)之間的工作段的功能有二，既有驅(qū)動(dòng)功能又有初始返回功能，稱其為復(fù)合工作段，實(shí)施時(shí)把該復(fù)合段向兩端分別外延e值1＜e＜5，以保證有可靠的驅(qū)動(dòng)和限位，在限位驅(qū)動(dòng)邊限位點(diǎn)前部采用下凹曲線的工作邊時(shí)，可明顯增大曲柄后1/3驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)角力的平均傳動(dòng)角。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人力車雙邊擺動(dòng)式自限位踏桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征是踏桿在終位時(shí)，返回邊在滾輪旋轉(zhuǎn)軌跡的內(nèi)包絡(luò)園的外部，而不與其相交，當(dāng)采用的返回邊空程較大時(shí)，可在其前段采用曲率半徑大于或等于滾輪旋轉(zhuǎn)軌跡的外包絡(luò)園半徑的下凹曲線，有助于減小空程。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人力車雙邊擺動(dòng)式自限位踏桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征是踏桿與滾輪有兩種連接方式，一種是非定位連接可分的開式，一種是定位連接不可分的閉式，開式踏桿的特征是踏桿的下部既為雙工作邊，閉式踏桿的特征是踏桿下部設(shè)有封閉的環(huán)形槽，滾輪與槽為動(dòng)配合連接，滾輪可在槽中自由滾動(dòng)，槽的上邊既為雙工作邊，開式踏桿須在踏桿(9、9′)和加固桿(11、11′)或車體之間，外設(shè)彈性元件(12、12′)使踏桿對(duì)滾輪產(chǎn)生彈性壓力，使踏桿和滾輪保持彈性壓緊狀態(tài)，形成可分的開式彈性接觸連接，而閉式踏桿則形成不可分的閉式定位連接。
全文摘要
人力車雙邊擺動(dòng)式自限位踏桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)?？s短現(xiàn)行車曲柄中心距，在曲柄外端設(shè)曲柄銷，滾輪通過軸承固定在曲柄銷上，當(dāng)踏動(dòng)雙工作邊的擺動(dòng)式踏桿時(shí)，滾輪帶動(dòng)曲柄，使中軸旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，而下位曲柄上的滾輪由下向上帶動(dòng)低位踏桿上行。本發(fā)明采用了雙邊(直、曲線)組合式自限位踏桿，使曲柄啟動(dòng)角γ
文檔編號(hào)B62M1/24GK1586973SQ20041006435
公開日2005年3月2日 申請(qǐng)日期2004年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月18日
發(fā)明者金洪烈 申請(qǐng)人:金洪烈