專利名稱：腳踏驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的制作方法
腳踏驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)涉及一種機(jī)械式力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，特別是涉及腳踏自行車的力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。
現(xiàn)有腳踏驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)如自行車的曲拐踏板機(jī)構(gòu)等均采用圓周循環(huán)踏動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式，即腳踏力作用于踏板，踏板軸連動(dòng)曲拐繞中軸作圓周轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)鏈輪通過鏈條把驅(qū)動(dòng)力矩傳到后輪，驅(qū)動(dòng)自行車等實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)。這種驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)有以下缺點(diǎn)(1)整個(gè)腳踏力作用于半圓周上，有效驅(qū)動(dòng)位置小于180°，即在曲拐位于與腳踏力平行的上下死點(diǎn)位置時(shí)無驅(qū)動(dòng)力矩。(2)在踏板自上死點(diǎn)向下死點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的小于180°的范圍內(nèi)，踏動(dòng)力如假設(shè)為垂直向下且大小不變，則除曲拐運(yùn)動(dòng)到水平一點(diǎn)外，其他位置均為踏動(dòng)力的一個(gè)與曲拐垂直的分力起到驅(qū)動(dòng)作用，與曲拐平行的另一個(gè)分力完全起不到驅(qū)動(dòng)作用。(3)考查從上死點(diǎn)到下死點(diǎn)間的半圓周驅(qū)動(dòng)行程，設(shè)曲拐有效半徑為R，踏動(dòng)力F恒定且垂直向下，則踏動(dòng)力作功為2RF，踏動(dòng)力與所經(jīng)過的路程的乘積為πRF，由此看曲拐機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)效率為2RF/πRF＝63.66％。(4)根據(jù)人體下肢的踏動(dòng)運(yùn)動(dòng)機(jī)理，腿部在屈曲程度較大時(shí)，踏動(dòng)伸直過程中腳部的運(yùn)動(dòng)速度較快但踏動(dòng)力較小和易使人疲勞；腿部越接近伸直，腳部運(yùn)動(dòng)速度越慢但踏動(dòng)力越大。這與曲拐踏板機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過程相矛盾，即曲拐與踏動(dòng)力接近垂直時(shí)，踏動(dòng)力沿踏動(dòng)圓周切線方向分力最大，驅(qū)動(dòng)效率處于最高狀態(tài)，但此時(shí)踏動(dòng)力較??；當(dāng)踏板運(yùn)動(dòng)到越接近下死點(diǎn)位置時(shí)，踏動(dòng)力越大，但驅(qū)動(dòng)效率卻越低。這種矛盾使得人的有限體力得不到充分發(fā)揮而且極易疲勞。(5)圓周循環(huán)踏動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式?jīng)Q定了踏板上下和前后活動(dòng)幅度相同，這就決定了踏動(dòng)力作用點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的半圓周必須在身體重心的下方偏前位置，不利于踏動(dòng)時(shí)發(fā)力。以自行車為例更能說明問題，上坡時(shí)，踏動(dòng)力作用點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的半圓周進(jìn)一步相對(duì)前移，而上坡時(shí)又需要更大的踏動(dòng)力驅(qū)動(dòng)自行車前行，所以人們上坡騎自行車時(shí)，往往不得不增加向前俯身的動(dòng)作，這必然又增加了人體腰背部和臀部肌肉的疲勞。(6)觀察自行車的圓周循環(huán)踏動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，踏動(dòng)圓周下死點(diǎn)位置必須離開地面較大距離(一般大于100mm)，因?yàn)槿绻摼嚯x較小時(shí)，如遇到地面不平，運(yùn)動(dòng)到下死點(diǎn)的踏板極易與地面凸起接觸，接觸瞬間踏板受曲拐限制無法向上或向后運(yùn)動(dòng)，必然會(huì)導(dǎo)致踏板與地面強(qiáng)烈干涉，影響騎行。另外，由于自行車車座距地面的高度應(yīng)根據(jù)用車人腿長(zhǎng)調(diào)定，踏動(dòng)下死點(diǎn)位置較高必然增加騎車人腿部的平均屈曲程度，導(dǎo)致踏動(dòng)驅(qū)動(dòng)效率降低和增加疲勞程度。
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有圓周循環(huán)踏動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)存在的上述缺點(diǎn)，提供一種能充分發(fā)揮腳踏力驅(qū)動(dòng)效果的高效、省力的腳踏驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的將搖桿和凸輪巧妙組合起來，組成搖桿凸輪機(jī)構(gòu)，或在搖桿凸輪機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加部分零件，形成四桿凸輪機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)踏動(dòng)過程的上下往復(fù)和踏動(dòng)過程中連續(xù)變速驅(qū)動(dòng)。其內(nèi)容結(jié)合


如下踏驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是由踏板、桿件、輪、軸組成，兩套搖桿凸輪機(jī)構(gòu)分別置于機(jī)架4的兩側(cè)，凸輪7反向?qū)ΨQ裝在機(jī)架4上的主軸8上，滾輪5固定于搖桿3上，搖桿3的一端通過鉸接軸6鉸接在機(jī)架4上，另一端裝有踏板1，裝在搖桿上的滾輪5可沿凸輪7的輪廓線滾動(dòng)。
所說的凸輪7的輪廓線分為驅(qū)動(dòng)段和回程段兩部分，機(jī)架4兩側(cè)的滾輪5與凸輪7安裝位置是當(dāng)一側(cè)滾輪5到達(dá)距主軸最近的驅(qū)動(dòng)段末時(shí)，另一側(cè)滾輪5越過其對(duì)應(yīng)的凸輪7上的最遠(yuǎn)點(diǎn)提前進(jìn)入驅(qū)動(dòng)段。
踏板1可裝在與搖桿3鉸接的擺桿9上，并在擺桿9與機(jī)架4之間裝有副桿10，搖桿3、擺桿9、副桿10與機(jī)架4構(gòu)成四桿凸輪機(jī)構(gòu)。
本發(fā)明與圓周循環(huán)踏動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)1.無死點(diǎn)。當(dāng)機(jī)架一側(cè)機(jī)構(gòu)踏動(dòng)行程結(jié)束，即滾輪沿凸輪輪廓運(yùn)動(dòng)到距主軸最近距離的近死點(diǎn)位置時(shí)，機(jī)架另外一側(cè)，反向?qū)ΨQ凸輪推動(dòng)搖桿向上運(yùn)動(dòng)已經(jīng)越過凸輪的遠(yuǎn)死點(diǎn)，使機(jī)構(gòu)處于驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，兩側(cè)交替踏動(dòng)時(shí)即可實(shí)現(xiàn)無死點(diǎn)。
2.通過零件尺寸、連接點(diǎn)位置的合理設(shè)計(jì)，可使踏動(dòng)行程的各段保持與踏動(dòng)方向基本一致，獲得較理想的驅(qū)動(dòng)效率。
3.整個(gè)踏動(dòng)行程上連續(xù)變速。根據(jù)人體下肢的踏動(dòng)運(yùn)動(dòng)機(jī)理，對(duì)凸輪輪廓進(jìn)行設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)慢--快--慢的連續(xù)變速踏動(dòng)驅(qū)動(dòng)。先慢有利于人體下肢抬過最高點(diǎn)后跟上踏板向下的運(yùn)動(dòng)；后快有利于屈曲程度較大的下肢實(shí)現(xiàn)發(fā)力小和快速運(yùn)動(dòng)；最后漫使得越來越接近伸直、運(yùn)動(dòng)速度下降的下肢能更好地發(fā)力踏動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。
4.踏動(dòng)過程和回程過程踏板前后運(yùn)動(dòng)幅度同樣小，故可將踏動(dòng)行程設(shè)計(jì)到距人體重心水平距離較近的位置而不擔(dān)心回程時(shí)人體下肢過于靠后。對(duì)自行車來說，可將上坡時(shí)人體重心相對(duì)后移對(duì)驅(qū)動(dòng)效果的影響減少到一定程度，進(jìn)一步減緩疲勞。
5.降低人體重心，取得最佳驅(qū)動(dòng)效果和穩(wěn)定性。以自行車為例采用新腳踏驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，凸輪與滾輪可以分離，如遇到地面凸起對(duì)踏板產(chǎn)生干擾時(shí)，踏板可向上被動(dòng)抬起，而不會(huì)與地面產(chǎn)生強(qiáng)烈干涉，因而可將下死點(diǎn)設(shè)定在距地面較近的高度。這樣一方面可適當(dāng)把車座調(diào)低，降低人體重心，提高行駛穩(wěn)定性與安全性，另一方面可使踏動(dòng)行程內(nèi)下肢平均屈曲程度降低而改善驅(qū)動(dòng)效果和降低疲勞。
6.人性化設(shè)計(jì)。以普通自行車為例，車座可根據(jù)用車人身高調(diào)整，但踏動(dòng)行程大小卻無法根據(jù)用車人身材調(diào)整。如應(yīng)用本發(fā)明，則可通過采用輪廓線不同的凸輪實(shí)現(xiàn)按用車人身材調(diào)整踏動(dòng)行程的大小和連續(xù)變速過程，達(dá)到人性化設(shè)計(jì)的目的。
綜上所述，腳踏驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)具有高效、省力、人性化等優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)由以下實(shí)施例及附圖給出。
圖1是根據(jù)本發(fā)明提出的搖桿凸輪機(jī)構(gòu)示意圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明提出的四桿凸輪機(jī)構(gòu)示意圖。
下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明根據(jù)本發(fā)明提出的具體結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)及工作情況。
本發(fā)明有兩種實(shí)施方案方案一為雙搖桿凸輪機(jī)構(gòu)參閱圖1搖桿3上裝有踏板軸2和滾輪5，當(dāng)腳踏力作用于踏板1時(shí)，搖桿3繞鉸接軸6向下旋轉(zhuǎn)，滾輪5推動(dòng)凸輪7正向轉(zhuǎn)動(dòng)，由于凸輪7與主軸8固定連接，轉(zhuǎn)動(dòng)力矩由主軸8傳遞出去。當(dāng)圖示一側(cè)搖桿3旋轉(zhuǎn)到最下端位置即滾輪5沿凸輪7的輪廓運(yùn)動(dòng)到距主軸8最近的位置時(shí)，圖示一側(cè)的腳踏驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)不再產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力矩，處于死點(diǎn)位置，但機(jī)架4另外一側(cè)的滾輪已沿凸輪輪廓運(yùn)動(dòng)越過了最高點(diǎn)，機(jī)構(gòu)處于驅(qū)動(dòng)狀態(tài)(參閱圖3)。此時(shí)，在另外一側(cè)腳踏力作用下，主軸繼續(xù)輸出力矩，同時(shí)圖1所示一側(cè)凸輪7輪廓推動(dòng)滾輪5抬起搖桿3使踏板1返回到最高點(diǎn)位置完成一個(gè)工作循環(huán)。由于機(jī)架4兩側(cè)機(jī)構(gòu)分別到達(dá)上下死點(diǎn)時(shí)間不同步，使整個(gè)機(jī)構(gòu)在任一時(shí)刻均處于驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，系統(tǒng)無死點(diǎn)。由于踏板軸2的工作軌跡為一圓弧，搖桿3長(zhǎng)度足夠時(shí)，弧長(zhǎng)接近弦長(zhǎng)，因此系統(tǒng)工作效率較圓周循環(huán)踏動(dòng)驅(qū)動(dòng)有明顯提高。
方案二為雙四桿凸輪機(jī)構(gòu)參閱圖2它是在搖桿凸輪機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上，增加了擺桿9、副桿10和鉸接軸11后，踏板軸2的軌跡更加接近直線，正確選擇機(jī)構(gòu)的具體尺寸，力爭(zhēng)使腳踏力的方向與踏板軸2的運(yùn)動(dòng)軌跡保持一致，將取得更為理想的驅(qū)動(dòng)效率。
權(quán)利要求
1.踏驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是由踏板、桿件、輪、軸組成，其特征是兩套搖桿凸輪機(jī)構(gòu)分別置于機(jī)架(4)的兩側(cè)，凸輪(7)反向?qū)ΨQ裝在機(jī)架(4)上的主軸(8)上，滾輪(5)固定于搖桿(3)上，搖桿(3)的一端通過鉸接軸(6)鉸接在機(jī)架(4)上，另一端裝有踏板(1)，裝在搖桿上的滾輪(5)可沿凸輪(7)的輪廓線滾動(dòng)。
2.按權(quán)利要求1所述的踏驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征是所說的凸輪(7)的輪廓線分為驅(qū)動(dòng)段和回程段兩部分，機(jī)架(4)兩側(cè)的滾輪(5)與凸輪(7)安裝位置是當(dāng)一側(cè)滾輪(5)到達(dá)距主軸最近的驅(qū)動(dòng)段末時(shí)，另一側(cè)滾輪(5)越過其對(duì)應(yīng)的凸輪(7)上的最遠(yuǎn)點(diǎn)提前進(jìn)入驅(qū)動(dòng)段。
3.按權(quán)利要求1或2所述的腳踏驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征是踏板(1)可裝在與搖桿(3)鉸接的擺桿(9)上，并在擺桿(9)與機(jī)架(4)之間裝有副桿(10)，搖桿(3)、擺桿(9)、副桿(10)與機(jī)架(4)構(gòu)成四桿凸輪機(jī)構(gòu)。
全文摘要
腳踏驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)涉及一種機(jī)械式力傳動(dòng)機(jī)構(gòu),特別是涉及腳踏自行車的力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)是由踏板、桿件、輪、軸組成,兩套搖桿凸輪機(jī)構(gòu)分別置于機(jī)架的兩側(cè),凸輪反向?qū)ΨQ裝在機(jī)架上的主軸上,滾輪固定于搖桿上,搖桿的一端通過鉸接軸鉸接在機(jī)架上,另一端裝有踏板,裝在搖桿上的滾輪可沿凸輪的輪廓線滾動(dòng)。該機(jī)構(gòu)具有不同輪廓的凸輪可實(shí)現(xiàn)踏動(dòng)行程中連續(xù)變速和改變行程大小,是人性化設(shè)計(jì)。該機(jī)構(gòu)具有高效、無死點(diǎn)等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B62M23/00GK1365927SQ0110147
公開日2002年8月28日 申請(qǐng)日期2001年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2000年2月21日
發(fā)明者王瑛瑋 申請(qǐng)人:王瑛瑋