專利名稱:兩桿往復(fù)推動交互曲柄機構(gòu)驅(qū)動的復(fù)數(shù)乘用三輪自行車的制作方法
本發(fā)明涉及復(fù)數(shù)乘用三輪自行車。
本發(fā)明的自行車的構(gòu)造除在車體和驅(qū)動裝置方面各有創(chuàng)新之外，其它附用零件等大部分和現(xiàn)行兩輪自行車用件完全相同。
本發(fā)明是將下述兩條原理與人體工程學(xué)結(jié)合而作出的。
1.扛桿作用。
2.曲柄機構(gòu)的特性。
本發(fā)明的目的是對現(xiàn)行通用的兩輪自行車的缺陷和不方便之外加以改良或革新。即創(chuàng)制一種用人力作為動力源，性能高、經(jīng)濟、便利堅固、安全、用途廣泛并且可以放置不倒的自行車。
為達到上述目標，本發(fā)明的自行車采取以下方案。
1.車體構(gòu)造為三個輪支撐，三點接地，前兩輪用于操縱方向，后一輪起推動作用。
2.驅(qū)動裝置采用兩桿往復(fù)推動交互曲柄回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)同現(xiàn)行兩輪自行車用的兩桿各180°回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)兩相配合的使用法，但遇有必要時也可以采用單獨一種雙機的方案。
3.可能獲得雙重動力的辦法，因車的行駛由二人同乘共推。
茲將如圖1和圖2中所示的實施例的詳細結(jié)構(gòu)和功能等說明如下車體(1)以主支撐縱梁(2)為主干。后部乘員用的能上下調(diào)整的操向把(3)外面套有可旋轉(zhuǎn)的傾斜立柱外筒(4)。在筒(4)的前方是前架(5)，筒(4)的后方是后架(6)。前架(5)由水平縱梁(7)和驅(qū)動裝置架(10)兩者結(jié)合而組成。水平縱梁(7)的后端焊接在筒(4)的下部，前端焊接在傾斜立柱外筒(9)的等高點上，筒(9)可旋轉(zhuǎn)地套可由前部乘員上下調(diào)整的操向把(8)外面。水平縱梁(7)的后部還裝有可以前后移動的前席鞍座(11)，以便前部乘員能在座上做向斜下方蹬踏的推動動作。同時，在前架(5)的中央部位還設(shè)有一條向兩側(cè)直伸的前輪軸橫腕(12)，在(12)的兩端還固定地焊接著兩根短外筒立柱(13)、(13)。這樣，兩個相同直徑的小前輪(14)、(14)就可以分別靠短外筒(13)、(13)的心軸達到左右旋轉(zhuǎn)和前進轉(zhuǎn)動的功能了。
因為前乘操向把(8)在其外筒(9)中自由旋轉(zhuǎn)。所以使把(8)的下端同兩個小前輪(14)、(14)分別用篾條配合的連動棒連接起來，就構(gòu)成為一套完備而性能良好的操舵機(15)。由于(15)的動作，車也就完全能夠完成其轉(zhuǎn)向工作的任務(wù)了。
在驅(qū)動裝置架(10)上，水平縱梁(7)的延長線的上方裝設(shè)有驅(qū)動機軸，外筒(16)容納本發(fā)明的車的前乘者用的兩桿往復(fù)推動交互曲柄回轉(zhuǎn)構(gòu)成的驅(qū)動裝置(18)的固定軸(19)。同樣，在水平縱梁(7)的延長線下方也設(shè)有另外一個驅(qū)動機軸用外筒(17)，以備在必要時用來容納其它適用驅(qū)動裝置的軸。最后，因為裝置(18)的需要，在筒(16)的后下方還裝有軸(21)，用于輔助裝置(18)的工作。
裝置(18)采用的是靠交互踏動往復(fù)運動的兩個勾形蹬桿而獲得交互曲柄旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動方法。如圖3和圖4所示。筒(16)內(nèi)包有固定軸(19)，在(19)的兩端各裝上能夠單獨自由回旋并依一定的夾角進行往復(fù)擺動的兩支勾形蹬桿(20)、(20)。其次在軸(21)的兩端，把具有相互間形成180°角的兩連接點的兩個圓盤(22)、(22)也各自固定在軸端上共同回轉(zhuǎn)。最后，把這兩個圓盤(22)、(22)的兩個連接點分別經(jīng)由兩支曲柄棒(24)、(24)連接到兩蹬桿(20)、(20)的同體兩個短分枝(23)、(23)的各端點上，這樣，由于兩蹬桿(20)、(20)的交互推動，推力就從兩個短分枝(23)、(23)的兩端點分別出發(fā)，經(jīng)由兩曲柄棒(24)、(24)交互傳遞到兩個圓盤(22)、(22)的兩個連接點上。由于曲柄機構(gòu)的特性。兩個圓盤(22)、(22)就能交互的各作180°弧的推進回轉(zhuǎn)。兩者的結(jié)合便促成為360°的圓周回轉(zhuǎn)運動。又因為兩個蹬桿(20)、(20)的反復(fù)交互繼續(xù)的推動。兩個圓盤(22)、(22)也能交互合作連續(xù)維持360°圓周回轉(zhuǎn)的功能。這樣，便完成了本發(fā)明驅(qū)動裝置(18)的圓周推行自行車的使命。
最后方的車架(6)是連接在主支撐縱梁(2)末端的機構(gòu)。一個大直徑的后輪(25)就是裝配在后架(6)上轉(zhuǎn)動的。在后輪(25)和外筒(4)之間裝有一根中間軸(26)，在軸(26)的兩端分別固定裝配著左(27)右(28)兩個同軸轉(zhuǎn)動的齒輪。這兩個齒輪附有兩根能自由拆除的蹬桿(29)、(29)。乘者騎在附有貨箱的貨架(30)上面的后座席(31)上，就可以交互蹬動兩桿(29)、(29)使從前部推動齒輪(33)經(jīng)由前部車鏈(34)傳來的推力和自身的推力疊加起來。再經(jīng)由后部車鏈(35)的傳動而推動后輪行進。因而實現(xiàn)了兩者同乘同推的特點。又因為貨架(30)上設(shè)有后座席(31)用的能夠自由折疊的靠背(32)，更可以使后部乘者發(fā)揮腰部力量，形成有效的驅(qū)動功能。同時，在后座空著時，也不致降低貨架的裝載性能。
另外，附圖中省略的部分如下1.車的三個輪上各附有一套制動閘，通過連桿連結(jié)到前部乘員用操向把(8)上，用于減速或剎車。
2.在驅(qū)動裝置架(10)的前部還裝有前照燈，用于夜間照明。
3.在前乘員操向把(8)的傾斜立柱外筒(9)的前方還有一個貨筐?？捎脕硌b簡單的隨帶用品。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下述優(yōu)點和實效(一)首先對現(xiàn)行二輪自行車的兩桿各180°回轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置進行分析和說明如圖5所示，在腳蹬點上的推力為f。f代表由人力推動的自行車所需的合理而充分的力值。蹬桿有效長度為15厘米，而同體齒輪有效半徑是7.5厘米，所以齒輪圓周上的推力為2f。2f也就是這個驅(qū)動裝置的牽動力ft。ft也就代表著自行車的起動力和為了維持車的時速10-15公里所需的加速力的總和。ft＝2f就是本裝置的機械功能。
在由人力來推動這個裝置的場合，人力的使用固然可以增減，除了垂直向下的踏力，還可以使用橫向蹬力。但是就推動自行車的動作來說。推動兩輪車和推動三輪車的狀態(tài)與條件并無大的差別。因此，兩相比較。這方面不能算作一種重要條件，可以忽略。因而在比較時，為了便于理解和計算，可以用一條推力直線來表示人力的量值。自行車的入力角雖然因為鞍座和主軸的配備位置不同而各有差別，但現(xiàn)代普遍設(shè)計都以下垂線的20°角前后作為基準。
如圖6的A、B、C、D、E所示，可知在推動齒輪上的推力＝2f＝牽引力＝ft值變?yōu)橐环N具有位變性的不等值ftn。每180°弧構(gòu)成一個單位。每180°弧上的各移動位變點值ftn的曲線形成一條余弦(COS)曲線。曲線ftn的類型就是ftn＝(O＜ft1＜ft2＜……＜2f＞……＞ftn-1＞ftn＞O)。其中的最大值為ftn＝2f，最小值ftn＝O，因為180余弦(COS)值的和是113.184，平均值是113.184/180 ＝0.63所以，平均值為fn＝2f×0.63＝1.26f如圖7所示，以人力推動自行車時，在每單位180°弧蹬踏的半周范圍中。如果某點值fta是車的起動力，那么在半圓弧上自ftn＝0至ftn＝fta間的弧X°上的各力點值就全部比fta小。X°弧范圍中的各力都不夠去起動自行車。于是這X°弧范圍的力fX量就變成為無用之量了。所以，實際上這個裝置的有效動力只剩有180°-X°＝Y(jié)°弧的牽引力了，它的力值為最大值ftn＝2f-fX最小值ftn＝0平均值
ftn＝1.26f-fX假如fX＝a則ftn＝2f-a最大，ftn＝0最小，
ftn＝1.26f-a為平均值。
因為人體肌肉動作的疲勞度是和動作的距離或勞動量成正比例的。所以這個驅(qū)動裝置的單位勞動距離。即腳蹬點的半圓周。就是距離S＝ (2πR)/2 ＝πR.R＝15厘米。
所以S＝15π總之，這個驅(qū)動裝置的功能為1.牽引力 ftn＝2f-a(最大)ftn＝0(最小)ftn＝1.26f-a(平均)2.疲勞距離S＝15π(二)其次，對本發(fā)明的兩桿往復(fù)推動交互曲柄回轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置加以分析和說明如下如圖8所示，設(shè)定在腳蹬點的人體推力也同上項一樣為f，蹬桿(20)的有效長度為35厘米，同體短分枝(23)的有效長度為7.5厘米，由于杠桿作用，短枝端點的出發(fā)推力為
f1＝ 35/7.5 ＝4.666f經(jīng)由曲柄棒(24)的傳動，就變?yōu)閳A盤(22)上連接點的推力了。在有效半徑7.5厘米圓盤(22)上面的帶有連接點的同心曲柄圓盤的半徑是7.5/2 ＝3.75厘米是2∶1所以換算出來圓盤(22)圓周上的起點值為f2＝ (4.666f)/2 ＝2.333f因為這個裝置腳蹬點的運動軌道是60°弧的曲線，其施力方向是弦線。兩者之間沒有大的差別。同樣人體進行蹬踏運動時也有調(diào)整性。所以象這樣裝置的推力f就可以看作是等力的f。用等力f線來表示。同樣，f2＝2.333f的推力也是等值。也可以說是圓盤(22)圓周上的各位變力點值是由等施力f2＝2.333f所變化的值。這樣，根據(jù)圖9所示，就能計算出來驅(qū)動裝置的牽引力ftn。結(jié)果是因為在180°半周弧上的最大值比＝ 66/50 ＝1.32最小值比＝ 0/0 ＝1
其平均值比為 732/(16×50) ＝0.915所以，ftn＝1.32×2.333f＝3.08f(最大值)，ftn＝0(最小值)，ftn＝0.915×2.333f＝2.135f(平均值)。
這個裝置的單位動作距離就是腳蹬點的60°弧。
所以，S1= (2πR1)/6 = (πR1)/3R1＝35厘米。所以，S1＝ 35/3 π＝11.6π總之，這個驅(qū)動裝置的功能為1.牽引力ftn＝3.08f(最大)ftn＝0(最小)ftn＝2.135f(平均)2.動作距離S1＝11.6π(三).把上述(一)和(二)中的結(jié)果加以比較1.在牽引力方面最大值比＝ (3.08f)/(2f) ＝1.54+a最小值比＝ (Of)/(Of) ＝1 平均值比＝ (2.135f)/(1.26f) ＝1.694+X2、在疲勞度方面
(S1)/(S) ＝ (11.6π)/(15π) ＝0.773因此可知本發(fā)明的兩桿往復(fù)推動交互曲柄回轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置的功能與現(xiàn)行兩輪車的兩桿各180°回轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置的功能相比1.牽引力最大值增大到1.54+a倍2.牽引力平均值增大到1.694+a倍3.疲勞度減小到0.773(四)再次對現(xiàn)行自行車的功能加以分析和說明如下現(xiàn)在的兩輪自行車只能靠其前進的運動慣性保持平衡不倒。在停止狀態(tài)下是絕對不能乘用的。因而乘者都必須經(jīng)過相當程度的訓(xùn)練并具有充分的經(jīng)驗和技術(shù)才能自如地騎乘。而且只能限于單人乘用。遇有他人附乘時，只能增加主乘者的負擔(dān)和疲勞。推力有限。不適于運載較重的物品，遇到風(fēng)雨天氣往往由于沒有防護用具以及平衡性不好而不能使用。又因為不能抵抗橫向沖擊力，容易傾倒，車速越高，損傷越重。在交通擁擠的大城市中，非常危險?？傊谌粘Ｊ褂弥?，可以說缺點極多。
(五)最后對本發(fā)明的三輪車的功能加以分析和說明如下a.車體是三輪支撐、三點接地的機構(gòu)。因而可放置不倒，不但在停車時也能乘坐，而且不需要經(jīng)過特殊訓(xùn)練。凡是健康人士都可隨時坐上乘用，非常方便。又因降低了前乘座，所以車的重心低，后乘座位于后輪正上方，平衡性好。車的運動平衡，解決了放置不倒、安全和便利的問題。
b.采用向斜下方蹬踏的大幅度蹬踏方法，踏動性能比較高的驅(qū)動裝置，不但牽引力驟增。而且還可以減輕疲勞度。加之二人同乘同推的機構(gòu)可獲得雙重推力，因而有足夠的行駛牽引力，使車的用途大大增加。所以能實現(xiàn)高效能的目標。
c.采用后一輪驅(qū)動機構(gòu)，不但動力的損失減少，而且也使車體的構(gòu)造簡單而堅固，因而可降低生產(chǎn)成本。從而也就達到了堅固耐用而經(jīng)濟的要求。
d.在后座無人時，貨架的面積比較大。由于前部驅(qū)動裝置的推力增強，即使主乘者單獨騎行，也能運載較多的貨物。如果是前后兩人同乘同推，可以獲得雙重的牽引力，除去本身行駛用力之外，余力就可以作牽引運載貨物之用了。因此就達到了用途廣泛的目的。
e.本發(fā)明的三輪自行車唯一的缺點是行駛所需路幅比兩輪自行車寬，但除了羊腸小道外，在普通街道皆可暢行無阻。因而其實用性并不降低，在輕快靈敏方面，也并不十分遜色。
總之，是實效極大而缺點很小。
實現(xiàn)本發(fā)明的最好方式凡是能生產(chǎn)現(xiàn)有兩輪車的生產(chǎn)單位，都可很容易地制造本發(fā)明的三輪自行車。
附圖的說明圖1是本發(fā)明的三輪自行車的主視圖。
圖2是圖1中的三輪自行車的俯視圖(但其中省略了車把和貨架部分)。
1.車體;7.水平縱梁;8.前乘員用操向把;11.前席鞍座;14.前輪;15.操舵機;18.前部驅(qū)動裝置;25.后輪;26.中間軸部。
圖3是本發(fā)明的兩桿往復(fù)推動交互曲柄回轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置的主視圖。
圖4是圖3中的裝置的俯視圖。
19.固定軸;20.勾形蹬桿;22.圓盤;23.同體短分枝;24.曲柄棒。
圖5是現(xiàn)有兩輪自行車的兩桿各180°回轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置的功能說明圖。
圖6是圖5中裝置的推動齒輪圓周上的各力點分布狀態(tài)圖。
圖7是圖5中裝置的推力有效范圍的說明圖。
圖8是圖3中裝置的功能說明圖。
圖9是把60°弧上的等速等力f傳到180°半圓周上時，半圓周上的各力點值ftn的分布狀態(tài)圖。其中主動力2.3f×1.32＝3.08f＝ft＝f2f＝A＝50mm＝1從動方不等力點an各點的值0 36 50 58 63 65 66 64比值0 0.72 1.00 1.16 1.26 1.30 1.32 1.2862 57 51 45 40 32 26 18 0比值1.24 1.04 1.02 0.90 0.80 0.64 0.52 0.36 0最大值66mm比1.32平均值45.69mm比0.9137權(quán)利要求
1.一種以人力為基本動力的乘用車，其特征是在由兩個有相同小直徑的前輪和一個大直徑的后輪共三個輪支撐的車體的主縱梁上方靠近中部的位置設(shè)置一根水平縱梁，該水平縱梁的后端焊接在后部乘員用操向把外套的傾斜立柱外筒的低于后輪高度處，前端焊接在前部兼員用操向把外套的傾斜立柱外筒的等高點上，水平縱梁的后部裝有前席鞍座，前部操向把立柱外筒前方的車架上裝有一套能向斜下方蹬踏的兩桿往復(fù)推動交互曲柄回轉(zhuǎn)機構(gòu)的驅(qū)動裝置，該驅(qū)動裝置通過車鏈與在后部車架中間軸上回轉(zhuǎn)的后部驅(qū)動裝置連動，并通過后部車鏈將這一連動傳遞到后輪軸上推動后輪轉(zhuǎn)動，構(gòu)成復(fù)數(shù)乘用三輪自行車。
2.權(quán)利要求
1中所述的復(fù)數(shù)乘用三輪自行車，其特征是其中的前部驅(qū)動裝置以設(shè)在前部車架上的橫軸兩端、按一定夾角往復(fù)交互擺動的兩根勾形蹬桿為主干，與主干同體的兩根短分枝的兩端點分別經(jīng)由兩根曲柄棒連接到在車架上的另一軸的兩端旋轉(zhuǎn)的兩個圓盤上的相互間形成180°角的兩個端點上，交互各盤的180°回轉(zhuǎn)相加達到360°全圓周回轉(zhuǎn)的曲柄功能。
3.權(quán)利要求
1中所述的復(fù)數(shù)乘用三輪自行車，其特征是，后座設(shè)置在后輪的正上方，在中間軸的兩端共同旋轉(zhuǎn)的兩個齒輪上還附有兩根能自由拆除的蹬桿。
4.權(quán)利要求
1中所述的復(fù)數(shù)乘用三輪自行車，其特征是前席鞍座設(shè)在從前輪軸橫腕上方起向后退至40厘米范圍內(nèi)的位置，前部驅(qū)動裝置軸心設(shè)在從以鞍座基點為原點的前伸水平線的向上20°角線起至向下15°角線之間范圍內(nèi)的位置。
專利摘要
新型自行車車體由三輪支撐，三點接地，放置不倒，具有廣泛用途。用斜向下蹬踏法蹬動兩桿往復(fù)推動交互曲柄回轉(zhuǎn)裝置，增大牽引力，降低車的重心。因采用兩人同推的方式，實現(xiàn)了復(fù)數(shù)乘員乘用的目標。提供了利用復(fù)數(shù)人力的途徑。車的后部附有貨箱，裝有必要的修理用具及防雨用品等。
文檔編號B62K23/06GK85106769SQ85106769
公開日1986年5月10日 申請日期1985年9月9日
發(fā)明者趙樹勛 申請人:趙樹勛導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan