杆杠传动自行车制造技术

本发明专利技术是根据杠杆原理制造的杠杆传动机构用来代替目前自行车的链传动机构的杠杆传动自行车，其传动效率比链传动高，力的损失小，还可适当加长脚踏臂，在同等条件下骑行，比目前自行车速度快。特别是上坡或顶风骑行时，比目前自行车省力、速度快。还可加装变速器，使在好的路面上骑行速度更快。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及利用省力杠杆原理制造的自行车。已知目前自行车都是用脚踩脚踏板，转动脚踏臂带动大链轮，再通过链条传动装在后车轮轴上的小链轮和棘轮机构，驱动后车轮向前滚动，自行车向前行驶。根据杠杆原理公式重量×重臂＝力×力臂，实质上目前自行车的链传动也是根椐杠杆原理制造的，一组杠杆由脚踏臂(力臂)，脚踩脚踏板登力(力)，中轴(支点)，大链轮半径(重臂)，大链轮与链条紧边的反作用力(重量)组成；另一组杠杆力臂是小链轮半径，力是大链轮转动带动链条拉动小链轮转动的拉力，后轮轴可视为带重量的转动中心，如果把重量、气候、道路等客观因素除外，一辆自行车的脚登力大小和速度快慢只和车轮半径与脚踏臂长度的比例以及传动比的大小有关。由于受自行车链传动本身结构(前进方式的链传动要求两链轮间链条的紧边要保持水平，两链轮中心距不能过大，这样传力损失才最小，故中轴的位置只能固定在目前自行车位置上才最合适)和人的脚登力的限制，所以，目前的自行车不可能把脚踏臂造得更长和把传动比减得更小；同时，根据链传动的运动分析可知，链条和链轮啮合传动时，可看成是将链条绕在多边形的链轮上，即使主动链轮的转速(或角速度ω1)为常数，瞬时链速，从动链轮的角速度ω2和相应的传动比都将是周期性变化的。当链节进入主动链轮时，其铰链的位置总是随着链轮的转动而不断变化的。若主动链轮的角速度ω1为常数时，其节圆周速度υ1也是常数。节圆周速度在水平方向的分速度为υ’＝υ1cosβ，它是瞬时的链速，使从动链轮转动，另外重直方向的分速度为ω1sinβ，它使链条作忽上忽下的运动，所以链条的上下运动速度也在变化。由于β角是在最小与最大的链速之间变化，由此可知，链速υ1是作由小到大，又由大到小的变化，且每转过一个链节要重复变化一次，即链速作周期的变化，因而给链传动带来运动的不均匀性，并引起附加的动载荷。链条节距越大和链轮的齿数越小(即β角越大)以及角速度越高时，运动的不均匀性和动载荷就越大。此外，链传动工作时紧边和松边所受的拉力是不同的。如果不考虑动载荷，则紧边拉力等于工作拉力、链条离心力所产生的离心拉力和链条下垂的悬垂拉力之和；松边也有离心拉力和悬垂拉力之和拉力。由于一般情况下自行车链速不是很高，离心拉力不大，可急略不计，由此从链传动查表可知链条作用在轴上的力Q可按下列公式取近似值Q＝(1.2～1.3)FN。由于自行车是由人登动在道路上行驶，属于有冲击和振动的传动，Q应取大值。式中F是链条工作拉力，查表可得计算公式F＝1000P/υ(式中υ-链速，P-人的登力)，换算后P＝F.υ/1000＝/1000N，从上式中不难看出，脚登力通过链轮链条的各种损耗后(公式中的系数)，最后传动后轮轴上驱动车轮前进的作用力已经损失不少，如果减少了这些损失的力，同样的脚登力作用在后轮轴上的力将大得多。另外，脚登脚踏板是绕中轴转动的，根据物理学知道，物体做圆周运动，其线速度方向时刻在改变，假设力的大小不变，而脚踏板作力点，大小链轮接触链条上的作力点也是不变的，根据力的三要素(力的大小、方向和作用点)中任何一个发生改变，都会改变力对物体的作用效果，反过来必然影响登力的大小。综上所述，目前自行车存在着要加长脚踏臂和减少传动比，受到自行车结构和人脚登力的限制，以及人的脚登力经过链传动后有较大损失，没有得到更好利用，使得人骑登自行车不够轻快，且速度较慢，特别是上坡或顶风时骑行更加困难的缺陷。为了解决自行车速度慢的问题，出现了在自行车上安装加快轴、快速器和变速车等，虽然能提高车速，但同时也增加了人的登力，没有从人登自行车省力上来解决速度问题，即不增加登力而使速度提高，或减少登力也能达到相相同速度的问题。本专利技术的目的是提供一种可加长力臂的省力杠杆，将脚登力通过杠杆传动机构直接传动到自行车驱动轴上，来取代目前自行车的链传动机构的杠杆传动自行车，以提高力的有效利用，使其骑自行车在同等速度下能省力，在不增加力的情况下速度可以变得更快，特别是在上坡或顶风骑行时，比目前自行车更省力，速度更快。本专利技术的目的是这样实现的，根据杠杆原理，重物的重量乘以重点到支点的距离(重臂)，一定等于所使用的力乘以力点到支点的距离(力臂)。本专利技术的杠杆传动自行车，就是依据这一原理，用省力杠杆压动后车轮轴来取代目前自行车的链轮传动后车轮轴。即在自行车中轴轴承座上焊接换上一根向后伸的基础圆梁，这根基础圆梁的后端再分成左右两根基础扁梁，两根基础扁梁经过后车轮轴的中心线，将车轮等距夹在中间，直伸向后车轮的后部，这三段连于一体的基础梁中心线在一个平面上且互相平行，后车轮轴(重点)用轴承固定在左右两根基础扁梁的中部适当位置上；在中轴(曲轴)轴承座上固定安装曲柄杠杆机构，曲轴通过本身的轴承颈支承在轴承座上，在两端偏离曲轴中心线且等距垂直反向对称固定安装两根曲柄臂，其长度(曲轴中心线到脚踏板轴中心线距离)比目前自行车脚踏臂稍长(目前自行车26″为165mm，28″为180mm)，两根曲柄臂的端头各装一根脚踏板轴，其外侧安装脚踏板，两根脚踏板轴的里侧分别与左右两根杠杆的前端(力点)用轴承相联，两根杠杆的后端分别穿过一对固定于左右两根基础扁梁后端头上的特殊支点轴承(支点)，该两根杠杆既可以在支点(轴承)上分别作上下摆动，又可以作前后滑动。当曲轴转动时，分别连接在两根脚踏板轴上的杠杆前端头(力点)也随之作圆周转动，由于杠杆后端穿过的支点轴承(支点)位置是固定不动的，杠杆的后部就只能在支点上作上下摆动和前后滑动。可以看出杠杆的运动轨迹始终是力点绕曲轴以曲柄臂为半径转动形成的一个圆和杠杆在支点上作上下摆动形成的三角形构成的一个扇形。把曲柄臂绕曲轴转动的圆心和杠杆支点中心用直线连接起来(也就是基础圆梁和左右基础扁梁)与杠杆本身就形成一个三角形，无论曲柄臂转到什么位置，在这个三角形内作平行于曲柄臂的平行线，相切的三角形其对应的三个角始终是相等的，根据相似三角形定义可知这两个三个形是相似三角形，相似三角形对应边必然减比例。这就是说当以这两个相似三角形的顶角为支点，以两条共同边的其中一条短边为中心线(左右两根基础扁梁及其延伸至曲轴两端左右曲柄臂的直线)，在中心线上以曲轴为圆心，曲柄臂为半径转动到曲柄臂垂直于杠杆时，杠杆就成了这个转动圆的切线，那么平行于曲柄臂的切线也必然垂直于杠杆，如以后车轮轴为圆心，从圆心到杠杆的相交垂点为半径作的圆，杠杆也是该圆的切线。所以不管曲柄臂转到什么位置，以后车轮轴为圆心，从圆心到垂点距离为半径也会相应平行一致转动到相似圆的对应位置。根据这一理论，从后车轮轴左右两端各固定安装一根平行于左右曲柄臂的长短大小相同方向相反的左右后车轮轴臂，左右后车轮轴臂加上其上的压动滚轮的长度等于刚好接触到左右杠杆的垂点，使杠杆上下摆动时始终压在后车轮轴臂的压动滚轮上。当曲轴向前转动时，曲柄臂就带动杠杆力点随之转动，杠杆就压动后车轮轴臂向前转动，从而带动后车轮轴转动，就像人骑自行车两脚登动脚踏板一样，传动后车轮转动，自行车向前行驶。为了提高车速，在后车轮轴的右扁支撑斜梁和右基础扁梁上安装小变速器，后车轮轴上的常啮主动齿轮和变速器的主动轴上的常啮从动齿轮，是永久啮合的，常啮从动齿轮花键副轴上分别套一、二档主动齿轮，一二档从动齿轮和后车轮轴导轴(一体)用轴本文档来自技高网...

【技术保护点】
根据省力杠杆原理制造的杠杆传动自行车，是用杠杆作传动机构来代替目前自行车普遍采用的链传动机构的一种新式传动自行车，本专利技术与目前自行车相比较，除传动机构不同外，其它结构和型式基本没有差别，其特征在于前端焊接在曲轴轴承座（７）上的基础圆梁（１０），其后部分成左右两根基础扁梁（１２）将后车轮（３０）夹在中间，后车轮轴（２６）两边用轴承定位在左右两根基础扁梁（１２）上，并能在其上自由转动，后车轮轴（２６）伸出左右两根基础扁梁（１２）的左右两端同一平面上方向相反各固定安装一根后车轮轴臂（１４），在左右后车轮轴臂（１４）端头的外侧相同距离上各装有一个相同的压动滚轮（支点轴承２９），两个压动滚轮（支点轴承２９）的中心到后车轮轴（２６）中心线的距离要等于曲轴（８）的中心线到支点轴承（２９）的中心距离除以支点轴承（２９）到后车轮轴（２６）的中心线距离所得的商，再去除曲轴（８）的中心线到脚踏板轴（５）的中心线（曲柄臂有效长度）距离所得的商，左右两根基础扁梁（１２）从后车轮轴（２６）延伸后的端部的相同位置上的外侧各固定安装一个相同的轴承固定架（２７），在左右轴承固定架（２７）上各装上与车前进方向一致能自由转动的轴承架（２８），这两个轴承架（２８）的转轴中心线到后车轮轴（２６）中心线的距离可由设计的杠杆省力倍数除曲轴（８）中心线到后车轮轴（２６）中心线的距离求得，左右轴承架（２８）内各装一对各有两个轴线平行形状完全相同、凹面相对并与杠杆（１１）的接触表面形状一致、可以转动和作滑动配合的支点轴承（２９），在曲轴轴承座（７）上安装曲轴（８），曲轴（８）的两端同一平面上方向相反各安装一根相同的曲柄臂（６），在左右曲柄臂（６）的外侧端头各装一根相同的脚踏板轴（５），在左右脚踏板轴（５）里侧各用轴承定位左右杠杆（１１）的力点，在左右两根脚踏板轴（５）上杠杆（１１）力点的外侧各安装脚踏板（４），左右两根杠杆（１１）的后部各穿过对应的左右一对支点轴承（２９）的中间，左右杠杆（１１）的力点随曲轴（８）转动时，左右两根杠杆（１１）以左右两组支点轴承（２９）为支点，就会上下往复摆动和前后往复滑动，其左右两根杠杆（１１）的中后段始终压在左右两个压动滚轮（支点轴承２９）（重点）上，组成杠杆传动机构。将上述杠杆传动机构中左右曲柄臂（６）从一对，对称增加到２－４对，同时相应增加曲轴（８）左右曲拐、左右杠杆（１１），以及后车轮轴（２６）的曲拐和后车轮轴臂（１４）及...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄昌友，
申请(专利权)人：黄昌友，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]