直线式驱动机构制造技术

一种自行车用直线蹬踏式驱动机构，脚蹬的直线运动是由两根竖置的导轨装置所保证，通过一组链传装置将脚蹬的直线运动转换成旋转运动后，传给自行车后驱动轮，本发明专利技术符合人体运动生物特点，没有曲柄式驱动机构对脚蹬力的“阻滞”现象，能实现蹬力，蹬速（或频率）和蹬踏幅度的三重调节，与曲柄式驱动机构相比，加速（启动）、负载和爬坡能力提高１．５７倍，可节力３６％，车速提高１６－２５％。（*该技术在2007年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于交通工具中自行车用人力驱动机构。目前，自行车普遍采用的是曲柄式驱动机构。其结构如图1所示，由脚蹬1、曲柄2、中轴3、大链轮4、链条5、飞轮6和后轴7组成。工作时，由人脚蹬踏脚蹬1产生的动力，通过驱动机构传给自行车的后驱动轮8，推动自行车前进。曲柄式驱动机构的传动特性为F4＝ (r1· r3)/(r2· r4) ·sinφ·F1(1)V1＝ (r1· r3)/(r2· r4) ·sinφ·V4(2)式中F1、V1为人脚的蹬力和蹬速(见图1);F4、V4为自行车后驱动轮获得的驱动力和外缘的线速度;φ为曲柄2与铅垂线的夹角;r1为曲柄2的中轴孔与脚蹬孔的中心距;r2为大链轮4的半径;r3为飞轮6的半径;r4为自行车后轮8的半径。由(1)式、(2)式可见曲柄式驱动机构的传动特性为非线性的，只在φ＝ (π)/2 时驱动力F4才能获最大值( (r1· r3)/(r2· r4) ·F1)，而当脚蹬在上、下端点(φ＝0、φ＝π)时，驱动力F4减小到零。平均获得的驱动力F4为F4＝ 2/(π) · (r1· r3)/(r2· r4) ·F (3)曲柄式驱动机构的这种现象是由其输入特性与人脚蹬踏的输出特性不吻合造成的。根据实际观测，驱动力F1不仅是在一点上出现间断，而是区间性间断，脚蹬力F1的实际工作部分仅在曲柄处于正前方150°范围内。由此可见，曲柄式驱动机构存在传动不稳定，波动大，驱动间断和平均驱动力小等缺点。为此已有不少专利提出改进方案。大致分为两类一类是增加工作区曲柄的长度r1(如伸缩式曲柄)，从(1)式、(2)式来看，其作用类似于变速机构的作用，实际意义不大;另一类是限定曲柄转动范围，避开驱动力间断区，以期提高驱动力的平均值，但所获传动性能仍是波动的，而转动范围的限制缩短了人脚的蹬程，又不易解决。本专利技术的目的是提出一种符合人体运动生理学特点的自行车驱动机构，解决上面提出的问题。直线式驱动机构的结构(见图2和图3)，由左、右脚蹬5、14;左、右导轨4、13;左、右链条2、12;左、右链轮6、11;左、右伞齿轮8、10;耦合伞齿轮和离合器9;上轴7;缓冲弹簧3;左、右飞轮1、15;中轴16;中轴链轮17;下链条18;后链轮19和后轴20组成。21是自行车后驱动轮。在本专利技术中，脚蹬5、14是固联于左、右链条2、12上的，由左、右导轨4、13限定脚蹬5、12的运动轨迹，左、右脚蹬间的联动是通过伞齿轮组8、9、10实现的，耦合伞齿轮9附带离合装置，供调节脚蹬的行程使用，左、右飞轮1、15与中轴16是单向耦合关系，中轴链轮17固联于中轴16，后链轮19固联于自行车后驱动轮21。直线式驱动机构的传动特性为F4＝ (r1· r3)/(r2· r4) ·F1(4)V1＝ (r1· r3)/(r2· r4) ·V4(5)式中F1、V1为人脚的蹬力与蹬速(见图3);F4、V4为自行车后驱动轮获得的驱动力和外缘的线速度;r1为飞轮1、15的半径;r2为中轴链轮17的半径;r3为后链轮19的半径;r4为自行车后驱动轮的半径。直线式驱动机构的优点1.输入性能人体运动生理学认为，肢体输出端只有沿着直线轨迹运动时，在非运动方向无分力，能获得最大的输出(力量、速度等);在体力发挥方面，受到肌肉产生力量的大小、肢体动作的速度或频率以及肢体输出端运动的幅度三个因素的影响。在曲柄式驱动机构中，脚蹬的运动轨迹为圆形，在非运动方向的分力不能利用，着力点(脚蹬)在水平方向的移动，既影响蹬踏发力，也影响骑行重心的稳定。另外，曲柄式驱动机构的脚蹬的蹬程不能调节。而本专利技术的脚蹬的运动轨迹是直线，着力点(脚蹬)无水平方向的移动，稳定性好，易发力，没有对驱动力的“阻滞”现象，可变化的脚蹬蹬踏范围，配以变速机构，可实现力量、频率和幅度的三重调节。2.驱动力提高1.57倍在同样条件下，本专利技术的输出驱动力比曲柄式驱动机构的平均值提高1.57倍、设人脚的蹬力F1相等，两机构的传动比i＝ (r1· r3)/(r2· r4) 相等，由式(3)和式(4)得F4直＝ (π)/2 ·F4曲＝1.57·F曲 (6)式中F4直为直线式驱动机构的输出驱动力;F4曲为曲柄式驱动机构的输出驱动力。2.1、对于象三轮人力车一类的负重型车，采用本专利技术可使负载能力和爬坡能力比曲柄式驱动机构提高1.57倍。2.2、对于一般交通、旅游等轻便代步型车，在同样的行驶速度和行车阻力下，采用本专利技术比曲柄式驱动机构省力36%。2.3、对于竞赛型车，采用本专利技术可使加速(启动)能力比曲柄式驱动机构提高1.57倍，改善加速能力是提高赛车成绩的途径之一。美国队在84年奥运会夺魁的RALEIGH车(见“知识就是力量”86.6)采用航天材料，使赛车自重降至5.4kg，使加速能力得到提高，假设普通赛车自重10kg，运动员体重65kg，其总质量为75kg，采用本专利技术，其效果相当总质量降至48kg，减重27kg，由此可见效益显著。3.车速提高16-25%3.1、在不增加脚蹬力F1和脚蹬速度V1的条件下，采用本专利技术可使车速比采用曲柄式驱动机构提高16%。在同样路面条件下，行车阻力f阻正比于车速V4的二次方，即f阻＝K·V24(7)式中K为比例系数，当车速提高16%时有f′阻＝K(1.16V4)2＝1.35·KV24＝1.35f阻(8)式中f阻为未提高车速时的行车阻力;f′阻为车速提高16%的行车阻力。由式(4)及式(6)有F1· (r1· r3)/(r2· r4) ＝F直 4＝1.57 F曲4 (9)匀速行驶时有F曲4＝f阻，代入(9)式两边同除1.16得F1·F1·(r11 . 16) · r3r2· r4=1.571.16· F 曲 4]]>＝1.35f阻＝f′阻 (11)将(5)式改写为V1=(r11 . 16) · r3r2· r4·( 1.16 V4) ( 12 )]]>即将本专利技术的传动比改为i =(r11 . 16) · r3r2· r4]]>，由式(11)和式(12)就可保证在不增加脚蹬力F1和蹬速V1的条件下，使车速提高16%。3.2、如果考虑到驱动力F4提高1.57倍，即克服行车阻力f阻的能力提高1.57倍，采用本专利技术只增加脚蹬速度V1就可使车速比曲柄式驱动机构提高25%，证明同上。4.自行车轮径小型化是目前自行车技术的一个发展方向，小轮径车具有重量轻、重心低、风阻小、转动惯量小、车身短、轻便灵活等优点。曲柄式驱动机构，使车轮的小型化受到限制，由于传动比的优化被破坏，使小轮径车的特点也发挥不出来，因此，小轮径车仅在普通轻便车型上少量采用(且仅见于20″以上的车型)，而采用本专利技术的自行车在16″车轮时仍具有良好的传动比，是发展小轮径车型的新型驱动机构。文件名称 页行 补正前 补正后说明书 2 12 ……运动生理特点… …运动生物学特点3 2 ……脚蹬5、12的 …脚蹬5、14的3 15 人体运动生理学认为， 人体运动生物学认为7 1 …(且仅见于…)，…(且多见于…)，本文档来自技高网...

【技术保护点】
本专利技术属于交通工具中自行车用驱动机构，其特征是：脚蹬的直线运动，由竖置的导轨装置所保证，通过两条竖直设置的链条和设置在中轴上的左、右飞轮转换成中轴的旋转运动，再由设在中轴和后轴上的链传装置，将中轴的旋转运动传递给自行车后驱动轮。

【技术特征摘要】
1.本发明属于交通工具中自行车用驱动机构，其特征是脚蹬的直线运动，由竖置的导轨装置所保证，通过两条竖直设置的链条和设置在中轴上的左、右飞轮转换成中轴的旋转运动，再由设在中轴和后轴上的链传装置，将中轴的旋转运动传递给自行车后驱动轮。2.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘永，
申请(专利权)人：刘永，
类型：发明
国别省市：13[中国|河北]