往复式人力驱动机构制造技术

往复式人力驱动机构用于自行车，手柄或脚踏板的运动轨迹为一段适当的圆弧线，在整个运动轨迹上具有合理的速度分布，这大大减少了与出力无关的多余运动和浪费现象，使有关肌体高效、协调地工作，因此骑行特别舒适省力。本发明专利技术还提出了用手驱动的、驱动的动作与转向的动作互相垂直的技术方案，容易掌握平衡控制行驶方向。所设计的与往复式驱动方式相配合的可倒行飞轮，保证了这类自行车倒推时行动自如。（*该技术在2012年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
往复式人力驱动机构，属于自行车、特别是自行车传动机构领域。传统自行车的圆周式驱动方式结构比较简单，相对历史上的其它驱动方式也比较合理，因此长期被沿用。但是，在上下死点位置附近出力性差这是公知的，与登力方向垂直的分速度，无助于驱动，还增加了肌肉和关节的多余运动，在快速驱动时，也会产生较大的不必要的惯性力。另外，由于水平方向移动的距离较大，不利于人体重心的稳定。总的骑行效果并不理想。为此，已有不少改进方案，在专利申请案和书报中见到最多的一类方案，从原理上可归结为一种摇杆机构(见附图说明图1)，其驱动原理是通过飞轮和链条将摇杆的摆动转化成朝一个方向的连续转动。这种驱动方式在踏速较低时可解决上述问题，但是踏速增高时出力性将明显降低。因为，脚部是从零速开始登出的，必须经过一段空行程到达M点时，飞轮才与车轮同步旋转，此时才发挥驱动作用。当腿部快要伸直时，必须提前在N点停止驱动，同样要经过一段空行程，往往依靠肌肉的力量克服所有的惯性力，使各运动部分速度降为零。另一方面，到达N点腿将伸直时，根据人机学原理下肢本来能够发挥最大的登力，因机构所限而不能发挥出来。随着登速不断增大，实际做功行程MN将不断缩短，随之出力性也将不断降低。此外，在两个空行程，人会有登空的感觉，并伴有较大的冲击，使人感到不适。现有一种驱动机构(见图2根据中国专利申请号为87213216)，该机构的特点是装有脚踏板的踏杆往返摆动，通过连杆使曲柄转动，连杆承受的是拉力。该机构虽然在一定程度上可解决上述问题，但是，由于在脚登出的行程连杆承受的是拉力，在主要驱动阶段，也就是加速阶段和减速阶段中间的驱动阶段，脚踏板处的速度分布是先慢后快。事实上下肢不能与其协调配合，因此输出效率也是不高的。目前用手驱动的某些特殊用途的自行车也采用圆周式驱动方式。人们还设计了一些手脚并用的圆周式驱动机构。这些驱动方式不仅出力性差，而且手或者脚很难协调动作，不易掌握平衡控制方向。其它手脚并用的驱动方式，也大都存在上述的缺点，例如空行程、出力性差等。另外，采用摆动式驱动的自行车，往往因结构所限，产生了不能倒行的问题，这在某些场合会带来不便，甚至会使个别部件因受力过大而损坏。本专利技术的目的是提出能够解决上述问题，并且符合人体运动学和人机学要求的人力驱动机构，使运动轨迹更为合理，同时在运动轨迹上具有合适的速度分布，从而提高人体肌肉的输出功率和输出效率。在用手或者手脚并用驱动的同时不影响控制行驶方向。结合本专利技术的特点，还设计了可倒行飞轮，使自行车能自由倒推。本专利技术的具体内容如下为了便于说明，定义几个述语将脚登出或手推出的行程称之为驱动行程，脚或手缩回的行程叫做返回行程。脚踏板和手柄统称为施力件。把连接、支承或安装本驱动机构以及行驶、方向控制等部分的部件定义为主构架。当施力件处在驱动行程的最初位置时，与曲柄最为接近的死点称之为第一死点，另一死点则为第二死点。设曲柄从第一死点转到第二死点时，驱动轮被迫转过的角度为T，又设曲柄处于两个死点之间的某个位置S时，驱动轮刚好转过1/2T的角度。那么在驱动行程，曲柄从第一死点转到位置S时施力件移动的距离除以曲柄从位置S转到第二死点时施力件移动的距离，所得到的比值称为前后行程比。(见图12和14，前后行程比af/fk)。此外(见图15)，假设在驱动行程施力件的最初位置为A，最终位置为K，相对于驱动机构，肩关节的位置为J1，髋关节的位置为J2，那么直线AK与直线KJ1的夹角定义为行程肩关节夹β1，直线AK与直线KJ2的夹角定义为行程髋关节夹角β2。当肩关节J1和髋关节J2位于直线AK的回转中心01和02一侧时，β1和β2取正值，否则取负值。1.本往复式人力驱动机构的基本方案之一是，包括至少一个可转动地装于主构架上的曲柄，至少一个与对应的曲柄相连接的连杆，至少一个施力件，还包括至少一个限定对应的施力件运动轨迹基本上为一段圆弧线的轨迹装置，和至少一个用于连接对应的连杆和对应的轨迹装置的摇杆。施加于施力件上的力通过摇杆传至对应的连杆上，然后传至曲柄，最后通过与曲柄相连的动力输出装置传至驱动轮。在驱动行程，连杆承受的力是压力，而不是拉力，这样施力件的运动过程可由更为合理的加速阶段，主要驱动阶段和减速阶段所组成，避免了或者基本上避免了空行程，特别是在驱动行程的主要驱动阶段可获得先快后慢的速度分布。加之施力件的运动轨迹基本为一段圆弧线，大大消除了与出力无关的多余运动。可见本驱动机构能够协调地和人体配合，消除了浪费现象，提高了出力性。适当选择各杆长度以及相互位置关系，就能得到合适的前后行程比。曲柄在两死点之间摆动的夹角α的大小对前后行程比的数值影响比较明显，夹角α增大，前后行程比也增大，反之亦然。为了使施力件在运动轨迹上有一个良好的速度分布，尤其在主要驱动阶段获得合适的由快到慢的速度分布，前后行程比应大于1.15。根据优化计算的结果可知该比值的最佳范围是1.45至1.62之间。但是，根据车型等情况不同实际合适范围会稍宽一点，一般取大于1.35小于1.70。比如，施力件摆动范围较小的车型，该比值应较小，反之亦然。施力件有了合理的运动轨迹，也有了合理的速度分布，并不一定能取得最优的出力效果，因为驱动机构相对于人体的位置也应考虑。根据优化计算的结果可知行程肩关节夹角β1的最佳范围是-5°至5°之间，行程髋关节夹角β2的最佳范围是14°至25°之间。然而β1和β2的数值不仅仅由车坐位置和整体尺寸所决定，还与人的身高等因素有关。但是针对某一身高范围的自行车，还是要合理地选择β1和β2的数值。加之车型的不同，其选择范围可以稍宽，一般β1大于-12°小于12°，β2大于5°小于30°。本驱动机构曲柄的工作方式可以是在该机构的两个死点之间往返摆动。为了使曲柄顺利进行往返摆动，应设置弹性储能装置，当曲柄分别接近两个死点时，由弹性储能装置吸收各运动部分的动能并使之停止，而且防止曲柄越过死点，然后换向运动时再将所存的弹性能释放出来，使各运动部分顺利换向。进一步的技术方案还可以是本驱动机构的摇杆可以提供两个以上的位置(包括连续无级移动的位置)与对应的连杆相连接，在不同的位置连接会使曲柄得到不同大小的摆角，进而达到改变速比的目的。因为对于不同的速比位置，前后行程比的数值也会不同，但是只要最大速比位置的前后行程比被限定在合理的范围内就可以了。摇杆提供的不同位置可由变速装置进行锁定。为了在每个速比位置使得驱动行程终了时，施力件的位置基本不变，同时便于变速装置的移动，摇杆提供的一个以上的位置应基本分布在同一个圆弧上。该圆弧的半径基本等于对应的连杆长度减去对应的曲柄长度。该圆弧的圆心离摇杆的回转中心的距离最好等于或者小于对应的曲柄和摇杆两者的回转中心的距离，小于的目的是使机构速比范围较大时，在最低速比位置施力件的速度分布比较合理，但是小于的数值应该适当。本驱动机构限定施力件运动轨迹的轨迹装置，可以是带有该施力件并且可摆动地装于主构架上的主动杆。而该主动杆与对应的摇杆之间的连接关系，可以是该主动杆上带有对应的摇杆;也可以是该主动杆与对应的相距一段距离的可摆动地装于主构架上的摇杆之间通过第二连杆相连接，该摇杆再与对应的连杆相连接。这后一种方案可改善部件受力状态并便于机构的总体布置，也能通过改变本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于自行车的驱动机构，包括至少一个可转动地装于主构架上的曲柄，至少一个与对应的曲柄相连接的连杆，至少一个施力件，其特征在于：还包括，至少一个限定对应的施力件运动轨迹基本上为一段圆弧线的轨迹装置，和至少一个用于连接对应的连杆和对应的轨迹装置的摇杆，在驱动行程，连杆承受的力是压力，施加于施力件上的力通过摇杆传至对应的连杆上，然后传至曲柄，最后通过与曲柄相连的动力输出装置传至驱动轮。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：丁志强，
申请(专利权)人：丁志强，
类型：发明
国别省市：41[中国|河南]