增力二心轮的制作方法

本发明涉及一种轮子，尤其是一种具有两个旋转中心的增力二心轮。

背景技术：

在此，单独说“轮”是说只有圆心的轮，各种圆轮都简称轮，圆齿轮简称齿轮，偏心圆轮简称偏心轮，偏心圆的轴心简称为偏心，偏心圆轮的轴称为偏轴，偏心到圆的连线称为偏心轮半径，偏心与圆心的距离称偏心距p。圆半径为r，则偏心圆有最长半径rzc＝r+p和最短半径rzd＝r-p，过圆心和偏心的直径是偏心圆对称直径。大于圆轮半径的偏心圆半径称长半径rc，小于圆轮半径的偏心圆半径称短半径rd。f为扭力，偏心圆有扭矩m＝rf，从最短半径rzd輸出的扭矩m＝fr＝frzd(r-p)，扭力frzd＝m/(r-p)＝rf/(r-p)＝f/(1-p/r)最大，从最长半径rzc輸出的扭矩为m＝fr＝frzc(r+p)，扭力frzc＝m/(r+p)＝rf/(r+p)＝f/(1+p/r)最小。偏心圆只有一个旋转中心——偏心。

轮系的传动比是指主动轮与从动轮的角速度或转速之比。齿轮传动的扭力比f12与齿轮半径r、齿数z成反比。ω为角速度，n为转速，f为扭力，i12表示从齿轮1向齿轮2传动的传动比，f12表示从齿轮1向齿轮2传动时齿轮1对于齿轮2的扭力比，负号表示转动方向、扭力方向相反。1/f12表示从齿轮1向齿轮2传动时齿轮2对于齿轮1的扭力比。传动比和扭力比公式为：

外啮合平行轴齿轮传动比i12＝-ω1/ω2＝-n1/n2，1/f12＝f2/f1＝-z1/z2＝-r1/r2

内啮合平行轴齿轮传动比i12＝ω1/ω2＝n1/n2，1/f12＝f2/f1＝z1/z2＝r1/r2

共轴的齿轮传动比i12＝ω1/ω2＝n1/n2＝1，1/f12＝f2/f1＝z1/z2＝r1/r2

4个平行轴齿轮有传动比i12，i23，i34，则：i14＝ω1/ω4＝i12i23i34，

在此，单独说传动是指主动齿轮始终与从动齿轮长期啮合的连续传动。偏心齿轮与其它齿轮啮合转动，由于啮合的两个齿轮半径之和不是常数，所以不能传动。

短距传动是指主动齿轮与从动齿轮在δs短距离内的传动。偏心轮能够与任何齿轮进行短距传动。偏心轮有主动轮短距传动和从动轮短距传动两种方式。

图1是一个偏心轮主动轮短距传动及力平衡状态简图。偏心轮的圆轮半径为r，最长半径rzc＝r+p，最短半径rzd＝r-p。令图1偏心轮为短距传动主动轮，从opx输入扭矩fr，从rzd输出扭力frzd，相当于以r、rzd为半径的共轴齿轮传动(以虚细线表示)，轮系传动比1/f12＝f2/f1＝r1/r2，所以frzd/f＝r/rzd，frzd＝fr/rzd＝fr/(r-p)。把图1画在力矩盆，以偏心opx为旋转中心，根据力矩盘的力矩平衡原理，偏心轮最长半径rzc有顺时针作用力f，最短半径rzd有逆时针作用力-frzd，它们的力矩相等才能平衡，即f(r+p)＝-frzd(r-p)，-frzd＝f(r+p)/(r-p)才能平衡。

令p＝r/2，则偏心轮为短距传动主动轮，frzd＝fr/rzd＝fr/(r-p)＝2f，从最短半径rzd输出的短距传动扭力frzd是偏轴输入扭力f的2倍。-frzd＝f(r+p)/(r-p)＝f(r+r/2)/(r-r/2)＝3f，3f/f＝3，所以，最短半径作用力-frzd等于最长半径作用力f的3倍时，顺时针力矩与逆时针力矩平衡。证明最短半径有增大最长半径扭力和增大偏轴扭力的作用。

图2是两个偏心轮短距传动的力平衡简图。两个偏心轮z1、z2的r、p相同，啮合于对称直径b点。把z1的对称直径当作杠杆，以opx为支点，z1的rzca点有作用力f，根据杠杆力矩平衡原理，frzca＝frzdbrzdb，最短半径rzd的b点作用力frzdb＝frzca/rzdb。z2在b点接受z1的作用力frzdb，z2最长半径rzcb点有作用力-frzcb＝-frzca/rzdb，以z2偏心opx为支点，-frzcbrzcb＝-frzdcrzdc，用-frzca/rzdb代入-frzcb得-f(rzca/rzdb)rzcb＝-frzdcrzdc，-frzdc＝-f(rzca/rzdb)rzcb/rzdc＝-f(rzc/rzd)(rzc/rzd)＝-f(rzc/rzd)²＝-f[(r+p)/(r-p)]²。把两个偏心轮短距传动当做两个以rzc、rzd为半径的共轴齿轮传动(用细虚线表示)，按齿轮传动比的1/f12＝f2/f1＝r1/r2演算，同样得到上面的结果。

令p＝r/2，-frzdc＝-f[(r+p)/(r-p)]²＝-f[(3r/2)/(r/2)]²＝-9f。在短距传动，z1的rzc扭力f转化到z2的rzd输出，扭力为-9f，z2的rzd扭力frzdc＝9f才能力平衡。偏心轮短距传动符合力矩平衡原理和轮系传动规律，都证明偏心轮短距传动rzd增大rzc的扭力。

图3是三个偏心轮的短距传动及力矩平衡简图。z1、z2、z3圆半径为r，偏心矩为p，相交于b点、c点，把图3画到力矩盘，依次以z1、z2、z3的opx为旋转中心，把z1的rzca点作用力f转化到b点、c点、d点，根据力矩盘力矩平衡原理，z3的rzdd点有frzdd＝f[(r+p)/(r-p)]³。把3个偏心轮短距传动当做3个以rzc、rzd为半径的共轴齿轮之间的传动(用细虚线表示)，按1/f12＝f2/f1＝r1/r2演算，同样得到这样的结果。

令p＝r/3，z3的frzdd＝f[(r+r/3)/(r-r/3)]³＝8f。偏心轮短距传动，偏心轮z1的rzca点扭力f转化到偏心轮z3的rzd输出，扭力增加8倍，转速、转向相同。如果要图3的力矩平衡，z3的d点作用力-frzdd必须等于-8f，否则不能平衡。偏心轮的短距传动符合力矩平衡原理，也符合轮系传动规律，都证明偏心轮短距传动rzd增大rzc的扭力。

从图1、图2、图3等半径偏心轮短距传动看，偏心轮短距传动有力学特性：①短半径增大长半径、偏轴的扭力。②反向等大扭力的长半径扭矩大于短半径扭矩。

在圆轮的等半径轮系传动中，反向等大扭力的扭矩平衡。

总之，图1、图2、图3偏心轮的短距传动，具有短半径增大长半径、偏轴扭力，两个反向等大扭力的长半径扭矩大于短半径扭矩的增力作用。问题是，短距传动在轮系传动无实用意义，只有一个转动中心的偏心轮不能与圆轮连续啮合传动。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供一种增力二心轮。

本发明通过以下方案解决上述技术问题：

一种增力二心轮，包括分心设置、圆轮及申缩辐条，其特征在于：有圆心、偏心、圆轮轴、偏心轴，是圆轮与偏心轮的统一体，所述的分心设置把圆心与偏心分开，所述的圆轮与分心设置铰链连接，所述的申缩辐条两端分别与偏轴、圆轮连接。

所述二心轮是圆轮与偏心轮结合的统一体，有圆心和偏心两个旋转中心，有圆轮和偏心轮的基本结构、基本功能和基本力学特性，圆轮与偏心轮分工合作，圆轮负责与其它轮连接，偏心轮负责力转化。

所述增力，就是二心轮在传动中具有偏心轮短距传动的增力作用。这就是说，在二心轮的传动中，偏心轮短半径增大长半径、偏轴的扭力，反向等大扭力的长半径扭矩大于短半径扭矩。

二心轮有不能增力的二心轮，有间断增力的二心轮，也有持续增力的二心轮。所述增力二心轮是指能间断增力和持续增力的二心轮。在阐述增力二心轮时，为了减少名称字数和繁杂程度，常常把增力二心轮简称为二心轮。

所述分心设置是将圆心与偏心分开，建立圆轮和偏心轮的两个旋转中心，把圆轮和偏心轮结合为一个整体的设置。

分心设置有外力分心设置和支架分心设置。外力分心设置是靠外力(如重力、弹力)使申缩辐条变形，将偏心与圆心分开的设置。支架分心设置用支架分开和固定圆心和偏心，有圆轮轴和偏轴，把圆轮和偏心轮结合为一个整体。

支架分心设置形如固定不动的曲轴，分开和固定圆心、偏心，固定最长半径、最短半径，有圆轮轴、偏轴，把圆轮和偏心轮结合为一个整体。

支架分心设置有偏轴支架分心设置(简称偏轴设置)和隐轴支架分心设置(简称隐轴设置)。偏轴设置的偏轴伸出支架分心设置外，便于从偏轴输入、输出扭力。隐轴设置的偏轴隐藏在支架分心设置内，不能从偏轴输入、输出扭力。

所述圆轮与支架分心设置铰链连接，绕支架分心设置的圆心、圆轮轴、偏心、偏心轴转动，以等长半径与其它轮连接。

所述申缩辐条两端分别与偏轴和圆轮连接，两端距离能随圆轮转动而伸长缩短。申缩辐条和偏轴绕偏心转动，转化圆轮与偏轴的扭力，使二心轮有增力作用。

申缩辐条的结构多种多样，如弹性申缩辐条、套叠申缩辐条、牵拉申缩辐条、折叠申缩辐条、各种混合申缩辐条。

所谓弹性申缩辐条，是用弹性物质制造能够弹性申缩，随着圆轮转动改变长度的辐条。弹性申缩辐条简称弹性辐条。弹性使圆轮轴在外力作用下移位产生偏心形成二心轮，因此弹性辐条本身也是圆轮变为二心轮的分心设置。

所谓套叠申缩辐条，是辐条分为若干段套叠连接形成的辐条，依靠套叠使辐条两端距离能够随着圆轮转动而变化不分离。套叠申缩辐条简称套叠辐条。

所谓牵拉申缩辐条，是能够经受牵拉力的申缩辐条，主要用于长半径方面的牵拉，两端的距离能随着圆轮转动而发生改变。牵拉申缩辐条简称牵拉辐条。

所谓折叠申缩辐条，是辐条分为若干段铰链连接的申缩辐条，能够随着圆轮转动通过折叠使两端距离变化。折叠申缩辐条简称折叠辐条。

所谓混合申缩辐条，是将若干种申缩辐条装配在一个二心轮中的申缩辐条称谓。混合申缩辐条简称混合辐条。在叙述混合辐条时常常将结构名称并列，如弹簧辐条与套叠辐条组装的辐条称弹簧套叠辐条，牵拉辐条与折叠辐条组装的辐条称牵拉折叠辐条。

用偏轴设置制作的二心轮称为偏轴二心轮。偏轴二心轮的偏轴伸出二心轮外，适用于做主动轮和从动轮。从偏轴输入扭力从短半径输出扭力的二心轮为主动二心轮，从长半径输入扭力从短半径或长半径输出扭力的偏轴二心轮为从动二心轮。

用隐轴设置制作的二心轮称为隐轴二心轮。隐轴二心轮短半径输出扭力增大长半径输入的扭力，长半径输出扭力减小短半径输入的扭力。

用混合辐条制作的二心轮为混合二心轮。混合二心轮分为偏轴混合二心轮和隐轴混合二心轮。

分心设置与圆轮、申缩辐条结合构成增力二心轮。

本发明的有益效果是：①二心轮能够与圆轮持续传动。②二心轮短半径增大长半径、偏轴扭力的增力作用能显著提高动力效能。③等大反向扭力的二心轮长半径扭矩大于短半径扭矩的力学特性能开发利用某些自然力。

附图说明

图1-一个偏心轮的主动轮短距传动及力平衡简图。

图2-两个偏心轮短距传动的力平衡简图。

图3-三个偏心轮的短距传动及力平衡简图。

图4-弹性套叠辐条与偏轴、圆轮铰链连接传动简图(未画分心设置)。

图5-牵拉辐条与分心设置组合为牵拉二心轮的传动简图(未画分心设置)。

图6-折叠辐条铰链连接偏轴、圆轮的传动简图(未画分心设置)。

图7-支架分心设置与圆轮铰链连接简图。

图8-单组申缩辐条的偏轴二心轮简图。

图9-多组申缩辐条的隐轴二心轮简图。

图10-两个反向等大扭力作用于两个共偏轴二心轮的齿轮组传动俯视简图。

图11-图10的a-a剖面简图。

图12-一个偏轴二心轮与两个隐轴二心轮传动简图。

图13-二心轮与圆轴构成二心轮曲轴的简图。

图14-二心曲轴与连杆、活塞、气缸组合简图。

图中，1-圆轮，2-偏轴，3-申缩辐条，4-圆轮轴，5-分心设置，6-齿轮，7-槽轮，8-气缸，9-活塞，10-曲轴，11-连杆，o-圆心，opx-偏心，p-偏心距，r-圆轮半径，rzc-偏心轮最长半径，rc-偏心轮长半径，rzd-偏心轮最短半径，rd-偏心轮短半径，frzd-最短半径的扭力，frzc-最长半径的扭力，f-扭力、推力，ft-切向扭力，ftc-偏心扭力，β-连杆摆动角，-曲轴绕圆心转动角，-曲轴绕偏心转动角。

具体实施方式

下面，结合附图对本发明的技术方案作进一步的描述，但要求保护的范围并不限于所述。

图4、图5、图6、图8、图9所示的二心轮，包括圆轮(1)，申缩辐条(3)，分心设置(5)，有圆心(o)、圆轮轴(4)、偏心(opx)、偏轴(2)，具有圆轮和偏心轮的基本结构。

图7为支架分心设置(5)与圆轮(1)铰链连接简图。支架分心设置(5)使圆心(o)与偏心(opx)分开和固定。支架分心设置(5)与圆轮(1)铰链连接，如图7、图8、图9那样有圆轮轴(4)，圆轮(1)绕圆心(o)、圆轮轴(4)、偏心(opx)、偏心轴(2)、偏心轴套转动，以等长半径与其它圆轮连接。支架分心设置(5)也如图7、图8、图9那样有偏心(opx)、偏心轴(2)、偏心轴套，让偏心轮绕偏心(opx)转动。最重要的是，支架分心设置(5)的圆心(o)和偏心(opx)固定不动，使偏心圆的最长半径(rzc)、最短半径(rzd)固定不动，外力能够准确地作用在最长半径(rzc)、最短半径(rzd)传动，使二心轮传动具有偏心轮短距传动的增力作用，这种作用为二心轮增力作用。

当申缩辐条(3)和偏轴(2)只是跟随圆轮(1)绕偏心(opx)转动的附件，偏心(opx)无杠杆支点作用，输入长半径(rc)的扭力与偏心(opx)无关，直接从圆轮(1)传递到最短半径(rzd)输出，最短半径(rzd)不能增大长半径(rc)、偏轴(2)的扭力，属于无增力二心轮。

图4为弹性套叠辐条与偏轴、圆轮铰链连接传动简图(未画分心设置)。弹性套叠辐条(3)两端分别与圆轮(1)、偏轴(2)铰链连接。辐条a达最长极限，辐条d为最短极限。二心轮逆时针转动，偏心轮的逆时针扭力frzc使辐条a产生分解力f1，f1传到偏轴(2)分解出切向力ft，ft推辐条d，产生分解力f2，f2分解为rzd逆时针扭力frzd，完成二心轮逆时针扭力frzc转化到frzd的过程，frzd≈frzc(r+p)/(r-p)。二心轮顺时针转动，偏心轮扭力-frzd推最短辐条d，产生分解力-f2，-f2分解为偏轴(2)的切向力-ft，-ft分解为拉辐条a和圆轮(1)的-f1，-f1再分解为偏心轮扭力frzc，完成frzd到frzc的力转化，frzc≈frzd(r-p)/(r+p)。显然，不管圆轮顺时针转动或者逆时针转动，长半径和短半径的扭力转化都经过偏心，短半径增大长半径扭力，为增力二心轮。

从另一个角度探讨，二心轮最长半径(rzc)有扭力f，圆轮(1)和偏心轮都能把f转化到最短半径(rzd)。圆轮半径r，圆轮任何地方的扭矩都是fr，rzd的圆轮接点扭力为f。偏心轮的rzc有f，扭矩为frzc，转化到rzd的扭矩为frzdrzd＝frzc，令p＝r/2，frzd＝frzc/rzd＝f(r+r/2)/(r-r/2)＝3f。偏心轮rzc的f转化到rzd的扭力3f比圆轮与rzc接点的f转化到圆轮与rzd接点的f大，偏心轮的转化力完全淹没和取代了圆轮的转化力，所以二心轮只看到偏心轮的力转化作用，看不到圆轮的力转化作用。

图5是牵拉辐条与分心设置组合为牵拉二心轮的传动简图(未画分心设置)。圆轮半径r，二心轮的rzc有逆时针扭力frzc，frzc分解为辐条a拉力f1，f1分解出偏轴2逆时针转动的切向力ft。圆轮与偏心轮一体，ft推偏轴(2)与圆轮(1)一起逆时针转动，rzc、rzd旋转中心在偏心opx，可以看作半径为rzc、rzd的共轴齿轮传动，1/f12＝f2/f1＝r1/r2，frzd/frzc＝rzd/rzc，所以，frzd＝frzcrzc/rzd。再从另一个角度分析，令二心轮z2、z1共偏轴(2)，rzc、rzd、p相等。z1的rzc逆时针转动f分解为拉辐条a和偏轴(2)的f1，f1分解为偏轴(2)切向力ft，z2的偏轴(2)以ft牵拉辐条-a(图中以粗虚线表示)和rzc，产生分解力f1，f1分解为z2的rzc逆时针转动扭力frzc，z1的frzc与z2的frzc大小、方向相同。z1、z2的rzc、rzd旋转中心都在opx，根据力矩盘力矩平衡原理，两个二心轮frzcrzc＝frzdrzd，z1的rzc扭力f通过偏轴(2)转化为z2的rzd扭力frzd＝frzcrzc/rzd＝frzc(r+p)/(r-p)。frzd＞frzc，牵拉辐条二心轮是增力二心轮。

图6为折叠辐条铰链连接偏轴、圆轮的传动简图(未画出分心设置)。圆轮半径r，图中，二心轮辐条a1b1c1拉直，辐条a3b3c3的b3c3两端顶住圆轮(1)和偏轴(2)。二心轮逆时针转动，rzc有扭力frzc，分解成辐条a1b1c1的拉力f1，f1分解成偏轴(2)切向力ft，推b3c3，分解成rzd的扭力frzd。圆轮(1)顺时针转动，圆轮(1)推辐条的b3c3，f分解成偏轴(2)顺时针切向力ft，拉辐条a1b1c1，分解成圆轮(1)扭力frzc。所以，折叠辐条二心轮无论是逆时针转动或者顺时针转动，rzc的扭力都通过辐条-偏轴-偏心-偏轴-辐条途径转化到rzd，frzd＝frzcrzc/rzd＝frzc(r+p)/(r-p)，表现出二心轮增力作用。

从图4、图5、图6的力学分析可以看到：二心轮是圆轮和偏心轮结合的统一体，圆轮负责等半径连接，偏心轮负责传动，二心轮具有增力作用。

图8为单组申缩辐条的偏轴二心轮简图。偏轴二心轮的圆轮(1)能够与其它齿轮啮合成为从动轮，偏轴(2)伸出轮外，能从偏轴(2)输入扭力成为主动轮，还能与其它轴连接，组成共偏轴二心轮。在二心轮实施举例中，为清楚二心轮传动，明确二心轮的增力作用，常用共偏轴二心轮举例。

图9是多组申缩辐条的隐轴二心轮简图。隐轴二心轮的偏轴(2)隐蔽、固定，不能从偏轴(2)输入扭力，只能从圆轮(1)输入扭力。由于隐轴二心轮的偏心(opx)、圆心(o)固定，rzc、rzd固定，扭力可以准确地从rzc输入，从rzd输出，表现出二心轮增力作用。多组申缩辐条(3)，辐条数量多，辐条能增大强度，减小做功度数。

图10是两个反向等大扭力作用于两个共偏轴二心轮的齿轮组传动俯视简图。图中共有6个半径为r的轮——轮1、2共轴，轮3、4共偏轴，轮5、6共轴；轮3、4是二心轮，轮2、5是齿轮(6)，轮1、6是槽轮(7)；槽轮(7)上有一条牵引绳索(用2倍粗线表示)。分心设置(5)固定圆心(o)和偏心(opx)，有齿轮(6)和槽轮(7)的轴承，把6个轮组合为一个齿轮组。

图11是图10的a-a剖面图。剖面图仅见到轮1(槽轮)、轮4(二心轮)和轮5(齿轮)，见到牵引绳挂在槽轮上，绳两端有反向等大作用力f、-f。综合图10和图11进行力分解，轮1、2、5、6都是圆轮，两个反向等大的扭力在等半径圆轮中平衡，不必讨论，因此只需分析二心轮3、4即可知道绳两端f、-f的平衡状况。牵引绳绕在轮1上，作用力f转化为二心轮3最长半径rzc的作用力-f，rzc有扭矩-frzc，二心轮4与轮3共偏轴(2)，二心轮3通过偏轴(2)把扭矩-frzc转化为二心轮4最短半径rzd的扭矩-frzdrzd＝-frzc，-frzd＝-frzc/rzd。二心轮4的-frzc/rzd进一步转化为共轴圆轮5、6的作用力frzc/rzd。轮6原来有牵引绳作用力-f，轮6有总作用力frzc/rzd+(-f)。令p＝r/2，则轮6的总作用力frzc/rzd-f＝f(r+p)/(r-p)-f＝f(r+r/2)/(r-r/2)-f＝2f。所以，二心轮传动有短半径增力作用，轮1的力f与轮6的力-f不平衡，作用力存在2f的差距。

图12为一个偏轴二心轮与两个隐轴二心轮传动简图。z1是偏轴二心轮，z2由共轴二心轮z2、z3组成，z3由共轴二心轮z4、z5组成。二心轮的r、p相同。从z1的偏轴(2)输入扭矩fr，z1的rzd有扭力frzd＝fr/rzd，转化到z2的rzc为-fr/rzd，z2、z3共偏轴(2)，z2的rzc扭力从偏轴(2)转化为z3的rzd扭力-frzd＝-f(r/rzd)rzc/rzd。z3的rzd扭力转化为z4的rzc扭力f(r/rzd)(rzc/rzd)，再从z4的rzc、偏轴(2)转化为z5的rzd扭力f(r/rzd)(rzc/rzd)²。令p＝r/3，z5的rzd扭力frzd＝f(r/rzd)(rzc/rzd)²＝fr/(r-r/3)[(r+r/3)/(r-r/3)]²＝6f。z5的rzd输出扭力6f是z1偏轴(2)输入扭力f的6倍，转速、转向相同，表现出二心轮传动的短半径增力作用。

图13是二心轮与圆轴构成二心轮曲轴的简图。z1由二心轮z1、z2组成，z2由二心轮z3、z4组成，z1、z2并列，圆轮之间固定连接一条圆轴(10)构成二心轮曲轴。二心轮曲轴的圆轴(10)有切向力ftc，通过z1和z3的rc转化到偏轴(2)，由偏轴(2)把ftc转化为z2、z4的rd扭力frc/rd。令p＝r/2，f(r+r/2)(r-r/2)＝3f，曲轴二心轮最短半径rzd输出的扭力最大可以达到3f。

图14是二心轮曲轴与连杆、活塞、气缸组合简图。气缸(8)的气体推力f通过活塞(9)、连杆(11)把分解力f1作用在二心轮曲轴(10)上，产生切向力ftc。对于二心轮，扭力ftc都是作用在长半径rc上，rc都比圆轮o的半径r长，所以，二心轮曲轴(10)切向力ftc比一般曲轴的旋转圆半径r切向力ft大数十个百分点。二心轮曲轴(10)的ftc从rc输入，从最短半径rzd输出，假如p＝r/2，加上图13的分析结果，得rzd扭力frzd＞3f。因此，发动机的功率，用二心轮曲轴比用通常曲轴大2倍以上。