专利名称：一种曲柄省力机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及机械领域的曲柄机构。
背景技术：
自行车不消耗能源、没有一点废物排放、不产生丝毫污染是最纯、最好的环保交通工具。但是，自行车速度慢，费劲又是众所周知的。因为已有的自行车和三轮车及脚蹬游船等人力驱动机械的曲柄机构的曲柄长度都是固定不变的。根据杠杆原理，曲柄越长越省力。然而，受人体和机械结构客观条件的限制，曲柄又不可能做得很长，因而自行车和三轮车及脚蹬游船等的速度都不很快，遇到顶风或上坡或载得多点，蹬动就很费劲，蹬动时间长点，使人疲痨。为了解决这一问题，当前厂家是以减小传动比，降低速度来实现的。原本速度就不快的这类人力车船，再降低速度后就更慢了。
发明内容
本发明针对上述问题，提供一种能使曲柄作功时增长，不作功时缩短的曲柄机构，其目的是省力，提高速度。
本发明的目的是这样实现的，如人骑自行车都是脚蹬到最高点时开始用力向前向下蹬，当蹬到前上方时感到用得上劲，车速开始加快，从力学上看，物体围绕某点的转动效果既取决于力的大小，又取决于力的作用线到转动中心的垂直距离(力臂)，当脚蹬从最高点向前向下蹬动时，用力方向使压力角逐渐减小，力的作用线到中轴的垂直距离会逐渐增大，转劲也随之增大，直到脚蹬曲柄快转到水平，用力方向与曲柄垂直压力角最小时，力的作用线距中轴最远，力臂最长最省力，转劲也最大，这就是为什么人骑自行车总感到每蹬到前上方再向前向下蹬动时更轻更快更带劲。蹬过正前方后，用力方向使压力角逐渐增大，转劲开始减少，但借助惯性，不用增加蹬力可使脚蹬转至最低点(逆风或上坡还要增加力)，此时另一只脚蹬曲柄已被带动回转至最高点可接着向前向下蹬了，如此周而复始。根据人骑自行车都是蹬到上方开始用力加速和腿的前后蹬动比上下蹬动的范围要大得多，加之蹬动快慢可以随意掌握这一特点，以及脚蹬作用力的方向可根据车把到车座的距离和车把车座的高低及人体倾斜度、座姿和手臂撑拉力大小等来适当调整，为了使脚蹬在上前方和正前方及下前方作用力方向与压力角较小角度尽量维持长一些和使力的作用线到中轴的距离远一些，在保持脚蹬离地距离不变或适当增加离地高度情况下，除调整座姿外，可增加曲柄转到上方或前方或下方的长度、减少曲柄转到后方的长度、还可调整曲柄轴心位置，使脚蹬依曲柄绕中轴的运动轨迹就像凸轮绕轴运动轨迹一样。图1图2示出了曲柄省力机构的结构原理图，为了与原固定曲柄机构作比较，设曲柄省力机构脚蹬运动轨迹的最大直径与原固定曲轴脚蹬运动圆形轨迹13直径一样长。在主动轴4的机架12上左右各平行固定一个相同活动曲柄脚蹬运动凸轮形轨道9(轨道可以是盘状凹槽或半圆形凹槽，盘上开有减重口或孔；也可以是外凸轮和内凸轮边缘组成的一圈开口轨道，还可以是单根凸轮形轨道)，两相同凸轮形轨道9的形状和最大向心半径的方向和长短根据其用途和骑座姿势及蹬力方向来决定，凸轮形轨道与机架固定螺栓10根据凸轮形轨道9的大小形状和机架12的结构由多条支架和多个螺栓固定(轨道除受向下压力和向外伸力外，装在自行车上还要防车倒后脚蹬触地的侧冲击力，也可加防撞装置)，在左右两边凸轮形轨道9的外侧的主动轴4上各装相同中间断面或两端外侧一段是长方形或工字形、正方形、半圆形、圆形、椭圆形等形状导轨的固定曲柄6(固定曲柄还可以从主动轴端头或傍边过主动轴以增加曲柄刚度)，固定曲柄6的导轨内可有滚轮或防尘轴承装有与之配套形状、可以穿过固定曲柄6运动的活动曲柄7，活动曲柄7内侧或脚蹬轴端头有伸入凸轮形轨道9与之配合能沿凸轮形轨道9滚动或滑动的活动曲柄轨道导头11(导头11可以是圆柱形或双柱中间卡单轨道形，导头11或轨道9上可以有滚针或圆柱或球轴承，还可以导头11上有滚柱、滚轮或防尘轴承等)，从动轴是链传动的(也有不用链传动)可左右凸轮形轨道9(也可在左凸轮形轨道)里侧的主动轴4上装大链轮5(也可在凸轮形轨道9的外侧主动轴上装大链轮，大链轮对应曲柄的位置开一长口，可使活动曲柄轨道导头穿过并可在开口内自由滑动)，在左右活动曲柄端部外侧安装左右脚蹬或手摇柄。
从图1图2中可以看出凸轮形轨道9的上下高和左右宽度虽然和原固定曲柄脚蹬运动圆形轨迹13的直径一样长，但是凸轮形轨道9的向上向前(右)向心半径比原固定曲柄脚蹬运动圆形轨迹13的向上向前半径要长，比向下向后用不上力的半径要短，当用力把脚蹬8从最高点向前向下蹬动时，活动曲柄7在轨道导头11的导引下沿凸轮形轨道9向前向下运动，带动固定曲柄6绕主动轴4转动，使大链轮5一起转动传动链条，由于凸轮形轨迹9的向心半径逐渐向外伸长，使脚蹬活动曲柄7不断从固定曲柄6中伸出增长，由于其半径比原固定曲柄脚蹬运动圆形轨迹13半径长，自然就省力。活动曲柄增长越多越省力，当蹬到凸轮形轨道9向心半径最大时，此时力臂变得最长蹬动最轻最省力，由于越蹬越轻，就会越蹬越快产生加速度和惯性，即使脚蹬8转到前下方向心半径逐渐减少力臂缩短时也不会感到蹬力增加，这样在较好平路面骑行就可以脚蹬8每转到上前方用力蹬一下，让其转到前下方就轻蹬用很小的力，利用惯性使脚蹬8到达最低点进行省力；或者脚蹬8转到上前方时，用力蹬几圈让其加速行驶后歇脚，利用惯性滑行，到降速时再用力加速，由于曲柄省力机构的作用，不用很大的蹬力，速度就能加得很快，自然就歇脚滑行省力了。当一只脚蹬从最高点用力蹬到最低点时，就带动另一只不用力蹬动的固定曲柄6迫使活动曲柄7沿凸轮形轨道9短向心半径缩短，让脚蹬8从下由后向上回转到最高位置，另一只脚接着继续蹬，使主动轴4不断转动起来。由于曲柄省力机构的力臂在从上向下用力时能比原固定曲柄增长，不用力回转时又能缩短，由此达到省力增速的目的。该机构也可以改装成手摇曲柄省力机构，用于手动机器。
所述直接蹬轮轴转动人力车，它包括车轮、转向装置、主动轴上的变速器和两边的曲柄机构，变速器是由主动轴上固定行星架的行星齿轮轴上活套齿轮并与固定在机架支撑架的内齿常啮、与行星齿轮常啮活套于主动轴上并与支撑车轮辐条的变速器壳盖连接组成的行星变速器；除所述的变速器是行星变速器之外，还可以是定轴变速器，即主动轴上固定主动齿轮、并与活套在连接机架支撑架的固定轴上的中间小齿轮常啮，与中间小齿轮连于一体同样活套在轴上的中间大齿轮又与活套在主动轴并与支撑车轮辐条的变速器壳盖连接，其特征在于除所述的主动轴上变速器两边安装曲柄机构之外，还可以装有上述的曲柄省力机构。
所述杠杆传动省力人力车，它包括车轮、转向装置、车座、曲柄滑块机构、杠杆铰接的主动轴曲柄和滑块之间的从动轴及曲柄和变速器，其特征在于除所述的滑块在从动轴后轨道上往复滑动之外，还可以在从动轴前后轨道上任复滑动；除所述的主动轴上安装曲柄机构之外，还可以装有上述的曲柄省力机构。
所述自动无级变速人力车，它包括车轮、转向装置、主动轴上左右两边有曲柄机构，其特征在于可以互相配合转换工作直径的主动轴上和从动轴上分别由两部份组成的主动带轮和从动带轮，主从动带轮两部份间凹糟内套传动带，除所述的主从动带轮分别由相同一对锥面组成外，还可以主从动带轮各由一个相同锥面和一个相同平面带轮组成；也可由一对伞状的主动链轮和一对同样的从动链轮、主从动链之间一种特制用链条与链轮啮合和摩擦传动，除所述的主动轴上安装曲柄机构之外，还可以安装上述的曲柄省力机构。
所述模块式装配三轮车，它包括车轮、转向装置、车座、主动轴及曲柄机构，其特征在于车架是模块式装配，除所述的主动轴上安装曲柄机构之外，还可以安装上述的曲柄省力机构。
所述齿轮变速人力车，它包括车轮、机架、转向装置、车座、其特征在于两个以上速比齿轮变速器及主动轴和输出轴，主动轴两端伸出变速器壳外其上有曲柄机构，除变速器输出轴上和传动轴一端有一对锥形轮及传动轴另一端和后轮轴或连接右花盘的棘轮或花盘轴上还有一对锥形齿轮驱动后轮之外，还可以输出轴在主动轴前或后一端伸出谱速器壳外其上有链轮(装小链轮的还可以在下后方加一伸开小轮)传动后轮小链轮；除所述的主动轴上有曲柄机构之外，还可以装有上述曲柄省力机构。
所述仿生船，它包括船体、动力装置、驱水装置的螺旋桨或叶轮桨，其特征在于驱水装置还包括由曲柄脚蹬或发动机传动变速器，增速后再传动一套或两套以上曲柄滑块机构，由直线运动的每个滑块直接或通过杠杆机构各传动一根或两根以上置于船体两侧或尾部水平或稍上倾浸入水下的桨叶柱，桨叶柱轴上有一片或两片垂直于桨叶柱能前后肩动像鱼划水样的桨叶(桨叶也可以做成鱼的划水器样)，或桨叶柱上径向有多条轨道、每条轨道内有相同的转动骨架、骨架上固定一圆圈形或多边形像伞面样能收扰软的阻水层桨叶；当滑块带动桨叶柱向前运动时，桨叶在水的阻力下能自动合扰(单片桨叶在船体两侧的则贴近船体)，桨叶柱向后运动时桨叶会在水的反作用推力下自动伸开到一定角度或最大到与桨叶柱垂直，或桨叶由机械控制配合桨叶柱前后运动而开合，推动船体向前行驶。这种像鱼游一样的船舶推进器，前进时驱水面积大推力大，收缩后面积小阻力小，比现有船舶推进器效率高；除所述的曲柄滑块机构主动轴上有曲柄脚蹬之外，还可以装有上述曲柄省力机构。
采用了上述方案，与已有技术的同型号规格级别的机器相比，在相同条件下能增二分之一到一倍的力，增速三分之一以上，特别是逆风、上坡、长途或载重行驶，其优越性更加明显，没有以前机器的蹬不动、行得慢，费劲和劳累，速度还提高了很多，不仅轻松，还节省时间，提高了效率，而且结构简单，制造容量，成本低廉，在广阔的市场上具有很强的竞争力。
图1图2是本发明曲柄省力机构的原理正视侧视示意图。
图3是曲柄省力机构第1个实施例的链传动自行车示意图。
图4是曲柄省力机构第1个实施例的链传动座椅式自行车示意图。
图5图6是曲柄省力机构第2个实施例的直接蹬轮轴转动自行车正视侧视示意图。
图7是曲柄省力机构第2个实施例的直接蹬轮轴转动三轮车示意图。
图8图9是曲柄省力机构第3个实施例的杠杆传动省力自行车正视俯视示意图。
图10图11是曲柄省力机构第4个实施例的自动无级变速自行车正视示意图和俯视剖视图。
图12是曲柄省力机构第5个实施例的模块式装配三轮车示意图。
图13是第2个实施例直接蹬轮轴转动自行车三轮车主动轴上的定轴变速器结构示意图。
图中1、小链轮 2、后轮轴 3、链条 4、主动轴 5、大链轮 6、固定曲柄 7、活动曲柄 8、脚蹬 9、凸轮形轨道 10、凸轮形轨道与机架固定螺栓 11、活动曲柄轨道导头 12、机架(车架) 13、原固定曲柄脚蹬运动圆形轨迹 14、车把前叉 15、靠背 16、座椅 17、变速器 18、后车轮 19、车蓬伸缩杆或伞柄偏心卡柄 20、车架前管 21、转向轴 22、转向轴承 23、车厢转向管 24、转向螺帽 25、转向扶手 26、车蓬 27、车厢 28、主动左曲柄 29、主动右曲柄 30、左杠杆 31、从动左曲柄32、左杠杆移动支点 33、从动右曲柄 34、右杠杆 35、杠杆左支点内侧轨道 36、杠杆右支点外侧轨道 37、右杠杆移动支点 38、杠杆支点轨道支撑架 39、主动平带轮 40、主动锥形带轮 41、弹簧 42、中接头 43、主从动带轮自行车转换杠杆 44、杠杆支点 45、车架平叉 46、传动带 47、刺轮 48、右花盘 49、从动锥形带轮 50、从动平带轮 51、纵梁与车架连接螺栓 52、前纵横梁装配螺栓 53、车厢转动支承 54、车梁 55、车厢架 56、车厢减震弹簧 57、后纵横梁装配螺栓 58、车厢开关栓 59、车厢活页 60、车轮辐条孔 61、变速器壳 62、主动齿轮 63、中间齿轮 64、从动齿轮 65、滚针轴承 66、连接从动轴变速器盖。
具体实施例方式
实施例1在图3所示的链传动自行车中，采用了24″车轮，使轮距保持在500-550mm左右与26″车轴距差不多，车座立管0-10°留出脚蹬到前轮规定不小89mm安全距离，曲柄的向前长度可在220-280mm之间，主动轴4和后找轴2右侧与现有自行车一样装大链轮5和小链轮1及链条3，为了使链传动省力，大链轮一般要降低轴心，尽量使链条紧边保持水平，还要留有脚蹬最低离地距离80-130mm，本实施例取120mm与26现有车100-120mm差不多，这样就可确定凸轮形轨道9的轴心(与主动轴4同心)和最大向心半径220-280mm，最小向心半径100mm，最高向心半径180-200mm，最低向心半径140mm，用钢板(也可用铝金或复合塑料等材料)冲压成两个相同凸轮形轨道9凹槽(弧形过渡要圆滑没有死角)，用螺栓将凸轮形轨道9凹槽固定在机架12左右两侧，使与主动轴4同心，最大向心半径向正前略向上，主动轴4两端装左右固定曲柄6做成长80-120mm、中段或下部有和主动轴4端部配合装配的形状，并不露出主动轴4两端头，固定曲柄6两头端部外侧有套装长方体活动曲柄7的凸部，活动曲柄7长300-340mm，能在固定曲柄6两端凸部中按固定方向滑动，脚蹬8的左右轴头加长做稍细一点作为轨道导头，穿过活动曲柄7端头螺孔，再在导头上套滚筒或滚轮，并拧紧使导头伸进凸轮形轨道9，导头能沿轨道9滚动带动活动曲7转动。
本实施例只需调整凸轮形轨道9最高、最低、最长、最短向心半径，就可适用其他规格型号的自行车和三轮车及变速车等，总长度与电动自行车和28车差不多，不超过1840mm。假如一个人骑一辆26变速车(车轮直径660mm，即车轮每转一周行驶3.14×660＝2.07m)，以速比3(i＝48/16，与普通自行车一样)行驶，曲柄(力臂长165mm)每转一周，车轮向前行驶6.2mm(2.07m×3)，突然遇大风使蹬骑困难，将速比变为2(i＝40/20)后方能正常骑行，但车速却降低了一倍(即曲柄每转一周车轮行驶2.07×2＝4.1m)。如果采用本实施例把凸轮形轨道9最大向心半径曲柄力臂增长到220mm，就可以在同样大风中不降低车速照样行驶。
在图4所示的链传动座椅式自行车实施例中，为了缩短轴距增加轮距、降低重心，采用20″车轮(φ508mm)轮距大500-600mm，座椅16四条腿固定在车架12两边平叉上，座椅距地高600-650mm脚蹬8距地面最高450-550mm，最低120-130mm，凸轮形轨道9前短后长、上长下短可使力臂增长，固定曲柄6长100mm，中间固定在主动轴4端头，活动曲柄7最长350mm、向前长140mm、最低110mm，主动轴4距前轮240mm，比后轮轴2低20mm，座椅靠背15可稍过后轮轴2距前叉车把14长600-750mm，大链轮5在固定曲柄6内侧，也可把车把作成上半圆形(半个汽车方向盘)，便于长距离操纵转向。
本实施例还可后轮采用18″、22″、24″、26″轮，脚蹬8离地140mm、150mm，主动轴4比后轮轴低0-50mm、最高向心半径300-350mm，座椅16高600-700mm，座椅靠背15到主动轴4距离700-900mm，因座椅16距车把前叉较远，为便于转向操纵，可把车把后移用轴安装在车架12上可转动，转轴上有横杆与前叉上横杆平行，左端或右端用杆铰接或用平行铰链四杆机构相连。为转弯灵活便于操纵，可缩短轴距，因座位低是座姿，前轮采用8″-12″轮，8″-10″轮还可以安在凸轮形轨道9向前向心半径中间前下方，座椅靠背15到握手把600-700mm，为防前翻车架前管不能低于座椅16，靠背15在后轮轴2后方的，为防后翻可在后车轮后增加一个离地5-15mm的支撑小轮，整车长1000-1500mm，整车长在1米左右的时速不超过10KM，后面挂个手提购物筐可作休闲购物车，老年人骑上两脚容易触地。上述车还可以改装成三轮车，三轮车中轴上还可加齿轮变速器，使车轻松快速。
实施例2本实施例是在先申请的一种直接蹬轮轴转动自行车上曲柄换装本发明曲柄省力机构，该说明书CN1215012A中公开了在自行车轮轴两端直接安装曲柄脚蹬装置，轮轴上中间装变速器。该变速器是在车轮轴中间固定行星架，行星轴上套行星齿轮，与行星齿轮常啮的内齿轮轴中间固在车架支撑车轮的架上，另一活套在车轮轴上与行星齿轮常啮有棘轮机构的从动齿轮与变速器盖连接，变速器壳与盖将整套变速齿轮封闭起来，壳与盖两周边有车轮辐条孔。该行星齿轮变速器的缺点是，当车轮高速转动时，随轮轴一起转动的行星架和轴及齿轮会声生离心力，使轮轴转动不平衡，当然也可以增加对称行星架和齿轮来平衡，但要达到很好配合，精度必须很高，使成本增加。本发明还提供一种定轴齿轮变速器，如图13所示，在主动轴(车轮轴)4上固定安装主动齿轮62，与主动齿轮62常啮的中间齿轮63的轴固定在支承主动轴4的机架12上，与中间齿轮63常啮的有棘轮47的从动齿轮64用滚针轴承(其它带油轴承轴套也可)65支承传动变速器壳61，也可通过从动套轴与变速器盖66连接，变速器壳与盖66将整套齿轮封闭起来，壳与盖两周边有车轮辐条孔60。
在图5图6所示实施例中，车轮18采用26″轮，后轮轴2中间装变速器17使其成为一套整体(这种变速器因变速齿轮密封内藏，不受尘土雨水侵袭，能得到很好润滑，不用维护保养，一般四五年不用打开，换轮胎时可整体卸下)，在主动轴4左右两边装上标准球轴承，然后将固定曲柄6安装在后轮轴2的左右两端，套进凸轮形轨道9，凸轮形轨道9形状做成类似短道赛艇比赛手划动浆运动轨迹，便于蹬力的发挥产生更大的力矩，前上方长250-350mm，前下方倾斜向下到最低距轴心180mm(离地150mm)向后最短100mm，手撑车把身体向前倾，使蹬姿与轨道前下方尽量相一致，变速器速比可提高到4与公路车一样或把变速传动比提高到2.4-5，用一般蹬力可达到电动自行车最高限速20km/h，固定曲柄6内装入活动曲柄7及脚蹬8，把活动曲柄7上轨道导头11放入左右凸轮形轨道9的凹槽内，把主动轴4上左右轴承装入机架12的左右支撑架固定，再把凸轮形轨道9周边几点用螺栓10固定在机架上。
图7示出的直接蹬轮轴转动后驱动三轮车中，后轮采用26″轮，前轮用12″轮，凸轮形轨道9最大向心半径向前方或前上方，长250-300mm，向心半径最高160-170mm、最低170-190mm、离地140-150mm，变速器17速比提高到2.4-3，插车座的车架立管支撑在后车轮轴上左右两边，其夹角5°到-5°，固定曲柄6和活动曲柄7及变速器17和凸轮形轨道9等的装配方式与上述直接蹬轮轴转动自行车一样，把和自行车套前叉作用一样的车架前管20放入车厢上下转向管23之间，从下插入转向轴21，上下垫转向轴承22，用转向螺帽24固定。车厢27后板上有略高于车座的横转向扶手25，转向扶手25两边管内插车蓬26或中间插伞柄，用车蓬伸缩杆或伞柄偏心卡柄19卡紧或放松取下。这种三轮车还可三轮一样大或造成客运三轮车。
本实施例直接蹬轮轴转动人力车还可改装成各种变形车，如把自行车车座后移到后轮轴后0°-10°，可缩短轴距和整车长度，为防止上坡或前撞的可能后翻，可在后车轮后增加个离地10mm左右的支撑小轮，把凸轮形轨道最大向心半重改在前方即可；如把后小轮后移距后驱动轮300-400mm触地换充气轮胎，前轮和驱动轮缩短到120-200mm可以托运重物或载人；在后驱动轮轴上加装小链轮、中间加速比相同大链轮和曲柄脚蹬的双人骑蹬自行车；在大驱动轮后面再加离地小支撑轮、车座在车轴垂线后5-10°，前小轮8-12″上面有挂托手提购物筐，车架前管下面左右有宽20-30mm两个支架可转动φ40-φ60mm实心小轮，可伸缩(后套前)纵车架水平在后轮上方，停车或购物时将两前小轮转下触地向后缩短，可到1米以内，减少占地面积，骑行时伸长固定，支起小轮；后轮驱动还可以造成速比不高、整车很短、可变手推步行为骑行，省时省力的婴幼儿、老年人、病人三轮车。为防止后轮驱动车弄脏裤腿，可在后轮外面加装透明塑料罩或铁、铝皮罩等。
实施例3本实施例是把在先申请的一种杠杆传动省力机构的曲柄换装本发明曲柄省力机构。在一种杠杆传动省力机构(CN1079512C)的说明书公开了在一种曲柄滑块机构机架上的主动轴及其主动曲柄与滑块之间装有从动轴及从动曲柄，从动曲柄由与主动曲柄和滑块铰链的杠杆(连杆)压动，通过变速器使从动轴提高转速。滑块只能在从动轴后往复滑动，本发明还提供一种滑块可以越过从动轴，可在从动轴前后往复滑动(滚动)的机构，可以省更多的力。即把滑块双轨道做成比从动轴直径宽的槽形，滑块支承在两条滑轨槽的上下边，就可使滑块的支承点越过从动轴；或者把滑轨装在从动轴上面，或再把从动曲柄端头上弯，都可实现滑块越过从动轴。
在图8图9所示的实施例中，采用24″轮(φ610mm)，把主动轴4升高到离地335mm(比后轮轴高30mm)，主动轴4到后轮轴距离370mm，主动左右曲柄28、29长(以下均指有效长度)200mm，从动左右曲柄31、33长60mm，一端铰链在主动左右曲柄28、29端头、一端支承在左右移动支点(滑块)32、37的左右杠杆(连杆)30、34长550mm，杠杆左右支点(滑块)内外侧轨道35、36是双轨又是自行车平叉，后端还有杠杆支点轨道支撑架38支撑车架上，主动曲柄28、29和从动曲柄31、33及左右杠杆移动支点32、37可以在双轨轨道35、36间转动和移动。再在主动左右曲柄28、29外侧加一根相同曲柄，轴颈上套装左右杠杆30、34端头，与主动轴4同心的左右曲轴轴颈支承于左右外侧轨道36和自行车机架上，在主动轴4两端(也就是左右曲轴轴颈的端头)装固定曲柄6和活动曲柄7，在左右外侧轨道36和自行车机架上装凸轮形轨道9，当蹬动脚蹬使活动曲柄沿凸轮形轨道9转动时，就带动主动曲柄28、29传动杠杆30、34一端做圆周运动，另一端支承在轨道35、36上的支点(滑块)32、37就被拉着在轨道35、36上作往复移动(滚动或滑动)，从而压动从动左右曲柄31、33转动，传动后轮轴及变速器转动，使车向前行驶。
用该杠杆传动省力和曲柄省力机构相结合的车能省好多倍的力。以上述图8图9实施例的数据为例。根据杠杆原理重量×重臂＝力×力臂，假设重量不变，即力＝重臂/力臂，当主动曲柄28转到正前方时，压动从动曲柄31也转到正前方(成一直线)，此时力臂最长，重臂最短，最省力，此时力＝60(从动曲柄)-[370(主动轴到从动轴距离)+200(主动曲柄长)-550(杠杆长)]/550(力臂)＝40/550＝0.073，也就是可以省力13.75倍(当然还应减去摩擦消耗的力和其它阻力)。如果相同规格的链传动车速比也相同，曲柄长165mm，能省力＝165/60＝2.75倍(相对主从曲柄比而言)，可见杠杆转动比链转动能多省11倍的力，加上曲柄省力机构后，其省力效果还可在此基础上成倍增加，这样，就可以用很小的力，达到很高的速度。据有关权威部门测定，成人男子骑自行车长时间输出功率是0.147kw短时间(15min)0.221kw，最高输出功率为(10S)0.515kw；电动自行车电机的额定功率一般是0.180kw，最大功率0.250kw，就是说只要把成人男子骑自行车长时间输出功率0.147kw增加一倍就可达到电动自行车的输出功率。如果在上述杠杆传动曲柄省力机构省力11倍的基础上，再将曲柄力臂增加1倍(165×2)，则可把人的输出功率提高到0.147×11×12＝3.2kw，除去力的摩擦等其它损耗后，至少和50摩托车(2.06kw)发动机功率差不多，用很少的力，很轻松就能使自行车像电动自行车一样行驶。
该机构还可把两对以上曲柄省力机和杠杆传动省力机构并联，等角错位在同一主动和从动曲轴上可把最省力段从转一周一次不均匀变为转一周两次以上，对数越多越均匀越省力；并且可以把一对或两对以上杠杆传动省力机构串联起来，实现主从动轴距离较远的传动，使其更省力。可以造出客货三轮车、两人以上蹬动的四轮车及旅游观光的自助多轮车、人蹬动和机动(电动、燃油、燃气等)相结合的多动力车等。还可造清洁扫地车，即通过另一套变速齿轮使转速增到很高，传动吸气装置，通过车前的吸管将地上垃圾吸入后垃圾厢。
实施例4本实施例是把在先申请的一种自行车无变速传动机构的曲柄换装本发明曲柄省力机构。在一种自行车无级变速传动机构(CN2372226Y)的说明书中公开了由一对相同的主动带轮和一对与之匹配相同的从动带轮及传动带和机架组成，可以相互转换工作直径的自行车传动机构。为了减少宽度，主从动带与它还可以如图10和图11做成在后轮轴2上后车轮18的右边里侧装从动平带轮50及主动平带轮39、外侧装从动锥形带轮49及主动锥形带轮40，主动带轮39、40和从动带轮49、50的凹槽间套传动带46，从动平带轮50通过棘轮47传动装辐条的右花盘48，右边车架平叉45中间有控制主动锥形带轮40与从动锥形带轮49相互转换的杠杆支点44，为不影响主从动带轮自动转换杠杆43的运动，车架平叉45是弯形错开的，主动轴机架中接头42内装有轴承，主动锥形带轮40外侧有压紧弹簧41，在主动轴两端装固定曲柄6和活动曲柄7，活动曲柄轨道导头11导入凸轮形轨道9内，用凸轮形轨道与机架固定螺栓10固定。
实施例5目前在用的无论平板三轮还是小三轮车等，车架都是由生产厂家焊装好再装成整车后出售的，由于体积较大及怕碰撞挤压，不便于运输等原因，所以现在三轮车都是小批量当地生产当地销售，难以形成大批量的规模生产和效益，致使生产、工艺、设备都很落后，质量很难保证。本实施例除提供一种三轮车曲柄省力机构外，还提供一种标准化大规模生产、拆装容易、运输方便的模块式装配三轮车，图12示出了这种曲柄省力模块式装配三轮车示意图。装车座的立管和中接头以前部份的上管、下管、前管像自行车一样因为窄好运输，可焊为一个整体机架12，将纵横梁54各做成有螺栓孔的标准单根梁，两根纵梁和前后横梁用后纵横梁装配螺栓57和前纵横梁装配螺栓52装配固定起来，同时把后支撑架上端用螺栓与立管上端固定，下端用前纵横梁装配螺栓52固定，两纵梁中段焊装有装后轮轴2和轴承的装置，两根纵梁从前纵横梁装配螺栓52孔前部向里弯向前伸并拢把从中接头向后伸部分车架夹在中间用两个纵梁与架连接螺栓51前后固定，左右纵梁前段上还有车厢转动支承53，后段有安装车厢减震弹簧56的支座。车厢转动支承53架固定在车厢架55上，车厢架后段还有弹簧56的定位杆直穿过车梁54，车厢架55也做长方四边形，底部和两侧车厢架55上有4个装配打开转动活页59，上边有车厢开关栓58，车厢板用螺栓或焊接固定在车厢架55上，纵横车梁54和纵横车厢架55做成几种标准尺寸，就能组装不同长短、宽窄的大小车梁和车厢，前机架主动轴到前管中心线的水平距离做成590-750mm几种标准规格机架12，根据不同用途和需要，把机架12，和纵横车梁54及纵横车厢架55或座椅搭配，就可组装出从20″到26″不同宽窄长短的大小客货平板或厢式三轮车，再配以不同传动比的大链轮5和小链轮1及相应的固定曲柄6和活动曲柄7及凸轮形轨道9。这种大规模生产的三轮车，制造成本低，质量有保证，销售商就能组装。
实施例6当前链变速自行车存在的缺陷是中低档车使用久点变速困难、有噪音、变速不可靠等，高档车采用材质好，制造精度高，还增加辅助装置，但成本高、售价贵，一般人难以接受。三轮车因传动力大，用链轮变速很难实现，目前市面上还没有变速三轮车，而三轮车变速是最能减轻蹬车劳动强度和提高运输效益的。本实施例除提供曲柄省力机构外，还提供一种结构简单、制造容易、润滑好、成本较低、传递力大、换档容易、没有噪音、使用寿命长，可装在各种规格自行车、三轮车中接头位置的三轴式齿轮变速器。车架中接头处做成与变速器前后宽的“凹”形，将变速器装在凹口里用螺栓固定，也可将变速器壳焊装或制成与机架一体。三轴式齿轮变速器由装在一个平面的主动轴(又称中轴或输入轴)、中间轴和输出轴构成，主动轴和中间轴上左边固定有常齿齿轮，中间轴右侧的外花键轴上套有能轴向移动的二个以上齿的塔形齿轮，输出轴可在前也可在后，其上右侧固定有与中间轴上塔形齿轮对应配套速比但错位的齿轮(例如采用三速，一般自行车速比可选低档2、中档3(与现有普通26″自行车同)、高档3.6；三轮车可选低档1.8、中档2.2、高档2.6-2.8，就能轻松适应上坡、顶三四级风和好路面轻松和快速行驶，装上曲柄省力机构后，可视力臂增长情况适当增加速比档数和提高速比)，三轴都用轴承支承在变速器壳上，输出轴右端伸出变速器壳，端头装小链轮通过链条传动后轮小链轮(为减少摩擦损失为和磨损链条，还可在主动轴后下方增加伸开链条的小链轮，小链轮支撑在机架上，也可加弹簧伸开，可调节链条松紧)，用变速器盖将整套变速齿轮密封起来，保证润滑，盖上有像汽车变速器盖一样的孔和装变速拨叉的轴，变速拨叉活卡在中间轴塔齿的轴颈上，拨动滑动塔形齿轮与输出轴相应齿轮啮合就能实现变速(如三速变速器拨叉在中央中档齿轮啮合，其它两档齿轮错开互不接触，车以中速行驶，向左拨中速齿轮脱离啮合，低速齿轮啮合，高速齿轮不接触，同样右拨高速齿轮啮合，中速齿轮脱离啮合，变速只能逐级变，不能跳跃从低档一下到高档，否则蹬动困难)，手拨器安装在车把中间右侧或转动把手套变速并提示挡位数；主动轴左右两端也伸出变速器壳比输出轴右端伸出长，两端装曲柄省力机构，曲柄省力机构的制造和安装方法与上述实施例同。
该实施例还可输出轴在后右端不伸出变速器壳，在变速器内输出轴上右边增加一个直齿锥齿轮和从后穿过变速器壳的传动轴上的一个直齿锥齿轮啮合，也可用加工难点的曲齿锥齿轮机构或螺旋齿轮机构或蜗杆蜗轮机构改变力的传递方向，传动轴另一端和后轮轴上还有一对直齿锥齿轮，还原方的传递方向传动后轮轴，驱动后轮向前行驶。
由于自行车、三轮车装主动轴(中轴)位置空间较大，这种变速器还可在变速齿与轴间采用内齿和同步器，把档数增加到4-9档或更多，以适应不同需要。
权利要求
1.一种曲柄省力机构，它包括机架、主动轴及其上一对固定曲柄，其特征在于固定曲柄导轨内有活动曲柄，活动曲柄内侧有轨道导头能沿固定在机架上的凸轮形轨道转动。
2.根据权利要求1所述曲柄省力机构，其特征在于凸轮形轨道可以是任何弧形，其最大向心半径可以在前上方或正前方，也可以在后上方或前下方；凸轮形轨道上可以有轴承，或活动曲柄轨道导头上有滚轮或轴承。
3.根据权利要求1所述曲柄省力机构，其特征在于固定曲柄垂直于主动轴或延长其对面或对称或不对称，固定曲柄还可以在主动轴旁边一面或直伸到另一面；固定曲柄导轨断面呈中空矩形或椭圆形、工字形或圆形，或只在中空固定曲柄两端里面或固定曲柄两端外侧有导轨，固定曲柄导轨上还可以有轴承或滚轮。
4.一种链传动人力车，它包括车轮、链条链轮、转向装置、车座、其特征在于它装有如权利要求1或2或3所述的曲柄省力机构。
5.一种直接蹬轮轴转动人力车，它包括车轮、转向装置、主动轴上变速器和两边曲柄机构，其特征在于除所述的主动轴上的曲柄机构之外，还可以装有如权利要求1或2或3所述的曲柄省力机构。
6.一种杠杆传动省力人力车，它包括车轮、转向装置、车座、曲柄滑块机构，杠杆铰接的主动轴曲柄和滑块之间的从动轴及曲柄和变速器，其特征在于除所述的主动轴上的曲柄机构之外，还可以装有如权利要求1或2或3所述的曲柄省力机构。
7.一种自动无级变速人力车，它包括车轮、转向装置，主动轴上曲柄机构、分别由两部分组成可以互相配合转换工作直径的主从动轮和传动装置，其特征在于除所述的主从动轮各是一对带轮、两对带轮之间凹槽内套传动带之外，还可以是两对相同伞状主从链轮、主从动链轮之间用链条传动；除所述的主动轴上曲柄机构之外，还可以装有如权利要求1或2或3所述的曲柄省力机构。
8.一种齿轮变速人力车，它包括车轮、转向装置、车座、其特征在于两个以上速比的齿轮变速器及主动轴两端曲柄机构，除变速器输出轴上和传动轴一端有一对锥形齿轮及传动轴另一端和后轮轴或花盘轴上还有一对锥形齿轮驱动车轮之外，还可以输出轴在主动轴前或后、一端伸出变速器壳其上有链轮传动后轮链轮；除所述的主动轴上有曲柄之外，还可以装有如权利要求1或2或3所述的曲柄省力机构。
9.一种模块式三轮车，它包括车轮、转向装置、车座、主动轴及曲柄机构，其特征在于车架是模块式装配的，除所述的主动轴上曲柄机构之外，还可以装有如权利要求1或2或3所述的曲柄省力机构。
10.一种仿生船，它包括船体、驱动船的曲柄脚蹬或发动机，其特征在于驱水装置是一套或两套以上曲柄滑块机构，各滑块传动一根或两根以上置于船体两侧或尾部浸入水下的桨叶柱，桨叶柱轴上有一片或两片垂直于桨叶柱像鱼划水样桨叶，或桨叶柱径向两条以上轨道内能转动的骨架上有一圈阻水层桨叶，桨叶能随桨叶柱在水中前后运动并张开到一定角度和合拢；除所述驱动船的曲柄脚蹬之外，还可以装有如权利要求1或2或3所述的曲柄省力机构。
全文摘要
一种曲柄省力机构，技术特征是由主动轴和固定曲柄上的活动曲柄沿凸轮形轨道转动使曲柄作功时力臂增长，不作功时力臂缩短，达到省力增速。将本发明装在自行车、三轮车或游船等人力驱动机器上，与已有的同样机器相比，在相同条件下能增二分之一到一倍的力，增速三分之一以上，特别是逆风、上坡、长途或载重行驶，其优越性更加明显，没有以前机器的蹬不动、行得慢、费劲和劳累，而且结构简单，制造容易，成本低，适用各种人力机器。
文档编号B62M3/06GK1394786SQ02125999
公开日2003年2月5日 申请日期2002年8月8日 优先权日2002年8月8日
发明者黄昌友 申请人:黄昌友