专利名称:用于自行车和三轮车的新型省力传动机构的制作方法
发明所属技术领域：
:本发明属于使用人力驱动的交通运输工具，是关于新型传动机构的构思和设计，可用于自行车，三轮车及其它机械设备。
发明的目的在于研究出一种比现有自行车、三轮车上的传动机构使用起来更方便，更适合人的自然习惯动作，使人发出的动力，能得到更有效的利用，因而是更省力的传动机构。
利用此新型传动机构，可使人用同样的动力驱动自行车或三轮车跑得更快，上坡能力更强，走的路程更长或拖载更大的负荷。
发明的详细内容1.动作原理概述现有自行车、三轮车的传动机构，都是由相差180度的二条曲柄、脚踏板、中轴及链轮、链条、飞轮等组成。由人脚发出的动力，通过脚踏板驱动二条曲柄不断按同一转向作旋转动作，从而带动链轮、链条和飞轮一起转动，使车子前进。但在每转动一圆周的行程内，人用力比较有效的范围仅限于以人脚发出的力的方向与曲柄垂直时的位置为中点的大约120度左右。因人在驱动车子时由脚使出的力的方向变化不大，故只在大约120度范围内力与曲柄转动中心的距离较大(即力臂较长)，产生的力矩也较大；而在人力方向与曲柄方向接近乃至重合时由于力臂太小或为零，则发出的力矩也太小，甚至为零，在此约60度的范围内人力得不到有效的利用，并且脚仍要随着转动而无效地消耗动力。在平坦的路上行驶车子时只需很小的力矩即能保持车速，但脚仍要作完整的圆周运动，因而无效消耗的动力所占的比例就更大。
另外由于当人力方向与曲柄接近或重合时驱动力矩很小或为零而出现死点。不能连续驱动车子，这点对车子上坡或加速都是不利的。
本发明机构就是为克服现有自行车和三轮车存在的上述弱点，使人力能始终得到较有效的利用，尽量减少无效消耗，并能连续驱动而构思和设计的。
人驱动车子行驶的动作设计如下如图1所示以曲柄与人力方向垂直时的位置(即曲柄转动的平均位置)为中点的大约120度左右的范围内，人的一只脚往下蹬踏板驱动车子前进，与此同时另一只脚就同步反向转过同样的角度；一旦前只脚停止用力，后一只脚就可立即在同样有效的范围内往下蹬踏板，继续驱动车子前进。这样一方面使人力始终得到较有效的利用，发出的力矩一直较大；另一方面又能不出现驱动死点，避免了因脚空转而自耗体力；还可使车子得到连续加速，并增强上坡能力，二脚都不用力时车子可自由滑动。
在平坦的路上，则只需使曲柄在转动的平均位置附近的小范围内交替往复动作，即可驱驶车子保持一定车速，避免了在圆周的大部份范围内脚空转而白耗体力，使人得到更好的休息。
本机构还应使车子能自由前进和倒退。
二曲柄转动的平均位置应该相同，从轴向看二曲柄应重合。这一平均位置也是人用力的最佳位置，通常在水平方向及其附近。
采用此新型传动机构时，二脚及曲柄均在前半圆周活动，从力平衡考虑，应适当调整曲柄转动中心与坐橙中心之水平距离和垂直距离，使人行动起来更方便更自然。
2.结构介绍如图2、3、4、5所示本机构整体呈圆筒形。外筒与中心有一心轴2，其上装有左轴3和右轴4，这二轴的两端各装有左曲柄1和右曲柄11，均用斜面销固定。左轴3右端为扇形圆环，这里装有1至2个棘爪。右轴左端通过螺纹装有内轮7，这里面装有两只(或更多的棘爪)，内轮右侧有二只圆螺母，将其固紧在轴上。同时通过一圈钢球又将棘轮6压紧。左轴的扇形圆环和内轮7与棘轮6共同组合成二只单向超越离合器。棘轮6内孔上分布有二圈锯形牙齿，分别与上述二处的棘爪配合作用，无轮左、右二轴哪一只作逆时针转动(从左向右看)都会有一只棘爪与某个锯形牙抵触，从而带动棘轮6一起同向转动。棘轮6又通过十字键与链轮轴8组合，再用二只拧在外筒上的螺纹圆盘，将链轮轴和棘轮一起压紧在外筒上，棘轮左端靠在外筒内孔台阶上。二者与外筒同中心，其间夹有二圈钢球，便于二者与外筒能相互灵活转动。
链轮轴右端制出花键槽，套上花键套9，花键套的内、外圆和右侧径向面上均制有若干个键槽，链轮10的内孔和左侧均制有相应的若干个花键，与花键套9组合一起，再用螺母将这二者固紧。这样当棘轮6随左、右二轴按逆时针方向转动时，链轮轴8，花键套9和链轮10都一起按同样方向转动，于是再通过链条和后轴上的飞轮带动后轮转动，使车子前进。
外筒5与车架上钢管固定连成一整体。
左、右轴与心轴二端均用二只螺母固紧，在螺母与二轴间均有一圈钢球，使心轴与二轴间能相互灵活转动。在左、右二轴间也夹有一圈钢球和垫圈，使二轴端面间既能压紧，又能灵活转动。垫圈和右轴左端有台阶孔配合以保证同心度。
右轴左端套有支架14，支架下部为圆柱体，其外圆套入锥齿轮12，其内螺孔拧入滑块15，再用螺母固紧。锥齿轮上下端面均有一圈钢球，使其能自由转动。锥齿轮12同时与左轴3和内轮7上的锥齿轮啮合。这两侧锥齿轮参数全同。并且根据需要二者所占的范围都不大于半圆周(即不需要整个圆周都加工成锥齿。这二段锥齿轮的中点啮合时的位置应与有关曲柄转动的平均位置对应。
由于三个锥齿轮的啮合关系使得无论左、右轴哪个转动，都必然使另一轴同时反向，按同样的角速度转动；于是使左、右曲柄也同样在任何时候都作相互同步反向的转动。这样人在驱动车子时一只脚往下移动一定的行程，另一只脚就必然同时往上移动同样的行程，就可实现二脚在有效范围(以平均位置为中点的一定角度内，此角度小于180度)内不断往复交替地上下移动，方便、省力地驱动车子前进。
在滑块15的上部为圆柱螺纹，下部为矩形方块，底面为与外筒内圆同心的圆柱面。在其矩形方块内开槽(如图3)，槽内装有棘爪17，爪与槽底间设一弹簧16，它始终把爪向外顶出。与滑块底面配合的外筒内圆柱面在一台阶上，在此台阶的下方开有带周向斜面的轴向缺口。在车子前进时(即曲柄和轴作逆时针方向转动时)此处棘爪16与缺口内右侧径向平面抓触。从而固定滑块8和锥齿轮12的位置，并平衡转动力矩，这就使得左、右轴和离合器不一齐转动。
如果车子被推着倒退时(这时人脚应和曲柄、踏板脱离)，由车子后轮带动飞轮和链条顺时针转动(从左向又看)，从而使链条10，离合器棘轮6一起同向转动，再由棘轮通过棘爪同时带动左、右轴顺时针转动。此时二侧锥齿轮也同时同向转动，则中间锥齿轮12自身不能转动，而却要带动滑块8一起以心轴2为轴线按顺时针方向转动，于是使棘爪17的背面沿缺口左侧斜面滑上台阶圆柱面一起旋转。这样本机构除外筒和固定在外筒上的另件外的整个转子和曲柄都一齐转动起来，从而使车子能自由倒退，当倒退到棘爪滑入缺口抵住台阶时，人又可踩动踏板，曲柄使车子前进了。另外由此可确定缺口的周向位置并决定着二曲柄转动的平均位置，一般是根据需要的平均位置来决定缺口位置的。
本机构中的离合器棘轮、棘爪、爪槽、弹簧和链轮应参照现有车子的链轮和后轴上的飞轮离合器来确定其结构尺寸、材料，这样可使性能可靠，制造方便。
整个转子可在外面装好后，再整体装入外筒，使装拆方便。
同一部件上的两个棘爪应对称布置，但又要相差半个锯形牙所占的角度，这样每转半个牙的角度即可实现一次爪与牙的接触，发生力作用，这可加大二脚和曲柄交替换向的密度，(爪更多密度更大)，更便于操作，驾驶车子。
左轴上的扇形圆环，在不同转向时会从二侧与中间锯齿轮抵触这就限制了它的转角范围，从而也相应地限制了左右轴和左、右曲柄转动的范围不会超过180度，也可由二侧锥齿轮所占的角度来限定此范围。
在滑块8滑动的内圆台阶上因开有缺口，则应在右侧加垫块13，左侧也加类似垫块，作为放置钢球时起支持和轴向定位用。
所有棘爪二侧均应加薄片封住，用螺钉固紧，防止爪在转动时掉出。在链轮轴和右轴间夹一圈钢球，以加强其定位和刚性。
附 图 及 说 明图1、总体图 图2、本机构总剖面图图3、倒退结构图 图4、离合器剖视图图5、十字键槽图图中序号说明1、左曲柄 2、心轴 3、左轴4、右轴 5、外筒 6、离合器棘轮7、内轮 8、链轮轴 9、花键套10、链轮 11、右曲柄 12、锥齿轮13、垫块 14、支架 15、滑块16、弹簧 17、棘爪
权利要求
1.本发明属于使用人力驱动的交通运输工具，是关于新型传动机构的构思和设计，可用于自行车、三轮车和其他类似机械设备。本发明的特征在于本机构整体呈圆筒形。外筒中心有一心轴，其上装有左、右二根轴，这二轴的两端各装左、右二曲柄，均用斜面销固定。左轴右端为扇形圆环，内装1至2只棘爪。右轴左端用反螺纹装有圆盘形内轮，其中装有二只(或更多只)棘爪，其右侧轴上有二只圆螺母将其固紧，同时通过一圈钢球又将外面的棘轮压紧。扇形圆环，内轮和其外面的棘轮共同组成二只单向超越离合器。棘轮内孔分布着二圈锯形牙齿，分别与上述二处的棘爪配合作用。无论左右轴哪只按一定转向转动都会有一个棘爪和某一个牙齿抵触并带动棘轮一起同向转动，棘轮通过十字键槽与链轮轴组合由二只拧在外筒上的螺纹圆盘将棘轮和链轮轴一起压紧在外筒上，棘轮另一端靠在外筒内圆的台阶上。这二者与外筒同中心，其间夹有二圈钢球，使二者与外筒能互相灵活转动。链轮轴与链轮之间通过内外圆和径向平面均带花键槽的套子连接、传动。外筒固定在车架上，心轴二端各有二只螺母将左、右轴贯通，固紧，螺母与轴间夹有钢球。在左、右轴间夹有钢球和垫圈，垫圈与右轴通过台阶孔配合，保证同心。右轴左端套有支架。支架下部为圆柱体，其外圆装一锥齿轮，内螺孔拧入一滑块，滑块上再用一螺母固紧。在此锥齿轮上、下二端面均有一圈钢球，使锥齿轮能灵活转动。此锥齿轮同时与左轴、内轮上的二个锥齿轮啮合，这两锥齿轮的参数全同，并且两者所占的范围都不大于180度，这二段锥齿轮的中点啮合时的位置与有关曲柄转动的平均位置对应。由于三个锥齿轮的啮合关系使得左、右二轴及其曲柄转动时始终都在作同步反向的动作。滑块上部为一段圆柱螺纹，下部为矩形方块，底面为与外筒内圆内心的圆柱面。矩形块内开槽，槽内装一棘爪，爪与槽底面间有一弹簧，它始终把爪向外顶出。与滑块底面配合的外筒内孔圆柱面在一台阶上，在此台阶的下方开有带周向斜面的轴向缺口。在车子前进时，滑块内棘爪就与缺口一侧的径向平面抵触，而使中间锥齿轮的周向位置固定在此处，左、右二侧锥齿轮与其啮合转动，使左、右二轴及曲柄能交替，同步反向转动，而当车子被推着倒退时，链条、链轮就倒转，又带动棘轮倒转，进一步使左、右二轴同时倒转，则出现左、右二侧锥齿轮同时驱动中间锥齿轮及其支架，也倒转。这时滑块就从缺口另一侧的斜面滑出，棘爪从背面被压入槽内，按此转向，滑块就和整个转子一齐倒转。二侧曲柄也跟着一齐倒转。这样就使车子倒退得到实现。当滑块转至缺口时，棘爪被弹簧顶出，与缺口径向侧面抵触，转子就可在原来位置，被驱动而使车子前进。
2.根据权利要求
1所说机构之特征在于为了给锥齿轮留下必要的位置，并使自身有足够的转动空间，因此在左轴上装棘爪的圆环只能作成小于180度的扇形，并且改变扇形的周向夹角，可调整曲柄的转动范围，也可由二侧锥齿轮所占的角度来限定此范围。
3.根据权利要求
1所说机构之特征在于，与滑块内棘爪配合作用的缺口的周向位置决定了整个转子正常工作时的周向位置和二曲柄转动的平均位置，因此根据对这二种位置的需要决定相应的缺口位置。
4.根据权利要求
1所说机构之特征在于可根据人和车子的不同具体情况，调整坐凳中心与本发明机构转动中心之水平距离和垂直距离，达到人在驾驶车子时力平衡性好，操作最方便，用力最省。
专利摘要
本实用新型全部装在以曲柄转动中心为轴线的圆筒内。它使二曲柄交替往复在与水平方向上下相差一定角度(小于90度)的范围内转动，使人力产生的力矩较大，避免了现有车子曲柄在垂直位置附近，因力矩太小，人力得不到有效利用，并出现死点等缺陷。因此使用本机构比现有车子曲柄传动机构更省力，并能连续驱动车子前进，使车子跑得更快，上坡能力更强，拖载的负荷更大，车子也能自由前进和倒退。本机构结构紧凑，制造容易，拆装方便，成本低。
文档编号B62M9/00GK87202729SQ87202729
公开日1988年2月17日 申请日期1987年2月26日
发明者毛光远 申请人:毛光远导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan