[发明专利]一种曲柄省力机构

说明书

                        技术领域

本发明涉及机械领域的曲柄机构。

                        技术背景

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。