[实用新型]一种能提高人力机械效率的共轴双飞轮伞齿轮组

说明书

技术领域：

本发明涉及用人力的机械，主要用于自行车。

背景技术：

目前凡是使用人力的机械装置几乎都是用手摇的单曲柄(摇把)或脚踏的双曲柄(自行车脚蹬)直接作圆周运动来使机械转动，这种装置虽然简单实用，但是存在效率不高，容易疲劳等缺点。因为机械需要的是圆周运动，而人体的构造不适合作圆周运动，适合作往复运动。作圆周运动也存在缺陷，下面以图分析说明：在图3中，当人的脚踩曲柄时，只有前半圈用力，而后半圈不用力只起使曲柄向上复位作用。在图3中F代表人的脚的力，这力的方向始终是向下的；V表示圆周运动方向上的分力，这力的方向是圆的切线方向，从图中可以看出方向随位置变化，V与F之间的夹角也随着变化，这可以用公式表示：

V＝F*Cosα

α是V与F的夹角，也是所在位置的角度数，从图中可以看出上止点90度和下止点-90度时最小V＝F*Cos90＝0

这时的用力方向和运动方向成90度，只是靠惯性转过去。在0度处最大，V＝F*Cos0＝F

所以越靠近这位置越省力，效率越高。这范围大约在-45度至45度的范围内，范围越小运动轨迹越接近直线，效率越高，在45度时V＝F*Cos45＝0.71F。

本人从中国古代的人力机械如人力水车得到启发，认为中国古代的人力机械如人力水车的效率也比这种装置效率要高，人可以长时间的踩动水车而不太累。这种水车是在木轴上安两根长直柄，直柄穿透木轴，直柄两头都可以踩动，如图5，，两根直柄相距约二十厘米在木轴上成90度交叉，当左脚把左直柄踩下至-45度位置(b)时，右直柄的一头也转至45度位置(a)处，这时右脚踩下，转至-45度(b)处时，左直柄的另一头也转至45度位置(a)处，这时踩下左脚，左直柄踩下去，右直柄的另一头也转过来了，这样周而复始转动了木轴，使水车运转。从图中可以看出尽管直柄和木轴不断地转，人的两脚的行程始终在-45度至45度之间。所以省力效率高。但是在车水时双脚要不断地跳至下一个直柄，因此安全就有问题，在自行车之类的运动机械上就不能使用。

发明内容：

本人从古老的水车启发下发明这装置，从图6中可以看到，踏杆和弧形齿条是结合在一起的，可绕踏杆轴(6)旋转一定角度。左踏杆(3)正在下止点(b)位置，右踏杆(1)正处在上止点(a)位置，上止点(a)与下止点(b)位置间接近与-45度至45度的位置，两踏杆用脚踩着上下运动，行程如带箭头弧线所示，此行程可以调整，一般上、下止点的行程夹角为90度左右。

但是两踏杆作上下往复运动不作圆周运动必须解决两个问题：不作圆周运动踏杆踩下去后如何向上复位至上止点，左右踏杆如何配合，一个踏杆踏下去另一个踏杆必须向上复位为下一脚的踩动作准备；踏杆的上下往复运动如何转化为机械的定向转动，这就是下面要讲的共轴双飞轮伞齿轮组的功能。

图7是共轴双飞轮伞齿轮组的主轴部分构造图，从图8和图9中可看清左飞轮和右飞轮的零件结构。这种特制飞轮构造内芯(a)和自行车飞轮一样，是棘轮机构，因此有方向性，左右飞轮外形是一样的，就是内芯(a)的棘轮方向相反，自行车飞轮的外廓是链轮，这里飞轮的外廓是直齿轮(b)和伞锥齿轮(c)结合体，飞轮轴衬(d)起把飞轮固定在主轴上的作用，因为本人是用自行车飞轮改制的，内径较大，就做个轴衬用键条固定在主轴上，如果批量生产，专制的飞轮内径和主轴紧密配合，就不需要轴衬。左飞轮(10)和右飞轮(9)安装在主轴(11)上的内芯的方向是一致的，在图7上顺时钟向是正向，合步伞锥齿轮(13)，和左右飞轮(10)(9)的伞锥齿轮成90度啮合在一起，起左右合步作用，安装在合步伞锥齿轮固定螺栓(15)固定的合步伞锥齿轮轴承(14)上，合步伞锥齿轮固定螺栓(15)的上部固定在主轴承座(图1的12)上，三个伞锥齿轮啮合在一起成一个伞齿轮组，由于合步伞锥齿轮(13)的传动，左飞轮(10)右飞轮(9)的外廓转动方向必定相反，但是飞轮的特性是正向可以带动主轴一起转动，反向则滑动，不管左飞轮(10)与右飞轮(9)怎么转动，主轴(11)只向顺时钟向转动。这个结构本人形象地称之为共轴双飞轮伞齿轮组。