專利名稱：人力車新型驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種人力車，具體地說是一種人力車新型驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有人力車的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是輪盤與中軸剛性連接，中軸的兩端分別剛性連接有旋轉(zhuǎn)柄，旋轉(zhuǎn)柄的另一端接有腳踏板。人足之力作用于腳踏板上，通過腳踏板帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)柄及中軸繞中軸軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，中軸帶動(dòng)輪盤旋轉(zhuǎn)。這種結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，腳踏板在人力作用下做圓周運(yùn)動(dòng)。當(dāng)腳踏板在垂直方向的最上方，腳踏力的作用方向與旋轉(zhuǎn)柄之間的夾角幾乎為0度，這樣，其對中軸產(chǎn)生的扭力幾乎為零，此點(diǎn)即為運(yùn)動(dòng)止點(diǎn)。在運(yùn)動(dòng)止點(diǎn)處，為了保持人力車的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)能得到一定的扭力，人不得不增加在此點(diǎn)附近作用于腳踏板上的力。這樣一來，大大增加了騎車者的身體疲勞程度。另外，在腳踏板自最高點(diǎn)至最低點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)過程中，腳踏力對中軸所做的功是經(jīng)歷一個(gè)由最小到最大、再到最小的循環(huán)過程；在旋轉(zhuǎn)柄的端點(diǎn)自最低點(diǎn)至最高點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)過程中，腳踏力不對驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)作功，由此導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的效率低下。而且，在此種驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中，旋轉(zhuǎn)柄長度受腳踏幅度的限制而無法加長，使得驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)械效率難有突破。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是要提供一種可提高機(jī)械效率的人力車的新型驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，以減輕蹬騎者的疲勞程度。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的輪盤與中軸剛性連接，中軸的端部剛性連接有旋轉(zhuǎn)柄，其特征在于車架上固定有擺桿軸，擺桿軸上連接有擺桿，擺桿的前端接腳踏板，旋轉(zhuǎn)柄的端部與擺桿中部滑動(dòng)連接。采用這種結(jié)構(gòu)，人力作用于腳踏板上，帶動(dòng)擺桿圍繞擺桿軸做一定幅度的上下往復(fù)擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)柄的端部與擺桿的中部滑動(dòng)連接，在擺桿的往復(fù)擺動(dòng)過程中，旋轉(zhuǎn)柄的端點(diǎn)沿?cái)[桿的軸向作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，同時(shí)，旋轉(zhuǎn)柄及與其剛性連接的中軸繞中軸軸線旋轉(zhuǎn)，中軸帶動(dòng)輪盤旋轉(zhuǎn)，完成驅(qū)動(dòng)任務(wù)。
由于本驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是將人力通過擺桿間接作用于旋轉(zhuǎn)柄上，而在旋轉(zhuǎn)柄轉(zhuǎn)至運(yùn)動(dòng)止點(diǎn)處時(shí)，擺桿與旋轉(zhuǎn)柄之間存在約60度的夾角，因此擺桿在蹬踏作用下就可以很輕松順利地帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)柄轉(zhuǎn)過運(yùn)動(dòng)止點(diǎn)，從而使驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)消除了運(yùn)動(dòng)止點(diǎn)，解決了在運(yùn)動(dòng)止點(diǎn)處存在的蹬踏力不能轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)扭力的問題。由于人力不必為了保持車速而頻繁調(diào)整施加于腳踏板上的蹬踏力，所以也相應(yīng)減輕了蹬騎時(shí)的疲勞程度。
本發(fā)明驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)由于是將騎車時(shí)的蹬踏運(yùn)動(dòng)軌跡由圓周運(yùn)動(dòng)改為接近于直線的小弧段上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，而且以對擺桿施力取代對旋轉(zhuǎn)柄的施力，使作用力臂明顯增加，使得整個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)械效率得到大幅度提高，因此，人力所做的功也就能夠更有效地轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)人力車前進(jìn)的機(jī)械能。
在本發(fā)明驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，設(shè)擺桿長度為d，中軸與擺桿軸的間距為L，輪盤半徑為R，旋轉(zhuǎn)柄的長度為S，旋轉(zhuǎn)柄與水平方向的夾角為α，擺桿與水平方向的夾角為β。當(dāng)α＝90°時(shí)，擺桿與水平方向的夾角為最大值βmax，人對腳踏板的作用力為F，則人對腳踏板所做的功為W1＝F×(βmax/π)×2πd鏈條得到的功為W2＝1/2×2πR×[F×cosβ×d×L×cos(α-β)]/{SQRT[L2+S2-2×L×S×cos(π-α)]}本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)械效率為η＝W2/W1＝[π×L×cos(α-β)×cosβ]/{2×βmax×SQRT[L2+S2-2×L×S×cos(π-α)]}上式中，在α自0°到90°的變化范圍內(nèi)，以1°為單位進(jìn)行計(jì)算；相應(yīng)地，角度β以arctg(L/S)/91＝0.00515164為單位，則βmax＝0.00515164×91＝0.4636476，當(dāng)S取值為60mm，L取值為120mm時(shí)，將計(jì)算結(jié)果求平均值即可。η為85.5％。S、L取不同的值，η值會(huì)有不同的大小，但基本都在85％以上。
對于現(xiàn)有人力車，設(shè)腳踏力為F′，旋轉(zhuǎn)柄的長度為L′，輪盤半徑為R′，旋轉(zhuǎn)柄與水平方向的夾角為α′，則人對腳踏板所做的功W1＝F′×(2πL′×1/2)＝πL′F′鏈條得到的功W2＝F′×cosα×(L′/R′)×πR′＝πL′F′×cos α。
機(jī)械效率η′＝W2/W1＝πL′F′×cosα/(πL′F′)＝cosα在α自0°到90°的變化范圍內(nèi)，以1°為單位進(jìn)行計(jì)算，求得平均值，
即 η′＝63.51025％由此可見，本驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)械效率較現(xiàn)有人力車驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)械效率提高了85.5％-63.5％＝22％。
在人力做同樣功的條件下，人力車的速度可提高到原來的1.35倍，即85.5％/63.51025％＝1.35。
假設(shè)人力驅(qū)動(dòng)腳踏板運(yùn)動(dòng)的速率為V，則本驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中，輪盤帶動(dòng)鏈條轉(zhuǎn)動(dòng)的速率為V1＝{(πR)/[(βmax/π)×2πd]}×V＝(πR/2dβmax)×V則現(xiàn)有人力車的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中，輪盤帶動(dòng)鏈條轉(zhuǎn)動(dòng)的速率為V′＝(R′/L′)×V假定R＝R′，則本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與現(xiàn)有驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的速率關(guān)系為V1/V′＝[(πR/2dβmax)×V]/[(R′/L′)×V]＝(πL′)/(2dβmax)取βmax＝0.4636476，則V1/V′＝3.3879×(L′/d)在現(xiàn)有自行車中，旋轉(zhuǎn)柄的長度L′＝170mm；擺桿長度d自250-400mm之間取值不同，V1/V′的值在2.303772至1.4398575之間由大逐漸變小。由此顯示，在在合理的取值范圍內(nèi)，在腳踏板運(yùn)動(dòng)速率相同的條件下，本驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中輪盤帶動(dòng)鏈條轉(zhuǎn)動(dòng)的速率高于現(xiàn)有人力車的速率。


圖1是本發(fā)明的主視圖。
圖2是本發(fā)明的俯視圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1、圖2所示，本發(fā)明的新型驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是輪盤4與中軸6剛性連接，中軸6的端部剛性連接旋轉(zhuǎn)柄3，在車架的后部平叉上固定擺桿軸5，擺桿軸5上連接擺桿2，擺桿2的前端接腳踏板1。在擺桿2內(nèi)側(cè)面開有條狀凹槽，與旋轉(zhuǎn)柄3端部連接的滾輪置于擺桿凹槽內(nèi)。這樣，擺桿來回?cái)[動(dòng)，滾輪在凹槽內(nèi)滾動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)柄3旋轉(zhuǎn)。
旋轉(zhuǎn)柄的端部與擺桿中部的滑動(dòng)連接還可以采用以下方式即在擺桿2上開有條孔，與旋轉(zhuǎn)柄3端部連接的銷軸置于條孔內(nèi)。這樣，擺桿2來回?cái)[動(dòng)，銷軸在凹槽內(nèi)滑動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)柄3旋轉(zhuǎn)。為降低銷軸滑動(dòng)過程中的摩擦力，可在銷軸上套接有滾輪。當(dāng)然，擺桿2與旋轉(zhuǎn)柄3的連接也可以采用其它的滑動(dòng)連接方式，只要能實(shí)現(xiàn)擺桿2帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)柄3繞中軸旋轉(zhuǎn)即可。
本驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可用于自行車、三輪車等人力驅(qū)動(dòng)車中。在乘騎過程中，腳踏板的運(yùn)動(dòng)軌跡是前半圈的一小段圓弧，避免了乘騎者膝部的過度彎曲，因此，更適于腿部有殘疾的乘騎者。本驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)也可用于殘疾人使用的手搖車，只需將與擺桿相接的腳踏板更改為適宜手握的把手即可。本機(jī)構(gòu)中由于擺桿的運(yùn)動(dòng)幅度較小，因此更適于手臂操作，較高的機(jī)械效率會(huì)使乘騎者的車速明顯提高且更為省力。
權(quán)利要求
1.一種人力車新型驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，輪盤(4)與中軸(6)剛性連接，中軸的端部剛性連接有旋轉(zhuǎn)柄(3)，其特征在于車架上固定有擺桿軸(5)，擺桿軸上連接有擺桿(2)，擺桿的前端接腳踏板(1)，旋轉(zhuǎn)柄的端部與擺桿中部滑動(dòng)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人力車新型驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征在于擺桿(2)內(nèi)側(cè)面開有條狀凹槽，與旋轉(zhuǎn)柄端部連接的滾輪置于擺桿凹槽內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人力車新型驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征在于擺桿(2)上開有條孔，與旋轉(zhuǎn)柄端部連接的銷軸置于條孔內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的人力車新型驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征在于在銷軸上套接有滾輪。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種人力車新型驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，屬于人力車領(lǐng)域。為解決現(xiàn)有人力車驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)械效率低下及由運(yùn)動(dòng)止點(diǎn)造成的乘騎者身體疲勞的問題而設(shè)計(jì)。解決該問題的技術(shù)方案是輪盤與中軸剛性連接，中軸的端部剛性連接有旋轉(zhuǎn)柄，車架上固定有擺桿軸，擺桿軸上連接有擺桿，擺桿的前端接腳踏板，旋轉(zhuǎn)柄的端部與擺桿中部滑動(dòng)連接。本驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可用于自行車、三輪車等人力驅(qū)動(dòng)車中。在乘騎過程中，可避免乘騎者膝部的過度彎曲，適于腿部有殘疾的乘騎者。本驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)也可用于殘疾人使用的手搖車，由于擺桿的運(yùn)動(dòng)幅度較小，因此更適于手臂操作，較高的機(jī)械效率會(huì)使乘騎者的車速明顯提高且更為省力。
文檔編號(hào)B62M1/24GK1623848SQ20031010968
公開日2005年6月8日 申請日期2003年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月3日
發(fā)明者蘇志國 申請人:蘇志國