專利名稱：一種雙桿交替擺動的驅(qū)動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種雙桿交替擺動的驅(qū)動裝置。
本發(fā)明適用于人力驅(qū)動車如自行車。檢索專利CN85107618《杠桿推進(jìn)自行車的推進(jìn)機(jī)構(gòu)》(
公開日1987年1月28日)和GB2127111《自行車往復(fù)踏板傳動機(jī)構(gòu)》該專利記載，雙桿往復(fù)驅(qū)動機(jī)構(gòu)的自行車，比傳統(tǒng)式的自行車，具有結(jié)構(gòu)簡單，省力安全，往復(fù)行程容易調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)。雙桿往復(fù)驅(qū)動機(jī)構(gòu)應(yīng)該解決好以下三個(gè)問題(A)雙桿交替擺動角度小，應(yīng)有升速機(jī)構(gòu)。
(B)雙桿交替擺動，應(yīng)有桿復(fù)位機(jī)構(gòu)。
(C)雙桿交替擺動，一桿復(fù)位應(yīng)不干涉另一桿正常驅(qū)動。
現(xiàn)(A)問題多采用鏈輪(如專利)、齒條、扇齒輪、行星輪、繩輪等傳動升速機(jī)構(gòu)。
(B)問題多采用齒輪、固定滑輪等復(fù)位機(jī)構(gòu)。
(C)問題均采用各類單向離合器(如專利)使復(fù)位桿與驅(qū)動鏈短暫脫離，達(dá)到不干涉的要求。
雙桿往復(fù)驅(qū)動機(jī)構(gòu)，是三種功能的合成機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)必然復(fù)雜。特別應(yīng)該指出(C)問題中的單向離合器是雙桿往復(fù)驅(qū)動機(jī)構(gòu)是否具有實(shí)用性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。單向離合器動作頻率高、磨損快、能量損失大、性能易失效、壽命短等不易解決。
本發(fā)明的目的是提出一種雙桿交替擺動的驅(qū)動裝置，該裝置取消了單向離合器，利用新型的嚙合原理，使(A)(B)兩個(gè)問題得到十分協(xié)調(diào)和諧的解決，從而使該裝置具有良好的適用性。
根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施例，該裝置包括固定在車輪支座內(nèi)的車輪軸，軸上固定一對蓋碗，軸承支撐的輪轂?zāi)芾@車輪軸轉(zhuǎn)動，輪轂內(nèi)裝有一對主螺旋輪、從螺旋輪、一對主從螺旋輪，介子(或介子部件)、連接輪轂及從螺旋輪的單向離合器、制動器，車輪支座外裝有能撥轉(zhuǎn)主螺旋輪和主從螺旋輪的雙桿。該裝置的特征在于一對主螺旋輪、從螺旋輪和介子(或介子部件)構(gòu)成一對空間螺旋介子變速器(升速機(jī)構(gòu))，一對主從螺旋輪和介子(或介子部件)構(gòu)成平面螺旋介子變速器(桿復(fù)位機(jī)構(gòu))。桿復(fù)位過程中不僅不干涉另一桿正常驅(qū)動，而且能與另一桿雙向同時(shí)驅(qū)動。
諸輪齒面由圓柱螺旋面和平面螺旋面構(gòu)成。(圖2、圖3)上述內(nèi)容和本發(fā)明的其他目的，特征，優(yōu)點(diǎn)以及推薦實(shí)施例，從下面附圖敘述中能得到更充分的理解和證實(shí)。


圖1按本發(fā)明裝配的自行車整體視圖。
圖2本發(fā)明軸向剖面圖。(實(shí)施例諸輪齒面為圓柱螺旋面)。
圖3本發(fā)明變速原理圖。(諸輪為平面螺旋面或螺旋溝槽)。
圖4本發(fā)明切平面螺旋介子變速器原理圖(A)。
圖5本發(fā)明切平面螺旋介子變速器原理圖(B)。
圖6本發(fā)明空間螺旋介子變速器原理圖(A)。
圖7本發(fā)明空間螺旋介子變速器原理圖(B)。
圖8本發(fā)明空間螺旋介子變速器原理圖(C)。
圖9本發(fā)明空間螺旋介子變速器原理圖(D)。
現(xiàn)參考本發(fā)明實(shí)施例附圖對本發(fā)明介紹如下車輪軸(21)固定在車輪支座(1)內(nèi)，一對蓋碗(22)和車輪軸用鍵連接，蓋碗外徑裝有由軸承(27)支撐的輪轂(24)，能繞車輪軸轉(zhuǎn)動。主螺旋輪(11)和主從螺旋輪(13)用螺釘(或鉚釘)連接。蓋碗和蓋(23)用螺釘連接。通過軸承(28、29)將主螺旋輪、主從螺旋輪和從螺旋輪(12)定位。諸輪均能繞車輪軸轉(zhuǎn)動。在輪轂和從螺旋輪之間，裝有單向離合器(31)，可由從螺旋輪的轉(zhuǎn)動單方向驅(qū)動輪轂(或車輪)前進(jìn)。介子(14)(或介子部件)用銷(25)固定在蓋碗和蓋的槽內(nèi)，能繞銷在車輪軸軸向擺動，且與主螺旋輪、從螺旋輪齒面接觸。介子(15(或介子部件)能在車輪軸向槽內(nèi)左右移動，且與一對主從螺旋輪齒面(或螺旋溝槽)接觸。雙桿(2)分別通過接盤(3)和銷(4)用螺母連接，銷(4)經(jīng)車輪支座和蓋碗環(huán)形槽插入主螺旋輪端面孔內(nèi)，這樣桿上下擺動經(jīng)過銷帶動主螺旋輪和主從螺旋輪正反轉(zhuǎn)。制動器(32)裝在輪轂左右內(nèi)壁和蓋碗之間，通過操縱和凸輪機(jī)構(gòu)(未畫)能使車輪制動。
主螺旋輪、從螺旋輪齒面由左右旋向螺旋面構(gòu)成;主從螺旋輪齒面由左右旋向螺旋面(或螺旋溝槽面)構(gòu)成。
主螺旋輪、從螺輪和主從螺旋輪齒面頭數(shù)(或螺旋溝槽數(shù))是z1＝21，z2＝3和z3＝2(或1)。諸輪計(jì)算圓螺旋升角為α1、α2和α3;計(jì)算圓齒高為H1、H2和H3計(jì)算圓直徑為D1、D2和D3。一對主從螺旋輪和介子(15)構(gòu)成切平面螺旋介子變速器，其結(jié)構(gòu)特征在于一對主從螺旋輪兩齒面計(jì)算圓在同一圓柱面上。一對主螺旋輪、從螺旋輪和介子(14)構(gòu)成一對空間螺旋介子變速器，其結(jié)構(gòu)特征在于主螺旋輪和從螺旋輪齒面計(jì)算圓不在同一圓柱面上。
根據(jù)驅(qū)動原理要求主螺旋輪、主從螺旋輪齒面計(jì)算圓左右螺旋升角(或螺旋溝槽)相同;從螺旋輪齒面計(jì)算圓左右螺旋升角不相同(記作α2小、α2大)。根據(jù)驅(qū)動效率考慮，諸輪計(jì)算圓齒面螺旋升角在42°-48°范圍內(nèi)選用。
切平面螺旋介子變速器原理(圖4、圖5)結(jié)構(gòu)要求介子(15)分別與左端主從螺旋輪右螺旋齒面(或右螺旋溝槽面)和右端主從螺旋輪左螺旋面(或左螺旋溝槽面)接觸。兩輪最大轉(zhuǎn)角小于該輪半齒所對中心角，即介子只能在一個(gè)齒面(或溝槽)內(nèi)移動。
左端桿(2)向下擺動，經(jīng)銷(4)和主螺旋輪(11)，使左端主從螺旋輪轉(zhuǎn)動(圖4、圖5，向上運(yùn)動)，該輪使介子(15)向右移動，迫使右端主從螺旋輪反向轉(zhuǎn)動(圖4、圖5，向下運(yùn)動);該輪反向轉(zhuǎn)動，經(jīng)主螺旋輪和銷，使右端桿(2)向上擺動。反之，右端桿向下擺動，同理左端桿應(yīng)向上擺動。如一桿雙向擺動，則另一桿雙向交替復(fù)位。
切平面螺旋介子變速器傳動比i切＝ (tgα3(右端))/(tgα3(左端)) ＝－1兩輪轉(zhuǎn)向判斷與介子接觸的兩輪齒面(或溝槽面)旋向相同，則兩輪轉(zhuǎn)向相同(+)，反之兩輪轉(zhuǎn)向相反(-)。切平面螺旋介子變速器是雙桿交替復(fù)位機(jī)構(gòu)。
空間螺旋介子變速器原理(圖6)左端桿(2)向下擺動，經(jīng)銷(4)使左端主螺旋輪反轉(zhuǎn)(圖6，向上運(yùn)動)，該輪使介子(14)向中心擺動，迫使從螺旋輪反轉(zhuǎn)(圖6，向上運(yùn)動);同理左端桿向上擺動經(jīng)銷使左端主螺旋輪正轉(zhuǎn)，該輪使介子向中心擺動，迫使從螺旋輪反轉(zhuǎn)(圖6，向上運(yùn)動)。
結(jié)論主螺旋輪無論正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)從螺旋輪旋轉(zhuǎn)方向不變。
空間螺旋介子變速傳動比計(jì)算主螺旋輪計(jì)算圓齒高H1= (πD1)/(2E1) tgα1從螺旋輪計(jì)算圓齒高H2= (πD2)/(E2(ctgα2小＋ctgα2大))設(shè)主螺旋輪和從螺旋輪在計(jì)算圓上引起介子擺動的最大軸向距離，分別記作S1和S2。
空間介子擺動增倍系數(shù)K= (S2)/(S1) = (L2)/(L1)式中L2和L1分別為介子從其轉(zhuǎn)心至兩輪齒面接觸點(diǎn)的長度。
當(dāng)介子直徑d＝0時(shí)，增倍系數(shù)K0= (S2)/(S1) = (H2)/(H1)當(dāng)介子直徑d≠0時(shí)，增倍系數(shù)Kd=S2S1=H2-(1cosα2小-1)d2H1-(1cosα1-1)d2]]>主螺旋輪轉(zhuǎn)動，使介子往復(fù)擺動，迫使從螺旋輪轉(zhuǎn)動。設(shè)介子往復(fù)擺動次數(shù)為n，則主螺螺輪轉(zhuǎn)角θ1= (360°)/(E1) n，從螺旋輪轉(zhuǎn)角θ2= (360°)/(E1) n空間螺旋介子變速器傳動比i空= (θ1)/(θ2) = (E2)/(E1) ＜1假定介子在兩輪螺旋面內(nèi)擺動，設(shè)計(jì)算圓上介子擺動的軸向距離分別記作△S1和△S2。
則△S1＝ (△θ1)/(360°) ·T1, △S2= (△θ2)/(360°) ·T2小式中T1和T2小分別是主螺旋輪和從螺旋輪在計(jì)算圓上，且與介子接觸的螺旋面導(dǎo)程。
K0= (△S2)/(△S1)代入簡化得i面＝ (△θ1)/(△θ2) ＝i空(πD2)/(2E2H2ctgα2小)因?yàn)槭街衂Z2H2ctgα2?。睛蠨2則i空＞i面此式說明空間螺旋介子變速器全齒間傳動比是變化的，兩輪在螺旋齒面內(nèi)的傳動比(i面)最小(即從螺旋輪轉(zhuǎn)速最高)，介子擺動接近極限位置時(shí)，傳動比逐漸增大，直到傳動比變成無窮大(即從螺旋輪轉(zhuǎn)速為零)，空間螺旋介子變速器傳動比(i空)是全齒面?zhèn)鲃舆^程的平均值。
當(dāng)介子擺動到極限位置時(shí)(圖6)主螺旋輪齒頂與齒根均與介子對齊，因此主螺旋輪在此位置上可以正轉(zhuǎn)也可以反轉(zhuǎn)。從螺旋輪由于計(jì)算圓齒面左右螺旋升角不同，使得齒頂與介子錯(cuò)位，介子與螺旋升角小的齒面相對，當(dāng)主螺旋輪正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)時(shí)，驅(qū)動介子離開極限位置，迫使從螺旋輪螺旋升角小的齒面受力轉(zhuǎn)動。不論主螺旋輪轉(zhuǎn)向如何，總是從螺旋輪螺旋升角小的齒面受力轉(zhuǎn)動，使從螺旋輪始終保持旋轉(zhuǎn)方向不變。
介子由從螺旋輪齒頂向齒根擺動，使從螺旋輪受力轉(zhuǎn)動稱介子驅(qū)動，反之稱介子復(fù)位。從圖6(或圖2)看到車輪軸上部為介子驅(qū)動，其下部則為介子復(fù)位，反之，上部為介子復(fù)位，其下部則為介子驅(qū)動。
空間螺旋介子變速器是雙桿驅(qū)動升速機(jī)構(gòu)。
一對主螺旋輪驅(qū)動從螺旋輪有三種方式(A)兩輪雙向連續(xù)驅(qū)動，(B)兩輪交替單向驅(qū)動，(C)一輪雙向連續(xù)驅(qū)動。
應(yīng)用本發(fā)明的自行車，可調(diào)節(jié)腳踏在雙桿上的位置，改變往復(fù)行程及踏力大小。雙桿交替擺動能獲八級速比，具有獨(dú)特的驅(qū)動方式(A)雙腳往復(fù)連續(xù)驅(qū)動(最省力方式)，(B)雙腳交替踏動(行走方式)，(C)單腳往復(fù)連續(xù)驅(qū)動(適于一腳失去驅(qū)動能力的人)。三種驅(qū)動方式變換無需任何操縱變換機(jī)構(gòu)，騎車人可隨時(shí)隨意選用任一速比駕車行駛。
本發(fā)明減小、減輕、簡化了自行車尺寸、重量、結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)自行車輪距為輪距＝曲柄長度+鏈輪半徑+車輪直徑+必要間隙本發(fā)明自行車輪距為輪距＝車輪直徑+必要間隙尺寸可減小300毫米，車架簡化成橫梁，后輪及支座成為獨(dú)立部件，拆裝方便迅速。這對居住在高層建筑里的騎車人尤為重要。
本發(fā)明零件制造無特殊要求，專用件不多，一般自行車廠均能生產(chǎn)。
權(quán)利要求
1.一種雙桿交替擺動的驅(qū)動裝置，適用于人力驅(qū)動車如自行車，該驅(qū)動裝置包括固定在車輪支座內(nèi)的車輪軸，該軸上固定一對蓋碗，軸承支撐的輪轂?zāi)芾@車輪軸轉(zhuǎn)動，輪轂內(nèi)裝有一對主螺旋輪、從螺旋輪、一對主從螺旋輪、介子(或介子部件)、連接輪轂和從螺旋輪的單向離合器、制動器，車輪支座外裝有能撥動主螺旋輪和主從螺旋輪轉(zhuǎn)動的雙桿，其特征在于(A)一對主螺旋輪、從螺旋輪和介子(或介子部件構(gòu)成一對空間螺旋介子變速器(升速機(jī)構(gòu))，(B)一對主從螺旋輪和介子(或介子部件)構(gòu)成切平面螺旋介子變速器(桿復(fù)位機(jī)構(gòu))。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的驅(qū)動裝置，其特征在于主螺旋輪、從螺旋輪和主從螺旋輪齒面由螺旋面構(gòu)成
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的驅(qū)動裝置，其特征在于主螺旋輪，從螺旋輪和主從螺旋輪齒面由圓柱螺旋面構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的驅(qū)動裝置，其特征在于主螺旋輪，從螺旋輪齒面由左右旋向螺旋面構(gòu)成，主從螺旋輪齒面由左右旋向螺旋面(或螺旋溝槽面)構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的驅(qū)動裝置，其特征在于從螺旋輪計(jì)算圓齒面左右螺旋升角不同。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的驅(qū)動裝置，其特征在于主螺旋輪、從螺旋輪和主從螺旋輪計(jì)算圓齒面螺旋升角在42°-48°范圍內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的驅(qū)動裝置，其特征在于主螺旋輪、從螺旋輪齒面由21頭、3頭，主從螺旋輪齒面(或溝槽)由2頭(槽)或1頭(槽)構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的驅(qū)動裝置，其特征在于空間螺旋介子變速器主螺旋輪、從螺旋輪計(jì)算圓齒面不在同一圓柱面上。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的驅(qū)動裝置，其特征在于切平面螺旋介子變速器一對主從螺旋輪計(jì)算圓齒面在同一圓柱面上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種雙桿交替擺動的驅(qū)動裝置，本發(fā)明適用于人力驅(qū)動車。該裝置包括車輪支座、車輪軸及輪轂內(nèi)的諸螺旋輪、介子和雙桿等，構(gòu)成空間和切平面螺旋介子變速器(即升速和復(fù)位機(jī)構(gòu))。應(yīng)用本發(fā)明的自行車可調(diào)行程及踏力，八級速比，驅(qū)動獨(dú)特(A)往復(fù)連續(xù)驅(qū)動，(B)交替踏動，(C)單腳往復(fù)連續(xù)驅(qū)動。減小、減輕和簡化自行車尺寸、重量和結(jié)構(gòu)。輪距減少300毫米，車架簡化成橫梁，后輪為獨(dú)立部件，拆裝迅速。
文檔編號B62M1/24GK1047059SQ89103150
公開日1990年11月21日 申請日期1989年5月6日 優(yōu)先權(quán)日1989年5月6日
發(fā)明者孫躍庭, 沈若濃 申請人:孫躍庭