專利名稱：自驅(qū)式無動力車輛的制作方法
專利說明自驅(qū)式無動力車輛 所屬領(lǐng)域 本發(fā)明一般涉及一種使用人力作動力的車輛。

背景技術(shù)：
公知的車輛一般要使用能源作動力，如石油或電能，但電能的獲得也要以消耗能源作為代價(jià)，在消耗能源的過程中，不可避免的要減少能源的儲備并以犧牲環(huán)境為代價(jià)，帶來污染等問題，而環(huán)境污染已成為人類社會的沉重負(fù)擔(dān)，因此不用或減少能源的用量作為車輛的動力，始終是人們所追求的。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種不需要消耗能源，又有別于現(xiàn)有純粹人力驅(qū)動的車輛，所述車輛具有較高的機(jī)械效率，實(shí)用性強(qiáng)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方案為一種自驅(qū)式無動力車輛，有若干串接的四桿機(jī)構(gòu)傳遞動力，其始端為一接受人工動力或機(jī)動力的曲軸其上的曲拐形成曲柄，每一曲拐與一根連桿一端活動連接，連桿另一端與一套搖桿裝置活動鉸接，所述搖桿裝置另一端與機(jī)架活動鉸接形成擺動中心，以擺動中心作為一弧形齒輪的轉(zhuǎn)動中心，弧形齒輪與一個(gè)小齒輪間歇往復(fù)嚙合，與小齒輪同軸的大齒輪按設(shè)定方向傳遞扭矩，所述扭矩帶動另一串接的四桿機(jī)構(gòu)的曲軸，最后一級傳動機(jī)構(gòu)形成的扭矩作為車輛動力或帶動發(fā)電設(shè)備產(chǎn)生電能驅(qū)動車輛。
上述方案中，串接的四桿機(jī)構(gòu)基本上不限制級數(shù)，在本方案中3-4級傳動較為妥當(dāng)，最好為3級傳動。
采用上述方案，串接的四桿機(jī)構(gòu)相當(dāng)于延長了一個(gè)杠桿裝置的力臂，所以在著力點(diǎn)只須施加較小的力在另一端就能獲得較大的力矩，作為驅(qū)動車輛的動力或驅(qū)動發(fā)電機(jī)的動力，將發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能通過蓄電池蓄積起來，作為驅(qū)動車輛的能源，通過這一轉(zhuǎn)換，較好地實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明的目的。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的方案作更詳細(xì)的說明。



圖1為自驅(qū)式無動力車輛的主視圖； 圖2為圖1的俯視圖； 圖3為自驅(qū)式無動力車輛的傳動簡圖； 圖4為圖2中的A向視圖； 圖5為圖2中的B-B剖視圖； 圖6為對機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動學(xué)分析的簡圖； 圖7為對機(jī)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析的簡圖。

具體實(shí)施例方式 如圖1所示是按本方案設(shè)計(jì)的車輛，具體說是一輛轎車，由車身1，行走輪胎2，支撐車體的骨架3，方向控制裝置4等構(gòu)成，具備公知車輛的大多數(shù)特征，與公知車輛不同的是其動力為人力自驅(qū)式，一些輔助設(shè)備如裝設(shè)在車架上的發(fā)電機(jī)5及蓄電池6，驅(qū)動輪裝設(shè)的電動機(jī)7等，這些設(shè)備隨著敘述將會逐漸了解其用途。
圖2所示是車輛的動力源，如方案所述，有若干串接的四桿機(jī)構(gòu)傳遞動力，理論上講，串接的四桿機(jī)構(gòu)按需要可設(shè)計(jì)多級，但限于車輛的結(jié)構(gòu)，本實(shí)施例為3級，按工作原理各級四桿機(jī)構(gòu)串接，但其裝配在車輛上都按并聯(lián)的方式排列，如圖2所示，為便于理解，將圖2的結(jié)構(gòu)圖簡化為圖3的動力簡圖，每一四桿機(jī)構(gòu)的起始端設(shè)有一根第一曲軸8，曲軸上設(shè)有兩個(gè)曲拐9和10，曲軸8由兩個(gè)軸承座11支撐，曲拐的橫銷上活動連接一根連桿12和13，曲軸的兩個(gè)端部各與一個(gè)腳踏柄14和15相連，上套有腳踏16，以便通過人力踩踏使曲軸8旋轉(zhuǎn)，連桿12和13分別與搖桿17和18活動相連，以搖桿17為例，搖桿的另一端通過銷軸19與機(jī)架活動鉸接(見圖4)，以銷軸19作為轉(zhuǎn)動中心，以一定長度為半徑形成弧形齒輪20，弧形齒輪20與一小齒輪21嚙合，小齒輪21與大齒輪22同軸，在大齒輪22的中心孔上設(shè)有超越離合器，小齒輪21通過超越離合器單方向傳遞扭矩給大齒輪22，大齒輪22與小齒輪23嚙合，小齒輪23與軸24固定連接，將扭矩傳遞給軸24上，由于結(jié)構(gòu)完全是對稱的，另一搖桿18所獲得的扭矩同樣傳遞給軸24，所以軸24合成了兩個(gè)扭矩。
從以上敘述可知，曲拐9或10，連桿12或13，搖桿17或18各構(gòu)成一個(gè)四桿機(jī)構(gòu)，所以可用四桿機(jī)構(gòu)的工作原理來進(jìn)行分析，為便于理解，取其中一組結(jié)構(gòu)，用附圖4說明其工作原理。在圖示中，曲軸8上的曲拐9組成四桿機(jī)構(gòu)意義上的曲柄，曲軸8的軸心線為曲柄的旋轉(zhuǎn)中心，連桿12為四桿機(jī)構(gòu)意義上的連桿，搖桿17由于與銷軸19活動鉸接，而形成一杠桿，與連桿鉸接點(diǎn)到銷軸19的長度為杠桿裝置的力臂，銷軸19形成杠桿裝置的支點(diǎn)，以銷軸19到弧形齒輪20的嚙合點(diǎn)即弧形齒的半徑形成杠桿裝置的重力臂，根據(jù)杠桿原理施加在搖桿17一端的力F乘以力臂長應(yīng)等于重力臂乘以使小齒輪21轉(zhuǎn)動的力P，由于力臂要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于重力臂，本方案設(shè)定的至少要大于若干倍，所以小齒輪21獲得比力F大很多倍的P力，即人踩踏無需要很大力氣，就能獲得第一級驅(qū)動小齒輪21的P力。而連桿12只須拉動搖桿17轉(zhuǎn)動一個(gè)小角度，就能獲得較大的驅(qū)動力P，所以曲軸8和曲拐不需要較大尺寸即可達(dá)到目的，這樣結(jié)構(gòu)可以精減，免得人踩踏費(fèi)力。
本實(shí)施例的小齒輪21齒數(shù)較少，若壓力角為20°，最小齒數(shù)可選擇17齒，可以做成軸齒輪，大齒輪22的中心孔裝有超越離合器，超越離合器的結(jié)構(gòu)如圖5所示，在小齒輪21和大齒輪22共同的軸25上在大齒輪22孔的軸向位置有一個(gè)凸塊26，上鉸接一個(gè)受力塊27，之間套有回位彈簧28，受力塊27的端部做成圓弧形，大齒輪22的內(nèi)孔分布有弧形齒29，受力塊27的端部與每一弧形齒29吻合，凸塊26在一邊設(shè)有定位元件30，限制受力塊27沿設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動，而向另一方面轉(zhuǎn)動一個(gè)角度則沒有限制，在本實(shí)施例的情況下，軸25逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動傳遞扭矩，而順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)則打滑，軸25上的扭矩，傳遞不到大齒輪22上。
回到圖2，軸24通過同軸的另一齒輪31將扭矩傳遞給與其嚙合的齒輪32上，齒輪32帶動一個(gè)第二曲軸33，第二曲軸33與第一曲軸8的結(jié)構(gòu)完全一樣，通過一套已敘述過的四桿機(jī)構(gòu)將扭矩傳遞給一個(gè)第三曲軸34，第三曲軸34將扭矩傳遞給工作機(jī)械，本實(shí)施例的工作機(jī)械為發(fā)電機(jī)5，當(dāng)然也可以直接用著驅(qū)動車輛的動力，這是可以理解的。
發(fā)電機(jī)5為直流發(fā)電或交流發(fā)電機(jī)均可，將獲得的電能輸入蓄電池6中，用來驅(qū)動設(shè)在驅(qū)動輪上的電機(jī)7，這是一個(gè)公知技術(shù)的應(yīng)用，不再贅述，而且在車上還可裝設(shè)太陽能發(fā)電裝置，同樣經(jīng)蓄電池蓄積供電，這些技術(shù)也屬于公知技術(shù)的范圍，使用十分方便。本實(shí)施例的發(fā)電機(jī)通常選用轉(zhuǎn)速要求不高，發(fā)電效率高，如應(yīng)用較為廣泛的風(fēng)力發(fā)電所使用的發(fā)電裝置。
本實(shí)施例為三級杠桿裝置，實(shí)際上級數(shù)是不加限制的，理論上可視結(jié)構(gòu)許可形成多級，如每一級與下一級直線延伸再并接下下一級。
下面再根據(jù)一個(gè)具體的方案對機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動學(xué)和力學(xué)方面的分析，將圖4的機(jī)構(gòu)作成如圖6的簡圖，設(shè)四桿機(jī)構(gòu)中AB為曲柄，BC為連桿，CD為搖桿，CD的端部設(shè)有弧形齒，本實(shí)施例結(jié)構(gòu)為彎折，AD為機(jī)架，A，B，C，D均為鉸接點(diǎn)，在本機(jī)構(gòu)中，曲柄AB長為100mm，連桿BC長為200mm，搖桿CD為550mm，機(jī)架AD長為600mm，弧形齒的半徑為R150mm，以1∶10的比例縮小畫圖，先用圖解法求搖桿C在力矩作用下繞鉸接點(diǎn)D的轉(zhuǎn)動，其方法是用圖作出搖桿C的兩個(gè)極限位置，作法為 1、以D為圓心，搖桿長550mm為半徑畫弧L1， 2、以D為圓心，機(jī)架長600mm為半徑畫弧L2， 3、以C為圓心，以連桿和曲柄長度之和(200+100)mm畫弧，交L2為A點(diǎn)，A點(diǎn)即為曲柄的轉(zhuǎn)動中心，這是搖桿CD的一個(gè)極限位置， 4、以A點(diǎn)為圓心，以連桿減去曲柄半徑長的差作弧，即(200-100)mm作弧交L1于C′點(diǎn)，連DC′即為搖桿的另一極限位置，此時(shí)曲柄轉(zhuǎn)到另一方向上與連桿重合，測出搖桿DC與DC′之間的夾角，在本結(jié)構(gòu)上測得夾角為22°，量出兩個(gè)位置之間的夾角，按1∶10例縮小作出的圖，量得兩個(gè)之間的夾角為22°，換算成弧度為則按弧長公式


該值即是弧形齒與小齒輪相嚙合所接觸的弧長，設(shè)壓力角為20°的最小齒為17齒，模數(shù)m＝3，則該齒輪直徑d＝mz＝3×17＝51(mm)，其


則所得弧長為57mm能接觸的齒數(shù)為

即在本實(shí)施例中，腳踏一轉(zhuǎn)能驅(qū)動5.9齒，按每分鐘踩腳踏50轉(zhuǎn)/分，則每分鐘使小齒輪轉(zhuǎn)動的圈數(shù)為

如按電機(jī)轉(zhuǎn)速n電為1350轉(zhuǎn)/分，則只須總傳動比1350÷17＝80即能實(shí)現(xiàn)，本實(shí)施例為三級，將傳動比80分解成4×4×5，用齒輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)是不難的。
本結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析如圖7所示，任取機(jī)構(gòu)的一個(gè)狀態(tài)，并按1∶10比例作圖，其中，取L為連桿的兩端延長線，由主動件曲柄經(jīng)連桿傳到工作構(gòu)件c點(diǎn)的力P是沿著連桿傳動的，從A點(diǎn)作L線的垂線，交L于E，AE與AB間夾角為γ，從D點(diǎn)作L線的垂線交L于F，DC與DF間夾角為α，使曲柄轉(zhuǎn)動的力矩為M曲柄，使搖桿轉(zhuǎn)動的力矩為M搖桿， 則M曲軸＝P×AEM搖桿＝P×DF 在RtΔDCF，DF＝DC·COSα RtΔAEB中，AE＝AB·COSγ ∴M曲柄＝P·AB COSγ，M搖桿＝P·DC COSα

其中AB＝100mm， DC＝550mm，

式中α、γ在0°至90°之間變換，其比值

有時(shí)大于1，有時(shí)小于1，M曲柄是由人的腳踩踏踏板時(shí)獲得的，設(shè)一個(gè)具體數(shù)據(jù)，若人踩踏時(shí)加力為10公斤，踏桿的長度為150mm，所以M曲柄＝10×0.15＝1.5(公斤米)，
即在踩踏時(shí)獲得1.5公斤米的力矩，則在搖桿的端部獲得至少8.25公斤米的力矩，可以看出本機(jī)構(gòu)有較強(qiáng)的增力功能，搖桿DC上獲得的力矩M搖桿通過杠桿原理，全部轉(zhuǎn)移到弧形齒輪上，弧形齒輪將獲得的力矩通過傳動機(jī)構(gòu)傳遞到一個(gè)第二曲軸33上，通過同樣的杠桿原理，一個(gè)第三曲軸34所帶搖桿獲得的扭矩為


依此類推，經(jīng)過第三曲軸及所連接的杠桿機(jī)構(gòu)到第三套四桿機(jī)構(gòu)末端，即到本實(shí)施例的發(fā)電機(jī)輸入軸時(shí)，電機(jī)所獲得的扭力矩為


當(dāng)

的比值大于1時(shí)，即電機(jī)所獲得的扭矩為至少166公斤米以上。
在上述的設(shè)計(jì)方案中，搖桿的擺角不限于22°，可以根據(jù)需要的擺角設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)尺寸，搖桿上所帶的弧形齒輪也不限于本方案所舉的彎折結(jié)構(gòu)，也可以形成直的，另外，連桿與搖桿之間連接也可采用滑塊裝置，如圖1的裝置所示，以上的說明是可以理解的。
權(quán)利要求
1、一種自驅(qū)式無動力車輛，其特征在于有若干串接的四桿機(jī)構(gòu)傳遞動力，其始端為一接受人工動力或機(jī)動力的曲軸(8)其上的曲拐形成曲柄，每一曲拐與一根連桿一端活動連接，連桿另一端與一套搖桿裝置活動鉸接，所述搖桿裝置另一端與機(jī)架活動鉸接形成擺動中心，以擺動中心作為一弧形齒輪(20)的轉(zhuǎn)動中心，弧形齒輪與一個(gè)小齒輪(21)間歇往復(fù)嚙合，與小齒輪(21)同軸的大齒輪(22)按設(shè)定方向傳遞扭矩，所述扭矩帶動另一串接的四桿機(jī)構(gòu)的曲軸，最后一級傳動機(jī)構(gòu)形成的扭矩作為車輛動力或帶動發(fā)電設(shè)備產(chǎn)生電能驅(qū)動車輛。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的自驅(qū)式無動力車輛，其特征在于串接的四桿機(jī)構(gòu)不限制級數(shù)，3-4級傳動較為妥當(dāng)，最好為3級傳動。
3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的自驅(qū)式無動力車輛，其特征在于各級四桿機(jī)構(gòu)串接，但其裝配在車輛上都按并聯(lián)的方式排列。
4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的自驅(qū)式無動力車輛，其特征在于小齒輪(21)與大齒輪(22)同軸，在大齒輪(22)的中心孔上設(shè)有超越離合器。
5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的自驅(qū)式無動力車輛，其特征在于搖桿(17)與銷軸(19)活動鉸接，而形成一杠桿，與連桿鉸接點(diǎn)到銷軸(19)的長度為杠桿裝置的力臂，銷軸形成杠桿裝置的支點(diǎn)，以銷軸到弧形齒輪(20)的嚙合點(diǎn)即弧形齒的半徑形成杠桿裝置的重力臂，力臂要大于重力臂若干倍。
6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的自驅(qū)式無動力車輛，其特征在于發(fā)電機(jī)(5)為直流發(fā)電或交流發(fā)電機(jī)，將獲得的電能輸入蓄電池(6)中，用來驅(qū)動設(shè)在驅(qū)動輪上的電機(jī)(7)，在車上還可裝設(shè)太陽能發(fā)電裝置，同樣經(jīng)蓄電池蓄積供電。
7、根據(jù)權(quán)利要求1所述的自驅(qū)式無動力車輛，其特征在于搖桿上所帶的弧形齒輪不限于彎折結(jié)構(gòu)，也可為直的。
8、根據(jù)權(quán)利要求1所述的自驅(qū)式無動力車輛，其特征在于連桿與搖桿之間連接可為滑塊裝置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種自驅(qū)式無動力車輛，有若干串接的四桿機(jī)構(gòu)傳遞動力，其始端為一接受人工動力或機(jī)動力的曲軸(8)其上的曲拐形成曲柄，每一曲拐與一根連桿一端活動連接，連桿另一端與一套搖桿裝置活動鉸接，所述搖桿裝置另一端與機(jī)架活動鉸接形成擺動中心，以擺動中心作為一弧形齒輪(20)的轉(zhuǎn)動中心，弧形齒輪與一個(gè)小齒輪(21)間歇往復(fù)嚙合，與小齒輪(21)同軸的大齒輪(22)按設(shè)定方向傳遞扭矩，所述扭矩帶動另一串接的四桿機(jī)構(gòu)的曲軸，最后一級傳動機(jī)構(gòu)形成的扭矩作為車輛動力或帶動發(fā)電設(shè)備產(chǎn)生電能驅(qū)動車輛，本發(fā)明串接的四桿機(jī)構(gòu)相當(dāng)于延長了一個(gè)杠桿裝置的力臂，所以在著力點(diǎn)只須施加較小的力在另一端就能獲得較大的力矩。
文檔編號B62M15/00GK101565077SQ20081004428
公開日2009年10月28日 申請日期2008年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月21日
發(fā)明者覃國君 申請人:覃國君, 譚朝春