[实用新型]脚踏驱动机构

说明书

脚踏驱动机构涉及一种机械式力传动机构，特别是涉及脚踏自行车的力传动机构。

现有脚踏驱动机构如自行车的曲拐踏板机构等均采用圆周循环踏动驱动方式，即脚踏力作用于踏板，踏板轴连动曲拐绕中轴作圆周转动，带动链轮通过链条把驱动力矩传到后轮，驱动自行车等实现运动。这种驱动机构有以下缺点：(1)整个脚踏力作用于半圆周上，有效驱动位置小于180°，即在曲拐位于与脚踏力平行的上下死点位置时无驱动力矩。(2)在踏板自上死点向下死点运动的小于180°的范围内，踏动力如假设为垂直向下且大小不变，则除曲拐运动到水平一点外，其他位置均为踏动力的一个与曲拐垂直的分力起到驱动作用，与曲拐平行的另一个分力完全起不到驱动作用。(3)考查从上死点到下死点间的半圆周驱动行程，设曲拐有效半径为R，踏动力F恒定且垂直向下，则踏动力作功为2RF，踏动力与所经过的路程的乘积为πRF，由此看曲拐机构的驱动效率为2RF/πRF＝63.66％。(4)根据人体下肢的踏动运动机理，腿部在屈曲程度较大时，踏动伸直过程中脚部的运动速度较快但踏动力较小和易使人疲劳；腿部越接近伸直，脚部运动速度越慢但踏动力越大。这与曲拐踏板机构的运动过程相矛盾，即：曲拐与踏动力接近垂直时，踏动力沿踏动圆周切线方向分力最大，驱动效率处于最高状态，但此时踏动力较小；当踏板运动到越接近下死点位置时，踏动力越大，但驱动效率却越低。这种矛盾使得人的有限体力得不到充分发挥而且极易疲劳。(5)圆周循环踏动驱动方式决定了踏板上下和前后活动幅度相同，这就决定了踏动力作用点运动的半圆周必须在身体重心的下方偏前位置，不利于踏动时发力。以自行车为例更能说明问题，上坡时，踏动力作用点运动的半圆周进一步相对前移，而上坡时又需要更大的踏动力驱动自行车前行，所以人们上坡骑自行车时，往往不得不增加向前俯身的动作，这必然又增加了人体腰背部和臀部肌肉的疲劳。(6)观察自行车的圆周循环踏动驱动机构，踏动圆周下死点位置必须离开地面较大距离(一般大于100mm)，因为如果该距离较小时，如遇到地面不平，运动到下死点的踏板极易与地面凸起接触，接触瞬间踏板受曲拐限制无法向上或向后运动，必然会导致踏板与地面强烈干涉，影响骑行。另外，由于自行车车座距地面的高度应根据用车人腿长调定，踏动下死点位置较高必然增加骑车人腿部的平均屈曲程度，导致踏动驱动效率降低和增加疲劳程度。

本实用新型的目的是克服现有圆周循环踏动驱动机构存在的上述缺点，提供一种能充分发挥脚踏力驱动效果的高效、省力的脚踏驱动机构。

本实用新型的目的是这样实现的：将摇杆和凸轮巧妙组合起来，组成摇杆凸轮机构，或在摇杆凸轮机构的基础上增加部分零件，形成四杆凸轮机构，实现踏动过程的上下往复和踏动过程中连续变速驱动。其内容结合附图说明如下：踏驱动机构是由踏板、杆件、轮、轴组成，两套摇杆凸轮机构分别置于机架4的两侧，凸轮7反向对称装在机架4上的主轴8上，滚轮5固定于摇杆3上，摇杆3的一端通过铰接轴6铰接在机架4上，另一端装有踏板1，装在摇杆上的滚轮5可沿凸轮7的轮廓线滚动。

所说的凸轮7的轮廓线分为驱动段和回程段两部分，机架4两侧的滚轮5与凸轮7安装位置是：当一侧滚轮5到达距主轴最近的驱动段末时，另一侧滚轮5越过其对应的凸轮7上的最远点提前进入驱动段。

踏板1可装在与摇杆3铰接的摆杆9上，并在摆杆9与机架4之间装有副杆10，摇杆3、摆杆9、副杆10与机架4构成四杆凸轮机构。

本实用新型与圆周循环踏动驱动机构相比，具有如下优点：

1.无死点。当机架一侧机构踏动行程结束，即滚轮沿凸轮轮廓运动到距主轴最近距离的近死点位置时，机架另外一侧，反向对称凸轮推动摇杆向上运动已经越过凸轮的远死点，使机构处于驱动状态，两侧交替踏动时即可实现无死点。

2.通过零件尺寸、连接点位置的合理设计，可使踏动行程的各段保持与踏动方向基本一致，获得较理想的驱动效率。

3.整个踏动行程上连续变速。根据人体下肢的踏动运动机理，对凸轮轮廓进行设计，可实现慢--快--慢的连续变速踏动驱动。先慢有利于人体下肢抬过最高点后跟上踏板向下的运动；后快有利于屈曲程度较大的下肢实现发力小和快速运动；最后漫使得越来越接近伸直、运动速度下降的下肢能更好地发力踏动驱动机构。

4.踏动过程和回程过程踏板前后运动幅度同样小，故可将踏动行程设计到距人体重心水平距离较近的位置而不担心回程时人体下肢过于靠后。对自行车来说，可将上坡时人体重心相对后移对驱动效果的影响减少到一定程度，进一步减缓疲劳。