[其他]直线式驱动机构

说明书

一种自行车用直线蹬踏式驱动机构，脚蹬的直线运动是由两根竖置的导轨装置所保证，通过一组链传装置将脚蹬的直线运动转换成旋转运动后，传给自行车后驱动轮。本发明符合人体运动生物特点，没有曲柄式驱动机构对脚蹬力的“阻滞”现象，能实现蹬力、蹬速（或频率）和蹬踏幅度的三重调节，与曲柄式驱动机构相比，加速（启动）、负载和爬坡能力提高１．５７倍，可节力３６％，车速提高１６－２５％。

本发明属于交通工具中自行车用人力驱动机构。

目前，自行车普遍采用的是曲柄式驱动机构。其结构如图1所示，由脚蹬1、曲柄2、中轴3、大链轮4、链条5、飞轮6和后轴7组成。工作时，由人脚蹬踏脚蹬1产生的动力，通过驱动机构传给自行车的后驱动轮8，推动自行车前进。

曲柄式驱动机构的传动特性为：

F₄=γ1·γ3/γ2·γ4·sinφ·F₁ （1）

U₁=γ₁·γ₃/γ₂·γ₄·sinφ·V₄ （2）

式中：F₁、γ₁为人脚的蹬力和蹬速（见图1）;F₄、γ₄为自行车后驱动轮获得的驱动力和外缘的线速度;φ为曲柄2与铅垂线的夹角;r₁为曲柄2的中轴孔与脚蹬孔的中心距;r₂为大链轮4的半径;r₃为飞轮6的半径;r₄为自行车后轮8的半径。

由（1）式、（2）式可见曲柄式驱动机构的传动特性为非线性的，只在时驱动力F₄才能获最大值（γ₁·γ₃/γ₂·γ₄·F₁），而当脚蹬在上、下端点（φ＝0、φ＝π）时，驱动力F₄减小到零。平均获得的驱动力F₄为：

F₄=2/π·γ₁·γ₃/γ₂·γ₄·F₁ （3）

曲柄式驱动机构的这种现象是由其输入特性与人脚蹬踏的输出特性不吻合造成的。根据实际观测，驱动力F₁不仅是在一点上出现间断，而是区间性间断，脚蹬力F₁的实际工作部分仅在曲柄处于正前方150°范围内。由此可见，曲柄式驱动机构存在传动不稳定，波动大，驱动间断和平均驱动力小等缺点。

为此已有不少专利提出改进方案。大致分为两类：一类是增加工作区曲柄的长度r₁（如伸缩式曲柄），从（1）式、（2）式来看，其作用类似于变速机构的作用，实际意义不大;另一类是限定曲柄转动范围，避开驱动力间断区，以期提高驱动力的平均值，但所获传动性能仍是波动的，而转动范围的限制缩短了人脚的蹬程，又不易解决。

本发明的目的是提出一种符合人体运动生理学特点的自行车驱动机构，解决上面提出的问题。

直线式驱动机构的结构（见图2和图3），由左、右脚蹬5、14;左、右导轨4、13;左、右链条2、12;左、右链轮6、11;左、右伞齿轮8、10;耦合伞齿轮和离合器9;上轴7，缓冲弹簧3;左、右飞轮1、15;中轴16;中轴链轮17;下链条18;后链轮19和后轴20组成。21是自行车后驱动轮。

在本发明中，脚蹬5、14是固联于左、右链条2、12上的，由左、右导轨4、13限定脚蹬5、14的运动轨迹，左、右脚蹬间的联动是通过伞齿轮组8、9、10实现的，耦合伞齿轮9附带离合装置，供调节脚蹬的行程使用，左、右飞轮1、15与中轴16是单向耦合关系，中轴链轮17固联于中轴16，后链轮19固联于自行车后驱动轮21。

直线式驱动机构的传动特性为：