两杆往复推动交互曲柄机构驱动的复数乘用三轮自行车

摘要

新型自行车车体由三轮支撑，三点接地，放置不倒，具有广泛用途。用斜向下蹬踏法蹬动两杆往复推动交互曲柄回转装置，增大牵引力，降低车的重心。因采用两人同推的方式，实现了复数乘员乘用的目标。提供了利用复数人力的途径。车的后部附有货箱，装有必要的修理用具及防雨用品等。

说明书

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本发明涉及复数乘用三轮自行车。

本发明的自行车的构造除在车体和驱动装置方面各有创新之外，其它附用零件等大部分和现行两轮自行车用件完全相同。

本发明是将下述两条原理与人体工程学结合而作出的。

1.扛杆作用。

2.曲柄机构的特性。

本发明的目的是对现行通用的两轮自行车的缺陷和不方便之外加以改良或革新。即创制一种用人力作为动力源，性能高、经济、便利坚固、安全、用途广泛并且可以放置不倒的自行车。

为达到上述目标，本发明的自行车采取以下方案。

1.车体构造为三个轮支撑，三点接地，前两轮用于操纵方向，后一轮起推动作用。

2.驱动装置采用两杆往复推动交互曲柄回转结构同现行两轮自行车用的两杆各180°回转结构两相配合的使用法，但遇有必要时也可以采用单独一种双机的方案。

3.可能获得双重动力的办法，因车的行驶由二人同乘共推。

兹将如图1和图2中所示的实施例的详细结构和功能等说明如下：

车体（1）以主支撑纵梁（2）为主干。后部乘员用的能上下调整的操向把（3）外面套有可旋转的倾斜立柱外筒（4）。在筒（4）的前方是前架（5），筒（4）的后方是后架（6）。前架（5）由水平纵梁（7）和驱动装置架（10）两者结合而组成。水平纵梁（7）的后端焊接在筒（4）的下部，前端焊接在倾斜立柱外筒（9）的等高点上，筒（9）可旋转地套可由前部乘员上下调整的操向把（8）外面。水平纵梁（7）的后部还装有可以前后移动的前席鞍座（11），以便前部乘员能在座上做向斜下方蹬踏的推动动作。同时，在前架（5）的中央部位还设有一条向两侧直伸的前轮轴横腕（12），在（12）的两端还固定地焊接着两根短外筒立柱（13）、（13）。这样，两个相同直径的小前轮（14）、（14）就可以分别靠短外筒（13）、（13）的心轴达到左右旋转和前进转动的功能了。

因为前乘操向把（8）在其外筒（9）中自由旋转。所以使把（8）的下端同两个小前轮（14）、（14）分别用篾条配合的连动棒连接起来，就构成为一套完备而性能良好的操舵机（15）。由于（15）的动作，车也就完全能够完成其转向工作的任务了。

在驱动装置架（10）上，水平纵梁（7）的延长线的上方装设有驱动机轴，外筒（16）容纳本发明的车的前乘者用的两杆往复推动交互曲柄回转构成的驱动装置（18）的固定轴（19）。同样，在水平纵梁（7）的延长线下方也设有另外一个驱动机轴用外筒（17），以备在必要时用来容纳其它适用驱动装置的轴。最后，因为装置（18）的需要，在筒（16）的后下方还装有轴（21），用于辅助装置（18）的工作。

装置（18）采用的是靠交互踏动往复运动的两个勾形蹬杆而获得交互曲柄旋转的驱动方法。如图3和图4所示。筒（16）内包有固定轴（19），在（19）的两端各装上能够单独自由回旋并依一定的夹角进行往复摆动的两支勾形蹬杆（20）、（20）。其次在轴（21）的两端，把具有相互间形成180°角的两连接点的两个圆盘（22）、（22）也各自固定在轴端上共同回转。最后，把这两个圆盘（22）、（22）的两个连接点分别经由两支曲柄棒（24）、（24）连接到两蹬杆（20）、（20）的同体两个短分枝（23）、（23）的各端点上，这样，由于两蹬杆（20）、（20）的交互推动，推力就从两个短分枝（23）、（23）的两端点分别出发，经由两曲柄棒（24）、（24）交互传递到两个圆盘（22）、（22）的两个连接点上。由于曲柄机构的特性。两个圆盘（22）、（22）就能交互的各作180°弧的推进回转。两者的结合便促成为360°的圆周回转运动。又因为两个蹬杆（20）、（20）的反复交互继续的推动。两个圆盘（22）、（22）也能交互合作连续维持360°圆周回转的功能。这样，便完成了本发明驱动装置（18）的圆周推行自行车的使命。

最后方的车架（6）是连接在主支撑纵梁（2）末端的机构。一个大直径的后轮（25）就是装配在后架（6）上转动的。在后轮（25）和外筒（4）之间装有一根中间轴（26），在轴（26）的两端分别固定装配着左（27）右（28）两个同轴转动的齿轮。这两个齿轮附有两根能自由拆除的蹬杆（29）、（29）。乘者骑在附有货箱的货架（30）上面的后座席（31）上，就可以交互蹬动两杆（29）、（29）使从前部推动齿轮（33）经由前部车链（34）传来的推力和自身的推力叠加起来。再经由后部车链（35）的传动而推动后轮行进。因而实现了两者同乘同推的特点。又因为货架（30）上设有后座席（31）用的能够自由折叠的靠背（32），更可以使后部乘者发挥腰部力量，形成有效的驱动功能。同时，在后座空着时，也不致降低货架的装载性能。

另外，附图中省略的部分如下：

1.车的三个轮上各附有一套制动闸，通过连杆连结到前部乘员用操向把（8）上，用于减速或刹车。

2.在驱动装置架（10）的前部还装有前照灯，用于夜间照明。

3.在前乘员操向把（8）的倾斜立柱外筒（9）的前方还有一个货筐。可用来装简单的随带用品。

本发明与现有技术相比具有下述优点和实效：

（一）首先对现行二轮自行车的两杆各180°回转驱动装置进行分析和说明：如图5所示，在脚蹬点上的推力为f。f代表由人力推动的自行车所需的合理而充分的力值。蹬杆有效长度为15厘米，而同体齿轮有效半径是7.5厘米，所以齿轮圆周上的推力为2f。2f也就是这个驱动装置的牵动力f_t。f_t也就代表着自行车的起动力和为了维持车的时速10-15公里所需的加速力的总和。f_t＝2f就是本装置的机械功能。

在由人力来推动这个装置的场合，人力的使用固然可以增减，除了垂直向下的踏力，还可以使用横向蹬力。但是就推动自行车的动作来说。推动两轮车和推动三轮车的状态与条件并无大的差别。因此，两相比较。这方面不能算作一种重要条件，可以忽略。因而在比较时，为了便于理解和计算，可以用一条推力直线来表示人力的量值。自行车的入力角虽然因为鞍座和主轴的配备位置不同而各有差别，但现代普遍设计都以下垂线的20°角前后作为基准。

如图6的A、B、C、D、E所示，可知在推动齿轮上的推力＝2f＝牵引力＝f_t值变为一种具有位变性的不等值f_tn。每180°弧构成一个单位。每180°弧上的各移动位变点值f_tn的曲线形成一条余弦（COS）曲线。曲线f_tn的类型就是f_tn＝（O＜f_t1＜f_t2＜……＜2f＞……＞f_tn-1＞f_tn＞O）。其中的最大值为f_tn＝2f，最小值f_tn＝O，因为180余弦（COS）值的和是113.184，平均值是：

113.184/180 ＝0.63

所以，平均值为：

f_n＝2f×0.63＝1.26f

如图7所示，以人力推动自行车时，在每单位180°弧蹬踏的半周范围中。如果某点值f_ta是车的起动力，那么在半圆弧上自f_tn＝0至f_tn＝f_ta间的弧X°上的各力点值就全部比f_ta小。X°弧范围中的各力都不够去起动自行车。于是这X°弧范围的力f_X量就变成为无用之量了。所以，实际上这个装置的有效动力只剩有180°-X°＝Y°弧的牵引力了，它的力值为：

最大值f_tn＝2f-f_X

最小值f_tn＝0

平均值f_tn＝1.26f-f_X

假如f_X＝a

则f_tn＝2f-a最大，f_tn＝0最小，f_tn＝1.26f-a为平均值。

因为人体肌肉动作的疲劳度是和动作的距离或劳动量成正比例的。所以这个驱动装置的单位劳动距离。即脚蹬点的半圆周。就是：

距离S＝ (2πR)/2 ＝πR.R＝15厘米。

所以S＝15π

总之，这个驱动装置的功能为：

1.牵引力 f_tn＝2f-a（最大）

f_tn＝0（最小）

f_tn＝1.26f-a（平均）

2.疲劳距离S＝15π

（二）其次，对本发明的两杆往复推动交互曲柄回转驱动装置加以分析和说明如下：

如图8所示，设定在脚蹬点的人体推力也同上项一样为f，蹬杆（20）的有效长度为35厘米，同体短分枝（23）的有效长度为7.5厘米，由于杠杆作用，短枝端点的出发推力为

f₁＝>

经由曲柄棒（24）的传动，就变为圆盘（22）上连接点的推力了。在有效半径7.5厘米圆盘（22）上面的带有连接点的同心曲柄圆盘的半径是

7.5/2 ＝3.75厘米

是2∶1

所以换算出来圆盘（22）圆周上的起点值为：

f₂＝>

因为这个装置脚蹬点的运动轨道是60°弧的曲线，其施力方向是弦线。两者之间没有大的差别。同样人体进行蹬踏运动时也有调整性。所以象这样装置的推力f就可以看作是等力的f。用等力f线来表示。同样，f₂＝2.333f的推力也是等值。也可以说是圆盘（22）圆周上的各位变力点值是由等施力f₂＝2.333f所变化的值。这样，根据图9所示，就能计算出来驱动装置的牵引力f_tn。结果是：因为在180°半周弧上的

最大值比＝ 66/50 ＝1.32

最小值比＝ 0/0 ＝1

其平均值比为 732/(16×50) ＝0.915

所以，f_tn＝1.32×2.333f＝3.08f（最大值），f_tn＝0（最小值），f_tn＝0.915×2.333f＝2.135f（平均值）。

这个装置的单位动作距离就是脚蹬点的60°弧。

所以，

S₁=>1)/6>1)/3

R₁＝35厘米。所以，

S₁＝>

总之，这个驱动装置的功能为：

1.牵引力f_tn＝3.08f（最大）

f_tn＝0（最小）

f_tn＝2.135f（平均）

2.动作距离S₁＝11.6π

（三）.把上述（一）和（二）中的结果加以比较：

1.在牵引力方面

最大值比＝ (3.08f)/(2f) ＝1.54+a

最小值比＝ (Of)/(Of) ＝1 平均值比＝ (2.135f)/(1.26f) ＝1.694+X

2、在疲劳度方面

(S₁)/(S)>

因此可知本发明的两杆往复推动交互曲柄回转驱动装置的功能与现行两轮车的两杆各180°回转驱动装置的功能相比：

1.牵引力最大值增大到1.54+a倍

2.牵引力平均值增大到1.694+a倍

3.疲劳度减小到0.773

（四）再次对现行自行车的功能加以分析和说明如下：

现在的两轮自行车只能靠其前进的运动惯性保持平衡不倒。在停止状态下是绝对不能乘用的。因而乘者都必须经过相当程度的训练并具有充分的经验和技术才能自如地骑乘。而且只能限于单人乘用。遇有他人附乘时，只能增加主乘者的负担和疲劳。推力有限。不适于运载较重的物品，遇到风雨天气往往由于没有防护用具以及平衡性不好而不能使用。又因为不能抵抗横向冲击力，容易倾倒，车速越高，损伤越重。在交通拥挤的大城市中，非常危险。总之在日常使用中，可以说缺点极多。

（五）最后对本发明的三轮车的功能加以分析和说明如下：

a.车体是三轮支撑、三点接地的机构。因而可放置不倒，不但在停车时也能乘坐，而且不需要经过特殊训练。凡是健康人士都可随时坐上乘用，非常方便。又因降低了前乘座，所以车的重心低，后乘座位于后轮正上方，平衡性好。车的运动平衡，解决了放置不倒、安全和便利的问题。

b.采用向斜下方蹬踏的大幅度蹬踏方法，踏动性能比较高的驱动装置，不但牵引力骤增。而且还可以减轻疲劳度。加之二人同乘同推的机构可获得双重推力，因而有足够的行驶牵引力，使车的用途大大增加。所以能实现高效能的目标。

c.采用后一轮驱动机构，不但动力的损失减少，而且也使车体的构造简单而坚固，因而可降低生产成本。从而也就达到了坚固耐用而经济的要求。

d.在后座无人时，货架的面积比较大。由于前部驱动装置的推力增强，即使主乘者单独骑行，也能运载较多的货物。如果是前后两人同乘同推，可以获得双重的牵引力，除去本身行驶用力之外，余力就可以作牵引运载货物之用了。因此就达到了用途广泛的目的。

e.本发明的三轮自行车唯一的缺点是行驶所需路幅比两轮自行车宽，但除了羊肠小道外，在普通街道皆可畅行无阻。因而其实用性并不降低，在轻快灵敏方面，也并不十分逊色。

总之，是实效极大而缺点很小。

实现本发明的最好方式：凡是能生产现有两轮车的生产单位，都可很容易地制造本发明的三轮自行车。

附图的说明：

图1是本发明的三轮自行车的主视图。

图2是图1中的三轮自行车的俯视图（但其中省略了车把和货架部分）。

1.车体;7.水平纵梁;8.前乘员用操向把;11.前席鞍座;14.前轮;15.操舵机;18.前部驱动装置;25.后轮;26.中间轴部。

图3是本发明的两杆往复推动交互曲柄回转驱动装置的主视图。

图4是图3中的装置的俯视图。

19.固定轴;20.勾形蹬杆;22.圆盘;23.同体短分枝;24.曲柄棒。

图5是现有两轮自行车的两杆各180°回转驱动装置的功能说明图。

图6是图5中装置的推动齿轮圆周上的各力点分布状态图。

图7是图5中装置的推力有效范围的说明图。

图8是图3中装置的功能说明图。

图9是把60°弧上的等速等力f传到180°半圆周上时，半圆周上的各力点值f_tn的分布状态图。其中：

主动力2.3f×1.32＝3.08f＝ft＝f₂

f＝A＝50mm＝1

从动方不等力点an各点的值：

0    36    50    58    63    65    66    64

比值

0    0.72    1.00    1.16    1.26    1.30    1.32    1.28

62    57    51    45    40    32    26    18    0

比值

1.24    1.04    1.02    0.90    0.80    0.64    0.52    0.36    0

最大值66mm比1.32

平均值45.69mm比0.91375