人力变速驱动装置、人力自行车、人力飞行器及人力船的制作方法

1.本实用新型涉及交通运输工具领域，具体涉及一种人力变速驱动装置、人力自行车、人力飞行器及人力船。


背景技术：

2.人力交通运输工具包括人力脚踏飞行器、人力脚踏船以及脚踏自行车，其中脚踏自行车是最常见的人力驱动的交通运输设备。脚踏自行车通常是二轮或三轮等的小型陆上车辆。
3.传统脚踏自行车的动力转换传动机构包括中轴总成、曲柄总成、后轮轴总成、以及主动链盘、链条、从动链轮总成；其动力来源于人体双腿不断的圆周运动，驱使左右曲柄及主动链盘连续360
°
旋转，通过链条将动力由主动链盘传递到从动链轮、最后至后轮轴，使得自行车得以前行。传统的脚踏船、水上自行车、脚踏飞行器、脚踏雪地车也应用上述动力转换传动机构。
4.这里以传统的脚踏自行车为例，其驱动性能差、骑行费力，主要与驱动方式有关，受人体双腿运动距离和踏板最小离地间隙的限制，其曲柄的设计长度只能限制在一个较小的范围内。曲柄加主动链盘的圆周驱动方式，使骑车人的两条腿高起低落位差很大，而且高效驱动角度很小。在曲柄的360
°
旋转过程中，存在着一个上下止点的问题，致使有效力臂利用率不足，曲柄复位行程大，最佳施力角难掌握，人体的动力亦难以充分发挥作用；同时曲柄整圈旋转，曲柄的长度受限于旋转轴心到地面的距离，或者受限于施力者腿部可伸缩的长度，导致目前此类脚踏自行车操作沉重，体能消耗大。
5.现有几款驱动方式不同的脚踏自行车，曲柄不转整圈，于一定角度内往复式驱动，具体通过将用来驱动的施力柄做长，为驱动力臂加长提供条件。这里说的施力柄的长度是实体概念，力臂长度是与施力方向相关的物理量，是施力柄与施力方向夹角的锐角对应的直角边的长度。例如其有一款，它的力臂的转动轴心在后轮轴附近，力臂较长，一定角度内往复式驱动；它是用驱动力臂带动阻力臂，阻力臂通过连杆带动偏心轮旋转运动，偏心轮与后轮同轴固定，使得后轮被驱动，但在驱动装置中只要有偏心轮转整圈或者曲柄旋转整圈，力臂的长度就会呈周期性变化。假设人的腿部施力方向和大小始终确定不变，此情况下，力臂长度的变化曲线为正余弦曲线，根据骑车经验，实际情况是腿部的施力大小与体力有关，但是施力方向有一个较小的区间的变化，主要是在腿部最能伸展的位置附近，因此以上假设对于研究分析是有定性价值的，那么可以得出：此类人力驱动的交通设备，力的输出曲线就会有波谷和波峰，波峰最高点对应的是力臂与曲柄长度相等时刻，并且波谷和波峰占的相位周期占比相同，则驱动效率与传统自行车相同。虽然这种往复式运动机构的施力臂的长度不受限于旋转轴心与地面的距离，受限于腿部的伸缩距离，其实际力臂是驱动力臂减去阻力臂的长度，实际力臂越短，越费力。
6.另外，手捏发电手电筒变速组件的长力臂的上固定弧形齿条，齿条往复驱动变速齿轮进而驱动棘轮驱动发电机转动，这样的变速驱动小尺度低功率没什么问题，一旦尺度
做大，功率要求高后，齿条齿轮驱动的笨重，开放式结构与啮合精度要求的矛盾就体现出来了，因此这样的结构不适合轻便的、工况复杂的人力交通工具使用,如申请号：kr1020080045340超越系统用于四轮自行车，就是这样的结构，事实上没有推广，就是这样的结构缺陷所致。


技术实现要素：

7.本实用新型经过技术和专利导航为克服上述现有技术的不足之处，提供了一种人力变速驱动装置、人力自行车、人力飞行器及人力船。
8.本实施例为解决技术问题所采用的技术方案是：
9.一种人力变速驱动装置，包括：
10.机架、施力柄、主动力轴、单向超越离合器、复位装置、变速齿轮组，所述施力柄的一端与单向超越离合器的输入端固定，所述单向超越离合器的输出端固定在主动力轴上，施力柄往复的绕主动力轴旋转扫过扇形面运动做功，施力柄对应的驱动力臂直接驱动单向超越离合器的输入端正反双向旋转，从而间歇的驱动单向超越离合器的输出端单向旋转；
11.所述变速齿轮组为角速度增速齿轮组，包括输入端齿轮、中间变速齿轮组和终端齿轮；所述单向超越离合器的输出端与所述输入端齿轮通过主动力轴固定连接；
12.所述施力柄的长度大于人体施力部位在人力驱动下的运动行程，即施力柄绕主动力轴旋转扫过的扇形为小于60度的扇形，施力柄与机架之间设有确保施力柄绕主动力轴旋转角度小于60度的限位装置；
13.所述单向超越离合器为单向轴承或灵敏度大于143响的棘轮；
14.所述复位装置安装在机架与施力柄之间，所述施力柄完成一次驱动时，复位装置提供给施力柄用于复位的拉力；
15.作为本实用新型的进一步技术方案为，所述限位装置包括中空的限位壳，限位壳罩在单向超越离合器上，限位壳的边缘开设有竖向的限位口，施力柄穿过限位口，限位口上下沿与单向超越离合器的中心夹角介于30
‑ꢀ
60
°
。
16.作为本实用新型的进一步技术方案为，所述复位装置是弹性复位装置时，所述弹性复位装置安装于限位装置上，弹性复位装置对施力柄施加向上的弹力，所述弹性复位装置包括拉簧和簧片，拉簧的一端与限位壳的内壁固定连接，另一端与施力柄固定连接；簧片安装于限位壳的限位口下沿的内壁；簧片和拉簧均位于限位壳的内部。
17.作为本实用新型的进一步技术方案为，所述输入端齿轮、中间变速齿轮和终端齿轮的旋转轴平行，所述输入端齿轮通过主动力轴与所述单向超越离合器的输出端固定连接；所述输入端齿轮与中间变速齿轮组传动配合，所述中间变速齿轮组和终端齿轮传动配合。
18.作为本实用新型的进一步技术方案为，所述变速齿轮组为两级增速，所述中间变速齿轮组包括第一变速齿轮和第二变速齿轮，所述第一变速齿轮和第二变速齿轮同轴固定，所述输入端齿轮与第一变速齿轮传动配合，所述第二变速齿轮和终端齿轮传动配合；所述输入端齿轮、中间变速齿轮组和终端齿轮直接啮合或通过链条啮合。
19.作为本实用新型的进一步技术方案为，所述机架上安装有空挡装置，所述空挡装置包括空挡触发器和空挡离合器；所述空挡触发器包括被动触发器和主动触发器；所述被
动触发器，为限位口上沿安装的被动离合触动杠杆，被动离合触动杠杆通过拉线或连杆连动空挡离合器，施力柄向上转动碰到该被动离合触动杠杆时，被动触发器起作用；所述主动触发器为安装于机架上手柄位置的主动离合触动杠杆，主动离合触动杠杆通过拉线连动空挡离合器；所述空挡离合器用于中间变速齿轮组与终端齿轮的离合或者是终端齿轮与被驱动交通工具的轮、螺旋桨的离合。
20.作为本实用新型的进一步技术方案为，所述变速齿轮组为链条啮合，空挡离合器用于中间变速齿轮组和终端齿轮的离合，所述空挡离合器包括与链条啮合的链条张持齿轮、离合拨链齿轮；空挡触发器通过拉线或连杆控制离合拨链齿轮的位置变化，使链条与终端齿轮之间离合。
21.一种人力自行车，包括车架、车轮、转向装置、以及本实用新型的一种人力变速驱动装置；所述车轮转动连接于车架上；施力柄设置于车架的中心线的两侧，终端齿轮与车轮传动连接。
22.一种人力飞行器，包括飞行器机架、空气螺旋桨、飞行器转向装置，以及本实用新型的一种人力变速驱动装置；所述空气螺旋桨转动连接于飞行器架上；施力柄设置于飞行器架的中心线的两侧，终端齿轮与空气螺旋桨传动连接。
23.一种人力船，包括船架、液体螺旋桨、船转向装置、以及本实用新型的一种人力变速驱动装置；所述液体螺旋桨转动连接于船架上；施力柄设置于船架的中心线的两侧，终端齿轮与液体螺旋桨传动连接。
24.本实用新型的有益效果为：
25.本实用新型提高力的输出效率，使得输出力波峰相位比波谷的比值大于常规旋转曲柄式的；本实用新型克服现有脚踏船、脚踏飞机，特别是自行车或电动助力车存在的力臂短、传动上有空程的缺陷，具有结构简单紧凑、力臂长、传动上无空程、安全性好的显著优点。
附图说明
26.图1为本实用新型的力学原理的驱动力输出大小与施力柄对应的曲线示意图；
27.图2为本实用新型的各装置逻辑示意图；
28.图3为本实用新型提出的人力变速驱动装置结构图示意图；
29.图4为本实用新型提出的空挡装置的实施结构图示意图；
30.图5为本实用新型提出的空挡装置的另一实施结构图示意图；
31.图6为本实用新型提出的限位装置结构图示意图；
32.图7为本实用新型提出的一种人力自行车结构图示意图；
33.图8为本实用新型提出的一种人力船结构图示意图；
34.图9为本实用新型提出的一种人力飞行器结构图示意图；
35.图中所示：
36.1-车架，2-施力柄，3-主动力轴，4-单向超越离合器，5-限位装置，6-复位装置，7-转向装置，8-变速齿轮组，9-离合装置，10-车轮；
37.11-船架，12-飞行器架；
38.51-限位壳，52-限位口；
39.61-簧片，62-拉簧；
40.81-输入端齿轮，82-中间变速齿轮组，83-终端齿轮；
41.821-第一变速齿轮，822-第二变速齿轮；
42.91-被动离合触动杠杆，92-拉线，93-拉线，94-链条，95-链条张持齿轮，96
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离合拨链齿轮，97-离合弹簧，98-固定板，99-齿轮安装板，90-拉线固定孔； 101-前轮，102-后轮，103-液体螺旋桨，104-空气螺旋桨。
具体实施方式
43.图1是指导我们设计的目标理想状态的设计功效指标，最终设计制作出来的产品力的输出曲线为图1下半部分短周期的粗波浪线，就达到了本实用新型最终的有益效果。图2，就是本实用新型各装置之间的逻辑图，箭头表示力传输的方向。
44.参见图3至图6，一种人力变速驱动装置，包括：
45.机架、施力柄2、主动力轴3、单向超越离合器4、复位装置6、变速齿轮组8，施力柄2的一端与单向超越离合器4的输入端固定，单向超越离合器4的输出端固定在主动力轴3上，施力柄2往复的绕主动力轴3旋转扫过扇形面运动做功，施力柄2对应的驱动力臂直接驱动单向超越离合器4 的输入端正反双向旋转，从而间歇的驱动单向超越离合器4的输出端单向旋转；
46.变速齿轮组8为角速度增速齿轮组，包括输入端齿轮81、中间变速齿轮组82和终端齿轮83；单向超越离合器4的输出端与输入端齿轮81通过主动力轴3固定连接；
47.施力柄2的长度大于人体施力部位在人力驱动下的运动行程，即施力柄绕主动力轴旋转扫过的扇形为小于60度的扇形，施力柄2与机架之间设有确保施力柄绕主动力轴旋转角度小于60度的限位装置5；
48.单向超越离合器为单向轴承或灵敏度大于143响的棘轮；
49.复位装置安装在机架与施力柄之间，施力柄完成一次驱动时，复位装置提供给施力柄用于复位的拉力。
50.限位装置包括中空的限位壳51，限位壳罩在单向超越离合器上，限位壳的边缘开设有竖向的限位口52，施力柄穿过限位口，限位口上下沿与单向超越离合器的中心夹角介于30-60
°
。
51.复位装置是弹性复位装置时，弹性复位装置安装于限位装置上，弹性复位装置对施力柄施加向上的弹力，弹性复位装置包括拉簧62和簧片61，拉簧的一端与限位壳的内壁固定连接，另一端与施力柄固定连接；簧片安装于限位壳的限位口下沿的内壁；簧片和拉簧均位于限位壳的内部。簧片也可以采用扭簧结构。
52.输入端齿轮、中间变速齿轮和终端齿轮的旋转轴平行，输入端齿轮通过主动力轴与单向超越离合器的输出端固定连接；输入端齿轮与中间变速齿轮组传动配合，中间变速齿轮组和终端齿轮传动配合。
53.当变速齿轮组为两级增速时，中间变速齿轮组包括第一变速齿轮821和第二变速齿轮822，第一变速齿轮和第二变速齿轮同轴固定，输入端齿轮与第一变速齿轮传动配合，第二变速齿轮和终端齿轮传动配合；输入端齿轮、中间变速齿轮组和终端齿轮直接啮合或通过链条啮合。
54.机架上安装有空挡装置，空挡装置包括空挡触发器和空挡离合器；空挡触发器包括被动触发器和主动触发器；被动触发器为限位口上沿安装的被动离合触动杠杆91，被动离合触动杠杆通过拉线92或连杆连动空挡离合器，施力柄向上转动碰到该被动离合触动杠杆时，被动触发器起作用；主动触发器为安装于机架上手柄位置的主动离合触动杠杆，主动离合触动杠杆通过拉线93连动空挡离合器；空挡离合器用于中间变速齿轮组与终端齿轮的离合或者是终端齿轮与被驱动交通工具的轮、螺旋桨的离合。
55.当变速齿轮组为链条啮合，空挡离合器用于中间变速齿轮组和终端齿轮的离合时，空挡离合器包括与链条94啮合的链条张持齿轮95、离合拨链齿轮 96；空挡触发器通过拉线控制离合拨链齿轮的位置变化，使链条94与终端齿轮之间离合。
56.本实施例的空挡离合器还包括固定板98、齿轮安装板99，固定板与机架固定连接，齿轮安装板与固定板通过轴孔旋转连接，链条张持齿轮和离合拨链齿轮安装于齿轮安装板，固定板上安装有拉线固定孔90，拉线的线芯与齿轮安装板固定连接，固定板、齿轮安装板之间连接有离合弹簧97。触动杠杆被触动时，线芯被拉拽，齿轮安装板绕固定板旋转，使得链条张持齿轮和离合拨链齿轮位置改变，链条张持齿轮将链条94拨开，使得链条94与终端齿轮分离，实现空挡。
57.另外，输入端齿轮81、中间变速齿轮组82和终端齿轮83不限于链条连接，也可以通过齿轮啮合。单向超越离合器4为单向轴承或棘轮。施力柄可采用电动方式驱动复位。
58.参见图7，一种人力自行车，包括车架1、车轮10、转向装置7、以及本实用新型的一种人力变速驱动装置；车轮转动连接于车架上；施力柄设置于车架的中心线的两侧，终端齿轮与车轮传动连接。
59.参见图8，一种人力船，包括船架11、液体螺旋桨103、船转向装置、以及本实用新型的一种人力变速驱动装置；液体螺旋桨转动连接于船架上；施力柄设置于船架的中心线的两侧，终端齿轮与液体螺旋桨传动连接。
60.参见图9，一种人力飞行器，包括飞行器机架12、空气螺旋桨104、飞行器转向装置，以及本实用新型的一种人力变速驱动装置；空气螺旋桨转动连接于飞行器架上；施力柄设置于飞行器架的中心线的两侧，终端齿轮与空气螺旋桨传动连接。
61.上面结合附图对本实用新型优选实施方式作了详细说明，但是本实用新型不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下做出各种变化，这些变化涉及本领域技术人员所熟知的相关技术，这些都落入本实用新型专利的保护范围。