[实用新型]一种曲柄机构

说明书

发明领域

本实用新型属于一种通用机械机构，尤其涉及一种曲柄机构。

背景技术

目前使用的曲柄机构普遍采用的是曲柄长度固定不变，力矩固定的结构，曲柄上任意一点运动轨迹都是以主轴轴心为圆心的圆周运动。以普通自行车、人力车和变速自行车为例，所采用的都是曲柄长度固定不变，力矩固定的曲柄机构，脚踏板轴心点的运动轨迹是以主轴轴心为圆心的圆周。具体结构请参见图1，点划线所示为脚踏板轴心的运动轨迹。考察整个360°的转动，其中标示的AB段构成自行车车轮行驶过程中的有效力矩区域，BC段形成无效力矩区域。该无效力矩区域的出现使普通自行车、人力车等要加快速度就必须加快踏动频率；变速自行车要加快速度就要必须提高链轮的速比，但是共同点仍然是用增加能量(体力)消耗的方式来提高速度，效率较低。

发明内容

本实用新型的目的是，提供一种曲柄机构，使其转动时的有效作用力矩加大，无效作用力矩减少，从而降低能量消耗(省力)、提高速度和提高效率。

为实现上述目的，本实用新型的曲柄机构，包括机架、主动轮、由所述主动轮带动的从动轮、设置于机架上与主动轮垂直的带中心通孔主轴、通过所述带中心通孔主轴分设于机架两侧的两曲柄以及与所述曲柄固定联接的作用臂，所述两曲柄相互之间呈180°，其特征在于，所述带中心通孔主轴内设有钢丝套管，所述钢丝套管内有一“Z”形回缩牵引构件，所述回缩牵引构件的中间段穿过所述钢丝套管，另外两段分别沿所述两曲柄中间的导轨固定在近作用臂一侧，所述两曲柄以所述带中心通孔主轴为转轴。

附图说明

为使本实用新型的目的、构造特性及其功能有进一步的了解，兹配合附图详细说明如下，其中：

图1是传统曲柄机构的结构示意图；

图2(a)是一较佳实施例中使用本实用新型的曲柄机构的分离结构示意图；

图2(b)是图2(a)组合后的A-A’剖视图；

图3是图1所示的曲柄自行车机构的运转示意图；

图4是本实用新型中曲柄转动角度与曲柄长度关系曲线图。

具体实施方式

结合图2(a)和图2(b)，在采用本实用新型结构的自行车的车体10上，包括一垂直于主动轮(链轮4)的带中心通孔主轴1，对称且垂直设置在所述带中心通孔主轴1两端的曲柄2和曲柄3，在曲柄2和3的中心装有一狭长导轨(图中仅标示了曲柄3的导轨5)，该导轨内设有回缩牵引钢丝7，该钢丝呈“Z”状，其中间段穿过带中心通孔的主轴1中的钢丝套管6，另外两段沿导轨与曲柄固定连接。主动轮(链轮4)通过链条8带动从动轮(飞轮9)转动。曲柄2和曲柄3的转动轴为带中心通孔主轴1，曲柄2和3伸缩长度取决于自行车运转过程中回缩牵引钢丝7在曲柄上的固定点相对于主轴轴心的位置。

这里将装设于带中心通孔主轴1内的钢丝套管6和回缩牵引钢丝7称为曲柄自动回缩装置。

本实用新型运转时的示意图请参见图3，图3(a)所示的曲柄3处于有效力矩位置处，其中的回缩牵引钢丝7处于伸长状态，而此时回缩牵引钢丝7位于曲柄2的一段相应缩短，使得回缩牵引钢丝7作用的曲柄2沿导轨缩短，从而使得无效力矩区域A’C’变小。如图3(b)所示，随着作用臂(通过脚踏板)的作用，带动与曲柄2作用的回缩牵引钢丝7伸长，曲柄2相应伸长，回缩牵引钢丝7的相对端因此缩短，使受到回缩牵引钢丝7作用的曲柄3沿导轨收缩，从而使得无效力矩变小。

图4给出曲柄转动角度与曲柄长度关系曲线图。从图中可以看出，以自行车为例，在有效力矩区域，即图中转动为90°～270°的范围内，曲柄的平均长度为196mm，与固定曲柄长度160mm相比伸长了22.5％。固定曲柄长度于主动轮(链轮)啮合半径之比恒定为2.13，如果保持该值不变，根据曲柄在有效力矩区域平均长度196mm计算，则主动轮(链轮)啮合半径可以加大到91.88mm，这样如果从动轮(飞轮)啮合半径不变则速比也可以从固定曲柄自行车的2.5倍提高到3.06倍，相当于用骑普通自行车的力量达到赛车的速度效果。

本实用新型无须改变传统的自行车骑行方式及传动方式，可利用目前使用的固定速比的普通自行车、人力车或变速自行车的基本结构进行改造，简便易行；由于效率提高和省力，还可以加大链轮速比，提高行驶速度。

本实用新型适用于各种可采用类似曲柄机构的机械，尤其适用于以自然力(风力、水力、人力等)为动力的机械，可有效降低能量消耗，提高运转速度和运转效率。同时也对运动、健康和环保有利。