CN103209887A - 具有可变长度的杠杆臂的机械装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机构（10），其包括通过连接构件（15）连接到至少一个力传动杆（14）的至少一个支点元件（12），所述机构将往复直线运动转变成所述至少一个支点元件的旋转运动，所述至少一个支点元件的旋转使所述至少一个力传动杆旋转，其特征在于，所述连接构件包括称为杠杆臂（16）的部件，所述杠杆臂位于所述至少一个支点元件（12）和所述至少一个力传动杆（14）之间，并且所述杠杆臂的长度在所述至少一个支点元件相对于所述至少一个传动杆的相对运动期间变化。

Description

具有可变长度的杠杆臂的机械装置

技术领域

本发明涉及一种用于增大发动机功率和性能的装置，尤其是用于使用往复直线力作为动力源的车辆的装置。该装置特别是用于使用活塞热力发动机的车辆和使用踏板曲柄装置的脚踏车。

背景技术

通常，由往复直线型源所产生的机械力被施加到机构的杠杆臂（踏板/曲柄、连杆/曲轴等）上并且通过该机构将机械力转变成主轴（支撑踏板的轴、曲轴的轴等）上的持续的力，由此使其旋转。

目前，使用这样的往复直线运动产生的力作为动力源的发动机（诸如车辆的发动机）的性能受往复直线运动的行程的限制。该运动决定杠杆臂的长度，该长度必须尽可能长。

例如，对于脚踏车，踏板臂（或曲柄）的长度受骑脚踏车者的腿的尺寸的限制，以及，对于活塞热力发动机，曲轴的轴和曲轴臂（曲轴上的连杆支架）之间的距离受活塞的行程的限制。

能够增大上述类型的发动机的功率将是非常有用的。

发明内容

为此，本发明提供了一种机构，其包括连接到至少一个力传动杆的至少一个支点元件，该机构将往复直线运动转变成所述至少一个支点元件的旋转运动，所述至少一个支点元件的旋转使所述至少一个力传动杆旋转，其特征在于，所述连接构件包括称为杠杆臂的部件，该杠杆臂特别是位于所述至少一个支点元件和所述至少一个力传动杆之间，并且该杠杆臂的长度在所述至少一个支点元件的相对于所述至少一个传动杆的相对运动过程中变化。

通过该方式，在所述至少一个支点元件的完整的旋转周期期间杠杆臂的长度的变化使得能够更有效地使用传递到上文所述类型的发动机的机构的往复直线力。

应该注意，所产生的往复直线力在直线运动周期的一部分上为正并且在该周期的剩余部分上为负或零。

本发明尤其可以增大该周期的所施加的力为正的部分期间的杠杆臂的长度，同时保持往复直线运动的行程等同于常规机构的往复直线运动的行程。

具体地，在活塞热力发动机中，极限值是由压缩在发动机中所用的混合物的气体的能力所确定的，仅往复直线力的正的部分用于操作发动机。

事实上，往复周期的负的部分期间所施加的力为零，或者甚至是在往复直线运动热力发动机上的反向动力（阻力）。

对于脚踏车同样是这样，除了配有脚踏板的那些脚踏车之外，对于有脚踏板的那些脚踏车，较低强度的正向力可有助于驱动支撑链的链环的主轴。

相对于传统的机构，在施加正向力的第一半部分期间，根据本发明的装置还可以增大力相对于杠杆臂的杆的施加角度。在施加正向力的第二半部分期间，该装置还可以较小地减小该力，同时直线运动的行程等于传统机械装置的直线运动的行程。

作为推论，在该周期的所施加的力为负或零的部分中，杠杆臂的相对于所述至少一个传动杆的长度成比例地减小。

根据一个特征，在所述至少一个支点元件的旋转运动期间，所述至少一个支点元件与圆形或卵形导向件配合。

所述至少一个支点元件具有在旋转期间与导向件机械地配合的部件和/或形状。

导向件例如还包括用于配合目的的部件和/或互补形状。

应该注意，例如对每个支点元件设置导向件。

根据一个特征，所述至少一个力传动杆相对于所述导向件的几何中心偏离中心。

固定有杠杆臂的一端（另一端被固定到支点元件）的力传动杆受到杠杆臂所施加的力。

该力传动杆位于垂直于往复直线运动方向的直线上，该往复直线运动产生将应力或初始力传递到该机构的作用。

力传动杆距离圆形或卵形导向件的几何中心越远（朝向导向件（半圆形或半卵形）的反向施加往复直线应力的区域处，同时保持在导向件的内部），当往复直线应力为正时杠杆臂的长度越长，以及当往复直线应力为负时杠杆臂的长度越短。

根据从属于前一特征的另一特征，力传动杆位于既垂直于往复直线运动的方向又垂直于所述至少一个支点元件运动的平面的直线上，该力传动杆偏离导向件的几何中心的距离为导向件的平均半径的0.1%到99.9%。

该力传动杆优选地被定位到导向件的内部区域，在该内部区域处，反向施加或者不施加往复直线应力。

根据一个特征，该机构可包括两个支点元件，这两个支点元件通过杠杆臂分别连接到力传动杆。

应该注意，每个杠杆臂则可以连接到单个力传动杆或多个力传动杆。

根据从属于前一特征的一个特征，该机构包括两个力传动杆，每个杠杆臂因此被连接到不同的力传动杆。

根据一个特征，该杠杆臂被固定到所述至少一个支点元件并且所述至少一个力传动杆相对于该杠杆臂被滑动地安装。

根据一个替选特征，该杠杆臂被固定到所述至少一个力传动杆并且所述至少一个支点元件相对于该杠杆臂被滑动地安装。

根据另一替选特征，该杠杆臂被固定到所述至少一个支点元件和所述至少一个力传动杆为伸缩式的以在旋转运动期间伸展和缩回。

这样，该杠杆臂固定到施加有往复直线力的支点元件和力传动杆上的紧固点。

根据另一替选特征，所述至少一个支点元件和所述至少一个力传动杆相对于该杠杆臂被滑动地安装。

前面的四个替选特征示出连接到至少一个支点元件和至少一个力传动杆的可变长度的杠杆臂的不同的实施方式。

应该注意，可以考虑其他实施方式，以产生连接到至少一个支点元件和至少一个力传动杆的可变长度的杠杆臂的布置。

根据一个特征，上文简要描述的该装置可有利地被应用到使用踏板曲柄机构的脚踏车，其中，每个踏板构成通过曲柄臂连接到力传动杆的支点元件。

因此，应用到脚踏车的本发明可以增大脚踏车的功率和性能，以及宣称的舒适性。

根据从属于前一特征的一个特征，每个力传动杆均被连接到互补机构，用以相对于与每个踏板配合的导向件的几何中心重新建立两个踏板的相对于彼此的对称位置。

根据一个特征，每个互补机构均包括一对机械地相互配合的卵形（例如，椭圆形）齿环，该环中的一个环称为第一环且被连接到相应的力传动杆。

根据另一特征，两对环中的两个环通过传动杆相互连接，一组齿轮将所述传动杆连接到脚踏车的链环和一组齿轮布置在链和后齿轮之间。

根据最后一种可行性，传动杆被直接连接到脚踏车的链环，一组齿轮被布置在链和后齿轮之间，该可行性对不同元件的相对于彼此的可行布置提供了更大的灵活性。

因此，该链可以被制成两部分，第一部分将脚踏车的链环连接到该组齿轮的一部分并且链的第二部分将该组齿轮的另一部分连接到后齿轮。

例如，该组齿轮不必布置成与链环和后齿轮对齐，但可以相对于连接它们的纵向轴线偏移。

替代使用将传动杆（该传动杆将两对环中的两个环相互连接）连接至脚踏车的链环的一组齿轮，这两对环中的第二环被直接连接到脚踏车的链环，将脚踏车的链环连接到后齿轮的链随后在链环和后小齿轮之间交叉以形成8字形。

根据一个可行的特征，该脚踏车包括用于保持在交叉的两个纵向部分或链条之间的横向间隔的至少一个元件。

用于保持所述间隔的所述至少一个元件基本上被布置在两个纵向部分或链条交叉的区域中。

因此，用于保持横向间隔的所述至少一个元件允许链部分交叉而不产生这些部分之间的摩擦，所述摩擦不利于脚踏车的运行。

根据一个可行的特征，对于每个纵向部分或链条，用于保持横向间隔的所述至少一个元件包括用于导向所述部分或所述链条的两个纵向导向元件，这两个纵向导向元件使所述部分或链条保持远离另一部分或另一链条。

例如，每个元件可以呈现与纵向部分或链条配合的导向轮的形式。

根据一个可行的替选实施方式，用于保持横向间隔的所述至少一个元件布置在两个纵向部分之间的交叉区域处。

根据另一实施方式，将传动杆连接到脚踏车的链环的该组齿轮可以被去除并且脚踏车的链环和/或脚踏车的后齿轮相对于竖向平面倾斜。

可以有多种布置。

因此，链环可以相对于竖向平面倾斜，同时后齿轮在其平面中保持竖向布置。

根据另一可行性，脚踏车的链环是倾斜的，后小齿轮例如以相同的倾斜度倾斜。

根据另一可行性，后齿轮可以相对于竖向平面倾斜，同时链环保持竖向布置。

根据一个可行的特征，固定到脚踏车的框架的导向件被设置在链环的两侧上，以在旋转运动期间使链环保持在倾斜位置中。

根据一个可行的特征，当腔室相对于竖向平面倾斜时，链环被安装在轮毂上，所述轮毂包括与设置在链环上的那些互锁元件互补的互锁元件，以允许通过互锁将板组装在轮毂上并且使这些部件旋转。

布置在链环和轮毂上且相互匹配的互锁元件（例如，交替的凹陷部和凸起部）使这两个部件相互啮合。

根据另一可行的特征，轮毂具有沿着垂直于竖向平面的轴线拉长的大体椭圆形状。

链环因此被倾斜布置在椭圆上，同时相对于竖向平面和相对于椭圆的纵向轴线倾斜。

根据另一可行的特征，该第二环通过传动杆相互连接，轮毂安装在该传动杆上。

该传动杆对应于该轴线，该大体椭圆形状沿着该轴线为拉长的。

根据一个替选实施方式，每对的两个齿板使用链相互连接并且因此不再相互直接接触。

由于该布置，故两对中的两个板通过被直接连接到链环的传动杆而相互连接。

根据本发明的装置还可以应用到活塞热力发动机，其中，曲轴臂包括构成两个支点元件的两个相对的端部和构成杠杆臂的两个曲轴曲柄臂，该曲轴曲柄臂将曲轴臂的两个相对的端部分别连接到构成两个力传动杆的两个曲轴柄。

此外，根据本发明的装置可以被应用到其他类型的发动机，在该发动机中，往复直线力被传递到将往复直线运动转变成旋转运动（圆形或半圆形）的机构。

附图说明

在下文仅提供为非限制性示例且结合附图进行的描述中，其他特征和优点将变得清楚，其中：

-图1a到图1d示出根据本发明的机构的第一实施方式；

-图1e示出图1a到图1d的机构的局部放大的透视图；

-图1f到图1j示出支点元件和导向件之间的配合的不同实施方式；

-图2a到图2d示出根据本发明的机构的第二实施方式；

-图3a到图3d示出根据本发明的机构的第三实施方式；

-图4a到图4d示出根据本发明的机构的第四实施方式；

-图5a和图5b分别为根据本发明的机构和常规机构的比较示意图；

-图6a为根据本发明的机构应用于脚踏车的总体示意图；

-图6b为图6a的机构的更具体的示意性顶视图；

-图6c为图6b的机构的替选实施方式的局部示意图；

-图6d为图6c的纵向链部分的交叉区域的局部放大示意图；

-图6e为图6d的示意性顶视图；

-图6f为图6b的机构的一个替选实施方式的局部示意图；

-图6g为图6f的机构的局部放大示意图；

-图7a到图7d（以及图8a到图8d）示出左踏板（以及右踏板）和关联的椭圆齿轮的相应位置；

-图9为根据本发明的机构应用到活塞热力发动机的总体示意图。

具体实施方式

本发明涉及一种用于四个实施方式的机械装置，该机械装置的结构在图1a到图4d中示出。

如图1a中所示，根据本发明的装置10包括通过连接构件15连接到垂直于图的平面的力传动杆14的支点元件12。位于支点元件和力传动杆之间的连接构件的部件16充当杠杆臂的作用。

该装置包括一种机构，该机构将施加到支点元件12的往复直线运动（压力F）转变成支点元件的旋转运动，该旋转还使得力传动杆14旋转。

如图1a到图1e中所示，该装置的一个特征在于以下事实：在支点元件12和杆14的旋转期间，将支点元件12连接到杆14的杠杆臂16的长度是变化的。

更具体地，在支点元件12相对于杆14的相对运动期间，支点元件12和杆14之间的距离是变化的。因此，图1b示出上述两个元件（支点元件和力传动杆）之间的距离大于图1a中的距离并且为最大。

在图1c中，由于杠杆臂的两个元件的位置相对于水平轴线是对称的，故上述两个元件之间的距离对应于图1a中所示的距离。

相反地，在图1d中，上述两个元件之间的距离最小。

在这些图所示的示例中，杠杆臂16被固定到支点元件12，而力传动杆14相对于杠杆臂滑动地安装。

如图所示，在支点元件12的旋转运动期间，该支点元件配合导向件18，在该示例中的导向件18的形状为圆形。例如，支点元件12相对于固定导向件18为可移动的并且在施加往复直线力时在狭槽或颈部中旋转，由此占据图1a到图1d中所示的不同的位置。

应该注意，力传动杆14的几何位置在这些不同的位置期间不改变并且该杆相对于导向件的几何中心C保持偏离中心。

如图1e中更具体地示出，支点元件12被固定到杠杆15（连接构件）的一端15a，杠杆15的中心部15b（在此处描述的实施方式中）为中空的以便允许力传动杆14的一个端部在杠杆15的凹槽中滑动。

更具体地，杆14的端部设置有头部22，头部22的尺寸适于滑动。

杠杆15的中空的中心部15b形成用于力传动杆14的导向槽。

应该注意，可以考虑其他构型以确保杆14相对于杠杆的滑动功能。

例如，头部22可以被夹紧杠杆的外边缘以便在其上滑动的夹具形式的构件替代。

支点元件12包括例如平行于力传动杆14的杆，该杆通过垂直于其长度的杠杆15并且在其露出的端部12a处设置有相对于圆形导向件18滑动地安装的销。支点元件的露出的端部可替选地设置有滚轴。

可以设置环和滚珠轴承（未示出）以允许支点元件相对于导向件和杠杆15旋转组装和操作。

因此可以看出，在施加到支点元件12上的往复直线压力为正周期部分期间，杠杆臂16的长度增大。这对应于图1a和图1c中所示的周期的部分。在整个圆形导向件中，该周期部分是通过位于布置在导向件的竖向几何中心处的支点元件的直径上相对的极限位置P1和P2之间的区域而限定的。该周期部分在P1、P2与杆14的位置（A）之间形成锐角（角P1AP2）。

如图1d中所示，元件12和传动杆14之间的杠杆臂的长度为最小，并且杠杆臂的长度上的减小发生在图1c与图1a之间。

这导致较好地使用传送到图1e中所示的支点元件12的往复直线压力，并且由此导致以恒定力增加机械功率。

可替选地，支点元件12通过安装在圆形或卵形导向件的狭槽或颈部（导向路径）中的导向构件而延伸。该导向构件的形状基本上对应于狭槽的内部空间的形状（例如，导向构件为刚性的或柔性的环或轮的形状，具有圆形、半圆形、卵形、半卵形等形状）。此外，滚动部件被设置在导向构件和狭槽之间以使该构件在狭槽内移动。

根据另一替选实施方式，圆形或卵形导向件具有凸部，该凸部用于紧固在该凸部上滑动的凹支点元件。例如，该导向件包括圆形或卵形轨道，以及该支点元件在其端部处包括适用于附接在轨道上并且在轨道上方滑动的滑动件。

图1f到图1h示出在具有凹紧固部的支点元件A（连接到杠杆臂B）和具有互补的凸紧固部的圆形或卵形导向件C之间的配合结构的截面的可行实施方式的不同示例。

在图1f和图1g中，导向件C例如为导向轨道，该导向轨道包括从底座C2延伸的凸起的中心部分C1。

支点元件的凹紧固部A1具有带有开口轮廓的总体形状，该开口轮廓具有向一侧倾斜的C形状的横断面。

滚动构件D被设置成允许轨道的底座C2在该轮廓内滑动。

在图1f中，斜向C’形状的紧固部被布置成与支点元件的端部对齐，而在图1g中，该紧固部在支点元件的端部处相对于所述支点元件的通常细长的形状横向延伸。

图1h示出另一实施方式，其中导向件C’（导向轨道）包括从底座或基座C4延伸的凸起部分C3。

如同图1g中那样，导向件与支点元件A对齐，与所述支点元件的交叉地定向并且没有偏离中心。

支点元件的凹紧固部A2为具有开口轮廓的总体形状，该开口轮廓具有C形横截面。C的两个相对的弯曲端部与形成在凸起部分C3和其底座C4之间的接合处中的狭道或沟槽配合。

紧固部A2的腔的相应的内部形状和尺寸与导向件的紧固部的外部形状和尺寸为互补的以确保良好的配合。未示出的滚动部件（例如，滚珠轴承）被布置在这两个紧固部之间。

图1i和图1j（剖视图）示出在具有凸紧固部的支点元件A（连接到杠杆臂B）和具有互补的凹紧固部的圆形或卵形导向件C”之间的配合结构。

导向件C”在支点元件A的延伸部分中并且为向一侧倾斜的C形状的开口轮廓的总体形状。

支点元件A的端部包括凸紧固部A3、A4，该凸紧固部垂直于该支点元件的延伸轴线延伸，类似于“斜向T”。

“T”具有横杆（此处称为头部）和竖杆（此处称为主体）。

该紧固部形成T的头部，其与内腔配合，该内腔的形状和尺寸基本上与导向件C"的形状和尺寸互补。

未示出的滚动部件（例如，滚珠轴承）被布置在这两个紧固部之间。

在图1j中，通过例如布置在T的头部的两个端部中的每个端部处的滚动构件R（滚珠轴承、滚轴等）发生接触。

应该注意，形成在支点元件和导向件之间的紧固形式的不同示例还可应用到将在下文描述的实施方式和替选实施方式中。

图2a到图2d的机械装置30示出第二实施方式，其中，支点元件32通过杠杆臂36连接到力传动杆34。相对于该杠杆臂可移动地安装支点元件32，同时该杠杆臂被固定到该力传动杆。

也为圆形的导向件38在支点元件32的旋转运动期间与该支点元件32配合以引导其旋转。

类似于图1a到图1e的相对于杠杆15的杠杆臂16，杠杆臂36为杠杆40的一部分。该杠杆的中心部是中空的以允许支点元件32在旋转运动期间相对于力传动杆34的相对运动。

支点元件32还假定为垂直于图2a到图2d的平面的杆（类似于杆34）的形式并且还设置有在支点元件和导向件38之间的配合部件。

参照图1e描述的部件还应用在该第二实施方式和其他实施方式中。

如图2a到图2d中所示，支点元件32、杆34和杠杆40的连续位置示出在图2a和图2b之间的杠杆臂的长度增大到图2b中的最大距离，并且在图2b和图2c之间的杠杆臂的长度减小到图2d中的最小距离。

应该注意，关于图1a到图1e描述的特征和优点还应用到图2a到图2d所示的实施方式。

此外，在这两个实施方式中，相对于杠杆臂为固定的元件被布置在杠杆臂的两个端部中的一个端部处。

可替选地，相对于杠杆臂滑动地安装支点元件和力传动杆。

此外，在这两个实施方式中所示的导向件是圆形的，但可假设其他形式，例如，卵形的形式。

在图2a到图2d的实施方式中，力传动杆34相对于该导向件的几何中心G也是偏置的。

不管其形状如何，图2a到图2d的导向件（类似于图3a到图4d的导向件）例如由圆形槽或狭槽制成，如关于图1a到图1e所描述的。

为了减小施加在连接到导向件的支点元件的部件（例如，销）和导向件的槽之间的摩擦应力，可以使用滚珠轴承，如关于图1a到图1e所描述的。

图3a到图3d示出根据本发明的第三实施方式的机构的四个连续位置。

所示出的位置对应于相对于用于不同机构的图1a到图1d和图2a到图2d已描述的那些位置。

图3a到图3d的机构25与前述的图的机构的区别在于：相对于杠杆31滑动地安装两个不同的元件（即，支点元件27和力传动杆29）。

更具体地，相对于杠杆臂33滑动地安装这两个元件。

因此，在通过导向件18导向的旋转运动（围绕中心H）期间，该杠杆相对于这两个元件27和29平移移动，如图中所示。

关于前面的图已描述的其他特征和优点应用于此，并且将不再重复。

图4a到图4d的机构35通过以下事实而区别于前面的图的机构：将支点元件39连接到力传动杆41的杠杆臂37为伸缩式的。

在通过圆形（或卵形）导向件43导向的旋转运动（围绕中心I）期间，杠杆臂37的长度随着图4a和图4b（最大长度）之间的伸展（或延伸）或者图4b和图4d（最小长度）之间的缩回而变化。在图4d和图4a之间，组件再次伸展。

杠杆臂，或者更一般地说，杠杆，包括一系列圆柱形部分37a-e或圆筒，该一系列圆柱形部分37a-e或圆筒的一端部均开口并且彼此互锁。因此，在完全缩回位置（图4d），圆柱形部分全部彼此互锁或者堆叠，类似于“俄罗斯套娃”。各个圆柱形部分37a-d的开口端具有与其接收的圆柱形部分的封闭端配合的一个或多个止动件（例如，边缘），以便将封闭端保持在最大伸展位置（图4b）。

类似于其他部分，端部37e滑动进入接收该端部37e的圆柱形部分（例如，37d）。

然而，端部37e的另一端连接到支点元件，例如使用关于前面的图已描述的技术中的一种技术。

相对的圆柱形端部或底座37a以已知的方式连接到力传动杆41。

机构35比其他机构更紧凑，这是因为，在旋转运动期间，没有部件伸出导向件43之外。由此减小了该系统的体积。

关于前面的图已经描述的其他特征和优点应用于此并且将不再重复。

图5a和图5b为分别示出根据本发明的机构45（图5a）和常规的机构（图5b）之间的差别的比较视图。在机构45中，力传动杆46相对于圆形导向件47的中心偏离中心，以及位于杆46和支点元件49之间的杠杆臂48的长度在支点元件49的位置（a）和位置（b）之间变化。

在杠杆臂在两个位置（a）和（b）之间运动期间，由机构45产生能量E1。

常规的机构45'产生的能量E2小于E1，或者比率E1/E2例如等于1.26，其中，力传动杆46'与圆形导向件47'的中心一致并且杆46'和支点元件49'之间的杠杆臂48’的长度为恒定的。

该计算结果基于将1牛顿的力竖向施加到支点元件49、支点元件49'，以及基于这样的事实：在图5a的构型中，杆46从几何中心偏移一段距离使得位置48(a)和位置48(b)之间的角度θ₁例如为56°。在图5b中，角度θ₂为90°。

因此，利用根据本发明的机构显著提高施加在支点元件49上的力的性能。

应该注意，在图5a的起始位置49(A)和图5b的起始位置49'(A')中，所产生的能量是非常不同的。事实上，在第一位置49(A)、49(B)和49(C)产生的能量远大于在第一位置49'(A')、49'(B')和49'(C')上产生的能量。在图5a中，在端位置a和端位置b之间所产生的能量在40%和100%之间变化，在图5b中，在端位置a和端位置b之间所产生的能量在接近0%的值和100%的值之间变化。在脚踏车的情况下，这使得脚踏车更易于用户使用。

上文大体呈现的本发明可尤其适应地应用于使用踏板曲柄机构的脚踏车。

图6a示意性地示出脚踏车的踏板曲柄机构的一部分，图6b示出该机构的更详细的顶视图。

脚踏车的没有示出的剩余部件相对于传统的脚踏车保持不变。

图6a的机构50包括两个支点元件，在该图中仅示出一个支点元件52，假设支点元件52呈现用户的脚所放置的踏板的形式并施加往复直线应力。

已示出用户的弯曲的腿（用J表示）和定位在支点元件52上并施加往复直线应力的脚，在图6a的位置上该往复直线应力由箭头F示出。

支点元件52与圆形导向件54一起运动，以及该支点元件通过杠杆臂56（曲柄）连接到称为主杆的力传动杆58。

所示出的圆形导向件54的中心O相对于杆58偏移以示出该杆相对于该导向件的几何中心的偏离中心的位置。

图6a还以虚线示出通过在用户的长度所施加的往复直线运动的作用下使支点元件旋转而得到的在随后的位置中由支点元件、杠杆臂56和杆58所形成的组件。

根据图1a到图4d中所示的实施方式中的一个实施方式可以实现支点元件52和杆58之间的连接，使得在支点元件52相对于杆58的相对运动期间杠杆臂56的长度可以变化。

图6b示出应用到脚踏车的根据发明的机械装置的顶视图。

结合图6a所描述的元件52、元件54、元件56和元件58组成该装置的剩余部分。

对称地，该装置50还包括组成支点元件的踏板60，该支点元件在其旋转运动期间配合圆形导向件62并且通过杠杆臂64（右曲柄）连接到力传动杆66。

这两个踏板占据各自的相对于该导向件的几何中心相对的位置。

应该注意，各个踏板固定到圆形导向件的槽，使用接合在对应的圆形导向件中的销（销68用于左踏板和销70用于右踏板）使该踏板与圆形导向件的槽相配合。

该销固定到相应的踏板的一个端部。

如上文所述，主轴（力传动杆）的旋转轴线相对于圆形导向件的几何中心偏离中心。

因此，在踏板的圆形行程期间该踏板的位置相对于圆形导向件的几何中心不再对称，但是相对于上述旋转轴线是对称的。

为了该目的，力传动杆58和力传动杆66分别被连接到互补机构，用于相对于该导向件的几何中心重新建立两个踏板相对于彼此的对称位置。

各个互补机构特别地包括一对机械地相互配合的椭圆形齿环。

所述环中的一个环（称为第一环）连接到相应的力传动杆或主杆。

更具体地，在与曲柄支架56相对的一侧上，左踏板的主杆58连接到偏离中心的卵形齿环72上，该齿环72又在偏离中心的卵形齿环74的旁边。

这两个卵形齿环彼此啮合并且在彼此配合的同时围绕自身旋转，该旋转发生于主杆的旋转之后。

第二卵形环74连接到长杆76并且使长杆76旋转。

简易的齿环78被安装在长杆76上（例如在长杆76的中心上），并且通过与另一简易的齿环80啮合而配合，该齿环80的尺寸与齿环78的尺寸相同。

这两个环78和80组成一组简易的齿轮。

环80被安装在杆82的一端，杆82相对于杆76较短并且该杆82的另一端连接到链86的环84，链86的环84连接到后轮。

在链的与环84所在的位置相反的一端处，示出后齿轮88，该后齿轮88通过链围绕环84的运动而被驱动，该链围绕环84卷绕。

根据一个未示出的替选实施方式，链环84直接连接到长杆76，两个简易的齿环78和80是偏置的并且被布置在链86和后齿轮88之间。

应该注意，对称于关于主力传动杆58所描述的布置，机械地相互配合的一对椭圆形齿环90和92被布置在主杆66和长杆76之间。

更具体地，在与曲柄支架相对的一端处，偏离中心的第一椭圆形齿环90被安装在主杆66上并且通过与偏离中心的第二椭圆形齿环92啮合而配合。该第二环被固定到长杆76的一端，这一端与固定有椭圆形齿环74的一端相对。

两个齿环90和92彼此相同并且与该实施方式中的环72和环74相同。

根据一个替选实施方式，应该注意，用于重新建立踏板的对称位置的两个独立的机构可以替换为单个机构，例如一对椭圆形齿轮。

应该注意，椭圆形齿环可以被其他部件替换，该其他部件使得可以相对于圆形导向件的几何中心重新建立踏板的相对于彼此的对称位置。

例如，可以使用链替换所述齿轮。

应该注意，导向件54和导向件62已经描述为圆形，但是当然可以具有另一形状，诸如卵形形状。根据导向件的形状，可以使用其他共轭的齿轮轮廓（具有三个叶的齿轮、花生形状等）。

偏离中心的卵形环具有相同的形状并且被放置成使得通过围绕各自的轴线枢转，它们总是接触的。当左踏板的杆进行360°旋转时，它们的比率为1：1。然而，这些环的偏离中心的位置使它们的旋转速度在周期正弦曲线内。在第一个180°期间，一个环在相反的方向上的旋转速度大于另一个环，反之亦然。

该系统使短杆82在其旋转一周时以与左踏板在其圆形导向件上的旋转节奏完全相同的节奏旋转。因此，当左踏板相对于圆形导向件的中心进行90°的行程时，短杆也同时进行90°的旋转。

作为示例，如果主杆58相对于圆形导向件的中心O是偏置的并且在垂直于施加的应力的运动方向（包含在与导向件的平面相同的平面内的方向或在平行平面中的方向）的直线上，使得在将竖向位于圆形导向件的中心O处的曲柄的理论位置和其实际位置之间的角度为34°，则左踏板的偏离中心的齿轮系统应该在半个周期中前行34°，并且在另半个周期中回行34°。

对于在半个周期内偏移+34°、然后在第二个半周期内偏移-34°的偏离中心的齿轮系统，其必须建立使得角度APB（通过三个点形成，一个点P为椭圆的一个焦点，第二点A为椭圆的圆周和穿过第一焦点的直线之间的相交点，该穿过第一焦点的直线正交于穿过两个焦点的直线，以及第三点B为椭圆的圆周和穿过第二焦点的直线之间的相交点，该穿过第二焦点的直线正交于穿过两个焦点的直线）等于34°。

应该注意，在圆形导向件的情况下上述角度最大为45°，并且在卵形导向件（例如，椭圆形导向件）的情况下上述角度可以采用90°的理论阈值。

由此形成的脚踏车的踏板相对于其各自的导向件的中心保持完全对称。

链环位于短杆82上，短杆82在整个旋转一周的过程中通过一组以1:1形成的传统齿轮而连接到长杆76，使得链环沿着与踏板的半杆的旋转方向相同的方向旋转。

图6c示出图6b的机构的一个替选实施方式，其中，安装在杆82上的一组齿轮78、80被去除并且连接两个环74和92的杆76随后被直接安装在链环84上。

图6c示出一种布置，其中，链61替代图6b中的链86，并且一方面被缠绕在链环84的周围，另一方面缠绕在后齿轮88的周围，同时在该环和后齿轮之间交叉以基本上形成8字形。

如图6c中所示，链61包括在交叉区域Z处相交的两个纵向部分或线61a、61b，交叉区域Z靠近后齿轮88处并且相对远离链环84。

为了防止两个纵向的链部分61a和61b相互摩擦，设置了用于保持这两个链部分之间的横向间隔的一个或多个元件。

该元件或这些元件具体被安装在脚踏车的框架上，出于简化原因本文中未示出。

图6d示出纵向部分61a和纵向部分61b的交叉区域Z与设置成保持间隔的分隔元件的放大示意图。

因此，两个保持元件（在此处例如假设为导向轮的形式）被布置在纵向部分61a和纵向部分61b中的每一个的每一侧上，并且与其配合以保持纵向部分61a和纵向部分61b之间的足够的横向间隔。

如图6d中所示，一对导向轮63、65被布置在纵向部分61a的上方和下方，同时另一对导向轮67、69被布置在纵向部分61b的上方和下方。

图6e示出两个上轮63和67的横向偏移布置的示意性顶视图。

在图6d和图6e的布置中，两对轮相对于彼此纵向偏置。

然而，根据一个替选实施方式，这两对轮可以被布置在相同的纵向位置中，其分别与纵向链部分配合。

例如，该布置可用以促进固定在框架上并且使固定系统更紧凑。

应该注意，在两个纵向链部分之间保持的横向间隔例如约等于一个纵向链部分的厚度，该尺寸在图6e中示出。

因此，例如，每个纵向部分61a、61b仅需要相对于中间位置偏移纵向链部分的厚度或宽度的一半，使得如果不存在交叉，则一个纵向部分将位于另一个的上方。

作为示例，对于标准链，两个纵向链部分之间的0.8cm的间隔是充分的。

应该注意，根据一个替选实施方式，对于每个纵向链部分，可以设置单个间隔保持元件（例如，导向轮），而不是两个。

根据另一替选实施方式，可以考虑在两个纵向链部分之间插入单个元件。

图6f和图6g示出另一替选实施方式，该实施方式可以去除图6b的齿轮78、80的组。

在该替选实施方式中，将两个环74和92彼此连接的杆76被直接安装在链环上，在图6f和图6g中链环标记为71。

该替选实施方式的特别之处在于：链环71相对于竖向平面P倾斜并且通过链86被连接到保持竖向布置的后齿轮88。

导向件（例如，在图6f中以附图标记73和附图标记75示出的两个导向件）被固定到脚踏车的框架，为了图清楚起见而没有示出框架。

这些导向件被设置在链环71的两侧上以将链环保持在倾斜的位置上。

应该注意，这些导向件例如被布置在环71的周边上。

使用匹配安装在该环和轮毂上并且彼此互补以互相配合的互锁元件，将环71安装在轮毂或芯77上。

可以使用不同的互锁元件，例如，链环上和轮毂上的彼此对应的交替的凹陷部和凸起部，使得链环和轮毂中的一个的凹陷部互锁在另一个的凸起部中。

例如，此处的轮毂通常为椭圆的形状，该椭圆沿着垂直于竖向平面的轴线为细长的并且在此处与杆76结合。在轮毂77的表面上形成的互锁元件因此呈现沿着椭圆的曲线延伸的槽或凹口的形式。这些元件从与杆76结合的一端处开始并且沿着椭圆的轮廓纵向延伸到位于杆76上的另一端。

通过并行布置凹槽（横剖面）而形成的连续的突出部和凹陷部的高度/深度从椭圆的一端开始增大到正中面（赤道面），然后朝向椭圆的另一端减小。

例如，链环71的互补的互锁元件呈现齿的形式，齿的尖端和在这些尖端之间的凹陷部与连续的凹槽（凹陷部和突出部）配合以进行互锁。

应该注意，在互补的互锁元件之间需要一定的横向间距或间隙，以允许在旋转运动期间环71相对于具有凹槽/凹口的轮毂77的相对运动。

环的倾斜度相对较小，通常为多个角度，并且在环-轮毂组件的旋转运动期间由于导向件73和导向件75而使倾斜度保持不变。

应该注意，在旋转运动期间确保环的倾斜度的导向件的数量可以变化，如同它们的位置可以变化一样。

安装有链环的轮毂可以呈现允许将环安装在轮毂上并且允许它们围绕杆76旋转的其它形式。

轮毂或芯（通过环或轮毂形成的组件操作上有点类似于球形接头）的互锁元件可以呈现其他形式并且例如可以呈现一组凹陷部和凸台、间隙等的形式。

图7a到图7d示出图6b的左踏板52的多个连续位置G1到G4（对应于图1a到图4d所示出的位置），以及，以相应的方式，每次从前面观看到的且相互配合的椭圆形齿轮72和齿轮74的相对位置。

图8a到图8d示出右踏板60的连续位置D1到D4和与该右踏板相关联的椭圆形齿轮90和92的相对位置的对应图示。

图7a示出左踏板的初始位置，此处表示为G1（例如，对应于图1a、图2a、图3a和图4a的位置），杠杆臂被布置在相对于竖向的34°角度处（非限制性示例）以及齿轮72和齿轮74的对应的相对位置：齿轮72相对于其应该具有的下降的竖向位置偏移+34°，同时齿轮74采用向上取向的竖向位置（竖向椭圆的长轴线）。

在图8a中，右踏板在其初始位置上，此处表示为D1，对应于踏板的初始位置G1。杠杆臂被布置成朝向底部与竖向方向形成-34°的角度。齿轮92采用向下取向的竖向位置，同时齿轮90相对于其应该具有的上升的竖向位置偏移-34°。

在图7b和图8b中，两个踏板的各自的杠杆臂为横向的（径向相对的位置）并且各自的齿轮都被横向布置（横向椭圆的长轴线）。

图7b到图8d的每个齿轮上以粗线示出椭圆的长轴线的新位置，以及以虚线示出前面图所示的长轴线的位置，和在这两个位置之间的角度的测量值。

图7c示出踏板的位置（对应于图1c、图2c、图3c和图4c），齿轮72相对于其应该具有的竖向位置偏移-34°，同时齿轮74采用上升的竖向位置。

在图8c中，右踏板相对于横向位于对称位置，齿轮92采用上升的竖向位置，同时齿轮90相对于其应该具有的下降的竖向位置偏移+34°。

在图7d和图8d中，两个踏板的各自的杠杆臂是横向的并且各自的齿轮都横向（水平椭圆的长轴线）布置，但是位于相对于图7a和图8b的位置成180°的位置中。

有趣的是，本发明还应用到活塞热力发动机，如图9仅示意性地示出。

根据本发明的装置100包括将来自连杆102的往复直线运动转变成旋转运动的机构，该连杆102连接到以如箭头F指示的直线运动而运动的活塞104。

该机构还包括组成曲轴臂的杆106，其中心部通过紧固部件108固定到连杆102。

臂106包括两个相对的端部106a、106b，例如这两个端部均设有分别固定到圆形或卵形导向件110a、110b的销。

如上文针对其他实施方式所描述，导向件还具有插有销的内颈。

通过连杆102而施加在曲轴臂106上的往复直线应力将力传递到其两个相对的端部，所述端部在与导向件110a和导向件110b配合的同时使曲轴臂106旋转。

端部106a和端部106b组成支点元件，这些支点元件分别通过曲轴曲柄臂112a和曲轴曲柄臂112b被连接到由曲轴的柄制成的主杆。

为了清楚起见，图中仅示出了连接到曲柄臂112b的曲轴114的柄。

应该注意，在图1a到图1e中所示的实施方式例如在此处使用。

因此，各个曲轴臂的中心为中空的，以在通过关联的导向元件110a和导向元件110b导向的曲轴臂106的旋转运动期间允许被固定到杆114的自由端的滑动件116滑入臂112b内。

如图1a到图1e中所示，力传动杆114的位置相对于对应的导向件的几何中心偏离中心。

根据一个替选实施方式，各个支点元件相对于对应的传动杆的相对运动（以改变这两个元件之间的杠杆臂的长度）可以如图2a到图2d或者图3a到图3d或者图4a到图4d中所示来实现。

应该注意，除了用于校正对称性的反作用机构，上文描述的本发明的优点和其主要特征也在图9所示的应用中重现。

由于本发明，通过根据本发明的机构产生的机械能和其机械性能相对于现有技术的传统机构明显增大。

Claims (22)

1.一种机械装置，所述机械装置包括机构（10），所述机构包括通过连接构件（15）而连接到至少一个力传动杆（14）的至少一个支点元件（12），所述机构将往复直线运动转变成所述至少一个支点元件的旋转运动，所述至少一个支点元件的旋转使所述至少一个力传动杆旋转，其特征在于，所述连接构件包括称为杠杆臂（16）的部件，所述杠杆臂特别地位于所述至少一个支点元件（12）和所述至少一个力传动杆（14）之间，并且所述杠杆臂的长度在所述至少一个支点元件相对于所述至少一个传动杆的相对运动期间变化。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述至少一个支点元件的旋转运动期间，所述至少一个支点元件与圆形或卵形导向件（18）配合。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述至少一个力传动杆（14）相对于所述导向件的几何中心（C）偏离中心。

4.根据权利要求1到3中任一项所述的装置，其特征在于，所述机构包括分别通过杠杆臂（112a、112b）而连接到力传动杆（114）的两个支点元件（106a、106b）。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述机构包括两个力传动杆。

6.根据权利要求1到5中任一项所述的装置，其特征在于，所述杠杆臂（16）被固定到所述至少一个支点元件（12）以及所述至少一个力传动杆（14）相对于所述杠杆臂被滑动地安装。

7.根据权利要求1到5中任一项所述的装置，其特征在于，所述杠杆臂（36）被固定到所述至少一个力传动杆（34）以及所述至少一个支点元件（32）相对于所述杠杆臂被滑动地安装。

8.根据权利要求1到5中任一项所述的装置，其特征在于，所述杠杆臂（37）被固定到所述至少一个支点元件（39）和所述至少一个力传动杆（41），并且所述杠杆臂为伸缩式的以在旋转运动期间伸展或缩回。

9.根据权利要求1到5中任一项所述的装置，其特征在于，所述至少一个支点元件（27）和所述至少一个力传动杆（29）相对于所述杠杆臂（33）被滑动地安装。

10.一种根据权利要求1到9中任一项所述的装置在使用曲柄踏板机构的脚踏车中的应用，其中，每个踏板（52、60）均构成支点元件，所述支点元件通过曲柄臂（56、64）而连接到力传动杆（58、66）。

11.根据权利要求10所述的脚踏车，其特征在于，每个力传动杆（58、66）均连接到互补机构，用以相对于与每个踏板配合的所述导向件的几何中心重新建立两个所述踏板相对于彼此的对称位置。

12.根据权利要求11所述的脚踏车，其特征在于，每个互补机构均包括机械地相互配合的一对卵形齿环（72和74、90和92），所述环中的一个环称为第一环（72、90）且连接到相应的所述力传动杆（58、66）。

13.根据权利要求12所述的脚踏车，其特征在于，两对环中的第二环（74、92）通过传动杆（76）相互连接，一组齿轮（78、80）将所述传动杆连接到所述脚踏车的链环（84）或者所述传动杆（76）直接连接到所述脚踏车的链环（84），以及一组齿轮（78、80）布置在链（86）和后齿轮（88）之间。

14.根据权利要求12所述的脚踏车，其特征在于，两对齿环中的第二板环（74、92）直接连接到所述脚踏车的链环（84），链（86）在所述环（84）和后齿轮（88）之间交叉以基本上形成8字形。

15.根据权利要求14所述的脚踏车，其特征在于，所述脚踏车包括用于保持在交叉的两个纵向部分或链条之间的横向间隔的至少一个元件。

16.根据权利要求15所述的脚踏车，其特征在于，对于每个纵向链部分，用于保持所述间隔的所述至少一个元件包括用于所述部分的两个纵向导向元件，所述两个纵向导向元件使所述部分远离另一部分。

17.根据权利要求12所述的脚踏车，其特征在于，所述脚踏车的所述链环（84）和/或所述脚踏车的所述后齿轮（88）相对于竖向平面倾斜。

18.根据权利要求17所述的脚踏车，其特征在于，相对于竖向平面倾斜的所述链环安装轮毂上，所述轮毂具有与设置在所述链环上的互锁元件互补的互锁元件，以通过将所述链环互锁在所述轮毂上而安装且使所述链环与所述轮毂旋转。

19.根据权利要求18所述的脚踏车，其特征在于，所述轮毂具有沿着垂直于所述竖向平面的轴线拉长的大体椭圆形状。

20.根据权利要求18或19所述的脚踏车，其特征在于，所述第二环（74、92）通过传动杆相互连接，所述轮毂安装在所述传动杆上。

21.根据权利要求17到20中任一项所述的脚踏车，其特征在于，固定到所述脚踏车的框架的导向件被设置在所述链环的两侧以将所述链环保持在倾斜的位置。

22.一种根据权利要求1到9中任一项所述的装置在活塞发动机中的应用，其中，曲轴臂（106）包括构成两个支点元件的两个相对的端部（106a、106b）和构成杠杆臂的两个曲轴曲柄臂（112a、112b），所述曲轴曲柄臂将曲轴臂（114）的两个相对的端部分别连接到组成两个力传动杆的两个曲轴柄。

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