專利名稱：機械馬的制作方法
一種仿生機械-仿馬運動的交通和娛樂工具。
騎馬人在馬背上起伏，自有騎馬的樂趣。但是，馬地喂養麻煩，費用太高，且污染環境。現代自行車結構簡單，騎行方便，不消耗能源，不污染環境。但是，人靜止地坐在車座上，兩腳不停地做圓周運動，動作單調，很難滿足人們，特別是愛動的青少年們的需要。
本發明的目的是創造一種新式交通工具它在行駛中，鞍座能象馬背一樣起伏，在起伏中，騎者靠身體的重力勢能催馬前進。它將改變自行車的傳統騎行方式，而為人在鞍座上，隨著彈簧的伸縮兩腿同時作伸屈運動，象騎馬，又象坐翹翹板，在娛樂中前進。
上述目的是通過如下技術方案實現的(見附圖及代號說明)。本發明的結構分為基本件和附件兩大類。基本件有驅動系統、導向系統、制動系統和機架系統4部分。附件有支架、物架、音響、照明等。導向、制動和附件(除鞍座)與自行車的基本相同。機架隨轉換機構的不同與自行車的車架略有所異。跟自行車的主要區別在驅動系統。
本發明驅動系統的力學模型是質量一彈簧振動系統。為一種具有阻尼的受迫振動。其質量為騎者身體的質量，其阻尼為道路阻力，其干擾為騎者臀和腳施于系統的力，其振幅為驅動車輪的曲柄的半徑通過轉換機構變換后的垂距或轉角，其振動周期因騎者的干擾力頻度而定，且總與干擾力頻率相同。從振動學理論得知，騎者身體的質量作為一個重力常量。對系統振動的頻率和周期并無多大影響。而適當利用系統的共振，則可以大大減輕騎者用于驅動系統的能量。當干擾力的頻率等于或接近系統的固有頻率時，即可激起共振。把固有頻率設計為可調式，可以在更大的速度范圍內利用共振。當然也可以這樣設計彈簧力僅為騎者體重的一部分，騎者身體升起時所需要的力，為彈簧力和腿伸踩力之和。
本發明驅動系統的結構特征為它由鞍座、踏板、貯能器、轉換機構、傳動機構、后軸和驅動輪等組成。如
圖1所示，鞍座1鉸接在機架4上，并與貯能器2連接。轉換機構-搖桿7，也鉸接在機架上，并通過壓桿6與鞍座1，和通過連桿8與曲柄11連接。曲柄則通過飛輪(單向自由離合器)與后軸和驅動輪相連。轉換機構上還裝有踏板10和定位彈簧14，定位彈簧可將未乘騎前的曲柄調整在非死點位置，可用彈簧或離合器(藉助慣性)通過死點。
機械馬的一般乘騎過程如下首先，由于曲柄是裝在飛輪殼上的，當手推機械馬前進時，鞍座、轉換機構和踏板等是相對于機器而靜止的。欲騎時，左腳踩在固定踏板上，右腳用力向后蹬地，在該初始力作用下，機器靠慣性力滑行。此時右腳便可跨馬，并也踩在固定踏板上，當臀部落在鞍座上時，身體的重量通過壓桿6傳給轉換機構7，轉換機構再通過連桿8傳給曲柄11，從而帶動驅動輪轉過半圈;與此同時，貯能器被拉伸，身體的重力勢能部分地貯于該貯能器中。鞍座落到底時兩腿適度伸展，貯能器將貯存的重力勢能釋放出來，推著鞍座上升。同時，連桿推動曲柄由前至后轉動半圈，一個循環便結束。當行駛阻力大而貯能器不足以使曲柄轉過半圈時，可以腳踩踏板10。再者，由于踏板和鞍座都很長，可以依前進阻力的大小來調整腳和臀的位置，以改變杠桿力臂的大小。若想利用共振，則應使臀部起伏的頻度落入系統固有頻率的共振區。
下邊再展開敘述幾個主要部件的結構特征。
1、轉換機構其功能是將臀和腳的鉛直或短圓弧運動，通過壓桿和連桿等，轉換為驅動輪的旋轉運動。結構形式有多種，下舉9例。
①搖桿式如圖1中的7所示。三桿的一端在同一平面內匯結于一點，其間夾角固定不變，并在其節點處鉸接于機架。三桿外端分別鉸接連桿、壓桿，固接踏板。
②杠桿-連桿式如圖2、4、8所示。杠桿的支點均在其中部。并與機架鉸接，它一端固定著踏板，一端鉸接著連桿。三圖所示不同的僅是有的為鏈傳動，有的為桿傳動。圖8也適于桿傳動，但要兩曲柄等長(最好有補償裝置)。
③杠桿-中置連桿式如圖9所示，與前者不同的是連桿鉸接于杠桿中部，大鏈輪有兩曲柄，一與壓桿鉸接，一與連桿鉸接。兩鏈輪也可作水平布置。
④杠桿-撐桿式如圖5所示，撐桿傳遞鞍座壓桿的力，杠桿傳遞腳踩力。
⑤杠桿-中置滑塊式如圖10所示，大鏈輪有兩曲柄。一曲柄與壓桿相連，另一曲柄外端裝有滑塊(輪)，滑塊于旋轉中在杠桿下面滑動。
⑥拉桿-滑塊式如圖11所示，與上圖不同的是滑塊(輪)作鉛直運動，且通過拉桿(連桿)與曲柄相連。
⑦雙向滑塊式如圖12所示，壓桿、拉桿、連桿三者在交匯處鉸接于水平移動的滑塊;拉桿另一端裝有鉛直移動的滑塊和垂鐙。
⑧搖桿-滑塊式如圖13、14所示。該結構與搖桿式的主要不同點在于搖桿端原裝踏板處改裝滑塊(輪)。故呈叉槽形，滑塊中央為自行車大鏈輪的中軸，中軸與后軸之間有鏈輪搖桿支架支撐。它適用于兩用式機械馬，當作自行車騎行時，可使搖架鎖于臼體19，如圖14所示。當作機械馬騎行時，可壓縮兩帶彈簧的銷子，搖架即可上下搖動。
⑨四桿(或六桿)鉸接式如圖7(圖6)所示，各桿端頭均為鉸接，并水平安裝著滑塊、貯能器(拉簧)和定位彈簧(壓簧)。這里，踏板改為垂鐙(馬鐙)，連接在兩拉桿的鉸接處。
2、鞍座總成鞍座總成為驅動系統的一部分，是將身體的重力勢能轉化為驅動力的重要部件。按其運動特征，它可分為擺動式、平動式、往復式、復合式四種。按其結構特征。可分為單純鉸接式、支桿鉸接式、垂桿鉸接式、垂桿滑塊式和彈性聯接式五種。
①單純鉸接式如圖15所示。它設有固定鉸，將鞍座鉸接在機架上;另設有擺動鉸，將鞍座與壓桿鉸接。固定鉸可以在擺動鉸之前，也可以在擺動鉸之后(見圖2)。
②支桿鉸接式如圖16、17所示，通過兩支桿將鞍座與機架鉸接，故其鞍座既有擺動又有平動。為復合式運動，當兩支桿等長時，則為平動。
③垂桿鉸接式鞍座下固定有垂桿，垂桿通過兩支桿與機架鉸接，垂桿下端與壓桿或連桿鉸接，其運動是在上下往復中有前后方向平動，謂復合式運動(圖19);當垂桿用一根支桿與機架鉸接時，其下端可直接與曲柄相連。
④垂桿滑塊式在固定于鞍座下的垂桿上裝有滑塊(輪)，垂桿下端與壓桿或連桿鉸接，其運動形式為往復式(圖18)。
⑤彈性固定式為圖20所示，這種鞍座直接裝在板簧或排簧上，排簧由若干根帶彈性的棒(條)排列而成，其參加工作的根數可設計為可調節式。
需要注意的是，上面討論的僅是鞍座體，座體上還應像一般自行車或摩托車座那樣，裝有彈性襯里和型面。再者，機械馬除裝有上述起伏鞍座外，還可以在固定鉸上方或板簧固定端裝上一般自行車的固定鞍座。當固定鞍座的座體與機架固定聯接時，則可將擺動鞍座鉸接在固定鞍座上。
3、貯能器主要由不同形式的彈簧構成。如拉簧、壓簧、扭簧、板簧等等。每個貯能器可用一個或數個彈簧，外殼有無均可。但最好設計為可調式，以調節系統的剛度和固有頻率，以及根據騎者體重調節彈簧予緊力。這可采用改變彈簧固定位置和參加工作的彈簧根數等方法來實現。圖21至24示出了幾種貯能器結構形式和調節方法。調節螺母和螺栓可采用多頭螺紋。
圖21的調節采用了杠桿、方便省力，它為螺紋無級調節。但也可為有級調節，以縮短調節過程的時間。當彈簧調到一定限度時便可解除該彈簧的工作狀態(即彈簧不再在系統中起作用)。
調節器在系統中的安裝它可以單個使用。也可幾個并聯或串聯(即彈簧的并聯和串聯)。
4、傳動系統主要有桿傳動(如圖1)和鏈傳動(如圖2)兩種，也可籍助齒輪實現軸傳動。壓桿也是傳動系統的一個部件。為敘述方便，可將與壓桿連接的曲柄稱為重力曲柄，原自行車曲柄稱為腳蹬曲柄。進行適當布置，可用同一根鏈條連接兩種曲柄的鏈輪(可增設張緊輪)。驅動輪上的曲柄或小鏈輪。需通過單向自由離合器(即飛輪)與驅動輪軸連接。變速機構可采用通常的自行車內變速或外變速機構。
機械馬的形式有多種可按結構特點來劃分，也可根據使用功能來區別。不同的轉換機構，不同的鞍座形式。不同的貯能器和不同的傳動方式，都可以組成不同形式的機構馬。圖1是其中之一種形式。還可以有不帶貯能器的機械馬(如圖2)只靠臀部和貯能器驅動的機械馬靠臀部與貯能器驅動。間而用自行車腳蹬曲柄驅動的復合式機械馬(如圖3所示)即有一般機械馬的各種機構又有自行車腳蹬曲柄的兩用機械馬。圖3所示機械馬再裝上踏板(或垂蹬)及其傳動裝置即為兩用機械馬。對復合式和兩用機械馬。當只用鞍座或鞍座與踏板來驅動時，可以將腳蹬曲柄制(止)動。當不希望鞍座起伏時，可以將鞍座制(止)動，也可以將臀部移至固定鉸正上方。
上述原理也適用于兒童車、三輪車、外力助動車(包括熱力的電力的、氣動的、機械的……)等。
為進一步說明上述技術方案，下附24幅示意圖，各圖代號意義相同，統一說明如下1鞍座總成2貯能器3導向系統4機架系統5制動系統6壓桿7搖桿8連桿9固定(限位)踏板10踏板(馬鐙)11曲柄12驅動輪13附件14定位彈簧15杠桿16拉桿17搖架(鞍座架)18滑塊(滾輪)19臼體20垂鐙(馬蹬)21拉伸彈簧22壓縮彈簧23鏈輪搖架24鞍座支桿25減磨裝置26扭轉彈簧27貯能器拉簧28彈簧銷29片狀彈簧30調節螺母31鏈傳動裝置32自行車腳蹬33止動銷34帶油封滾動軸承35撐桿36垂桿P1坐力 P2踩力圖1為一種典型機械馬的總體結構示意圖。
圖2為一種鏈條傳動未裝貯能器的機械馬，若裝上貯能器，再在杠桿15的鉸接軸上裝一自行車驅動裝置，便為兩用機械馬。
圖3為一種裝有貯能器和自行車腳蹬曲柄而未裝踏板和杠桿的復合式機械馬。
圖4為杠桿-連桿式轉換機構。
圖5為杠桿-撐桿式轉換機構。
圖6為六桿式轉換機構。
圖7為四桿式轉換機構。
圖8為上置鏈輪杠桿-連桿式轉換機構。
圖9為杠桿-中置連桿式轉換機構。
圖10為杠桿-中置滑塊式轉換機構。
圖11為拉桿-滑塊式轉換機構。
圖12為雙向滑塊式轉換機構。
圖13為搖桿-滑塊式轉換機構。A向為搖架鎖止器形式之圖14為搖架鎖止器。
圖15為單純鉸接式鞍座示意圖。
圖16和17為支桿鉸接式鞍座。
圖18為垂桿滑塊式鞍座，鞍座與垂桿鉸接或固定聯接。下對稱安裝的壓簧。
圖19為垂桿鉸接式鞍座。圖20為板簧固接式鞍座。
圖21至23為貯能器調節的幾種結構形式。
圖24為一種可調式貯能器。
本發明的主要特點它對傳統自行車在乘騎方式和驅動方法上進行了改革。乘者像騎馬一樣在鞍座上起伏。靠起伏中的重力勢能驅動輪子前進。從而為人們提供了一種不消耗能源的新式交通工具。
本發明的主要優點它把娛樂和行路溶為一體，減輕了乘者的疲勞。且結構簡單，騎行方便，成本低廉。
本發明可用作代步工具，也可作為游玩器械和體育競技用具。
權利要求
1.一種仿馬運動的行路和娛樂工具。本發明具有與自行車相似的導向、制動、機架、驅動輪及變速等系統和附件，其主要特征是鞍座設置在由鉸鏈、貯能器和傳動機構等組成的彈性系統上，可作起伏運動；踏板固定在鉸接于機架的轉換機構上，作短圓弧或鉛直運動；貯能器由不同類別的彈簧和調節裝置等組成，鞍座、踏板、貯能器通過轉換機構、傳動系統及單向自由離合器(飛輪)等交替地將騎者在鞍座上起伏時的身體重力和貯存的重力勢能傳給后軸與驅動輪，使機器前進。
2.根據權利要求1所述機械馬，一種機械馬的特征是省略了貯能器。
3.根據權利要求1所述機械馬，一種機械馬的特別是省略了踏板和踏板傳動裝置。
4.根據權利要求1所述機械馬，一種機械馬的特征是省略了固定踏板、踏板和踏板傳動裝置，使鞍座壓桿直接與曲柄相連，但另外安裝了自行車腳蹬曲柄輪傳動裝置(即為一種復合式機械馬)。
5.根據權利要求1所述機械馬，一種機械馬的特征是另外安裝了一套自行車腳蹬曲柄鏈輪傳動裝置(即為一種兩用機械馬)。
6.根據權利要求1所述機械馬，一種機械馬的特征在于鞍座與板簧(排簧)或垂桿直接相連。
全文摘要
一種仿生機械——仿馬運動的行路和娛樂工具。它具有像馬背一樣起伏的鞍座，并將人體在鞍座上起伏時產生的重力勢能，由臀和腳通過轉換機構等傳給驅動輪，使機器前進。為了省力和舒適，設置了貯能器。它可將身體每次起伏時的重力勢能，部分地貯于其中，作為下一動作的輔助動力。本發明改變了傳統自行車乘騎方式和驅動方法。它既可作代步工具，又可作游玩器械和體育競技用具。
文檔編號B62M1/18GK1087059SQ9210679
公開日1994年5月25日 申請日期1992年11月18日 優先權日1992年11月18日
發明者楚兆鼎, 楚天舒, 楚天驕 申請人:楚兆鼎