專利名稱：步行器裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是涉及物理學(xué)實(shí)用技術(shù)的具體應(yīng)用的機(jī)械傳動(dòng)裝置。
人在步行時(shí)，是由兩腳一先一后交替著地前進(jìn)的。當(dāng)每支腳在落地的過(guò)程中，因重力作用，此時(shí)人體必然具有一定量的勢(shì)能、壓力(腳對(duì)地面而言)和人體在行走時(shí)(運(yùn)動(dòng))所具有的動(dòng)能以及此時(shí)腳下還有一種向前移動(dòng)的趨勢(shì)，即通常說(shuō)的慣性。本發(fā)明是根據(jù)物理學(xué)機(jī)械傳動(dòng)原理，完全、充分而有效地利用了人在步行時(shí)所具有的上述這些不同的作用，而設(shè)計(jì)出了步行器這一行走機(jī)械傳動(dòng)裝置，用來(lái)帶動(dòng)人體前進(jìn)。即在人體行走的基礎(chǔ)上，使用該裝置來(lái)加大步行時(shí)的速度。
本發(fā)明的目的是向社會(huì)提供一種簡(jiǎn)單、實(shí)用、造價(jià)低廉的新式交通工具和用于體育運(yùn)動(dòng)的新穎的健身器材-步行器裝置。它能有效地提高人的步行時(shí)的速度和增強(qiáng)人們的健身鍛練。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的將人在步行時(shí)客觀存在的勢(shì)能、動(dòng)能、壓力、慣性這些不同的作用，經(jīng)機(jī)械裝置改變作用力方向，變縱向作用力為橫向作用力;把勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能;動(dòng)能、慣性、壓力的作用被具體有效的利用;應(yīng)用不同齒輪的轉(zhuǎn)速比來(lái)加大每步的行程。經(jīng)這樣設(shè)計(jì)的結(jié)果，增加了每步行程的距離，因而提高了步行時(shí)的速度。
步行器裝置的具體結(jié)構(gòu)原理由以下實(shí)施方式及附圖
給出。
附圖是根據(jù)本發(fā)明提供的步行器裝置機(jī)械傳動(dòng)原理所繪制的示意圖及工作情況，為了清楚表述該裝置的工作原理，在示意圖(主視圖)中僅畫(huà)出本裝置后部的一側(cè)主動(dòng)輪的具體工作情況。
在圖中，主動(dòng)輪(1)與齒輪(2)為一整體。(3)、(4)為中間齒輪，兩個(gè)齒輪雖在一起，都在同一軸上，但不是一整體，齒輪(4)只有做逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)才能帶動(dòng)齒輪(3)一起轉(zhuǎn)動(dòng)，否則在順時(shí)針時(shí)，齒輪(4)對(duì)齒輪(3)打滑不起作用，這是由它們內(nèi)部之間棘輪結(jié)構(gòu)特點(diǎn)所決定的，在此齒輪(4)與齒輪(3)起離合作用。踏板(5)的左端可以圍繞軸(9)在一定的范圍內(nèi)上下起落。(7)是齒桿(6)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸。(8)為連接桿，這一端它垂直于齒桿(6)并與它靜配合，另一端與它對(duì)面的另一個(gè)齒桿相連接，在此主視圖中見(jiàn)不到。
當(dāng)該裝置工作時(shí)，即腳落在踏板(5)上時(shí)(腳尖的方向與圖中水平箭頭方向一致)左端受到人體垂直的勢(shì)能、壓力作用(如圖中垂直箭頭方向所指)而下降，同時(shí)在踏板(5)下邊的連接桿(8)因受壓力作用，也在同時(shí)以轉(zhuǎn)動(dòng)軸(7)為園心帶動(dòng)齒桿(6)右端一齊下降，而此時(shí)齒桿(6)的左端被抬起，由于齒桿(6)左端與齒輪(4)嚙合關(guān)系，所以齒輪(4)做逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，齒輪(3)與齒輪(4)雖不是一整體，但由前面所述它們間因構(gòu)造特點(diǎn)在此時(shí)齒輪(3)也與齒輪(4)同步轉(zhuǎn)動(dòng)。由于齒輪(3)與齒輪(2)也是嚙合關(guān)系，所以齒輪(2)也被轉(zhuǎn)動(dòng)。又因齒輪(2)與主動(dòng)輪(1)是一整體，所以主動(dòng)輪(1)按圖中的水平箭頭所示的方向前進(jìn)一一達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。
這時(shí)每步行程距離有下面三個(gè)主要因素相加而得到的a 人在正常行走時(shí)的每步跨度，一般在0.8-1.2米，取平均值1.0米;
b 步行器裝置工作本身的每步行程距離，此距離在作用力一定時(shí)，完全取決于該裝置中的齒桿(6)左端所能帶動(dòng)齒輪(4)的轉(zhuǎn)數(shù)和中間齒輪(4)與齒輪(3)的比值以及主動(dòng)輪(1)的直徑大小而決定，由于本設(shè)計(jì)齒桿(6)只作用齒輪(4)轉(zhuǎn)動(dòng)一周，齒輪(3)與齒輪(2)的齒數(shù)比為3，主動(dòng)輪(1)值徑是76mm，所以每步該裝置的行程距離＝1×3×76mm×∏×2(因左右腳各著地一次為一步，所以在式中×2)＝1.43米;
c 步行器裝置同人體慣性作用時(shí)的行程距離，當(dāng)踏板(5)下降到底、停止對(duì)齒桿(6)作用時(shí)(即該裝置機(jī)械傳動(dòng)停止)，雖然此時(shí)機(jī)械力消失了，但此時(shí)的慣性作用并沒(méi)有也不可能立即消失，慣性的作用還在繼續(xù)使該裝置底輪向前轉(zhuǎn)動(dòng)，在上面b中計(jì)算的機(jī)械傳動(dòng)時(shí)的距離＝1.43米，這一數(shù)字純屬理論上的計(jì)算。而對(duì)實(shí)際中客觀的慣性作用根本沒(méi)有考慮在內(nèi)。此時(shí)該裝置同站在它上面的人體的慣性作用的行程距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1.43米，經(jīng)我們具體測(cè)試，在使用前后都是滑動(dòng)軸的步行器裝置，由體重65kg的人按正常姿態(tài)走步，在平坦的柏油路面上，測(cè)得慣性行程距離在1.96-2.36米，取平均值為2.15米。
以上三個(gè)因素相加＝1.0-1.43+2.15＝4.58米，是徒步行走每步1.0米的4.58倍。
人在步行中，客觀存在的不同作用被我們?cè)O(shè)計(jì)的該裝置統(tǒng)一于一整體，而得到了最大的利用并產(chǎn)生出積極效果，所以使用本裝置有以下主要優(yōu)點(diǎn)a 速度快、省力。勢(shì)能、動(dòng)能、壓力、慣性，這些不同作用是人在行走時(shí)客觀必然發(fā)生、存在的。雖然在我們?cè)O(shè)計(jì)的該裝中利用了它們的不同作用，來(lái)提高步行速度。但并不意味著在使用本裝置時(shí)要付出多大的力，通過(guò)實(shí)際使用證明使用或不使用該裝置兩者付出的力是相差不大的，當(dāng)然不能否認(rèn)兩腳攜帶本裝置是要用力的，但按4.5倍于徒步行走時(shí)的速度上看，還是利大于弊的。然而兩者所產(chǎn)生效果卻大不一樣使用步行器裝置是步行速度的4.5倍以上。從這一點(diǎn)上說(shuō)，使用本裝置不僅速度快而且省力。
b 體積小、重量輕，安全可靠。因本發(fā)明有兩種用途，所以有兩種型號(hào)。一種專供普通人以車(chē)代步做為交通工具用的，稱平衡式的。即在該裝置底下有四個(gè)輪，腳踏上不會(huì)產(chǎn)生左右搖擺。其主要特點(diǎn)是平穩(wěn)，每支重量為1.4kg，長(zhǎng)×寬×高＝250×170×75mm。一種專供體育健身用的，稱不平衡式的，即在該裝置底下只有兩個(gè)輪一前一后按裝的，腳踏上會(huì)產(chǎn)生左右搖擺，但在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)卻能保持動(dòng)態(tài)平衡。其特點(diǎn)，比前一種平衡式的重量輕、體積小、速度快。以上兩種不同型號(hào)的該裝置其高度都不超過(guò)80mm，人踏上后與徒步時(shí)的重心改變不大，所以重心穩(wěn)，另外在設(shè)計(jì)時(shí)考慮到意外情況的發(fā)生，在平衡式中裝有剎車(chē)機(jī)構(gòu)，所以說(shuō)使用本裝置是安全可靠的。
c 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便。本發(fā)明的目的的實(shí)現(xiàn)，簡(jiǎn)單說(shuō)，只需在機(jī)械能上轉(zhuǎn)化和對(duì)壓力、慣性的利用，改變作用力方向就可以實(shí)現(xiàn)，所以該裝置結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，只有一組齒桿和一組相應(yīng)的齒輪相配合即可，同時(shí)在使用中也沒(méi)有什么特殊限制和要求，這樣對(duì)加工制造也就帶來(lái)了方便。
d 使用方便，靈活。因該裝置幾何尺寸不大且重量輕，這對(duì)使用上帶來(lái)了諸多的方便條件，可以隨身攜帶隨時(shí)使用，所以非常方便又靈活。
需要說(shuō)明的是，為簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，減輕該裝置自重，在對(duì)速度要求不太大的情況下，完全可以省去中間齒輪(3)、(4)，此時(shí)齒桿(6)可直接作用于齒輪(2)上(但轉(zhuǎn)向需要調(diào)整)也是可行的。但在本設(shè)計(jì)中有中間齒輪(3)、(4)，其主要目的a 提高速度。這一點(diǎn)在前面已經(jīng)談到，在此不重述;
b 離合作用，因齒輪(3)與齒輪(4)的構(gòu)造特點(diǎn)，在此起到了必要的離、合作用。當(dāng)腳抬起離開(kāi)地面，即踏板(5)需復(fù)位時(shí)，齒桿(6)雖然對(duì)齒輪(4)起作用(引起順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng))，但對(duì)齒輪(3)無(wú)效(不轉(zhuǎn)動(dòng))。這樣就防止了主動(dòng)輪(1)的倒轉(zhuǎn)，這一點(diǎn)在本裝置中非常重要，另一方面也可使該裝置在不完全離開(kāi)地面時(shí)，腳后跟的抬起，即踏板(5)左端的抬起并不影響主動(dòng)輪(1)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。另外為了減輕腳上帶動(dòng)本裝置的負(fù)擔(dān)，該裝置也可以在地面上滑行，不必每步都抬起，此時(shí)腳后跟完全可以在它上面做上下運(yùn)動(dòng)來(lái)驅(qū)動(dòng)本裝置前進(jìn);
c 中間齒輪(3)、(4)在此起到換向和傳遞轉(zhuǎn)矩的功能。
權(quán)利要求
1.簡(jiǎn)單的步行工具和健身用的體育運(yùn)動(dòng)器材--步行器裝置的技術(shù)特征是根據(jù)物理學(xué)機(jī)械傳動(dòng)原理，有效利用了人在徒步行走時(shí)，在每支腳交替落地的過(guò)程中，人體因重力作用必然發(fā)生，客觀存在的勢(shì)能、壓力、動(dòng)能、慣性這些不同的作用，經(jīng)機(jī)械傳動(dòng)裝置統(tǒng)一于一整體，變垂直的作用力為水平的作用力；把勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能；動(dòng)能、壓力、摜性的作用被具體的利用；應(yīng)用不同齒輪的轉(zhuǎn)速比來(lái)加大每步的行程距離，以達(dá)提高步行時(shí)的速度的目的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述該裝置的技術(shù)特征是變垂直作用力為水平作用力，是將在步行中人體的勢(shì)能、壓力垂直做用于踏板(5)上，由踏板(5)改變了作用力方向并將作用在踏板上的勢(shì)能、壓力經(jīng)踏板(5)的杠桿作用轉(zhuǎn)化為動(dòng)能驅(qū)動(dòng)齒桿(6)轉(zhuǎn)動(dòng)。由齒輪(1)齒輪(2)的不同轉(zhuǎn)速比來(lái)提高主動(dòng)輪(1)的轉(zhuǎn)速，以達(dá)提高步行時(shí)的速度。
3.由權(quán)利要求1所述本裝置的技術(shù)特征是，利用了人在行走中所具有的動(dòng)能、慣性的作用來(lái)加大每步的行程距離，當(dāng)踏板(5)左端下降到底，即一次行程的結(jié)束時(shí)齒桿(6)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，而此時(shí)站在該裝置上的人體依然具有動(dòng)能，慣性(兩者在此不能截然分開(kāi))的作用，使該裝置底輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)人體前進(jìn)，這是由于該裝置使用了滾動(dòng)來(lái)代替徒步時(shí)腳與地面的滑動(dòng)的結(jié)果。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3所述的技術(shù)特征，本發(fā)明的原理完全可以推廣應(yīng)用到如兒童推車(chē)之類(lèi)的由人力驅(qū)動(dòng)的車(chē)上，即在不改變現(xiàn)有兒童車(chē)結(jié)構(gòu)的原基礎(chǔ)上。在車(chē)的后部適當(dāng)增加一組(兩個(gè))車(chē)輪和相應(yīng)的踏板及有關(guān)的傳動(dòng)齒輪、齒桿即可，在使用時(shí)，人只要兩腳分別站在踏板上，做原地踏步行走的動(dòng)作就可以驅(qū)動(dòng)整個(gè)車(chē)體前進(jìn)，這是完全利用了人在做原地踏步時(shí)產(chǎn)生的勢(shì)能經(jīng)機(jī)械裝置轉(zhuǎn)化為動(dòng)能和利用滾動(dòng)代替滑動(dòng)的結(jié)果。
全文摘要
步行器裝置，是涉及物理學(xué)實(shí)用技術(shù)的具體應(yīng)用的機(jī)械傳動(dòng)裝置。該裝置的技術(shù)特征是利用人在步行時(shí)客觀存在的勢(shì)能、動(dòng)能、壓力、慣性這些不同作用，經(jīng)機(jī)械傳動(dòng)裝置統(tǒng)一于一體來(lái)加大每步的行程，因而提高了步行的速度。本發(fā)明是對(duì)上述不同作用的有效轉(zhuǎn)化和積極應(yīng)用的技術(shù)問(wèn)題，該發(fā)明是向社會(huì)提供一種簡(jiǎn)單實(shí)用的新式交通工具和用于體育鍛煉的新穎的健身器材——步行器裝置。
文檔編號(hào)B62M1/00GK1056280SQ9010275
公開(kāi)日1991年11月20日 申請(qǐng)日期1990年5月9日 優(yōu)先權(quán)日1990年5月9日
發(fā)明者王寶陽(yáng), 王寶光, 王軍, 王泠, 王娟 申請(qǐng)人:王寶陽(yáng), 王敏