手工操作的泵或压缩机的制作方法

专利名称：手工操作的泵或压缩机的制作方法
技术领域：
本发明涉及手工操作的泵或压缩机，其通过可压缩流体的压缩或运动或者不可压缩流体的运动而用于为自行车轮胎充气或用作其他用途。
在现有技术中已经知道有多种适合于上述用途的手工操作泵。具体地讲，许多便携式自行车泵是变容式往复动作泵，其中单一活塞在单一筒体中往复运动，而使用者直接推动活塞。我称这种装置为“传统自行车泵”。
在自行车泵的多个设计目标中，应包括以下这些特点·小型·轻质·制造成本低·压力容量高·使用迅速(能够尽可能快地将轮胎充气到理想压力)·使用容易(能够将轮胎充气到高压而不需要过大的体力)·使用方便(例如能够在不弯腰的情况下为轮胎充气)另一个理想目标是可以使儿童比成人更容易使用泵。
传统自行车泵具有多个缺点。具体地讲，为活塞同时选择孔径和行程需要有设计相容性。为轮胎充气需要一定量的能量，而传统自行车泵要求使用者直接推动活塞而压缩空气。用于压缩空气的能量等于力乘以距离。力取决于轮胎中的气压，还取决于筒体的孔径。距离则取决于泵的长度。
如果孔径较大而且行程较大，则可以快速使用泵，但孔径较大意味着在高压下所需作用到活塞上的压缩力会变得过大，而较大的行程会使得泵不容易携带。
传统自行车泵的其他缺点有，它们只占用手臂和肩膀的肌肉，而这些肌肉不是人体内的最强大肌肉，而且使用者必须弯腰以使用泵。
现有技术中已知的另一种典型自行车泵被我称作“绳索驱动泵”。
这种泵采用了另一种从使用者向泵本身传递动力的方法，以期缓解传统自行车泵的缺点。
绳索驱动泵通常包括一个由使用者的脚保持的本体和一根或多根供使用者拉动以驱动泵的绳索。本发明是一种绳索驱动泵。
从原理上讲，出于以下几个方面的原因，绳索驱动泵在前面列出的设计目标方面优于传统自行车泵。第一点，在拉动绳索时，用于压缩空气的能量也是等于力乘以距离，但此处的距离为绳索长度，该长度可以在一至二米的范围内，而装置的尺寸不会增加相应的量。第二点，使用者可以直立操作装置，这样会更加方便。第三点，由于这种操作主要是提升操作，因此使用者可以使用腿部、手臂、肩膀和背部的肌肉以拉动绳索。人体在提升物体时的效率很高，因此这种装置相对于传统自行车泵具有显著的人体工程学优势。
现已知道有两种主要的绳索驱动泵。第一种包括两个手柄并利用两只手操作，从而沿双向驱动泵。其中一个示例是US5,180,283(Vickery)。这种泵具有若干缺点。第一点，重要的一点是绳索长度必须根据每个使用者而校正，由于一些人比另一些人高，因此绳索长度必须可调。第二点，在使用之后绳索留在泵的本体之外。一般最好是将绳索卷绕在装置的一个部位上，但这会导致不美观。第三点，由于装置结构是大致对称的，因此希望使用者能将两只脚放在装置上，以使装置稳定地抵抗绳索施加在其上的张力，但这可能导致使用者失去他/她自身的平衡，而且可能会要求装置本体的尺寸比所需的大。
在第二种绳索驱动泵中，泵只沿一个方向被驱动。绳索从一个滑轮上拖出，而这个过程将会驱动泵，之后，随着手柄释放，一个卷簧会将绳索卷入滑轮上，而滑轮通过某种离合器或棘轮装置而与泵脱开。一个示例是EP 0806568(Festo)。
本发明是第二种绳索驱动泵的一个示例。
应当指出，本发明的应用并不局限于自行车泵，而是还可以用于其他充气或气体运动用途，或者通过诸如水等不可压缩流体而用于船底排水泵或类似用途。具体地讲，本发明可以用作空气压缩泵，以用在喷射系统如家庭或商业花园喷射系统中。
根据本发明，提供了一种用于运动或压缩流体的装置，其包括泵或压缩机器具，其被安排得能够通过一个输入旋转轴而接收机械式旋转驱动输入；以及驱动器具，其被安排得能够提供上述驱动输入；
上述驱动器具包括旋转部件和拉绳器具，拉绳器具绕过上述旋转部件，从而当上述拉绳器具的一端被使用者拉动时使上述旋转部件旋转，旋转部件的旋转用于提供上述机械式旋转驱动输入；以及扭矩供应器具，其被安排得能够提供一个用于收回上述拉绳器具的扭矩；其中上述旋转部件和上述扭矩供应器具不同时共轴和共面。
在前面列举的自行车泵设计目标方面，本发明相对于现有技术，特别是相对于EP 0806568中提出的装置具有显著的优势。以前的绳子驱动泵的问题是，给出的结构会导致泵过大、过重或过于昂贵，因而没有商业可行性。EP 0806568中显示的主弹簧卷绕在滑轮内侧，这是节省总体结构空间的显而易见的途径。然而，本发明通过与直觉相反的方式而节省了空间，即将弹簧与滑轮分隔开，从而增加了弹簧滚筒的外径，并因此而减小了滑轮内径。
这种结构能够减小装置总体尺寸的原因在于，弹簧与滑轮分开使得这两个关键元件能够自由和独立地设计。使用较大直径的弹簧滚筒可以使弹簧具有较多的圈数。而在EP 0806568中，圈数增多没有益处，因为这将导致滑轮直径增大，而这对于给定的拉出长度而言将减少绳子的圈数。根据本发明，弹簧的直径可以增大，以使可用圈数增多，而滑轮直径可以减小，从而对于给定的拉出长度，滑轮可以旋转通过更多的圈数。
为了给自行车充气，根据轮胎的尺寸和所需压力，需要压缩一定体积的自由空气。希望尽可能以最少的拉动次数实现这一点。本发明使得每次拉动绳子能够压缩较大体积的空气，或者能够在不缩小每次拉动绳子传输的空气量的前提下减小筒体尺寸。由于筒体是装置中的最大元件，因此这样可以使装置的总体尺寸减小。
EP 0806568中提出的装置不能够在每次拉动绳子时压缩大体积的自由空气，除非采用更大的筒体。如果采用了更大的筒体，则装置将变得更大，从而难以在高压下拉动绳子。
本发明使得绳子能够初始缠绕在较小滑轮直径上，因此当大部分绳子从滑轮上展开后，对于给定长度的拉出绳子，会有较大体积的空气被压缩。然而，在绳子卷绕到滑轮上时，滑轮的有效直径会增大。在较大有效直径时的效果是，对于给定长度的拉出绳子，被压缩的空气体积较小。
这种情况发生在大部分绳子卷绕在滑轮上时，即在手柄接近装置时。因此，在手柄接近装置时绳子更容易拉动而泵将缓慢运转。这一点的有益之处在于，可以更容易地启动泵(克服任何静摩擦力并建立初始动量)，而且可以使泵近早被身材较小的人，特别是儿童所使用。
一旦滑轮和主轴开始旋转，系统即获得了一定的惯性，而初始的静摩擦力会被克服。因此有益之处在于，随着绳子从滑轮上展开，滑轮的有效直径将减小，从而在给定的绳子拉出长度中压缩更多的空气。
这种效果的另一个有益之处是因人的身材差异而导致的身材较小的人，特别是儿童，一般来说比身材高大的人弱。本发明的优势是，供儿童使用的滑轮有效直径比供成人使用的大，因此强壮的人能够利用他们的力量而更快地为轮胎充气，而身材较小的人也具有足够的力量将轮胎充气到高压。
本发明的优选实施例中采用了圆形横截面的标准绳子，如图中所示。然而，在一个替换性实施例中，采用了纤维或塑料带缠绕在滑轮上，带的宽度被设计得略小于滑轮凸缘之间的间隙。这样就使得上述效果更可预见到，因为同缠绕在滑轮上的绳子相比，带以更可预料的方式缠绕在滑轮上。此外，绳子有可能侧向推压在滑轮凸缘上，因此凸缘必须设计得足够结实，以承受这种侧向负载，而带倾向于平坦地卷绕在自身上，而不会向滑轮的凸缘施加很大的侧向负载。
前面描述了本发明是如何使装置尺寸小于EP 0806568中提出的结构的。有几个因素将防止装置的尺寸减小得超出特定极限。这些因素中最重要的是弹簧可以释放出的圈数。因此在设计装置时为使尺寸最小化，重要的一点是不能象EP 0806568中那样将绳子卷绕在弹簧外侧。其他限制装置尺寸减小的因素有材料强度因素、人体工程学因素(脚踏板和手柄的尺寸)和热量因素(由于空气压缩会产生热量，因此必须利用装置中的元件适宜地散热)。
在优选实施例中，上述泵或压缩机包括一个双端式活塞，二者被一个带有轴承的曲柄轴对中驱动，上述曲柄轴和轴承作为凸轮而作用在一对由上述活塞的平行内表面构成的从动件上。
在优选实施例中，上述扭矩供应器具包括一个收缩器式弹簧。
在优选实施例中，上述驱动器具还包括一个滑轮，其被安排得能够将上述拉绳装置卷绕在其上，从而在拉动拉绳器具的自由端时导致上述滑轮旋转。
还是在优选实施例中，上述传动装置包括飞轮/离合器器具，其被安排得能够在卷入过程中使滑轮的旋转不被传递到上述旋转轴上。
还是在优选实施例中，上述扭矩供应器具从上述滑轮径向错开，上述扭矩供应器具卷绕在第二轴上，而且上述滑轮的旋转通过安装在上述滑轮上的第一正齿轮和安装在上述第二轴上的第二正齿轮而联系着上述第二轴的旋转。
下面将参照前四个附图描述本发明的优选实施例，其中

图1示出了完全组装好的装置。
图2示出了使用时的组装装置，其中软管和连接器被取出而手柄被拉出。
图3示出了组装装置从外壳中拆出而且不带软管和连接器时的情景。
图4示出了图3所示装置的分解图。
在文中的后面部分将参照其他附图描述其他实施例，其中图5示出了曲柄轴实施例的组装装置从外壳中拆出而且不带软管和连接器时的情景。
图6示出了图5所示装置的分解图。
图7示出了凸轮实施例的完全组装好的装置。
图8示出了凸轮实施例的组装装置，其中盖子被拆下以显示本发明的主要元件。
图9示出了凸轮实施例的组装装置的一个剖面。
图10示出了从外壳中取出后的凸轮实施例的组装装置。
图11示出了凸轮轮廓和结构数据。
图12示出了凸轮实施例的无离合器型式示例。
图13示出了旋转夹板实施例的完全组装好的装置。
图14示出了旋转夹板实施例，其中盖子被拆下以显示本发明的主要元件。
图15示出了从外壳中取出后的旋转夹板实施例。
图16示出了全部圆形、多边形和不对称轴的横截面。
图17示出了平行于主轴的自由轴。
现在参照图1至4描述本发明的优选实施例。
图1示出的装置大致容纳在一个由‘底座’2A和‘盖子’2B构成的‘外壳’1中。图2示出的一根‘绳子’3经过盖子2B中的‘孔’4而引出，绳子3的外端附着在‘手柄’5上。盖子2B被设计得带有一个‘脚踏板’6，从而使得使用者能够用脚将脚踏板保持在就位于地面上，以抵抗由于通过手柄5施加到绳子3上的张力而在脚踏板上引起的力。图2中还示出了一根气动‘软管’7连接着‘连接器’8。连接器8可以连接到自行车轮胎上，并且适用于Schrader或Presta型气门。连接器8上还可以装有压力表(未示出)。
图3和4中示出了装置的其余部分。绳子3卷绕在滑轮9上绳子3的一端附着在手柄5上，另一端附着在滑轮9上。
滑轮9安装在‘飞轮离合器’10上，飞轮离合器本身又安装在‘主轴’11上。飞轮离合器10使得滑轮9能够沿一个方向相对于主轴11自由旋转，但能够阻止滑轮9沿相反方向相对于主轴11旋转。
主轴11安装在‘主轴承’12与‘副轴承’13之间。主轴承12安装在‘支架’14上，副轴承13在底座2A和盖子2B组装时被俘获在这两个部件之间。主轴11的一端位于副轴承13内。
主轴11的另一端附着在‘凸轮’15上，凸轮15上安装着‘凸轮轴承’16。凸轮轴承16相对于轴柱11的轴线偏心安置。
凸轮轴承16装配在位于‘活塞’18中央的‘凹槽’17中。活塞可以在一对‘筒体’19内自由地往复运动。两个筒体19安装在支架14上，二者的共同轴线垂直于主轴11的轴线。
在活塞18的每个端部附近分别有一个‘槽’20，用于容纳在活塞18与筒体19之间形成了气动密封的‘O形圈’21。
在每个筒体19的外端分别有一个‘端盖’22，每个端盖分别包括一个进气阀(未示出)、一个排气阀(未示出)和用于在端盖22于筒体19之间形成气动密封的装置。
端盖22通过‘螺钉’23而保持就位，螺钉23穿过端盖22中的‘间隙孔’24并紧固在支架14中的‘螺纹孔’25中。筒体19被俘获在端盖22与支架14之间。
端盖22带有‘出口’26，用于使两个端盖彼此连通并与软管7连通。
‘第二轴’27平行于主轴11安置。滑轮9中装有‘第一齿轮’28，第二轴27中装有‘第二齿轮’29。主轴11和第二轴27被这样安置，即它们之间的距离可以使得第一齿轮28与第二齿轮29永久啮合。
第二轴27安装在‘弹簧轴承’30与‘弹簧滚筒’31之间。弹簧轴承30在底座2A和盖子2B组装时被俘获在这两个部件之间。弹簧滚筒31由具有一定轴承性质的塑料制成，从而能够为第二轴27提供第二轴承。
‘主弹簧’32是回动式弹簧并且卷绕在弹簧滚筒31内。主弹簧32的一端附着在弹簧滚筒31的圆周上，另一端附着在第二轴27上，从而在这两个元件之间提供扭矩。
前面所述装置中的元件被这样布置，即当手柄5被从滑轮9拉出时，飞轮离合器10锁定并阻止滑轮9相对于主轴11旋转，而第二轴27相对于弹簧滚筒31的转动将增加主弹簧32中的张力。与此类似，当手柄15向着滑轮9移回时，主弹簧32将释放它的张力，以导致滑轮9相对于主轴11旋转，因为此时飞轮离合器10在这个方向是释放的。这将引起绳子3卷绕在滑轮9上。
装置的组装使得在任何时候主弹簧32中均有张力。主弹簧32通过第一齿轮28和第二齿轮29而与滑轮9相连可以确保这种张力总能传递到绳子3上。
下面将参照图2至4描述本实施例在用于向自行车轮胎充气时的操作。
装置邻近于将要充气的轮胎被放置在地面上，而连接器被附着在轮胎气门上。装置应当距轮胎足够近，以防止软管被过度拉深。使用者将他/她的脚放在脚踏板上，以将装置保持就位，然后再用他/她的手抓住手柄。
之后，使用者反复拉动手柄，以导致绳子从滑轮上展开，再释放手柄以使主弹簧将绳子卷回到滑轮上。当使用者拉动手柄时，绳子从滑轮上展开而滑轮通过飞轮离合器带动主轴。主轴将导致凸轮和凸轮轴承旋转，凸轮轴承将交替作用在活塞中央凹槽的对置表面上，以引起活塞在筒体中往复运动。随着活塞移向一个端盖，筒体中的位于活塞与该端盖之间的空气被压缩并导致排气阀打开，以使压缩空气经过端盖、出口、软管、连接器和轮胎气门而流入轮胎中。
在活塞通过上死点后，它将从端盖返回。这将导致排气阀关闭而进气阀打开，以使空气从外界流入筒体中。这个动作将一直持续到活塞到达下死点，此时进气阀将关闭而活塞开始向着端盖移回，从而再次压缩筒体中的空气。
活塞的两端以相反的相态操作，从而使得一端压缩空气而另一端抽吸空气，反之亦然。
此外，在使用者拉动手柄时，滑轮的旋转还被第一齿轮和第二齿轮传递到弹簧轴。随着弹簧轴旋转，将导致弹簧中的张力增大。这一动作将一直持续直至使用者达到拉出行程末端。
在拉出行程的末端，主弹簧处于张力作用下，而张力会通过第一齿轮和第二齿轮传递到绳子上。使用者将手柄向着装置移回，弹簧中的张力将导致绳子卷回到滑轮上。在过程的这个部分中，飞轮离合器被释放，因而在绳子卷绕到滑轮上时主轴和活塞保持空转。
使用者可以根据需要而完成多次行程，以反复拉动绳子再使绳子被弹簧卷回，直至使用者对轮胎中的压力感到满意。可以在装置中安装压力表，以有助于判断上述状态。之后，连接器可以从Schrader或Presta型气门上卸下，而轮胎充气过程就结束了。
在前面列举的自行车泵设计目标方面，本发明相对于现有技术，特别是相对于EP 0806568中提出的装置具有显著的优势。以前的绳子驱动泵的问题是，给出的结构会导致泵过大、过重或过于昂贵，因而没有商业可行性。EP 0806568中显示的主弹簧卷绕在滑轮内侧，这是节省总体结构空间的显而易见的途径。然而，本发明通过与直觉相反的方式而节省了空间，即将弹簧与滑轮分隔开，从而增加了弹簧滚筒的外径，并因此而减小了滑轮内径。
这种结构能够减小装置总体尺寸的原因在于，弹簧与滑轮分开使得这两个关键元件能够自由和独立地设计。使用较大直径的弹簧滚筒可以使弹簧具有较多的圈数。而在EP 0806568中，圈数较多没有益处，因为这将导致滑轮直径增大，而这对于给定的拉出长度而言将减少绳子的圈数。根据本发明，弹簧的直径可以增大，以使可用圈数增多，而滑轮直径可以减小，从而对于给定的拉出长度，滑轮可以旋转通过更多的圈数。
为了给自行车充气，根据轮胎的尺寸和所需压力，需要压缩一定体积的自由空气。希望尽可能以最少的拉动次数实现这一点。本发明使得每次拉动绳子能够压缩较大体积的空气，或者能够在不缩小每次拉动绳子传输的空气量的前提下减小筒体尺寸。由于筒体是装置中的最大元件，因此这样可以使装置的总体尺寸减小。
EP 0806568中提出的装置不能够在每次拉动绳子时压缩大体积的自由空气，除非采用更大的筒体。如果采用了更大的筒体，则装置将变得更大，从而难以在高压下拉动绳子。
本发明使得绳子能够初始缠绕在较小滑轮直径上，因此当大部分绳子从滑轮上展开后，对于给定长度的拉出绳子，会有较大体积的空气被压缩。然而，在绳子卷绕到滑轮上时，滑轮的有效直径会增大。在较大有效直径时的效果是，对于给定长度的拉出绳子，被压缩的空气体积较小。
这种情况发生在大部分绳子卷绕在滑轮上时，即在手柄接近装置时。因此，在手柄接近装置时绳子更容易拉动而泵将缓慢运转。这一点的有益之处在于，可以更容易地启动泵(克服任何静摩擦力并建立初始动量)，而且可以使泵近早被身材较小的人，特别是儿童所使用。
一旦滑轮和主轴开始旋转，系统即获得了一定的惯性，而初始的静摩擦力会被克服。因此有益之处在于，随着绳子从滑轮上展开，滑轮的有效直径将减小，从而在给定的绳子拉出长度中压缩更多的空气。
这种效果的另一个有益之处是因人的身材差异而导致的身材较小的人，特别是儿童，一般来说比身材高大的人弱。本发明的优势是，供儿童使用的滑轮有效直径比供成人使用的大，因此强壮的人能够利用他们的力量而更快地为轮胎充气，而身材较小的人也具有足够的力量将轮胎充气到高压。
本发明的优选实施例中采用了圆形横截面的标准绳子，如图中所示。然而，在一个替换性实施例中，采用了纤维或塑料带缠绕在滑轮上，带的宽度被设计得略小于滑轮凸缘之间的间隙。这样就使得上述效果更可预见到，因为同缠绕在滑轮上的绳子相比，带以更可预料的方式缠绕在滑轮上。此外，绳子有可能侧向推压在滑轮凸缘上，因此凸缘必须设计得足够结实，以承受这种侧向负载，而带倾向于平坦地卷绕在自身上，而不会向滑轮的凸缘施加很大的侧向负载。
前面描述了本发明是如何使装置尺寸小于EP 0806568中提出的结构的。有几个因素将防止装置的尺寸减小得超出特定极限。这些因素中最重要的是弹簧可以释放出的圈数。因此在设计装置时为使尺寸最小化，重要的一点是，不能象EP 0806568中那样将绳子卷绕在弹簧外侧。其他限制装置尺寸减小的因素有材料强度因素、人体工程学因素(脚踏板和手柄的尺寸)和热量因素(由于空气压缩会产生热量，因此必须利用装置中的元件适宜地散热)。
下面描述本发明的其他实施例。
尽管优选实施例中描述了往复泵，但本发明并不局限于往复泵。具体地讲，主轴可以连接到旋转泵上。在本发明的双螺杆实施例、罗茨鼓风机实施例、齿轮泵实施例和旋转齿实施例中，输出轴连接着压缩机的一根轴，而压缩机的另一根轴被运行于这两根轴之间的一套同步齿轮或类似机构驱动。
在本发明的卷轴实施例中，主轴连接着卷轴压缩机的轴。
尽管优选实施例是双筒体实施例，但装置可以只包括一个筒体，或者可以包括两个以上的筒体。
优选实施例中描述了单一的活塞被凸轮轴承驱动的情况，凸轮轴承在装于主轴上的凸轮上旋转。在仿形凸轮实施例中，活塞被仿形凸轮而非圆形凸轮驱动，从而随着轴的旋转而平滑地动作。这样做的优点是能够使循环力至少在一定程度上平滑地输出，从而使装置的急动变得轻微，并且降低装置中的峰值应力。
同样，在仿形活塞实施例中，活塞中的凹槽的内表面被仿形加工，以使装置随着轴旋转而进行的动作更平滑，从而获得与仿形凸轮实施例中相同的优点。
本发明的曲柄轴实施例与优选实施例截然不同，现在参照图5和6进行描述。
图5和6中示出了缠绕在滑轮9上的绳子3，绳子3的一端附着在手柄5上，另一端附着在滑轮9上。
滑轮9安装在飞轮离合器10上，飞轮离合器本身安装在主轴11上。飞轮离合器10使得滑轮9能够沿一个方向相对于主轴11自由旋转，但能够阻止滑轮9沿相反方向相对于主轴11旋转。
主弹簧32容纳在弹簧滚筒31中，以使主弹簧32的一端附着在滑轮9上，而主弹簧32的另一端附着在弹簧滚筒31上。弹簧滚筒31安装在外壳(未示出)中，以使主弹簧32能够在滑轮9与外壳之间提供扭矩。除非另加限制，否则滑轮9和主轴11均能够绕着弹簧滚筒31自由旋转。
主轴11安装在一对‘主轴承’33之间，每个主轴承分别构成了一个‘支架’34的一部分。两个支架34相对固定在外壳上。
主轴11的每端分别带有一个形成了D形的‘切口’35，以防止一对‘曲柄’36相对于主轴11旋转。曲柄36彼此以相反的相态(旋转180度)安装在主轴11上。每个曲柄36分别具有一个偏心‘插销’37，插销上安装着‘连杆’38的一端。每个连杆38的另一端分别以可旋转的方式安装在相应一个‘活塞’39背部的凹槽(未示出)中。
每个活塞39还包括一个活塞密封(未示出)，类似于图3和4中所示。
每个支架34还包括一个‘筒体’40，活塞39可以在筒体中自由地往复运动。每个筒体40的一端分别有一个气动密封在上述筒体40上的‘端盖’41。系杆(未示出)以类似于图3和图4中的方式将每个端盖41连接到它的支架34。
每个端盖41分别具有一个‘进气阀’42和一个‘排气阀’43。
前面所述装置中的元件被这样布置，即当手柄5被从滑轮9拉出时，飞轮离合器10锁定并阻止滑轮9相对于主轴11旋转，而主轴11相对于弹簧滚筒31的转动将增加主弹簧32中的张力。与此类似，当手柄15向着滑轮9移回时，主弹簧32将释放它的张力，从而导致滑轮9相对于主轴11旋转，因为此时飞轮离合器10在这个方向是释放的。这将引起绳子3卷绕在滑轮9上。
装置的组装使得在任何时候主弹簧32中均有张力。主弹簧32与滑轮9相连可以确保这种张力总能传递到绳子3上。
尽管本实施例中未显示出外壳，但可以理解，装置应当容纳在与图1和2中所示优选实施例中类似的外壳中。
曲柄轴实施例的操作类似于优选实施例，因此不再详细描述。
显然，优选实施例与曲柄轴实施例有两个基本差别。第一点，优选实施例利用凸轮操作，而曲柄轴实施例利用曲柄轴系统操作。第二点，优选实施例的主弹簧与滑轮径向分隔开，而曲柄轴实施例的主弹簧与滑轮轴向分隔开。显然这些概念可以因此而以其他两种方式组合起来。
首先，优选实施例中可以具有同轴型式。这种型式中包括一个如图1至4中所示的凸轮驱动泵，但主弹簧不是位于第二轴上而是位于主轴上，如图5和6中的曲柄轴实施例所示。
其次，可以有曲柄轴和齿轮实施例，其中图5和6中所示的曲柄轴结构与图1至4中所示的弹簧和滑轮结构组合起来。
前面的实施例描述了弹簧沿轴向或径向从滑轮上错开的情况。显然，弹簧不但可以错开，而且还可以转动一个或小或大的角度。具体地讲，弹簧可以转过90度，从而使弹簧轴与主轴轴线正交。
在棘轮实施例中，飞轮离合器被替换成棘轮系统。
在减速实施例中，第二齿轮上的齿数多于第一齿轮上的齿数。这种结构的效果是，主滑轮的旋转圈数多于弹簧轴的旋转圈数。这一点的益处在于，卷簧一般不能提供多于大约30-40圈，而滑轮上的绳子则希望多于上述圈数。
三轴实施例是减速实施例的一个特别示例。在已经描述过的减速实施例中，第二齿轮上的齿数多于第一齿轮上的齿数。因此第二齿轮的直径大于第一齿轮。根据减小装置总体尺寸的目标，最好是减小第一齿轮的尺寸而不是增大第二齿轮的尺寸。然而，这将导致弹簧滚筒与滑轮之间发生干涉，除非再加入第三轴和第三齿轮。如果第三轴和齿轮被安置得距主轴比距弹簧轴近，则齿轮应当这样布置，即第一和第二齿轮均与第三齿轮啮合(但不彼此啮合)，这样主滑轮的旋转圈数可以多于弹簧轴的旋转圈数，而又不必增大第一齿轮或第二齿轮的直径。
在同步皮带实施例中，轴滑轮与弹簧轴的旋转连接是通过在主滑轮和弹簧轴上安装齿形带轮以取代齿轮而实现的。两个齿形带轮彼此通过同步皮带彼此连接。与减速实施例一样，这样也可以使第二齿形带轮上的齿数多于第一齿形带轮上的齿数，以使主滑轮的旋转圈数多于弹簧轴的旋转圈数。
在橡胶条实施例中，采用了橡胶条以取代主弹簧。橡胶条被保持张紧于两个钩子之间，一个钩子附着在弹簧轴上，另一个钩子刚性附着在外壳上。随着钩子彼此相对旋转，橡胶条将扭曲，从而在两个钩子之间产生扭矩。
在扭杆实施例中，采用了扭杆以取代主弹簧。扭杆几乎完全不可能转动30-40圈，因此这种结构最好与减速实施例、三轴实施例或同步皮带实施例相结合。
凸轮实施例是本发明的一个重要示例。说明书中的以下五页主要描述本发明的凸轮实施例。
根据本发明的凸轮实施例，提供了用于运动或压缩流体的装置，其包括泵或压缩机器具，其被安排得能够通过一个输入旋转轴而接收机械式旋转驱动输入；以及驱动器具，其被安排得能够提供上述驱动输入；上述驱动器具包括拉绳器具和用于在使用者拉动上述拉绳器具一端时传输上述拉绳器具的运动以带动上述旋转轴旋转的器具；以及上述泵或压缩机器具包括一个可以在筒体中轴向移动的活塞、被安排得与上述旋转轴一起旋转的凸轮器具和被安排得与上述凸轮器具相互作用并操纵上述活塞的凸轮从动器具。
上述凸轮从动件可以相对于上述活塞固定，甚至可以与上述活塞形成一体。
装置还可以包括多个上述活塞。例如，装置可以包括两个上述活塞，二者被安排得能够在相应的筒体中沿相同轴线但以相反相位移动。
在一个优选实施例中，上述驱动器具包括一个滑轮，其被安排得能够将上述拉绳装置卷绕在其上，从而在拉动拉绳器具的施力端时导致上述滑轮旋转；传动器具，其被安排得能够将上述滑轮的旋转运动传递到上述旋转轴上；以及弹簧器具，其被安排得能够将上述拉绳器具卷入上述滑轮上；其中上述传动装置包括飞轮/离合器器具，飞轮/离合器器具被安排得能够在卷入过程中使滑轮的旋转不被传递到上述旋转轴上。
在另一个优选实施例中，上述驱动器具包括一个旋转部件，上述拉绳器具被安排得能够绕过上述旋转部件，从而使得使用者施加到上述拉绳器具一端的张力能够导致上述旋转部件旋转；以及传动器具，其被安排得能够将上述旋转部件的旋转运动传递到上述旋转轴上。
下面参照图7至10描述本发明的凸轮实施例。
图7中示出的装置大致在‘外壳’201中被‘盖子’202覆盖着。所示‘绳子’203经过盖子202中的‘孔’204引出，绳子203的外端附着在‘手柄’205上。盖子202被设计得带有两个‘脚踏板’206，从而使得使用者能够用他/她的脚将脚踏板保持在就位于地面上，以抵抗由于通过手柄205施加到绳子203上的张力而在脚踏板上引起的力。
图8至10示出了装置的其余部分。首先，显示了一个‘固定轴’207安装在外壳201的侧面并终止于‘滑轮’208内部。滑轮208以可旋转的方式安装在固定轴207上，‘卷簧’209用于在固定轴207与滑轮208之间产生扭矩。
卷簧209反向卷绕在滑轮208中的一个‘凹槽’210中，卷簧209的外端附着在滑轮208中的凹槽210的内侧。卷簧209的内端附着在固定轴207上。
绳子203环绕着滑轮208的外侧卷绕，绳子一端附着在滑轮208外侧。绳子203穿过盖子202中的孔204。绳子203以这样的方向缠绕在滑轮208上，即弹簧209的作用将向滑轮208施加扭矩，从而在没有任何张力施加在绳子203上时可以导致绳子自己卷绕在滑轮208上。装置被这样初始设置，即当手柄205被恰好拉到盖子202中的孔204中时，卷簧209中有一个小量残余张力，以便在绳子203中产生相应量的张力。
‘飞轮离合器’211可以绕着固定轴207的轴线自由旋转。飞轮离合器211的‘外座圈’212附着在滑轮208上，而飞轮离合器211的‘内座圈’213连接着与固定轴207同轴的‘旋转轴’214。飞轮离合器211被这样设立，即当绳索203被手柄205拉动时，内座圈213不会相对于外座圈212旋转，而整个飞轮离合器211因此能够与滑轮208一起旋转，但当卷簧209带动滑轮208反向旋转以卷入绳子203时，内座圈213将相对于外座圈212旋转，从而使外座圈212与滑轮209一起旋转，同时内座圈213保持静止。
旋转轴214穿过一个位于‘支架’216中的‘轴承’215并携带着一个位于‘往复轴’218内部的‘凸轮’217，旋转轴位于凸轮217上的用作平板从动件的两个平行表面之间。往复轴218能够自由滑动经过支架216中的‘滑动轴承’219。往复轴218的每端分别终止于一个能够在相应‘筒体’221中自由往复运动的‘活塞’220。每个筒体221外端分别有一个用于将空气从大气抽入筒体221中的‘进气阀’222和一个用于将压缩空气从筒体221传输到软管(未示出)中的‘排气阀’223。软管的另一端装配着一个适宜的接头(未示出)，用以将该端部气密性连接导适宜的气门上。在自行车轮胎方面，该气门很可能是Schrader或Presta型气门。
凸轮的轮廓被设计得能够舒缓急动现象，在利用简单的曲柄轴和连杆系统驱动泵时可能会出现这种急动。这种凸轮轮廓的性质将在后文中详细描述。
下面参照图8至10描述这种实施例用于为自行车充气时的操作。
装置邻近于将要充气的轮胎被放置在地面上，而接头被附着在轮胎气门上。装置应当距轮胎足够近，以防止软管被过度拉深。操作者将他/她的脚放在脚踏板上，以将装置保持就位，然后再用他/她的手抓住手柄。
之后，操作者反复拉动手柄，以导致绳子从滑轮上展开，再释放手柄以使卷簧将绳子卷回到滑轮上。这种动作将在下一段中详细描述。
当操作者拉动手柄时，绳子从滑轮上展开，而且随着滑轮的旋转弹簧中的张力将增大。此外，当滑轮沿这个方向旋转时，飞轮离合器锁定，因此飞轮离合器的内座圈将引起凸轮绕着旋转轴的轴线旋转。凸轮在往复轴的平行表面间旋转，并交替式先后作用在两个表面上，从而先沿一个方向再沿另一方向推动往复轴。往复轴在移动时将推动一个筒体中的活塞，以压缩该筒体中的空气并最终通过排气阀将压缩空气排入软管中，因此通过接头和Schrader或Presta型气门将空气排入轮胎本身中。同时，另一活塞从它的阀处移开，活塞初始是被筒体中的残余高压空气推动，然后再被往复轴推动。随着该活塞在筒体中移动，进气阀将打开，以使空气自由流入筒体中。只要绳子在被拉动，则该活塞就将会反复前一活塞的过程。
当操作者释放了手柄后，卷簧将导致绳子卷回到滑轮上。在这个阶段，飞轮离合器是自由的，而飞轮离合器的内座圈将与外座圈断开关系，随着绳子卷绕到滑轮上，外座圈将与滑轮一起旋转。
一旦使用者认为轮胎中的气压足够了(可以为装置装配压力表)，手柄即可以完全释放并在卷簧的作用下退回到外壳中。接头可以从Schrader或Presta型气门上卸下，而充气过程就结束了。
凸轮的轮廓是根据从动件形状的选择和装置的理想操作特性而确定的。图11中示出了平板从动件应用中的一种典型凸轮轮廓。该凸轮被设计得能够在中等压力下实现平滑操作，其中在上死点具有十度的停留时间(以使空气有时间流入和流出筒体)。表中示出了用于产生凸轮工作轮廓的数据，当活塞位于筒体底部时凸轮的半径变化率最大，随着活塞接近筒体顶部，半径变化率逐渐减小而活塞在筒体中推压着高压空气。轮廓从180度至360度是无用的，在这里凸轮将首先抵靠着一个活塞然后再抵靠着另一活塞，因此凸轮外侧永远不被使用。凸轮的这个无用侧的一部分必须去掉以形成如图所示的‘缺口’224，以防止该侧碰撞活塞并阻塞装置。
本发明优于现有技术的原因是，由于使用了适宜设计的凸轮，因此能够舒缓基于曲柄轴和连杆的系统中存在的相当大的急动现象。这样不但能够使装置的操作更平滑，还能够降低所涉及的峰值力，从而减小峰值应力并且能够利用更小和更轻的元件制造装置。本发明还使得较大筒体能够被使用，而又不会导致过大的急动现象和过大的峰值力。另一个优点是装置可以缩小，这是因为凸轮可以直接作用在活塞底部，而曲柄轴必须通过连杆操作活塞。采用连杆会导致基于曲柄轴和连杆的系统增大，增大量粗略地等于连杆长度。由于不需要使用曲柄轴，因此同基于曲柄轴和连杆的系统相比构件数量较少，所以本发明的装置的制造成本也较低。
在与基本上根据EP 0806568进行操作的拉绳泵结合使用时，本发明的主要优势在于能够使用较大的筒体而不会增加峰值力。由于卷簧不能可靠地获得30-40以上的圈数，因此这种类型的泵必须装有齿轮箱器具或使用大筒体。这样除非使用齿轮箱器具或大筒体，否则就不能为根据本发明制造的泵提供出快速充满自行车轮胎所需的足够容积。
在与无离合器拉绳泵(如图12所示并将在后文中描述)结合使用时，可以通过减小旋转轴的直径而避免使用大筒体，但同曲柄轴和连杆实施例相比，本发明可以更平滑地操作，以便在需要时有助于绳子抓持旋转轴。与曲柄轴和连杆实施例相关的循环力会产生振动而影响到绳子抓持旋转轴的能力，从而降低泵的效率并且可能导致绳子和装置中的其他零件过度磨损。
下面描述本发明的凸轮实施例的其他型式。
对于本发明的凸轮实施例的单筒体型式，一个凸轮可以被设计得能够在显著超过180度的范围内使装置平滑运行，但如果不使用其他平滑元件如弹簧系统，则不能在360度的范围内使装置平滑运行。可以安置弹簧以便在空气未被压缩的周期部分中吸收能量，并在空气被压缩的周期部分中将能量释放回活塞上。还需要一个弹簧或类似结构，以便在空气被抽入筒体中时将活塞推压在凸轮上。
对于装有两个或多个筒体的实施例，可以根据给定压力而设计凸轮轮廓，以便在360度内获得大致平滑的运行。
在一些实施例中，多个活塞可以被主轴上的一个或多个凸轮操纵。
在本发明的凸轮实施例的无离合器型式中，可以通过将绳子绕着旋转轴缠绕少量几次而实现离合器的功能，这样当绳子被拉动时，绳子将抓持住旋转轴并驱动该轴，但当绳子释放时，它将在轴表面上滑过并卷回到滑轮上。这种结构的一个示例显示于图12中。
图12中示出了一个用于张紧绳子的系统，其包括一个安装在‘安装块’226上的固定‘辅助轴’(未示出)，滑轮以可旋转的方式安装在辅助轴上，卷簧用于在辅助轴与滑轮之间产生扭矩。
绳子的内端附着在滑轮上。之后绳子被环绕着‘主轴’227卷绕多次(图中示出了一又四分之三圈)，再经过盖子中的孔引出并附着到手柄上。绳子绕着主轴卷绕的圈数应当足够多，从而在绳子的‘尾部’203A和‘工作部分’203B均具有张力时使绳子能够向主轴施加足够的扭矩以驱动主轴，但圈数还应足够少，从而只在绳子的尾部具有张力时使绳子能够绕着主轴滑动。所需圈数取决于许多因素，包括绳子设计方案、主轴设计方案和绳子尾端中的张力。在某些情况下，所需圈数可能少于一圈。
位于主轴底侧的两圈绳子被‘绳子导向件’228分隔开，该导向件邻近于主轴延伸通过，以防止绳子沿着主轴移动。
在本发明的凸轮实施例的一些型式中，装置可以被这样设计，即泵沿两个方向驱动(更类似于US 5,180,283)，而凸轮的轮廓可以对称设计，以使泵沿两个方向非常同等地驱动。
在本发明的凸轮实施例的一些型式中，可以采用其他方案的凸轮，而且凸轮的形状可以改变以适合于凸轮从动件的形状。
旋转夹板实施例是本发明的另一个重要示例。本文从这里开始直至说明书结束主要描述本发明的旋转夹板实施例。
本发明的旋转夹板实施例提供了用于运动或压缩流体的装置，其包括
泵或压缩机器具，其被安排得能够接收机械式旋转驱动输入；以及驱动器具，其被安排得能够提供上述驱动输入；上述驱动器具包括旋转部件和绕过上述旋转部件的拉绳器具，上述拉绳器具的第一端被安排得具有施加在其上的第一张力，而上述拉绳器具的第二端被安排得具有使用者施加在其上的第二张力，这样，使用者施加的上述第二张力将导致上述拉绳器具沿第一方向运动和上述旋转部件相应地旋转，上述旋转用于提供上述机械式旋转输入。
拉绳器具可以绕过上述旋转部件，环绕程度可以多于一整圈、等于一整圈或少于一整圈。拉绳器具可以包括缆绳、绳索、绳子、弦线、链条和皮带中的一种。
在旋转夹板实施例中，装置还包括一个与上述旋转部件分隔开的收取器具，其被安排得能够向上述拉绳器具的上述第一端施加上述第一力，并且在没有上述第二力时收回上述拉绳器具。收取器具优选包括一个卷绕着拉绳器具的卷绕器具和与上述卷绕器具相关联以便向上述拉绳器具施加上述第一力的弹簧器具。
在一个替换性实施例中，上述拉绳器具的第一端被安排得具有被上述或其他使用者施加到其上的第一力。
在旋转夹板实施例中，在没有第二力时，上述第一力将导致上述拉绳器具沿着与上述第一方向相反的第二方向运动，而且优选使这种运动基本上不引起上述旋转部件的相应旋转。
这在旋转夹板实施例中容易实现，因为是通过摩擦接触的方式使力从上述拉绳器具传输到上述旋转部件而导致上述旋转的。
拉绳器具可以被安排得绕过具有圆形或多边形横截面的上述旋转部件的一部分。在一些实施例中，旋转部件上的用于绕过拉绳器具的部分的横截面被成型得能够使上述拉绳器具局部变形，从而增大抓持力。在另一个替换性实施例中，横截面是不对称的，从而沿一个方向的抓持力大于沿另一方向的。在另一个替换性实施例中，旋转部件上的用于绕过拉绳器具的部分包括抓持器具，用于在上述拉绳器具沿第一方向拉动时抓持拉绳器具，而在上述拉绳器具沿第二方向拉动时释放拉绳器具。在后一结构中，抓持器具可以包括一个蛤毂形夹板。
此外，旋转部件可以包括具有不同横截面的部分，而上述拉绳器具选择性地绕过上述部分中的一个。具体地讲，上述部分中的一个的横截面可以大于另一个。
旋转部件优选为旋转轴，其从上述泵或压缩机器具延伸出来并向后者提供驱动输入。
下面参照图13至15描述本发明的旋转夹板实施例。
图13中示出的装置大致在‘外壳’101中被‘盖子’102覆盖着。所示‘绳子’103经过盖子102中的‘孔’104引出，绳子103的外端附着在‘手柄’105上。盖子102被设计得带有一个‘脚踏板’106，从而使得使用者能够用脚将脚踏板保持在就位于地面上，以抵抗由于通过手柄105施加到绳子103上的张力而在脚踏板上引起的力。
图14和15中示出了装置的其余部分，其中包括一个用于张紧绳子的系统，该系统包含一个安装在‘安装块’108上的固定‘辅助轴’107，‘滑轮’109以可旋转的方式安装在辅助轴107上，‘卷簧’110用于在辅助轴107与滑轮109之间产生扭矩。
卷簧110反向卷绕在一个‘凹槽’111中，卷簧110的外端附着在滑轮109中的凹槽111的内侧。卷簧110的内端附着在辅助轴107上。
绳子103的内端附着在滑轮109上。之后绳子103被环绕着‘主轴’112卷绕多次(图中示出了一又四分之三圈)，再经过盖子102中的孔104引出并附着到手柄105上。绳子103绕着主轴112卷绕的圈数应当足够多，从而在绳子103的‘尾部’103A和‘工作部分’103B均具有张力时使绳子103能够向主轴112施加足够的扭矩以驱动主轴，但圈数还应足够少，从而只在绳子103的尾部103A具有张力时使绳子103能够绕着主轴112滑动。所需圈数取决于许多因素，包括绳子103的设计方案、主轴112的设计方案和绳子103的尾端103A中的张力。在某些情况下，所需圈数可能少于一圈。
位于主轴112底侧的两圈绳子103被‘绳子导向件’113分隔开，该导向件邻近于主轴112延伸通过，以防止绳子103沿着主轴112移动。
主轴112以可旋转的方式支撑在‘轴承’14中，主轴112的一端安装在一个偏心‘插销’115上。‘连杆’116以可旋转的方式安装在插销115和‘活塞轴承’117这二者上，活塞轴承安装在‘活塞’118的底部，而活塞可以在‘筒体’119中自由滑动。一个密封(未示出)在活塞118于筒体119之间形成了气密性密封。
在筒体119的顶端安置着一个用于将空气从大气抽入筒体119中的‘进气阀’120和一个用于将压缩空气从筒体119传输到软管(未示出)中的‘排气阀’121。软管的另一端装配着一个适宜的接头(未示出)，用以将该端部气密性连接导适宜的气门上。在自行车轮胎方面，该气门很可能是Schrader或Presta型气门。
下面参照图14和15描述旋转夹板实施例用于为自行车充气时的操作。
装置邻近于将要充气的轮胎被放置在地面上，而接头被附着在轮胎气门上。装置应当距轮胎足够近，以防止软管被过度拉深。操作者将他/她的脚放在脚踏板上，以将装置保持就位，然后再用他/她的手抓住手柄。
之后，操作者反复拉动手柄，以导致绳子从滑轮上展开，再释放手柄以使卷簧将绳子卷回到滑轮上。当操作者拉动手柄时，绳子将抓持主轴并驱动泵，而当操作者释放手柄时，绳子将在主轴上滑过并容易地卷绕在滑轮上。这种动作将在下一段中详细描述。
当操作者拉动手柄时，绳子从滑轮上展开，而滑轮将抵抗着来自卷簧的扭矩旋转。我们假定尾部103A中的张力为TTailing而工作部分103B中的张力为TWorking。则这两个相反的张力将导致绳子通过摩擦力或其他措施而抓持主轴，如后文所述。当操作者拉动手柄时，TWorking将大于TTailing，由于绳子与主轴之间具有足够的抓持力，因此可以导致主轴旋转。
主轴的旋转将导致插销绕着主轴轴线旋转，这反过来又引起连杆和活塞在筒体中往复运动。随着活塞移向主轴，空气经进气阀抽入筒体中，之后随着活塞从主轴移开，空气将在筒体中压缩并通过排气阀排入软管中，再通过接头和Schrader或Presta型气门而排入轮胎本身中。
可以通过绳子导向件防止绳子沿着主轴移动，该导向件还可以防止绳子缠绕在自身上并且有助于装置的平滑操作。
当操作者停止拉动手柄时，Schrader或Presta型气门和排气阀将关闭。筒体中可能存有一部分压缩空气，这种空气将导致活塞向后轻微推动主轴。这个动作不会影响装置的顺利操作。
当使用者释放了手柄后，绳子工作部分中不再有任何张力TWorking。而来自卷簧的张力TTailing将趋向于将绳子拉回到滑轮上。重要的一点是，由于不再有任何张力TWorking，因此绳子不再抓持主轴，因此绳子此时会在主轴上滑动并轻易地返回滑轮，而不会带动主轴和泵。
同样，可以通过绳子导向件防止绳子沿着主轴移动，该导向件还可以防止绳子缠绕在自身上并且有助于装置的平滑操作。
一旦操作者认为轮胎中的气压足够了(可以为装置装配压力表)，手柄即可以完全释放并在卷簧的作用下退回到外壳中。接头可以从Schrader或Presta型气门上卸下，而充气过程就结束了。
在这里不是必须通过曲柄轴、连杆、活塞、筒体、阀、软管和接头的设计而获得停留时间，因为这仅仅是泵或压缩机的一个示例，而这种泵已经是众所周知的了。由于本发明的旋转夹板实施例的核心是绳子与主轴之间的界面，因此将在下面详细描述这一点。
用于使绳子抓持主轴的一种措施是摩擦力。这里建立了决定绳子与主轴之间的极限摩擦力(F)的工程用方程。首先，极限摩擦力F只是绳子一端T1与绳子另一端T2之间的张力差值。对于T2大于T1的情况F=T2-T1此外T2=T1efa其中‘e’是自然对数的底，大约为2.718，‘f’是摩擦系数而‘a’是绳子与主轴之间接触角度(单位为弧度)。
我们首先考虑T2为操作者施加的张力Tworking而T1为卷簧施加的张力TTailing时的情况，比值T2∶T1等于比值TWorking∶TTailing，该比值等于efa并且由于指数函数的关系因而对f和a非常敏感。换言之，对于相当小的TTailing，系统可以设计得能够在滑动之前容纳较大的TWorking。
接下来我们考虑操作者释放手柄时的情况。现在，TWorking为零并且必须是T1(因为T2＞T1)。因此T2是TTailing，而且F不会超过T2，因此绳子可以轻易卷绕。
从纯理论上讲，由于T2=T1efa而且T1为零，因此T2也应当为零。然而，上述理论忽略了几个现实因素，即绳子的重量、刚度和变形性。这些因素组合起来就意味着即使没有任何TWorking，绳子与轴之间仍会存有一些摩擦力。
然而，摩擦力不是绳子抓持轴的唯一措施。如果轴被制作成多边形(而非圆形)横截面，如图16B和16C所示，则其他原理开始起作用。在设计绞盘时已经建立了这样的理论，即绳子在环绕着多边形横截面时比环绕着圆形横截面时更能够抵抗拉力(见Jesus Guangorena的美国专利4,688,765)。Guangorena认为这是由于多边形的顶角而非摩擦力使绳子变形(压扁)，而且可以阻止这种变形沿绳子的长度传播。
在实际应用中，对于圆形横截面的抛光不锈钢轴，可能需要绕着轴缠绕五或六圈，以便获得适宜的抓持力以驱动泵，而对于六边形或八边形横截面的抛光不锈钢轴，两圈就足够了。多边形横截面的顶角不必为了导致绳子变形而太锋利，每个顶角上小直径圆弧可以有助于降低绳子的磨损。与此类似，如果环绕着轴的圈数较少而且与绳子发生摩擦的绳子导向件也因此而较少，则绳子受到的磨损也较轻。
用于使绳子抓持轴的第三种措施是将绳子或轴或它们二者设计得具有不对称表面，即能够沿一个方向比另一方向施加更大的摩擦力。这种措施的一个简单型式显示于图16D中。这种轮廓的轴能够使绳子沿一个方向很好地抓持轴，尽管环绕着轴的圈数很少(例如少于一圈)，但沿另一方向能够轻易滑动。也可以设计不对称绳子(可能更类似于某种链条或皮带)，绳子上带有一组齿，因而绳子能够沿一个方向抓持轴但沿能够相反方向滑动。最后，这种齿可以设计得与轴轮廓上的不对称形状相匹配，从而像棘轮系统那样有效地输送绳子。
在未采用不对称绳子时，也可以通过将轴设计得能够以蛤毂形夹板的方式操作而获得相同的效果。这种结构的一个示例显示于图16E和16F中。旋转蛤毂形夹板系统安装在主轴上，从而在使用者拉动绳子时将绳子挤在夹板系统的‘键槽’124中。绳子不能绕着轴滑动，因为工作张力TWorking的任何增加均会轻易导致绳子更牢固地夹持在夹板系统的键槽中。然而，当使用者释放手柄时，尾部张力TTailing的作用线将导致绳子从夹板系统的键槽中拉出，而绳子会在张力TTailing的作用下自由拉回。图16E和16F中示出了直键槽，但键槽也可以成型为圆弧形、一部分螺线形或者其他形式。特别是键槽可以具有渐开线形式(从圆轴上展开的绳子末端所经过的轨迹)。
然而，对于普通轴，另一个影响圈数的参数是尾部张力TTailing°该张力增大时(通过加强弹簧)的效果是能够同时提高绳子与轴间的摩擦力(从而在手柄拉动时抓持得更紧)和提高卷绕张力(以使绳子更容易卷绕到滑轮上)。然而，弹簧不能太强硬，因为在手柄拉动时传输到弹簧中的功不会用于驱动泵也不能回收。
图14和15中为清楚起见示出了少量圈数(1.75圈)。这种情况的前提是高摩擦力主轴、多边形主轴或强卷簧。
在实施本发明的旋转夹板实施例时可能遇到的一个问题是绳子可能会沿着主轴移动，最终缠绕在自身上并且影响装置的平滑操作。装置可以设计得具有足够长的轴以允许这种情况发生，或者可以通过前面所述的绳子导向件以防止这种情况。使用绳子导向件并不理想，因为绳子被绳子导向件在轴上沿轴向推动，因此这会导致绳子与轴之间发生磨损。
在设计上有许多细节可以单独或组合使用，以防止绳子缠绕在自身上并防止绳子与轴之间出现过大摩擦力。绞盘通常被设计得带有沙漏或哑铃形式，或者带有斜角端，以使绳子能够在极限位置间沿着轴移动并防止绳子在端部缠绕在自身上。锥形轴可以以类似的方式操作。或者，绳子的工作端和尾端可以以一定角度从主轴上引出，以防止缠绕问题，同时防止或允许沿着轴作一定量的轴向移动。
如果绳子可以少于一圈的圈数驱动轴，则可以防止上述问题，这样的话绳子可以在轴上的一个槽中运行而不会有沿着轴移动的可能。采用皮带比绳子更容易实现这一点，这样与轴表面接触的区域可以更大些，而圈数可以少于一圈。
通过安装两个平行的轴可以利用较多的圈数实现相同的效果，如图17所示，任何一个或两个轴可以被绳子驱动。在图示情况下，主轴112被绳子驱动，而‘自由轴’122只在轴承(未示出)上简单地自由旋转。绳子103在两个轴上的一些列‘槽’123中运行。因此有效圈数可以很多，但绳子不会有沿着任一轴作轴向移动的可能，而且绳子与轴之间没有磨损。
本发明的旋转夹板实施例优于EP 0806568的原因主要有两个。首先，本发明的旋转夹板实施例不需要飞轮或单向离合器这一昂贵元件。由于自行车泵可能会受到尘土或潮湿的影响，从而影响该元件的操作，因此飞轮或单向离合器还是潜在的不可靠元件。其次，采用主轴和辅助轴使得滑轮的旋转圈数可以与泵的旋转圈数不同，而不必使用附加的传动系统如齿轮系。这一点很重要，因为卷簧一般不能提供多于大约30-40圈，这就限制了绳子在滑轮上的卷绕圈数。为了供应足够量的空气，这就要求使用的筒体比一般情况下所选择的大，或者使用多个筒体，所有这些均会增加成本。而通过本发明的旋转夹板实施例，只需简单地减小主轴直径即可获得相同效果。
下面描述在发明的旋转夹板实施例的其他型式。
首先，尾部张力TTailing可以由其他器具而非前面所述器具提供。一种简单的变化是使辅助轴与滑轮一起旋转，而弹簧作用在主轴与外壳之间。更重要的是，TTailing可以完全来自其他动力源，例如悬挂在绳子尾端的重量。或者，绳子尾端可以从外壳中引出而附着到另一手柄上，使用者可以自己用手提供尾端张力。当然，还有其他多种可能性。
在旋转夹板实施例的多筒体型式中，多个活塞可以被多个链杆操纵，这些连杆被一个附着在主轴上的曲柄轴驱动。
在旋转夹板实施例的弹簧辅助型式中，可以采用一个或多个弹簧，以有助于舒缓每个周期中自然出现的滑轮扭矩变化。这种变化在旋转夹板实施例的单筒体往复活塞型式(无凸轮)中非常明显，在这种型式中，在活塞将空气抽入筒体时的至少半个行程中没有做功。还可以设计一种弹簧系统，其中弹簧可以在作用到空气上的功较少的周期部分中吸收能量，并能够在作用到空气上的功较多的周期部分中释放能量(释放它们储存的一部分能量)。
旋转夹板实施例还有几种多级变速型式。在第一种多级变速实施例中，主轴具有一个较小横截面段和一个较大横截面段，二者在主轴上沿轴向相隔，从而使得主轴能够被抓持着较小横截面段的绳子驱动或被抓持着较大横截面段的绳子驱动。绳子导向件可以沿着主轴轴向和径向(在使用较小横截面段时移向主轴轴线)移动。或者，主轴可以轴向移动而绳子导向件可以径向移动。
在第二种多级变速实施例中，辅助轴环绕着主轴的一部分，辅助轴的横截面大于主轴本身。当绳子中的张力松开后，辅助轴能够沿着主轴移动，之后绳子将抓持辅助轴的表面而非主轴表面。
权利要求
1．一种用于运动或压缩流体的装置，其包括泵或压缩机器具，其被安排得能够通过一个输入旋转轴而接收机械式旋转驱动输入以及驱动器具，其被安排得能够提供上述驱动输入；上述驱动器具包括旋转部件和拉绳器具，拉绳器具绕过上述旋转部件，从而当上述拉绳器具的一端被使用者拉动时使上述旋转部件旋转，旋转部件的旋转用于提供上述机械式旋转驱动输入；以及扭矩供应器具，其被安排得能够提供一个用于收回上述拉绳器具的扭矩；其中，上述旋转部件和上述扭矩供应器具不同时共轴和共面。
2．根据权利要求1所述的装置，其特征在于，旋转部件包括一个滑轮，滑轮上卷绕着上述拉绳器具，当上述拉绳器具的上述一端被拉动时滑轮会旋转，而且上述驱动器具还包括传动器具，该传动器具被安排得能够将上述滑轮的旋转传递到上述旋转轴上
3．根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，上述拉绳器具在收回过程中的动作不会导致上述旋转轴旋转。
4．根据权利要求2所述的装置，其特征在于，上述传动器具由飞轮、离合器和棘轮器具中的一个构成，并且被安排得能够在收回时不将上述滑轮的旋转传递到上述旋转轴上。
5．根据权利要求4所述的装置，其特征在于，上述滑轮以及上述飞轮、离合器和棘轮器具中的一个与上述旋转轴同轴安装。
6．根据权利要求1-5中任一所述的装置，其特征在于，上述扭矩供应器具与上述旋转部件同轴安装并且相对于上述旋转部件轴向错开。
7．根据权利要求1-5中任一所述的装置，其特征在于，上述扭矩供应器具从上述旋转部件的旋转轴线轴向错开，而且装置包括扭矩传递器具，上述扭矩供应器具供应的上述扭矩通过上述扭矩传递器具供应到上述旋转部件上。
8．根据权利要求7所述的装置，其特征在于，上述扭矩传递器具包括齿轮器具。
9．根据权利要求7所述的装置，其特征在于，上述扭矩传递器具包括棘轮和同步皮带或链条器具。
10．根据前面权利要求中任一所述的装置，其特征在于，上述扭矩传递器具包括卷簧、扭杆和弹性条中的一种。
11．根据权利要求2、4或5所述的装置，其特征在于，上述扭矩传递器具包括卷绕在不与上述滑轮的旋转轴线共轴的第二轴上的弹簧器具，还包括安装在上述滑轮上的第一齿轮和安装在上述第二轴上的第二齿轮，上述滑轮的旋转通过这些齿轮而联系着上述第二轴的旋转。
12．根据权利要求11所述的装置，其特征在于，上述第一齿轮直接啮合着上述第二齿轮。
13．根据权利要求11所述的装置，还包括布置在上述第一和第二齿轮之间的一个或多个附加齿轮。
14．根据权利要求1-13中任一所述的装置，其特征在于，上述拉绳器具包括缆绳、绳索、绳子、弦线和链条中的至少一种。
15．根据权利要求1-13中任一所述的装置，其特征在于，上述拉绳器具包括条带和皮带中的至少一种。
16．根据前面权利要求中任一所述的装置，其特征在于，上述泵或压缩机器具包括一个活塞，而且上述旋转驱动输入被安排得能够驱动一个曲柄器具，曲柄器具上携带着一个偏心安装的插削，插销作为凸轮作用在一对以上述活塞的内表面的形式提供出来的从动件上。
17．根据权利要求16所述的装置，其特征在于，上述活塞是双端式活塞。
18．根据权利要求16或17所述的装置，其特征在于，上述内表面相互平行。
19．一种用于运动或压缩流体的装置，其包括泵或压缩机器具，其被安排得能够通过一个输入旋转轴而接收机械式旋转驱动输入以及驱动器具，其被安排得能够提供上述驱动输入；上述驱动器具包括拉绳器具和用于在使用者拉动上述拉绳器具一端时传输上述拉绳器具的运动以带动上述旋转轴旋转的器具；以及上述泵或压缩机器具包括一个可以在筒体中轴向移动的活塞、被安排得与上述旋转轴一起旋转的凸轮器具和被安排得与上述凸轮器具相互作用并操纵上述活塞的凸轮从动器具。
20．根据权利要求19所述的装置，其特征在于，上述凸轮从动件相对于上述活塞固定。
21．根据权利要求19所述的装置，其特征在于，上述凸轮从动件与上述活塞形成一体。
22．根据权利要求19-21中任一所述的装置，包括多个上述活塞。
23．根据权利要求22所述的装置，包括两个上述活塞，二者被安排得能够在相应的筒体中沿相同轴线但以相反相位移动。
24．根据权利要求19-23中任一所述的装置，其特征在于，上述驱动器具包括一个滑轮，其被安排得能够将上述拉绳装置卷绕在其上，从而在拉动拉绳器具的自由端时导致上述滑轮旋转；传动器具，其被安排得能够将上述滑轮的旋转运动传递到上述旋转轴上；以及弹簧器具，其被安排得能够将上述拉绳器具卷入上述滑轮上；其中，上述传动装置包括飞轮/离合器器具，飞轮离合器器具被安排得能够在卷入过程中使滑轮的旋转不被传递到上述旋转轴上。
25．根据权利要求19-23中任一所述的装置，其特征在于，上述驱动器具包括一个旋转部件，上述拉绳器具被安排得能够绕过上述旋转部件，从而使得使用者施加到上述拉绳器具一端的张力能够导致上述旋转部件旋转；以及传动器具，其被安排得能够将上述旋转部件的旋转运动传递到上述旋转轴上。
26．根据权利要求19-25中任一所述的装置，其特征在于，上述拉绳器具包括缆绳、绳索、绳子、弦线、链条、条带和皮带中的至少一种。
27．一种用于运动或压缩流体的装置，其包括泵或压缩机器具，其被安排得能够接收机械式旋转驱动输入；以及驱动器具，其被安排得能够提供上述驱动输入；上述驱动器具包括旋转部件和绕过上述旋转部件的拉绳器具，上述拉绳器具的第一端被安排得具有施加在其上的第一张力，而上述拉绳器具的第二端被安排得具有使用者施加在其上的第二张力，这样，使用者施加的上述第二张力将导致上述拉绳器具沿第一方向运动和上述旋转部件相应地旋转，上述旋转用于提供上述机械式旋转输入。
28．根据权利要求27所述的装置，其特征在于，上述拉绳器具绕过上述旋转部件，环绕程度多于一整圈。
29．根据权利要求27所述的装置，其特征在于，上述拉绳器具绕过上述旋转部件，环绕程度等于一整圈。
30．根据权利要求27所述的装置，其特征在于，上述拉绳器具绕过上述旋转部件，环绕程度少于一整圈。
31．根据权利要求27-30中任一所述的装置，其特征在于，上述拉绳器具包括缆绳、绳索、绳子、弦线、链条、条带和皮带中的至少一种。
32．根据权利要求27-31中任一所述的装置，还包括一个与上述旋转部件分隔开的收取器具，其被安排得能够向上述拉绳器具的上述第一端施加上述第一力，并且在没有上述第二力时收回上述拉绳器具。
33．根据权利要求32所述的装置，其特征在于，上述收取器具包括一个卷绕着拉绳器具的卷绕器具和与上述卷绕器具相关联以便向上述拉绳器具施加上述第一力的弹簧器具。
34．根据权利要求27-31中任一所述的装置，其特征在于，上述拉绳器具的第一端被安排得具有被上述或其他使用者施加到其上的第一力。
35．根据权利要求27-34中任一所述的装置，其特征在于，在没有第二力时，上述第一力将导致上述拉绳器具沿着与上述第一方向相反的第二方向运动。
36．根据权利要求35所述的装置，其特征在于，上述第二方向的运动基本上不引起上述旋转部件的相应旋转。
37．根据权利要求27-36中任一所述的装置，其特征在于，通过摩擦接触的方式使力从上述拉绳器具传输到上述旋转部件而导致上述旋转。
38．根据权利要求27-37中任一所述的装置，其特征在于，上述拉绳器具绕过具有圆形横截面的上述旋转部件的一部分。
39．根据权利要求27-37中任一所述的装置，其特征在于，上述拉绳器具绕过具有多边形横截面的上述旋转部件的一部分。
40．根据权利要求27-37中任一所述的装置，其特征在于，旋转部件上的用于绕过拉绳器具的部分的横截面被成型得能够使上述拉绳器具局部变形，从而增大抓持力。
41．根据权利要求40所述的装置，其特征在于，上述横截面是不对称的，从而使得沿一个方向的抓持力大于沿另一方向的。
42．根据权利要求27-37中任一所述的装置，其特征在于，旋转部件上的用于绕过拉绳器具的部分包括抓持器具，用于在上述拉绳器具沿第一方向拉动时抓持拉绳器具，而在上述拉绳器具沿第二方向拉动时释放拉绳器具。
43．根据权利要求42所述的装置，其特征在于，上述抓持器具包括一个蛤毂形夹板。
44．根据权利要求27-41中任一所述的装置，其特征在于，上述旋转部件包括具有不同横截面的部分，而且上述拉绳器具选择性地绕过上述部分中的一个。
45．根据权利要求44所述的装置，其特征在于，上述部分中的一个的横截面大于另一个。
46．根据权利要求27-45中任一所述的装置，其特征在于，上述旋转部件是一个旋转轴，其从上述泵或压缩机器具延伸出来并向后者提供驱动输入。
47．根据权利要求1-15或27-46中任一所述的装置，其特征在于，上述泵或压缩机器具是旋转泵或压缩机。
48．根据权利要求1-15或27-46中任一所述的装置，其特征在于，上述泵或压缩机器具是往复泵或压缩机。
全文摘要
一种装置包括被卷绕在滑轮(9)上的拉绳操纵的泵或压缩机,其中滑轮驱动轴(11),该轴又驱动泵或压缩机,滑轮通过收缩器式弹簧(32)、扭杆或弹性条而被卷绕。收缩器弹簧不与滑轮同时共轴和共面安装。这种原理可以适用于采用可压缩或不可压缩流体的旋转或往复泵或压缩机。
文档编号F04B17/00GK1320195SQ9981149
公开日2001年10月31日 申请日期1999年9月9日 优先权日1998年10月1日
发明者朱利安·克劳德·佩克 申请人:朱利安·克劳德·佩克