專利名稱：自行車助力裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于自行車技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種自行車助力裝置。
技術(shù)背景自行車己經(jīng)是一種普遍的交通工具，它具有輕便、廉價(jià)、綠色環(huán)保等特點(diǎn) 因而受到大眾的青睞。但是自行車的一個(gè)主要缺點(diǎn)時(shí)在山地行駛時(shí)十分費(fèi)力， 其原因是因?yàn)樽孕熊囋谂榔聲r(shí)需要的扭矩很大，因此給使用者帶來(lái)了不便。為 了適應(yīng)山地行駛的需要，已經(jīng)有人設(shè)計(jì)了變速自行車。變速器自行車的原理是 通過(guò)變換擋位選擇不同的齒數(shù)比來(lái)變速，這樣在一定程度上了可以緩解使用者 的疲勞。但是這種機(jī)構(gòu)在省力的同時(shí)降低了車速，尤其在坡面較陡的路段，使 用者騎行時(shí)仍然較費(fèi)力。另外這種變速器需要鏈條不斷的在不同輪齒間進(jìn)行滑 動(dòng)，在磨損的同時(shí)也容易出現(xiàn)鏈條滑脫等故障。 發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有的變速自行車上坡時(shí)不能提供足夠動(dòng)力等缺點(diǎn)，本發(fā)明提供 一種助力裝置。該裝置不僅能夠在自行車行駛過(guò)程中為自行車提供更強(qiáng)的動(dòng)力， 而且可應(yīng)用于普通自行車和帶有變速器的自行車。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的該裝置主要利用巻簧旋轉(zhuǎn)時(shí)能夠儲(chǔ)存能量的 特點(diǎn)，將不同零件組合，通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)，最終使得自行車在上坡時(shí)有更充足的 動(dòng)力。使用者在下坡或平地滑行前進(jìn)的過(guò)程中可以反向蹬踏板，使巻簧儲(chǔ)存能 量，在上坡的時(shí)候讓巻簧的能量釋放。由于使用了巻簧作為推力的來(lái)源，在自 行車爬坡的時(shí)候可以提供人力和助推的雙重動(dòng)力，因此本裝置在省力的同時(shí)能夠保持原有車速。本發(fā)明由底盤、棘爪、棘輪、上蓋、滾珠、底盤、頂塊、彈簧、頂桿、彈 片、支架、卡盤、螺釘、中軸、巻簧、外殼構(gòu)成。具體工作過(guò)程如下 一、儲(chǔ)能過(guò)程開(kāi)關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)，使用者反向蹬踏 板，踏板的反轉(zhuǎn)帶動(dòng)主軸的反轉(zhuǎn)，主軸的反轉(zhuǎn)通過(guò)鍵的配合傳遞至棘輪，棘輪 通過(guò)卡槽將扭矩傳遞至巻簧，同時(shí)底盤上的頂塊會(huì)頂住棘輪外緣的齒，能夠防 止巻簧的反作用力引起棘輪的正轉(zhuǎn)。當(dāng)使用者需要正常騎車行駛時(shí)，只需要正 向蹬踏板，頂塊將頂住棘輪防止巻簧能量釋放。二、釋放過(guò)程開(kāi)始爬坡時(shí)， 使用者打開(kāi)車把處開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)拉動(dòng)鋼絲將頂塊拉下，棘輪失去頂塊的約束，巻 簧在勢(shì)能的作用下帶動(dòng)棘輪正轉(zhuǎn)。此時(shí)正向的扭矩又通過(guò)棘輪傳遞至主軸，主 軸將扭矩通過(guò)鏈條傳遞至后輪。在爬坡結(jié)束后關(guān)閉開(kāi)關(guān)，這時(shí)頂塊在彈簧的作 用下彈起，卡住棘輪阻止巻簧能量的繼續(xù)釋放。又回到了儲(chǔ)存能量的過(guò)程。循 環(huán)上述儲(chǔ)能和釋放兩個(gè)過(guò)程，就達(dá)到了本裝置省力的目的。在本裝置中核心部件巻簧的性能參數(shù)直接影響到裝置的性能。因此在此給 出彈簧性能參數(shù)算例彈簧參數(shù)計(jì)算樣例彈簧采用合金50CrVA硬度HV600HRC 55.2抗拉強(qiáng)度 =2087M/Pa彈簧寬度風(fēng)_ =35mm最大輸出力矩Max=20000N.MM最小輸出力矩Max=14000N.MM200710158898.5說(shuō)明書(shū)第3/6頁(yè)必次袖鎮(zhèn)瞎存，<formula>formula see original document page 5</formula>V 0.225.6., ~ 0.225x38x2087 彈簧彈性部分內(nèi)端在上緊之后的曲率半徑戶。=涵=15xll2 = 1681ww ，其中m為彈簧的勁度系數(shù)， 一般取15-16。發(fā)條彈簧帶的工作長(zhǎng)度<formula>formula see original document page 5</formula>
發(fā)條彈簧的工作圈數(shù) =摔2"。)-("《30發(fā)條彈簧退火部分長(zhǎng)度4 =3^。 =158附附 發(fā)條彈簧外端退火部分長(zhǎng)度為^ =1.5;^。 =79mm 發(fā)條彈簧帶總長(zhǎng)度Z =丄g +丄。+ ; = 18914mm 發(fā)條彈簧軸半徑r = p。 -1.5/z = 15ww通過(guò)以上算例可知該裝置在爬坡時(shí)相當(dāng)于在腳蹬上提供133N的力。自行車 在正常行駛時(shí)需要的力量約為IOON，因此本發(fā)明可以幫助使用者輕松爬坡。本發(fā)明的效果和益處是，可以使自行車在行駛過(guò)程中，尤其是上坡過(guò)程中 具備更充足的動(dòng)力，使得自行車使用范圍更廣，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，適應(yīng) 性強(qiáng)，本裝置結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，零件較少，因此成本低于市面上現(xiàn)有的變速器以 及其他電力助力裝置，在經(jīng)濟(jì)性上有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。此外本裝置與現(xiàn)有的自行 車變速器在機(jī)構(gòu)的空間位置上并不沖突，因此可以在現(xiàn)有的任何車型的自行車 上進(jìn)行改裝，實(shí)現(xiàn)省力爬坡的目的。如果與現(xiàn)有變速器同時(shí)使用將會(huì)讓自行車 擁有更好的性能。


圖l是本發(fā)明的底盤，棘爪，棘輪，上蓋。 圖2是圖1的A-A剖視圖。圖3是圖1的左視圖。圖4是圖3的B-B剖視圖。圖5是圖2的C處放大圖。圖.6是底殼的俯視圖。圖7是圖6的A-A剖視圖。圖8是圖7的B處放大圖。圖9是圖7的C處放大圖。圖10是本發(fā)明的支架的俯視圖。圖ll是本發(fā)明的支架的右視圖。圖12是本發(fā)明的裝配示意圖。圖中底盤l;棘爪2;棘輪3;上蓋4;滾珠5;底殼6;頂塊7;彈簧8; 頂桿9;彈片10;螺釘ll;支架12;卡盤13;螺釘14;螺釘15;螺釘16;螺 釘17;中軸18;巻簧19;外殼20。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。如圖l、圖2、圖3、圖4所示，底盤l上設(shè)有螺紋，用于與上蓋4。棘輪3 的內(nèi)外側(cè)各有一圈內(nèi)齒和外齒。底盤1的側(cè)面設(shè)有棘爪2。使用者正向蹬踏板， 即正常騎車時(shí)，棘爪2處于壓縮狀態(tài)，故主軸18正向轉(zhuǎn)動(dòng)不會(huì)帶動(dòng)棘輪3轉(zhuǎn)動(dòng)。 反向蹬踏板時(shí)，主軸18的轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)鍵的配合傳遞至底盤1，則底盤1隨主軸18 轉(zhuǎn)動(dòng)，并且將扭矩通過(guò)棘爪2傳遞至棘輪3，棘輪3外緣的卡槽用于連接巻簧 19，巻簧19卡入卡槽，因此棘輪3的轉(zhuǎn)動(dòng)可帶動(dòng)巻簧19轉(zhuǎn)動(dòng)，巻簧19轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)即可儲(chǔ)存能量；釋放時(shí)，用一只鋼絲將頂桿9拉下，由于頂塊7與頂桿9連接， 則頂塊7隨之下降，棘輪3失去頂塊7的約朿，在巻簧19反力作用下開(kāi)始m轉(zhuǎn)， 并且將扭矩通過(guò)棘爪2傳遞至底盤1，底盤1通過(guò)鍵的配合將扭矩傳遞至主軸 18，主軸18將扭矩通過(guò)鏈條傳遞至后輪。上蓋4安裝在底盤1的頂端，其上設(shè) 有螺紋，與底盤l的螺紋配合，起到固定棘輪3的作用。兩個(gè)過(guò)程可以表達(dá)為儲(chǔ)能過(guò)程主軸18轉(zhuǎn)動(dòng)一底盤1轉(zhuǎn)動(dòng)一棘輪3轉(zhuǎn)動(dòng) —巻簧19轉(zhuǎn)動(dòng)一動(dòng)能轉(zhuǎn)化為彈性勢(shì)能；釋放過(guò)程巻簧19轉(zhuǎn)動(dòng)一棘輪3轉(zhuǎn)動(dòng) —底盤1轉(zhuǎn)動(dòng)一主軸18轉(zhuǎn)動(dòng)一彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。如圖5所示，滾珠5用于減小棘輪3在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)與上蓋4之間的摩擦。滾珠5 呈圓形陣列布置，共50個(gè)，構(gòu)成圓周上的滾珠陣列，以減小摩擦。如圖6和圖7所示，底盤6的作用是承載其他零件。頂塊7、彈簧8、頂桿 9的作用是控制整個(gè)裝置在儲(chǔ)能和釋放兩個(gè)工況之間轉(zhuǎn)換。如圖8所示，頂塊7 底部有螺紋，頂桿9是一顆螺釘，穿過(guò)彈簧8與頂塊7連接。圖中狀態(tài)為裝置 的關(guān)閉狀態(tài)，此時(shí)巻簧19只能反轉(zhuǎn)儲(chǔ)能，而不能正轉(zhuǎn)釋放。原理彈簧頂住頂 塊7使其凸起，由于頂塊7表面設(shè)計(jì)為斜面，使得棘輪3的外齒只能向斜面較 高的一側(cè)運(yùn)動(dòng)，若反向運(yùn)動(dòng)則會(huì)被斜面的背面阻擋，故巻簧19不能正轉(zhuǎn)釋放能 量。釋放時(shí)，用鋼絲將頂桿9拉下，彈簧8被壓縮，頂塊7隨頂桿9下降，棘 輪3由于沒(méi)有頂塊7的阻力，開(kāi)始正轉(zhuǎn)，并通過(guò)棘爪2帶動(dòng)底盤1轉(zhuǎn)動(dòng)，繼而 帶動(dòng)主軸18轉(zhuǎn)動(dòng)。釋放結(jié)束后關(guān)閉車把處開(kāi)關(guān)，則鋼絲放松，彈簧8伸長(zhǎng)，頂 塊7及頂桿9重新上移。如圖9所示，本發(fā)明的優(yōu)化機(jī)構(gòu)，作用是調(diào)節(jié)巻簧19的件能。主要由彈片 IO實(shí)現(xiàn)其功能。其具體原理如下在儲(chǔ)能過(guò)程的初期，由于巻簧19收縮幅度較 大，會(huì)出現(xiàn)巻簧19的反力不穩(wěn)定的情況，影響其性能和壽命。為了避免這一情況，設(shè)置彈片IO，彈片lO用螺釘ll固定在底殼6上。彈片10尖端為梯形，其坡面與彈簧接觸。如果巻簧19反力過(guò)小，則不能壓下彈片10，只能在彈片10 以內(nèi)的較小范圍內(nèi)收縮；當(dāng)巻簧19反力較大時(shí)，可以將彈片10壓下，而在整 個(gè)范圍內(nèi)收縮，以此調(diào)節(jié)巻簧19的性能。如圖10和圖11所示，支架12通過(guò)螺釘15與底殼6連接，且支架12通過(guò) 螺釘16與卡盤13連接?？ūP13通過(guò)螺釘14固定在自行車車架上。圖12說(shuō)明本發(fā)明的裝配情況，外殼20通過(guò)螺釘17固定在底殼6上，以固 定和保護(hù)其他零件。
權(quán)利要求
1.一種自行車助力裝置，由底盤(1)、棘爪(2)、棘輪(3)、上蓋(4)、滾珠(5)、底殼(6)、頂塊(7)、彈簧(8)、頂桿(9)、彈片(10)、螺釘(11)、支架(12)、卡盤(13)、螺釘(14)、螺釘(15)、螺釘(16)、螺釘(17)、中軸(18)、卷簧(19)、外殼(20)構(gòu)成，其特征在于棘輪(3)的內(nèi)外側(cè)各有一圈內(nèi)齒和外齒，底盤(1)側(cè)面有兩只棘爪(2)，棘爪(2)與棘輪(3)的內(nèi)齒配合，而底盤上的頂塊(7)與棘輪(3)的外齒配合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自行車助力裝置，其特征在于底盤(1)上 有開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)由頂塊(7)、彈簧(8)、頂桿(9)組成，頂塊(7)上表面為斜 面，且頂塊(7)底部設(shè)有螺孔，頂桿(9)穿入彈簧(8)之后通過(guò)該螺孔與頂 塊(7)配合。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種自行車助力裝置。由底盤、棘爪、棘輪、上蓋、滾珠、底盤、頂塊、彈簧、頂桿、彈片、支架、卡盤、螺釘、中軸、卷簧、外殼構(gòu)成。其特征是棘輪的內(nèi)外側(cè)各有一圈內(nèi)齒和外齒，底盤側(cè)面有兩只棘爪，棘爪與棘輪的內(nèi)齒配合，而底盤上的頂塊與棘輪的外齒配合。開(kāi)關(guān)由頂塊、彈簧、頂桿組成，頂塊上表面為斜面；頂塊底部設(shè)有螺孔，頂桿穿入彈簧之后通過(guò)該螺孔與頂塊配合。本發(fā)明的效果和益處是，可以在自行車行駛過(guò)程中，尤其是上坡過(guò)程中具備更充足的動(dòng)力，且裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，適應(yīng)性強(qiáng)，成本低于市面上現(xiàn)有的變速器以及其他電力助力裝置。
文檔編號(hào)B62M1/10GK101224779SQ200710158898
公開(kāi)日2008年7月23日 申請(qǐng)日期2007年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月11日
發(fā)明者泳 于, 林 馮, 褚金奎, 興 趙, 辛文杰 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)