專利名稱：自行車助力裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于自行車技術領域，尤其涉及一種自行車助力裝置。
技術背景自行車己經是一種普遍的交通工具，它具有輕便、廉價、綠色環保等特點 因而受到大眾的青睞。但是自行車的一個主要缺點時在山地行駛時十分費力， 其原因是因為自行車在爬坡時需要的扭矩很大，因此給使用者帶來了不便。為 了適應山地行駛的需要，已經有人設計了變速自行車。變速器自行車的原理是 通過變換擋位選擇不同的齒數比來變速，這樣在一定程度上了可以緩解使用者 的疲勞。但是這種機構在省力的同時降低了車速，尤其在坡面較陡的路段，使 用者騎行時仍然較費力。另外這種變速器需要鏈條不斷的在不同輪齒間進行滑 動，在磨損的同時也容易出現鏈條滑脫等故障。 發明內容為了克服現有的變速自行車上坡時不能提供足夠動力等缺點，本發明提供 一種助力裝置。該裝置不僅能夠在自行車行駛過程中為自行車提供更強的動力， 而且可應用于普通自行車和帶有變速器的自行車。本發明的目的是這樣實現的該裝置主要利用巻簧旋轉時能夠儲存能量的 特點，將不同零件組合，通過機械傳動，最終使得自行車在上坡時有更充足的 動力。使用者在下坡或平地滑行前進的過程中可以反向蹬踏板，使巻簧儲存能 量，在上坡的時候讓巻簧的能量釋放。由于使用了巻簧作為推力的來源，在自 行車爬坡的時候可以提供人力和助推的雙重動力，因此本裝置在省力的同時能夠保持原有車速。本發明由底盤、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、外殼構成。具體工作過程如下 一、儲能過程開關處于關閉狀態，使用者反向蹬踏 板，踏板的反轉帶動主軸的反轉，主軸的反轉通過鍵的配合傳遞至棘輪，棘輪 通過卡槽將扭矩傳遞至巻簧，同時底盤上的頂塊會頂住棘輪外緣的齒，能夠防 止巻簧的反作用力引起棘輪的正轉。當使用者需要正常騎車行駛時，只需要正 向蹬踏板，頂塊將頂住棘輪防止巻簧能量釋放。二、釋放過程開始爬坡時， 使用者打開車把處開關，開關拉動鋼絲將頂塊拉下，棘輪失去頂塊的約束，巻 簧在勢能的作用下帶動棘輪正轉。此時正向的扭矩又通過棘輪傳遞至主軸，主 軸將扭矩通過鏈條傳遞至后輪。在爬坡結束后關閉開關，這時頂塊在彈簧的作 用下彈起，卡住棘輪阻止巻簧能量的繼續釋放。又回到了儲存能量的過程。循 環上述儲能和釋放兩個過程，就達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直接影響到裝置的性能。因此在此給 出彈簧性能參數算例彈簧參數計算樣例彈簧采用合金50CrVA硬度HV600HRC 55.2抗拉強度 =2087M/Pa彈簧寬度風_ =35mm最大輸出力矩Max=20000N.MM最小輸出力矩Max=14000N.MM200710158898.5說明書第3/6頁必次袖鎮瞎存，<formula>formula see original document page 5</formula>V 0.225.6., ~ 0.225x38x2087 彈簧彈性部分內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， 一般取15-16。發條彈簧帶的工作長度<formula>formula see original document page 5</formula>
發條彈簧的工作圈數 =摔2"。)-("《30發條彈簧退火部分長度4 =3^。 =158附附 發條彈簧外端退火部分長度為^ =1.5;^。 =79mm 發條彈簧帶總長度Z =丄g +丄。+ ; = 18914mm 發條彈簧軸半徑r = p。 -1.5/z = 15ww通過以上算例可知該裝置在爬坡時相當于在腳蹬上提供133N的力。自行車 在正常行駛時需要的力量約為IOON，因此本發明可以幫助使用者輕松爬坡。本發明的效果和益處是，可以使自行車在行駛過程中，尤其是上坡過程中 具備更充足的動力，使得自行車使用范圍更廣，且結構簡單，安裝方便，適應 性強，本裝置結構相對簡單，零件較少，因此成本低于市面上現有的變速器以 及其他電力助力裝置，在經濟性上有其獨特的優勢。此外本裝置與現有的自行 車變速器在機構的空間位置上并不沖突，因此可以在現有的任何車型的自行車 上進行改裝，實現省力爬坡的目的。如果與現有變速器同時使用將會讓自行車 擁有更好的性能。
圖l是本發明的底盤，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是本發明的支架的俯視圖。圖ll是本發明的支架的右視圖。圖12是本發明的裝配示意圖。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。
具體實施方式
以下結合技術方案和附圖詳細敘述本發明的具體實施方式
。如圖l、圖2、圖3、圖4所示，底盤l上設有螺紋，用于與上蓋4。棘輪3 的內外側各有一圈內齒和外齒。底盤1的側面設有棘爪2。使用者正向蹬踏板， 即正常騎車時，棘爪2處于壓縮狀態，故主軸18正向轉動不會帶動棘輪3轉動。 反向蹬踏板時，主軸18的轉動通過鍵的配合傳遞至底盤1，則底盤1隨主軸18 轉動，并且將扭矩通過棘爪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的轉動可帶動巻簧19轉動，巻簧19轉動時即可儲存能量；釋放時，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反力作用下開始m轉， 并且將扭矩通過棘爪2傳遞至底盤1，底盤1通過鍵的配合將扭矩傳遞至主軸 18，主軸18將扭矩通過鏈條傳遞至后輪。上蓋4安裝在底盤1的頂端，其上設 有螺紋，與底盤l的螺紋配合，起到固定棘輪3的作用。兩個過程可以表達為儲能過程主軸18轉動一底盤1轉動一棘輪3轉動 —巻簧19轉動一動能轉化為彈性勢能；釋放過程巻簧19轉動一棘輪3轉動 —底盤1轉動一主軸18轉動一彈性勢能轉化為動能。如圖5所示，滾珠5用于減小棘輪3在轉動時與上蓋4之間的摩擦。滾珠5 呈圓形陣列布置，共50個，構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的作用是控制整個裝置在儲能和釋放兩個工況之間轉換。如圖8所示，頂塊7 底部有螺紋，頂桿9是一顆螺釘，穿過彈簧8與頂塊7連接。圖中狀態為裝置 的關閉狀態，此時巻簧19只能反轉儲能，而不能正轉釋放。原理彈簧頂住頂 塊7使其凸起，由于頂塊7表面設計為斜面，使得棘輪3的外齒只能向斜面較 高的一側運動，若反向運動則會被斜面的背面阻擋，故巻簧19不能正轉釋放能 量。釋放時，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由于沒有頂塊7的阻力，開始正轉，并通過棘爪2帶動底盤1轉動，繼而 帶動主軸18轉動。釋放結束后關閉車把處開關，則鋼絲放松，彈簧8伸長，頂 塊7及頂桿9重新上移。如圖9所示，本發明的優化機構，作用是調節巻簧19的件能。主要由彈片 IO實現其功能。其具體原理如下在儲能過程的初期，由于巻簧19收縮幅度較 大，會出現巻簧19的反力不穩定的情況，影響其性能和壽命。為了避免這一情況，設置彈片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反力過小，則不能壓下彈片10，只能在彈片10 以內的較小范圍內收縮；當巻簧19反力較大時，可以將彈片10壓下，而在整 個范圍內收縮，以此調節巻簧19的性能。如圖10和圖11所示，支架12通過螺釘15與底殼6連接，且支架12通過 螺釘16與卡盤13連接。卡盤13通過螺釘14固定在自行車車架上。圖12說明本發明的裝配情況，外殼20通過螺釘17固定在底殼6上，以固 定和保護其他零件。
權利要求
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)構成，其特征在于棘輪(3)的內外側各有一圈內齒和外齒，底盤(1)側面有兩只棘爪(2)，棘爪(2)與棘輪(3)的內齒配合，而底盤上的頂塊(7)與棘輪(3)的外齒配合。
2.根據權利要求1所述的一種自行車助力裝置，其特征在于底盤(1)上 有開關，開關由頂塊(7)、彈簧(8)、頂桿(9)組成，頂塊(7)上表面為斜 面，且頂塊(7)底部設有螺孔，頂桿(9)穿入彈簧(8)之后通過該螺孔與頂 塊(7)配合。
全文摘要
本發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、外殼構成。其特征是棘輪的內外側各有一圈內齒和外齒，底盤側面有兩只棘爪，棘爪與棘輪的內齒配合，而底盤上的頂塊與棘輪的外齒配合。開關由頂塊、彈簧、頂桿組成，頂塊上表面為斜面；頂塊底部設有螺孔，頂桿穿入彈簧之后通過該螺孔與頂塊配合。本發明的效果和益處是，可以在自行車行駛過程中，尤其是上坡過程中具備更充足的動力，且裝置結構簡單，安裝方便，適應性強，成本低于市面上現有的變速器以及其他電力助力裝置。
文檔編號B62M1/10GK101224779SQ200710158898
公開日2008年7月23日 申請日期2007年12月11日 優先權日2007年12月11日
發明者泳 于, 林 馮, 褚金奎, 興 趙, 辛文杰 申請人:大連理工大學