一种智能驱动便携式新型车轮的制作方法

本发明涉及自行车
技术领域：
，特别涉及一种智能驱动便携式新型车轮。
背景技术：
：电动自行车是一种可实现人力驱动和电力驱动相互切换的自行车，有别于电动车，电动自行车在正常情况下是由人力驱动，这样可以体验骑乘带来的乐趣，只有在逆风、上坡或长时间骑行后人体出现疲劳时，才切换到电力驱动模式，由自行车上携带的蓄电池、电机提供动力辅助行驶。现有技术的电动自行车，其电机一般采用轮毂电机，即在自行车前轮的轮毂上安装一个电动机，由电动机直接驱动车轮的轮毂壳旋转，实现助力；或者在车轮的中央位置安装一个电动机，电动机与变速机构连接，变速机构与车轮直接连接，也可以实现助力。目前的电动自行车的人力驱动模式和电力驱动模式相互之间的切换是依靠手动操作，但是在某些情况下，例如自行车遇到前方有凸起的障碍物，或者由凹坑时，电力驱动的车轮会在经过障碍物或者凹坑时与地面脱离，变成悬空状态，这时驱动电机仍然在提供驱动力，则相应的车轮的转速会瞬间升高，当车轮再次落地时，由于车轮的转速与自行车实际的行驶速度不匹配，会出现冲击、顿挫的情况，严重时甚至会使自行车向前快速冲出一段距离，极易使自行车摔倒，对于骑行人员来说也难以操作。目前安装有轮毂电机的自行车其车轮结构较复杂，导致车轮拆装、使用也不方便。技术实现要素：针对上述问题，本发明目的是提供一种结构简单、行驶平稳的智能驱动便携式新型车轮。为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：一种智能驱动便携式新型车轮，所述的车轮包括与自行车前叉构成快拆式连接的固定轴，所述的固定轴穿过三叉支架的中心且与三叉支架固定连接，所述的三叉支架包括两个设置在固定轴两端的支板，支板所在的平面与固定轴的轴线垂直；所述的支板包括三个相互之间间隔120°的凸出部，其中一个凸出部位于固定轴的正上方；位于固定轴正上方的凸出部上、沿竖直方向设置滑槽，滑槽的底部与筒形弹簧下部的外侧面接触，所述的筒形弹簧的内侧面的上部和下部分别设置极性相反的电磁吸附层，筒形弹簧上部的外侧面与滑动轴下部的外侧面接触；所述滑动轴的外侧面套设可绕其旋转的外转子电机，外转子电机的转子与传动轮连接，传动轮的外侧面设置第一凹槽，第一凹槽与车轮的铝圈的内弧面相配合；所述支板的另外两个凸出部的端头位置设置支撑轴，支撑轴上设置可绕其旋转的支撑轮，支撑轮的外侧面设置第二凹槽，第二凹槽与铝圈的内弧面相配合；所述的电磁吸附层与控制器连接，控制器分别与设置在前叉上的压力传感器、地面测距传感器连接。优选的，所述的第一凹槽、第二凹槽的截面为椭圆弧形。优选的，两个支板之间设置圆盘形蓄电池，所述的蓄电池为锂离子蓄电池，所述的蓄电池外侧包裹防水层。优选的，所述的传动轮的材料为高耐磨橡胶材料，所述的支撑轮的材料为高强度铝合金材料，所述的铝圈的材料为高强度铝合金材料。优选的，所述第一凹槽的表面上、沿铝圈所在平面对称设置多条斜向沟槽，斜向沟槽带有多个连续折角。优选的，所述的斜向沟槽的深度为0.15-0.2mm，所述的斜向沟槽与铝圈所在平面之间的角度α为30-45°。优选的，所述的高耐磨橡胶材料按重量百分比，包括天然胶10-20％、顺丁胶5-15％、氯丁胶3-8％、溶聚丁苯胶15-35％、高分散白碳黑20-35％、偶联剂SI695-8％、硬质酸1-2％、微晶蜡0.5-1.5％、C5石油树脂5-10％、防老剂1-1.5％、增塑剂0.5-1％、促进剂0.5-1.0％、间苯二酚1-1.5％、钛白粉0.3-0.6％、塑解剂SJ-1030.6-1.2％。所述的高耐磨橡胶材料的制备方法为：(1)投入天然胶、顺丁胶、氯丁胶、溶聚丁苯胶，混炼30-40秒，混炼温度95-100℃，压力0.56-0.64Mpa；(2)投入1/2高分散白炭黑和偶联剂SI69混炼30-40秒，混炼温度95-100℃，压力0.56-0.64Mpa；(3)投入另外1/2高分散白炭黑混炼40-50秒，混炼温度100-110℃，压力0.5-0.55Mpa；(4)加入C5石油树脂和防老剂，混炼60-80秒；混炼温度70-75℃，压力0.5-0.55Mpa；(5)依次顺序加入硬质酸、微晶蜡、间苯二酚、增塑剂、促进剂、钛白粉，同方向匀速搅拌，混炼5-6分钟，混炼温度140-150℃，压力0.56-0.64Mpa；(6)加入塑解剂SJ-103，混炼3-4分钟，混炼温度120-125℃，压力0.56-0.64Mpa，最终制得熔胶；(7)将熔胶快速注射到模具中，冲模压力为5-8Kpa，保压20-35秒，泄压后经水冷却、开模取出产品。优选的，所述的高强度铝合金材料按重量百分比，包括Si1.5-2.5％、Cu1.5-2.5％、Mg2.0-3.2％、Zn0.4-0.8％；Ti0.2-0.6％、Zr0.35-0.5％、稀土1-1.5％，其余为铝和不可避免的杂质；其中稀土元素由Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd中的一种或任意几种组成。所述的高强度铝合金材料的制备方法包括如下的步骤：(1)熔炼：取铝硅中间合金、铝铜中间合金、铝锌中间合金、铝钛中间合金和铝锆中间合金，按适当的组分配比配料，并装炉熔炼，温度为770-780℃，时间为4-4.5h；然后向炉中按组分配比加入镁锭及稀土元素，搅拌后继续熔炼，时间为20min；(2)精炼：将炉温调整至精炼温度700-710℃，加入常规精炼剂精炼15-20min，扒渣；(3)浇铸：采用铝钛硼丝在线喂丝细化，浇注温度为680-690℃，浇铸速度为75-90mm/min，获得铸锭；(4)均匀化处理：温度为430-450℃，保温时间为12-15h；(5)挤压：将铝合金铸锭加热至420-430℃，挤压模具加热至380-400℃，涂抹挤压油，进行挤压，制得铝圈；(6)滚花：保持铝圈的温度为50-80℃，将挤压成型的铝圈(10)的内圆弧表面滚制菱形网格状花纹，花纹深度0.15-0.2mm。本发明的有益效果在于：自行车正常行驶时，三叉支架、支撑轮将前叉收到的力传递到铝圈上，外转子电机驱动铝圈旋转提供动力，提高自行车行驶性能；车轮的结构简单，成本低；当车轮悬空时，电磁吸附层带电，使传动轮与铝圈脱离，保持车轮悬空时的转速与悬空前一致，减小了车轮再次落地后的冲击力，提高了自行车的行驶稳定性。附图说明图1为自行车结构正视图；图2为图1中放大视图I；图3为图2中A-A旋转剖视图；图4为图2中放大视图II；图5为传动轮结构左视图全剖视图及其B向视图；图6为支撑轮结构左视图全剖视图；图7为新型车轮控制电路原理图；图8为铝圈滚花后的轴测图。具体实施方式如图1-图7所示的一种智能驱动便携式新型车轮，包括与自行车前叉1构成快拆式连接的固定轴2，固定轴2穿过三叉支架3的中心且与三叉支架3固定连接，所述的三叉支架3包括两个设置在固定轴2两端的支板4，支板4所在的平面与固定轴2的轴线垂直；所述的支板4包括三个相互之间间隔120°的凸出部5，其中一个凸出部5位于固定轴2的正上方；位于固定轴2正上方的凸出部5上、沿竖直方向设置滑槽17，滑槽17的底部与筒形弹簧19下部的外侧面接触，所述的筒形弹簧19的内侧面的上部和下部分别设置极性相反的电磁吸附层20，筒形弹簧19上部的外侧面与滑动轴18下部的外侧面接触。所述滑动轴18的外侧面套设可绕其旋转的外转子电机7，外转子电机7与滑动轴18之间可以设置轴承，也可以设置衬套；外转子电机7的转子与传动轮8连接，转子与传动轮8的连接可以是过盈配合，也可以是销孔配合。所述的滑动轴18可以是一根贯通的轴穿过外转子电机中心设置的通孔，也可以是图5中所示的，滑动轴18为断开式的分段短轴构成，外转子电机7中心的定子部分为实心结构。传动轮8的外侧面设置第一凹槽9，第一凹槽9与车轮的铝圈10的内弧面相配合；铝圈10的外侧弧面与轮胎配合。所述支板4的另外两个凸出部5的端头位置设置支撑轴11，支撑轴11上设置可绕其旋转的支撑轮12，支撑轮12的外侧面设置第二凹槽13，第二凹槽13与铝圈10的内弧面相配合。所述的支撑轴11可以是一根贯通的轴穿过支撑轮12中心设置的通孔，也可以是图6中所示的，支撑轴11为断开式的分段短轴构成，支撑轮12为实心轮。所述的第一凹槽9、第二凹槽13的截面为椭圆弧形。相应的，所述的铝圈10内侧面的截面也为椭圆弧形，这样铝圈10可以很好的卡在第一凹槽9、第二凹槽13内，且与第一凹槽9、第二凹槽13的接触面积较大，铝圈10与传动轮8可以较好的传递动力，铝圈10与支撑轮12之间可以较好的传递支撑力。所述的电磁吸附层20与控制器14连接，控制器14分别与设置在前叉1上的压力传感器15、地面测距传感器16连接。所述的两个支板4之间设置圆盘形蓄电池23，所述的蓄电池23为锂离子蓄电池，为了防止下雨天骑行时蓄电池23漏电，所述的蓄电池23外侧包裹防水层。由于固定轴2与前叉1固定连接，且固定轴2与三叉支架3固定连接，因此自行车运动时，固定轴2、三叉支架3与前叉1一起向前运动，而不会做旋转运动。自行车停止时，位于固定轴2下方的两个突出部5上设置的支撑轮12与铝圈10的内弧面接触，三叉支架3将前叉1上受到的力传递给支撑轮12、铝圈10，并通过轮胎传递到路面上。自行车正常行驶时，电磁吸附层20不带电，此时筒形弹簧19截面为圆形，筒形弹簧19将滑动轴18顶在滑槽17的上部，滑动轴18上设置的传动轮8与铝圈10接触并被压紧，外转子电机7旋转，依次带动传动轮8、铝圈10旋转，则轮胎随着铝圈10共同旋转，位于固定轴2下方的两个支撑轮12在铝圈10的带动下被动旋转，同时将前叉1上受到的力传递给铝圈10，并通过轮胎传递到路面上。自行车行驶过程中，压力传感器15实时检测前叉1与固定轴2的连接处的受力情况，地面测距传感器16实时检测前叉1与地面之间的距离。当自行车通过地面凸起的障碍物使车轮悬空时，压力传感器15检测的压力会发生变化，同时地面测距传感器16检测的距离参数也会发生变化，此时控制器14控制电磁吸附层20带电，两个极性相反的电磁吸附层20带电后产生相互的吸力，使筒形弹簧19的截面由圆形变为椭圆形，这时滑动轴18也会随着筒形弹簧19的变形而沿着滑槽17向下运动，滑动轴18上套设的传动轮8就会与铝圈10脱开，外转子电机7处于空转状态，保持车轮的转速仍然为悬空前正常行驶时的转速，车轮再次落到地面上后，控制器14控制磁吸附层20断电，使传动轮8与铝圈10重新接触，外转子电机7重新给自行车提供动力，由于自行车的车轮悬空前和落地后的转速基本保持不变，可以极大的提高其通过障碍物时的稳定性，不会因为悬空后车轮突然的加速而产生冲击和顿挫，提高了自行车的驾驶乐趣。当遇到前方有凹坑时，车轮也会悬空，此时地面测距传感器16的参数不会变化，而压力传感器15的参数仍然会发生变化，控制器14可根据压力传感器15的参数变化进行控制，此时的控制方法与自行车遇到凸起障碍物时的方法一致。为了增大传动轮8与铝圈10之间的摩擦力，更好的实施方式是：所述第一凹槽9的表面上、沿铝圈10所在平面对称设置多条斜向沟槽21，斜向沟槽21带有多个连续折角22。所述的斜向沟槽21的深度为0.15-0.2mm。所述的斜向沟槽21与铝圈10所在平面之间的角度α为30-45°。由于传动轮8是依靠筒形弹簧19的弹性变形与铝圈10压紧，为了防止传动轮8打滑，对其尺寸要求较高，因此传动轮8必须是高耐磨性材料，而传动轮8与铝圈10摩擦时，需要尽量减少摩擦噪声，因此选择传动轮8的材料为高耐磨橡胶材料。目前市面上的自行车用的普通轮胎用橡胶材料耐磨性能较差，因此传动轮8需要使用一种新型的高耐磨橡胶材料。所述的高耐磨橡胶材料按重量百分比，包括天然胶10-20％、顺丁胶5-15％、氯丁胶3-8％、溶聚丁苯胶15-35％、高分散白碳黑20-35％、偶联剂SI695-8％、硬质酸1-2％、微晶蜡0.5-1.5％、C5石油树脂5-10％、防老剂1-1.5％、增塑剂0.5-1％、促进剂0.5-1.0％、间苯二酚1-1.5％、钛白粉0.3-0.6％、塑解剂SJ-1030.6-1.2％。实施例1：所述的高耐磨橡胶材料按重量百分比，包括天然胶15％、顺丁胶10％、氯丁胶5％、溶聚丁苯胶29％、高分散白碳黑25％、偶联剂SI695％、硬质酸1％、微晶蜡1％、C5石油树脂5％、防老剂1％、增塑剂0.5％、促进剂0.5％、间苯二酚1％、钛白粉0.3％、塑解剂SJ-1030.7％；所述的高耐磨橡胶材料的制备方法为：(1)投入天然胶、顺丁胶、氯丁胶、溶聚丁苯胶，混炼30-40秒，混炼温度95-100℃，压力0.56-0.64Mpa；(2)投入1/2高分散白炭黑和偶联剂SI69混炼30-40秒，混炼温度95-100℃，压力0.56-0.64Mpa；(3)投入另外1/2高分散白炭黑混炼40-50秒，混炼温度100-110℃，压力0.5-0.55Mpa；(4)加入C5石油树脂和防老剂，混炼60-80秒；混炼温度70-75℃，压力0.5-0.55Mpa；(5)依次顺序加入硬质酸、微晶蜡、间苯二酚、增塑剂、促进剂、钛白粉，同方向匀速搅拌，混炼5-6分钟，混炼温度140-150℃，压力0.56-0.64Mpa；(6)加入塑解剂SJ-103，混炼3-4分钟，混炼温度120-125℃，压力0.56-0.64Mpa，最终制得熔胶；(7)将熔胶快速注射到模具中，冲模压力为5-8Kpa，保压20-35秒，泄压后经水冷却、开模取出产品。实施例2：在高耐磨橡胶材料的制备方法保持不变的情况下，其材料按重量百分比，包括天然胶20％、顺丁胶15％、氯丁胶8％、溶聚丁苯胶15％、高分散白碳黑23％、偶联剂SI698％、硬质酸1％、微晶蜡1％、C5石油树脂5％、防老剂1％、增塑剂0.5％、促进剂0.5％、间苯二酚1％、钛白粉0.3％、塑解剂SJ-1030.7％。实施例3：在高耐磨橡胶材料的制备方法保持不变的情况下，其材料按重量百分比，在所述的高耐磨橡胶材料的制备方法保持不变的情况下，其材料按重量百分比，包括天然胶10％、顺丁胶5％、氯丁胶3％、溶聚丁苯胶35％、高分散白碳黑31％、偶联剂SI695％、硬质酸1％、微晶蜡1％、C5石油树脂5％、防老剂1％、增塑剂0.5％、促进剂0.5％、间苯二酚1％、钛白粉0.3％、塑解剂SJ-1030.7％。实施例4：在高耐磨橡胶材料的制备方法保持不变的情况下，其材料按重量百分比，包括在天然胶15％、顺丁胶13％、氯丁胶3％、溶聚丁苯胶30％、高分散白碳黑20％、偶联剂SI698％、硬质酸1％、微晶蜡1％、C5石油树脂5％、防老剂1％、增塑剂0.5％、促进剂0.5％、间苯二酚1％、钛白粉0.3％、塑解剂SJ-1030.7％。所述的高耐磨橡胶材料的主要技术指标：表一项目实施例1实施例2实施例3实施例4普通轮胎拉伸强度(Mpa)17.216.817.416.916.6阿克隆磨耗(cm3)0.240.250.250.260.65耐磨指数385375375370236从表1中可知:实施例1-4在不改变其它工艺条件的情况下，仅改变顺丁胶、氯丁胶、高分散白碳黑和偶联剂SI69的加入量，最终制得的轮胎产品性能存在一定的差别，其中实施例1制得的轮胎耐磨性能更好，是上述4种实施方式中最优的一种。高耐磨橡胶材料中含有的溶聚丁苯胶与天然胶可以提高抗湿滑性能；偶联剂与高分散白炭黑，充分对高分散白炭黑进行改善，提高胶料耐磨性；溶聚丁苯胶与高分散白炭黑，可以确保胶料硬度不会太高，且具颗粒之间具有良好的凝聚形，不易脱落。溶聚丁苯胶、高分散白炭黑、偶联剂三者反应结合可以产生特殊的粘弹性体橡胶，提高耐磨性。由于铝圈10取消了钢丝辐条，人骑在自行车上后，人的重量通过前叉1传递到铝圈10的过程是通过固定轴2、三叉支架3、2个支撑轮12传递，因此铝圈10的材料需要具有较高的强度，且具有一定的耐磨性，为了达到使用要求，所述的铝圈10的材料为一种新型的高强度铝合金材料。铝圈10与支撑轮12之间主要起传递力的作用，需要支撑轮12具有足够的强度，且与铝圈10之间的摩擦尽量小，因此支撑轮12的材料也为上述新型的高强度铝合金材料。所述的高强度铝合金材料按重量百分比，包括Si1.5-2.5％、Cu1.5-2.5％、Mg2.0-3.2％、Zn0.4-0.8％；Ti0.2-0.6％、Zr0.35-0.5％、稀土1-1.5％，其余为铝和不可避免的杂质；其中稀土元素由Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、中的一种或任意几种组成。实施例5：所述的高强度铝合金材料按重量百分比由下列组分组成:Si1.5％、Cu1.5％、Mg2.0％、Zn0.4％、Ti0.6％、Zr0.5％、稀土元素1％，其中稀土元素由Sc、Y、La元素组成，Sc、Y、La各自的重量百分比为30％、20％、50％，余量为铝和不可避免的杂质，所述铝圈10的制备方法包括以下步骤：(1)熔炼：取铝硅中间合金、铝铜中间合金、铝锌中间合金、铝钛中间合金和铝锆中间合金，按适当的组分配比配料，并装炉熔炼，温度为770-780℃，时间为4-4.5h；然后向炉中按组分配比加入镁锭及稀土元素，搅拌后继续熔炼，时间为20min；(2)精炼：将炉温调整至精炼温度700-710℃，加入常规精炼剂精炼15-20min，扒渣；(3)浇铸：采用铝钛硼丝在线喂丝细化，浇注温度为680-690℃，浇铸速度为75-90mm/min，获得铸锭；(4)均匀化处理：温度为430-450℃，保温时间为12-15h；(5)挤压：将铝合金铸锭加热至420-430℃，挤压模具加热至380-400℃，涂抹挤压油，进行挤压，制得铝圈10；(6)滚花：保持铝圈10的温度为50-80℃，将挤压成型的铝圈10的内圆弧表面滚制菱形网格状花纹，花纹深度0.15-0.2mm；铝圈10滚花后的效果如图8所示。实施例6：所述的高强度铝合金材料的制备方法不变的情况下，其材料按重量百分比由下列组分组成:Si2.5％、Cu2.5％、Mg2.6％、Zn0.8％、Ti0.6％、Zr0.8％、稀土元素1.5％，其中稀土元素由Sc、Y、La元素组成，Sc、Y、La各自的重量百分比为50％、40％、10％，余量为铝和不可避免的杂质。实施例7：所述的高强度铝合金材料的制备方法不变的情况下，其材料按重量百分比由下列组分组成:Si2.0％、Cu2.0％、Mg3.2％、Zn0.6％、Ti0.2％、Zr0.4％、稀土元素1.2％，其中稀土元素为Sc，余量为铝和不可避免的杂质。所述的高强度铝合金材料的主要技术指标：表二项目实施例5实施例6实施例7硬铝2A11拉伸强度(Mpa)466455452370屈服强度(Mpa)410400395350延伸率(％)>12>12>12>12表二中可知:实施例5-7中，实施例5制得的铝圈10的强度最好，是上述3种实施方式中最优的一种，该高强度铝合金材料的拉伸强度、屈服强度较高，保证轮圈10在没有设置辐条的情况下依然有足够的强度，不发生变形。使用实施例1制作的传动轮8配合实施例5制的的铝圈10，安装到现有的自行车上，经过实际测试，自行车保持40km/h的速度下，传动轮8与铝圈10之间无打滑情况发生。当自行车速度到达50km/h，传动轮8与铝圈10之间发生打滑情况，这样可以防止自行车速度过高，保证安全。当前第1页1 2 3