专利名称：自行车助力装置的制作方法
技术领域：
本发明属于自行车技术领域，尤其涉及一种自行车助力装置。
技术背景自行车己经是一种普遍的交通工具，它具有轻便、廉价、绿色环保等特点 因而受到大众的青睐。但是自行车的一个主要缺点时在山地行驶时十分费力， 其原因是因为自行车在爬坡时需要的扭矩很大，因此给使用者带来了不便。为 了适应山地行驶的需要，已经有人设计了变速自行车。变速器自行车的原理是 通过变换挡位选择不同的齿数比来变速，这样在一定程度上了可以缓解使用者 的疲劳。但是这种机构在省力的同时降低了车速，尤其在坡面较陡的路段，使 用者骑行时仍然较费力。另外这种变速器需要链条不断的在不同轮齿间进行滑 动，在磨损的同时也容易出现链条滑脱等故障。 发明内容为了克服现有的变速自行车上坡时不能提供足够动力等缺点，本发明提供 一种助力装置。该装置不仅能够在自行车行驶过程中为自行车提供更强的动力， 而且可应用于普通自行车和带有变速器的自行车。本发明的目的是这样实现的该装置主要利用巻簧旋转时能够储存能量的 特点，将不同零件组合，通过机械传动，最终使得自行车在上坡时有更充足的 动力。使用者在下坡或平地滑行前进的过程中可以反向蹬踏板，使巻簧储存能 量，在上坡的时候让巻簧的能量释放。由于使用了巻簧作为推力的来源，在自 行车爬坡的时候可以提供人力和助推的双重动力，因此本装置在省力的同时能够保持原有车速。本发明由底盘、棘爪、棘轮、上盖、滚珠、底盘、顶块、弹簧、顶杆、弹 片、支架、卡盘、螺钉、中轴、巻簧、外壳构成。具体工作过程如下 一、储能过程开关处于关闭状态，使用者反向蹬踏 板，踏板的反转带动主轴的反转，主轴的反转通过键的配合传递至棘轮，棘轮 通过卡槽将扭矩传递至巻簧，同时底盘上的顶块会顶住棘轮外缘的齿，能够防 止巻簧的反作用力引起棘轮的正转。当使用者需要正常骑车行驶时，只需要正 向蹬踏板，顶块将顶住棘轮防止巻簧能量释放。二、释放过程开始爬坡时， 使用者打开车把处开关，开关拉动钢丝将顶块拉下，棘轮失去顶块的约束，巻 簧在势能的作用下带动棘轮正转。此时正向的扭矩又通过棘轮传递至主轴，主 轴将扭矩通过链条传递至后轮。在爬坡结束后关闭开关，这时顶块在弹簧的作 用下弹起，卡住棘轮阻止巻簧能量的继续释放。又回到了储存能量的过程。循 环上述储能和释放两个过程，就达到了本装置省力的目的。在本装置中核心部件巻簧的性能参数直接影响到装置的性能。因此在此给 出弹簧性能参数算例弹簧参数计算样例弹簧采用合金50CrVA硬度HV600HRC 55.2抗拉强度 =2087M/Pa弹簧宽度风_ =35mm最大输出力矩Max=20000N.MM最小输出力矩Max=14000N.MM200710158898.5说明书第3/6页必次袖镇瞎存，<formula>formula see original document page 5</formula>V 0.225.6., ~ 0.225x38x2087 弹簧弹性部分内端在上紧之后的曲率半径户。=涵=15xll2 = 1681ww ，其中m为弹簧的劲度系数， 一般取15-16。发条弹簧带的工作长度<formula>formula see original document page 5</formula>
发条弹簧的工作圈数 =摔2"。)-("《30发条弹簧退火部分长度4 =3^。 =158附附 发条弹簧外端退火部分长度为^ =1.5;^。 =79mm 发条弹簧带总长度Z =丄g +丄。+ ; = 18914mm 发条弹簧轴半径r = p。 -1.5/z = 15ww通过以上算例可知该装置在爬坡时相当于在脚蹬上提供133N的力。自行车 在正常行驶时需要的力量约为IOON，因此本发明可以帮助使用者轻松爬坡。本发明的效果和益处是，可以使自行车在行驶过程中，尤其是上坡过程中 具备更充足的动力，使得自行车使用范围更广，且结构简单，安装方便，适应 性强，本装置结构相对简单，零件较少，因此成本低于市面上现有的变速器以 及其他电力助力装置，在经济性上有其独特的优势。此外本装置与现有的自行 车变速器在机构的空间位置上并不冲突，因此可以在现有的任何车型的自行车 上进行改装，实现省力爬坡的目的。如果与现有变速器同时使用将会让自行车 拥有更好的性能。
图l是本发明的底盘，棘爪，棘轮，上盖。 图2是图1的A-A剖视图。图3是图1的左视图。图4是图3的B-B剖视图。图5是图2的C处放大图。图.6是底壳的俯视图。图7是图6的A-A剖视图。图8是图7的B处放大图。图9是图7的C处放大图。图10是本发明的支架的俯视图。图ll是本发明的支架的右视图。图12是本发明的装配示意图。图中底盘l;棘爪2;棘轮3;上盖4;滚珠5;底壳6;顶块7;弹簧8; 顶杆9;弹片10;螺钉ll;支架12;卡盘13;螺钉14;螺钉15;螺钉16;螺 钉17;中轴18;巻簧19;外壳20。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式
。如图l、图2、图3、图4所示，底盘l上设有螺纹，用于与上盖4。棘轮3 的内外侧各有一圈内齿和外齿。底盘1的侧面设有棘爪2。使用者正向蹬踏板， 即正常骑车时，棘爪2处于压縮状态，故主轴18正向转动不会带动棘轮3转动。 反向蹬踏板时，主轴18的转动通过键的配合传递至底盘1，则底盘1随主轴18 转动，并且将扭矩通过棘爪2传递至棘轮3，棘轮3外缘的卡槽用于连接巻簧 19，巻簧19卡入卡槽，因此棘轮3的转动可带动巻簧19转动，巻簧19转动时即可储存能量；释放时，用一只钢丝将顶杆9拉下，由于顶块7与顶杆9连接， 则顶块7随之下降，棘轮3失去顶块7的约朿，在巻簧19反力作用下开始m转， 并且将扭矩通过棘爪2传递至底盘1，底盘1通过键的配合将扭矩传递至主轴 18，主轴18将扭矩通过链条传递至后轮。上盖4安装在底盘1的顶端，其上设 有螺纹，与底盘l的螺纹配合，起到固定棘轮3的作用。两个过程可以表达为储能过程主轴18转动一底盘1转动一棘轮3转动 —巻簧19转动一动能转化为弹性势能；释放过程巻簧19转动一棘轮3转动 —底盘1转动一主轴18转动一弹性势能转化为动能。如图5所示，滚珠5用于减小棘轮3在转动时与上盖4之间的摩擦。滚珠5 呈圆形阵列布置，共50个，构成圆周上的滚珠阵列，以减小摩擦。如图6和图7所示，底盘6的作用是承载其他零件。顶块7、弹簧8、顶杆 9的作用是控制整个装置在储能和释放两个工况之间转换。如图8所示，顶块7 底部有螺纹，顶杆9是一颗螺钉，穿过弹簧8与顶块7连接。图中状态为装置 的关闭状态，此时巻簧19只能反转储能，而不能正转释放。原理弹簧顶住顶 块7使其凸起，由于顶块7表面设计为斜面，使得棘轮3的外齿只能向斜面较 高的一侧运动，若反向运动则会被斜面的背面阻挡，故巻簧19不能正转释放能 量。释放时，用钢丝将顶杆9拉下，弹簧8被压縮，顶块7随顶杆9下降，棘 轮3由于没有顶块7的阻力，开始正转，并通过棘爪2带动底盘1转动，继而 带动主轴18转动。释放结束后关闭车把处开关，则钢丝放松，弹簧8伸长，顶 块7及顶杆9重新上移。如图9所示，本发明的优化机构，作用是调节巻簧19的件能。主要由弹片 IO实现其功能。其具体原理如下在储能过程的初期，由于巻簧19收縮幅度较 大，会出现巻簧19的反力不稳定的情况，影响其性能和寿命。为了避免这一情况，设置弹片IO，弹片lO用螺钉ll固定在底壳6上。弹片10尖端为梯形，其坡面与弹簧接触。如果巻簧19反力过小，则不能压下弹片10，只能在弹片10 以内的较小范围内收縮；当巻簧19反力较大时，可以将弹片10压下，而在整 个范围内收縮，以此调节巻簧19的性能。如图10和图11所示，支架12通过螺钉15与底壳6连接，且支架12通过 螺钉16与卡盘13连接。卡盘13通过螺钉14固定在自行车车架上。图12说明本发明的装配情况，外壳20通过螺钉17固定在底壳6上，以固 定和保护其他零件。
权利要求
1.一种自行车助力装置，由底盘(1)、棘爪(2)、棘轮(3)、上盖(4)、滚珠(5)、底壳(6)、顶块(7)、弹簧(8)、顶杆(9)、弹片(10)、螺钉(11)、支架(12)、卡盘(13)、螺钉(14)、螺钉(15)、螺钉(16)、螺钉(17)、中轴(18)、卷簧(19)、外壳(20)构成，其特征在于棘轮(3)的内外侧各有一圈内齿和外齿，底盘(1)侧面有两只棘爪(2)，棘爪(2)与棘轮(3)的内齿配合，而底盘上的顶块(7)与棘轮(3)的外齿配合。
2.根据权利要求1所述的一种自行车助力装置，其特征在于底盘(1)上 有开关，开关由顶块(7)、弹簧(8)、顶杆(9)组成，顶块(7)上表面为斜 面，且顶块(7)底部设有螺孔，顶杆(9)穿入弹簧(8)之后通过该螺孔与顶 块(7)配合。
全文摘要
本发明涉及一种自行车助力装置。由底盘、棘爪、棘轮、上盖、滚珠、底盘、顶块、弹簧、顶杆、弹片、支架、卡盘、螺钉、中轴、卷簧、外壳构成。其特征是棘轮的内外侧各有一圈内齿和外齿，底盘侧面有两只棘爪，棘爪与棘轮的内齿配合，而底盘上的顶块与棘轮的外齿配合。开关由顶块、弹簧、顶杆组成，顶块上表面为斜面；顶块底部设有螺孔，顶杆穿入弹簧之后通过该螺孔与顶块配合。本发明的效果和益处是，可以在自行车行驶过程中，尤其是上坡过程中具备更充足的动力，且装置结构简单，安装方便，适应性强，成本低于市面上现有的变速器以及其他电力助力装置。
文档编号B62M1/10GK101224779SQ200710158898
公开日2008年7月23日 申请日期2007年12月11日 优先权日2007年12月11日
发明者泳 于, 林 冯, 褚金奎, 兴 赵, 辛文杰 申请人:大连理工大学