自行车助力装置及助力自行车的制作方法

本发明属于自行车技术领域，尤其是涉及一种自行车助力装置及助力自行车。

背景技术：

在现有的自行车驱动技术中，获得动能的方式多为人力、燃油以及电力驱动等几种，但每种方式均有其不足之处：人力受体能限制，现有车辆在人力驱动下无法远行和负重；燃油驱动在存贮和污染等方面存在一系列问题；电力驱动看似便捷，但实质在电能存贮和污染上所带来的问题同样存在。

弹簧在工业中大多做为缓冲和连接功能使用，在很多行业中偶有应用，很少用到其能量存贮功能，即使有也是较为简单、初级的使用，因此其在势能存贮上利用空间广泛。

机械中自行车齿轮加力均是将作用力设定为向前用力，而向后的作用力一直被忽视或是即使使用未经转换的向后的直接作用力，在现实生活中所起的实际作用并不大。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明旨在提出一种自行车助力装置及助力自行车，成本低廉、结构简单、方便拆卸，充分利用自行车齿轮向后的作用力上紧盘簧，助力长久，助力效果好。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种自行车助力装置，包括轴一、盘簧、轴二、齿轮二、齿轮三和齿轮四，所述的盘簧缠绕在轴一上，所述的齿轮三固定在轴一上，所述的齿轮二设置在轴一上，所述的齿轮三位于盘簧和齿轮二之间，所述的盘簧一端固定在轴一上，另一端限位在盘簧壳内，所述的轴一穿过盘簧壳设置，所述的齿轮四固定在轴二上，所述的轴一和轴二平行设置，所述的齿轮三与设置在自行车中轴上的齿轮一啮合，所述的齿轮二与齿轮四啮合，在轴二的一端固设有链轮一，所述的链轮一通过链条一与设置在自行车后轴上的飞轮二连接，所述的链轮一和飞轮二位于同一平面；

所述的齿轮一与自行车中轴之间和所述的齿轮二与轴一之间均通过一内啮合棘轮机构连接，所述的内啮合棘轮机构包括棘轮、棘爪和转动盘，所述棘轮和转动盘均为环状结构，所述的转动盘设置在棘轮的内环内，且两者同心设置，在棘轮的内环壁面上均匀设有锯齿状凹槽，在转动盘的靠近外边缘处设有棘爪转轴，所述的棘爪转动设置在棘爪转轴上，所述的棘爪与棘轮的内环壁面上的锯齿状凹槽相啮合，在转动盘上固设有支撑棘爪的弹簧片；

所述的齿轮一和齿轮二分别套设且固定在相对应棘轮的外环面上，所述的自行车中轴和轴一分别穿过相对应的转动盘的内孔，且均与相应转动盘固定连接。

进一步的，所述自行车中轴的端部设有链轮二，所述的链轮二通过第二链条与设置在自行车后轴的第二飞轮连接，所述的第二飞轮与链轮二位于同一平面，所述的第二飞轮设置在第一飞轮的外侧。

进一步的，它还包括一箱体，所述齿轮二、齿轮三、齿轮四、轴一、盘簧、盘簧壳和轴二均设置在箱体内部，所述轴一和轴二均转动设置在箱体内，链轮一所在位置处的箱体的外壁开有第一开口，第二链条伸入第一开口与链轮一配合，所述盘簧壳固定在箱体内，齿轮三所在位置处的箱体的外壁设有第二开口，齿轮一伸入第二开口与齿轮三啮合。

进一步的，所述自行车中轴设置在外套内，在外套的表面与第一齿轮对应处设有环形开口，第一齿轮的齿穿过环形开口与第三齿轮啮合。

进一步的，轴一的靠近盘簧的一端穿出箱体的外壁设置，在轴一的靠近盘簧的一端开有用于盘簧上紧的外接口。

进一步的，在转动盘的靠近外边缘处沿直径方向设有两个棘爪转轴，每个棘爪转轴配合一所述棘爪，所有的棘爪均与棘轮的内环壁面上的锯齿状凹槽相啮合，每个棘爪配合一弹簧片。

进一步的，所述的轴一和轴二等高布置，所述的轴一和轴二的两端均通过轴承支撑在箱体上。

进一步的，链轮二顺时针转动即链轮二倒转，盘簧上紧；链轮二逆时针转动即链轮二正转，盘簧助力。

一种助力自行车，包括车架和设置在车架上的如上所述的自行车助力装置。

进一步的，在所述的自行车助力装置的箱体外设有支座，所述支座固定在车架上，所述的自行车助力装置设置在自行车中轴的右上方。

相对于现有技术，本发明所述的自行车助力装置及助力自行车具有以下优势：

1、既可以通过外力系统对接盘簧的外接口逆时针旋转直接将盘簧拉紧，存贮动能，又可以在自行车踏板向后旋转加力时通过齿轮间的合理配合、变换力距，将获得的能量存贮于盘簧中，自行车踏板向后旋转时向后的作用力被充分利用，两种方式为盘簧贮存能量，省时省力；

2、通过盘簧存贮势能，在车辆行进中逐步将该势能转换为车辆行驶的动能，从而辅助自行车行进；

3、采用盘簧及齿轮机构，成本低廉、结构简单、方便拆卸，充分利用自行车齿轮向后的作用力来上紧盘簧，助力长久，助力效果好。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的一种自行车助力装置的传动原理图；

图2为本发明实施例所述的一种自行车助力装置中内啮合棘轮机构的结构示意图；

图3为本发明实施例所述的一种助力自行车的结构示意图。

附图标记说明：

1-自行车中轴，2-齿轮一，3-轴一，4-盘簧，5-盘簧壳，6-齿轮三，7-齿轮二，8-轴二，9-齿轮四，10-链轮一、11-链条一，12-飞轮一，13-飞轮二，14-链条二，15-链轮二，16-箱体，17-棘轮，18-棘爪，19-转动盘，20-棘爪转轴，21-锯齿状凹槽，22-弹簧片，23-自行车后轴，24-第一开口，25-第二开口，26-外套，27-环形开口，28-外接口，29-车架。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1-图3所示，一种自行车助力装置，包括轴一3、盘簧4、轴二8、齿轮二7、齿轮三6和齿轮四9，所述的盘簧4缠绕在轴一3上，所述的齿轮三6固定在轴一3上，齿轮二7设置在轴一3上，所述的齿轮三6位于盘簧4和齿轮二7之间，所述的盘簧4一端固定在轴一3上，另一端限位在盘簧壳5内，所述的轴一3穿过盘簧壳5设置，所述的齿轮四9固定在轴二8上，所述的轴一3和轴二8平行设置，所述的齿轮三6与设置在自行车中轴1上的齿轮一2啮合，所述的齿轮二7与齿轮四9啮合，在轴二8的一端固设有链轮一10，所述的链轮一10通过链条一11与设置在自行车后轴23上的飞轮二12连接，所述的链轮一10和飞轮二12位于同一平面；

所述的齿轮一2与自行车中轴1之间、所述的齿轮二7与轴一3之间以及所述的齿轮三6与轴一3之间均通过一内啮合棘轮机构连接，以齿轮三6和轴一3之间的棘轮机构为例，具体说明：所述的内啮合棘轮机构包括棘轮17、棘爪18和转动盘19，所述棘轮17和转动盘19均为环状结构，所述的转动盘19设置在棘轮17的内环内，且两者同心设置，在棘轮17的内环壁面上均匀设有锯齿状凹槽21，在转动盘19的靠近外边缘处设有棘爪转轴20，所述的棘爪18转动设置在棘爪转轴20上，所述的棘爪18与棘轮17的内环壁面上的锯齿状凹槽21相啮合，在转动盘19上固设有支撑棘爪18的弹簧片22；内啮合棘轮机构的工作原理为：当转动盘19为主动件时：转动盘19顺时针转动，带动棘轮17顺时针转动，转动盘19逆时针转动，棘轮17静止；当棘轮17为主动件时：棘轮17逆时针转动带动转动盘19逆时针转动，棘轮17顺时针转动，转动盘19静止；

所述的齿轮一2、齿轮二7和齿轮三6分别套设且固定在相对应棘轮的外环面上，所述的自行车中轴1和轴一3分别穿过相对应的转动盘的内孔，且均与相应转动盘固定连接。

所述自行车中轴1的端部设有链轮二15，所述的链轮二15通过第二链条14与设置在自行车后轴23的第二飞轮13连接，所述的第二飞轮13与链轮二15位于同一平面，所述的第二飞轮13设置在第一飞轮12的外侧。

它还包括一箱体16，所述齿轮二7、齿轮三6、齿轮四9、轴一3、盘簧4、盘簧壳5和轴二8均设置在箱体16内部，所述盘簧壳5固定在箱体16内，所述轴一3和轴二8均转动设置在箱体16内，链轮一10所在位置处的箱体的外壁开有第一开口24，第二链条11伸入第一开口24与链轮一10配合，齿轮三6所在位置处的箱体的外壁设有第二开口25，齿轮一2伸入第二开口25与齿轮三6啮合。

所述自行车中轴1设置在外套26内，在外套26的表面与第一齿轮2对应处设有环形开口27，第一齿轮2的齿穿过环形开口27与第三齿轮6啮合。

轴一3的靠近盘簧4的一端穿出箱体16的外壁设置，在轴一3的靠近盘簧的一端开有用于盘簧上紧的外接口28。

在转动盘19的靠近外边缘处沿直径方向设有两个棘爪转轴20，每个棘爪转轴20配合一所述棘爪18，所有的棘爪18均与棘轮的内环壁面上的锯齿状凹槽21相啮合，每个棘爪18配合一弹簧片22。

所述的轴一3和轴二8等高布置，所述的轴一3和轴二8的两端均通过轴承支撑在箱体16上。

链轮二15顺时针转动即链轮二15倒转，盘簧4上紧；链轮二15逆时针转动即链轮二15正转，盘簧4助力。

一种助力自行车，包括车架28和设置在车架28上的如上所述的自行车助力装置，在所述的自行车助力装置的箱体16外设有支座，所述支座固定在车架29上，所述的自行车助力装置设置在自行车中轴1的右上方。

自行车自然行驶中，自行车的链轮2向前旋转行进，通过链条二14带动飞轮二13旋转，从而带动自行车后轴23自然行进。

本自行车助力装置的储能过程：自行车中轴1顺时针旋转时，由于自行车中轴1和齿轮一2之间通过内啮合棘轮机构连接，那就会实现自行车中轴1的顺时针转动带动齿轮一2的顺时针转动，由于齿轮一2和齿轮三6啮合，那么齿轮三6在齿轮一2的带动下逆时针转动，由于齿轮三6与轴一3也通过一内啮合棘轮机构连接，那么齿轮三6的逆时针旋转带动轴一3的逆时针旋转，实现盘簧4的储能，由于齿轮二7与轴一3之间也通过一内啮合棘轮机构连接，因此，在盘簧4储能过程中，也就是轴一3逆时针转动时，齿轮二7是不发生转动；

释放过程：轴一3在盘簧4能量的作用下顺时针旋转，从而带动其上的齿轮三6顺时针旋转，齿轮三6的顺时针旋转带动齿轮一2的逆时针旋转，由于齿轮一2与自行车中轴1之间通过内啮合棘轮机构连接，因此，齿轮一2的逆时针旋转带动自行车中轴1的逆时针旋转，从而达到助力的目的；由于齿轮二7与轴一3之间通过内啮合棘轮机构连接，就会实现在轴一3顺时针转动时带动齿轮二7顺时针旋转，齿轮二7顺时针旋转带动齿轮四9逆时针旋转，齿轮四9带动轴二8逆时针转动，从而带动轴二8上的链轮一10逆时针转动，链轮一10通过链条一11带动第一飞轮12逆时针转动，第一飞轮12带动自行车后轴23向前转动，达到双重助力的作用；

未骑行时，外界通过外接口28为盘簧4上劲，盘簧4满能量后，可以通过手按刹车使自行车处于静止状态，待骑行人骑行时，松开刹车，就可助力自行车前行，也可通过在箱体16上设有一控制轴一3是否旋转，间接控制盘簧4是否释放能量的开关，盘簧4储满能量后，拨动开关，开关朝向轴一3压紧，使盘簧4保持满能量状态，当自行车行进时，反方向拨动开关，此时开关远离轴一3，盘簧4释放能量，骑行人给自行车中轴1加力，助力装置同时作用于后轴，使骑行更为省力；

当盘簧4处于锁紧状态时(最小限位)，自行车轴1无法向后旋转；当盘簧4处于全松状态时(最大限位)，自行车中轴1及链轮二15可正常向前行行进，这是由于自行车中轴1逆时针旋转时，由于棘轮机构的设置，齿轮一2是静止的，也就是齿轮三6与齿轮一2不能进行力的传递，此时盘簧系统并不影响自行车的正常行驶。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。