专利名称：一种传力弹簧及安装有此弹簧的自行车架的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种弹簧，特别涉及一种用于助力自行车的传力弹簧及安装有此弹簧的自行车架。
背景技术：
目前，自行车已经成为应用最广泛的交通工具，并且已经发展成为休闲、竞赛工具，技术人员也在不断对其进行改进。现有改进方案中，一个重要方向就是将骑行过程中由于骑行人的姿势变化或者道路的颠簸产生的重力变化，通过弹簧传递给自行车增力装置，将重力势能转化为动能，为自行车提供助力。当弹簧压缩时，一方面向下传力，将向下的力转换为扭转力，同时蓄能；当弹簧向上回弹时，释放弹性势能，同时提供向上的拉力，同样为增力装置提供扭转力。但是，如果选择的弹簧刚度系数过低，或者说弹簧过软，则起不到传力效果；如果 选择的弹簧刚度系数过高，或者说弹簧过硬，则起不到良好的蓄能效果。同样，弹簧的长度过短或者过长，都会影响骑行人舒适度和传力效果。因此，弹簧的各项参数如何选择，成为助力自行车设计中的一个难题。另一方面，现有减震自行车的车架，一般都是安装头管的前管、安装车座的立管和安装后轮的后叉(也叫平叉)均连接在五通上，后叉的摆动角度很小，目的是配合所安装的弹簧，用于减震，用于传力时效果并不好。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有良好传力和蓄能效果的弹簧，同时提供一种能够将弹簧的压力、拉力充分转化为扭转力的车架，以更好地为自行车提供助力。为实现上述目的，本发明的实施例提供了一下技术方案一种传力弹簧，所述传力弹簧为螺旋形，两端并紧磨平，制造材料为60Si2Mn或55Si2Mn,弹簧丝直径为8mm_12. 5mm,弹簧中径为46mm,弹簧自由高度为100—180mm。可选择地，所述传力弹簧的有效圈数为3-6圈。可选择地，所述传力弹簧表面经过磷化处理。一种自行车架，包括头管；前管；立管；连接段；后叉，其具有主体部分、前叉口和后叉口 ；弹簧连接件；如上所述的传力弹簧；所述头管固定连接在所述前管的一端，所述前管的另一端与所述立管的一端固定连接在所述连接段上，所述传力弹簧通过所述弹簧连接件铰接在所述立管与所述后叉的主体部分之间。可选择地，所述连接段由所述前管或所述立管弯曲形成。可选择地，所述连接段为单独的板型构件。可选择地，所述弹簧连接件为活塞套筒组件。可选择地，所述立管和所述后叉的主体部分具有带通孔的凸耳。螺旋形弹簧，两端并紧磨平为常见弹簧构造，选择60Si2Mn或55Si2Mn作为制造材料，更具经济性。当弹簧各项参数为弹簧丝直径为8mm-12. 5mm、弹簧中径为46mm、弹簧自由高度为100—180mm时，特别适合作为助力自行车用传力弹簧。进一步地，选择3-6圈的有效圈数，既能满足设计要求，又能节省材料。 进一步地，经过磷化处理后的弹簧，防锈、防腐性能更好。由于后叉不与前管、立管固定连接，只是与立管之间存在铰接关系，因此其形成了一个杠杆，通过弹簧施力，后叉能够更好地将弹簧传递的重力变化转化为扭转力，传递给自行车增力装置。由于采用符合以上参数的弹簧，传力效果更好。进一步地，连接段由单独的板型构件构成，更有利于自行车增力装置的安装。
接下来将结合附图对本发明的实施例作进一步详细说明，其中图I是本发明的实施例的弹簧示意图；图2是现有技术下一般减震自行车架示意图；图3是本发明的实施例的自行车架示意图；图4是本发明的实施例中所采用的弹簧连接件的剖面图；图5是本发明的实施例的自行车架的工作示意图。上图中，相似或者相同的构件采用相同的标记，其中H-弹簧自由高度、d弹簧丝直径、D弹簧中径、I-头管、2-前管、3-立管、31-凸耳、4-弹簧、5-活塞套筒组件、51-套筒、511-大螺母、52-活塞杆、521-止挡盘、6-后叉、61-前叉口、62-后叉口、63-主体部分、64-凸耳、7-五通、8-连接段、9-后轮、10-增力装置。
具体实施例方式图I示出了弹簧4的构造和几个主要参数。H为弹簧自由高度，d为弹簧丝直径，D为弹簧中径。图中示出的弹簧4为典型的螺旋形状，两端并紧磨平，支撑圈数采用一般的
I.5圈、2圈、2. 5圈均可。一般,成年骑行人的体重应当在50kg至IOOkg之间,重力变化造成的传力弹簧的工作行程应当在5_15mm之间。工作行程过大，说明弹簧过软，工作行程过小，说明弹簧过硬，所产生的不利效果前文已经进行了描述。因此，本发明在进行传力弹簧设计时，是以上述体重、工作行程两个参数为基础的，综合考虑颠簸时的加速度、安全系数等因素，要求弹簧的实际最大刚度范围为42-398N/mm。弹簧的制造材料一般为弹簧钢，优选采用60Si2Mn或55Si2Mn，经过热处理后能够达到许用切应力628Mpa左右、弯曲应力785Mpa左右、切变模量78. 5Mpa左右、弹性模量196Gpa左右的要求。虽然也能够采用其它合金弹簧钢，通过其它处理方式达到设计要求，但显然采用60Si2Mn或55Si2Mn更具经济优势。而选择弹簧丝直径d为8mm_12· 5mm、弹簧中径D为46mm、弹簧自由高度H为100—180mm时，能很好地满足设计要求。优选弹簧有效圈数为3-6圈。弹簧4经表面磷化处理后，防锈、防腐的性能更好。图2示出了一种常见的自行车架。头管I用于安装自行车前叉，前叉穿过头管1，下面安装前轮，上面安装车把等部件。头管I固定连接在前管2的一端，前管2的另一端与五通7固定连接。立管3的上端用于安装自行车座等部件，下端固定连接至五通7上。后叉6的后叉口用于安装自行车后轮，前端与五通7铰接。五通7用于安装自行车中轴组件。弹簧4通过活塞套筒组件5铰接在立管3与后叉6之间。图2中示出的自行车架常见于一般的减震自行车，其所采用的弹簧的弹簧丝直径一般在6mm以下，自由高度也小于100mm，刚度系数较小，只起到吸震作用。而且，后叉6铰接到五通7上，也只是为了起到减震作用，实际上，在弹簧4和活塞套筒组件5的作用下后叉6的摆动角度很小。图3是本发明的实施例的自行车架示意图。在此实施例中，不存在五通7，前管2 和立管3固定连接到了连接段8上，一般是采取焊接的方式。本领域普通技术人员能够很容易地想象，该连接段8能够是由前管2或者立管3弯曲形成，此时前管2和立管3直接固定连接，或者，连接段8也能够是单独的构件，例如单独的板型构件或者管形构件，前管2或者立管3分别焊接到连接段8上，但采用板型构件作为连接段，更有利于图5中示出的自行车增力装置10的安装，因此更具优势。虽然图3中示出的连接段8为扇形，但本领域普通技术人员能够想象，其能够是长方形或者其它合适的形状。应当注意到，在图3中，后叉6与连接段8之间并无连接关系，这使得后叉6的前端拥有更高的自由度。后叉6的前端为前叉口 61，中间为主体部分63，后端为后叉口 62。前叉口 61用于与图5中示出的增力装置10配合，传递扭矩。后叉口 62用于安装自行车后轮。在主体部分63上，具有一个凸耳64，凸耳64上开有通孔，用于活塞套筒组件5的铰接，相应地，立管3上也具有类似的凸耳31。当然，本领域普通技术人员能够想象，在立管3或者后叉6上直接开通孔，同样能够铰接活塞套筒组件5。在活塞套筒组件5上，安装有本发明的弹簧4。图4示出了本发明的实施例中所采用的弹簧连接件，即图3中的活塞套筒组件5，其上已经安装了弹簧4。套筒51内部有深孔、外表有部分螺纹及与螺纹段连接的一个大螺母511，以其下端扁形头活动连接在后叉6的凸耳64上；活塞杆52是在杆头部有连接头、止挡盘521，而杆上设有数个间隔的活塞，该连接头活动连接在立管3的凸耳31上，而该数个活塞与套筒51的深孔滑配合。传力弹簧4设置在套筒51的大螺母511和活塞杆52的止挡盘521之间，并且可利用大螺母调节传力弹簧4的弹力，使传力弹簧4的弹力既可达到充分传递重力变化的作用，又可适应不同体重的骑行人。活塞套筒组件5起到了连接、固定、导向和调整并限制最大压缩行程的作用。虽然在本实施例中，弹簧连接件是以活塞套筒组件5为例示出的，但本领域普通技术人员能够很容易地想象，弹簧连接件还能够具有与一般减震自行车中减震器所采用的类似的构造，或者其它合适的构造。同时，弹簧4与弹簧连接件所组成的机构，同样能够像自行车减震器一样，预先组合，并且根据骑行场地、骑行人的体重，选取不同弹簧圈数、不同预调弹力的组合进行快速组装，这在比赛时显得尤为重要。图5是本发明的实施例的自行车架的工作示意图，其中以虚线示意性示出了自行车后轮9，同时增力装置10被安装在连接段8上。在路面颠簸或者骑行人姿势变化的情况下，弹簧4上拉或者下压，对后叉6施力。后轮9的轴距离地面的高度基本保持不变，因此后叉6能够以后轮9的轴为枢轴上下摆动，将垂直方向上产生的重力变化转化为扭转力，通过其前叉口 61，传递给增力装置10。采用本发明的弹簧和自行车架，传递的弹力能够达到骑行人体重的两倍以上。
虽然本发明是结合以上实施例进行描述的，但本发明并不被限定于上述实施例，而只受权利要求的限定，本领域普通技术人员能够容易地对其进行修改和变化，但并不离开本发明的实质构思和范围。
权利要求
1.一种传力弹簧，所述传力弹簧为螺旋形，两端并紧磨平，制造材料为60Si2Mn或55Si2Mn,弹簧丝直径为8mm_12. 5mm,弹簧中径为46mm,弹簧自由高度为100—180mm。
2.根据权利要求I所述的传力弹簧，其特征在于，所述传力弹簧的有效圈数为3-6圈。
3.根据权利要求I所述的传力弹簧，其特征在于，所述传力弹簧表面经过磷化处理。
4.一种自行车架，包括 头管； 前管； 立管； 连接段； 后叉，其具有主体部分、前叉口和后叉口 ； 弹黃连接件； 如权利要求I至3中的任一项所述的传力弹簧； 所述头管固定连接在所述前管的一端，所述前管的另一端与所述立管的一端固定连接在所述连接段上，所述传力弹簧通过所述弹簧连接件铰接在所述立管与所述后叉的主体部分之间。
5.根据权利要求4所述的自行车架，其特征在于，所述连接段由所述前管或所述立管弯曲形成。
6.根据权利要求4所述的自行车架，其特征在于，所述连接段为单独的板型构件。
7.根据权利要求4所述的自行车架，其特征在于，所述弹簧连接件为活塞套筒组件。
8.根据权利要求4所述的自行车架，其特征在于，所述立管和所述后叉的主体部分具有带通孔的凸耳。
全文摘要
本发明提供了一种传力弹簧，所述传力弹簧为螺旋形，两端并紧磨平，制造材料为60Si2Mn或55Si2Mn，弹簧丝直径为8mm-12.5mm，弹簧中径为46mm，弹簧自由高度为100-180mm。本发明还提供了一种自行车架，包括头管；前管；立管；连接段；后叉，其具有主体部分、前叉口和后叉口；弹簧连接件；如上所述的传力弹簧；所述头管固定连接在所述前管的一端，所述前管的另一端与所述立管的一端固定连接在所述连接段上，所述传力弹簧通过所述弹簧连接件铰接在所述立管与所述后叉的主体部分之间。
文档编号F16F1/06GK102808879SQ201210296008
公开日2012年12月5日 申请日期2012年8月20日 优先权日2012年8月20日
发明者栗运岭, 赵胜乐 申请人:栗运岭