一种基于机械扭转减振的自行车省力装置的制作方法

本发明涉及自行车技术领域，具体涉及一种基于机械扭转减振的自行车省力装置。

背景技术：

随着经济的不断发展，人民生活水平的提高，人们拥有充足的时间来享受生活。但是在21世纪的现代对人们威胁最大的就是健康问题，生命在于运动，而健康就在于锻炼，运动可以降低死亡率和心血管疾病，世界上有半数以上的人都死于心脏病，而户外自行车运动是克服心脏功能毛病的最佳方法之一。自行车与跑步、游泳都一样是有氧运动。自行车运动能对人的心血管系统起到很好的锻炼作用，另外也是减肥塑身的好工具。同时它也能使人的许多关节和肌肉得到很好的锻炼。所以自行车运动是快乐健身的好方法，它的发展将有广阔的前景。

我国是自行车生产和使用大国。但由于传统自行车传动系统结构的局限性，人们在骑行时能够明显感觉到顿挫感。分析传统自行车传动系统结构，人在骑行时单脚骑行一周中的力矩集中分布在10°至180°(曲柄与竖直方向的夹角)的踩踏期，而在170°至350°的提拉期与350°至370°(即-10°至10°)的平推期，曲杆力不做功或做负功。这种力矩的不平均分布，直接导致人在第二次做功期间腿部肌肉需对抗更大的阻力做功。因此在骑行过程中易出现顿挫感，即加速度频繁变化，具体表现脚蹬一下脚踏板，自行车就动一下，容易导致上坡费劲、起步费劲、长途疲劳等问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种基于机械扭转减振的自行车省力装置，使骑行时人体输出更加平缓，有效降低人在骑行时的疲劳感，改善骑行体验，装置结构精简，拆装方便，成本低廉，且能实现零排放，零能耗的助力效果。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种基于机械扭转减振的自行车省力装置，包括自行车牙盘、限位盘、自行车曲柄和弹性机构，限位盘套设于自行车牙盘内圈，限位盘与自行车牙盘连接固定，自行车曲柄通过弹性机构与限位盘和/或自行车牙盘连接；自行车曲柄通过弹性机构带动限位盘和自行车牙盘转动。

按照上述技术方案，弹性机构包括多个弹簧，限位盘上沿周向均匀分布有多个滑槽，自行车曲柄设置于限位盘的一侧，自行车曲柄上沿周向均匀分布有多个销轴，销轴与滑槽一一对应设置，销轴设置于相应的滑槽内，销轴可沿滑槽移动，每个滑槽的一侧均设有凸台，凸台设置于自行车牙盘或限位盘上，弹簧的两端分别与相应的凸台和滑槽内的销轴连接。

按照上述技术方案，自行车牙盘和限位盘同心布置。

按照上述技术方案，自行车曲柄包括连杆和转盘，转盘与自行车牙盘和限位盘均同心布置，连接杆与转盘中心连接，销轴沿周向均匀布置于转盘上，连接杆带动转盘转动。

按照上述技术方案，转盘的中心设有自行车中轴，转盘套设于自行车中轴上，转盘通过自行车中轴与自行车车架连接。

按照上述技术方案，转盘为十字形，销轴的个数为四个，四个销轴分布于十字形转盘的四角。

按照上述技术方案，弹簧、滑槽和销轴的个数均为四个，每两个对称布置的弹簧为一组，形成两组弹簧，两组弹簧的刚度不相同。

按照上述技术方案，滑槽为弧形，弧形滑槽的圆心即为限位盘旋转中心。

按照上述技术方案，限位盘通过螺栓与自行车牙盘连接固定。

按照上述技术方案，螺栓替代凸台，与相应弹簧连接。

按照上述技术方案，凸台和销轴均替换为螺栓。

本发明具有以下有益效果：

1.基于机械扭转减振的自行车省力装置中的弹性机构能够在人踩踏时储存除驱动自行车外的多余能量，并在踩踏死点附近释放，带动链条进而驱动自行车，以达到助力效果，理论上能够减少人体输出的最大踩踏力15％～20％，使骑行时人体输出更加平缓，有效降低人在骑行时的疲劳感，改善骑行体验，装置结构精简，拆装方便，成本低廉，且能实现零排放，零能耗的助力效果。

2.通过沿周向均匀分布的拉簧，能够在很大程度上简化装置结构，节省空间，使系统更高效，更精简，方便安装、更换部件，同时也降低了成本；通过在普通自行车上直接加装限位盘和拉簧实现省力效果的，相较于其它自行车助力装置，本装置不需要对原有自行车结构进行过多的改装，便能将助力效果加装到自行车上；利用机械装置完成助力效果，不存在机械能与其它形式的能量形式之间的转化，与自行车电助力装置相比，能量利用率高，并且不需要外部能源的输入即可完成助力效果，实现零排放助力。

附图说明

图1是本发明实施例中基于机械扭转减振的自行车省力装置的主视图；

图2是本发明实施例中基于机械扭转减振的自行车省力装置的后视图；

图3是本发明实施例中基于机械扭转减振的自行车省力装置的前侧立面图；

图4是本发明实施例中基于机械扭转减振的自行车省力装置的后侧立面图；

图中，1-自行车牙盘，2-限位盘，3-自行车曲柄，4-第一拉簧，5-第二拉簧，6-自行车中轴，7-第一螺栓组，8-第二螺栓组。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

参照图1～图4所示，本发明提供的一个实施例中的基于机械扭转减振的自行车省力装置，包括自行车牙盘1、限位盘2、自行车曲柄3和弹性机构，限位盘2套设于自行车牙盘1内圈，限位盘2与自行车牙盘1连接固定，自行车曲柄3通过弹性机构与限位盘2和/或自行车牙盘1连接；自行车曲柄3通过弹性机构带动限位盘2和自行车牙盘1转动。

进一步地，弹性机构包括多个弹簧，限位盘2上沿周向均匀分布有多个滑槽，自行车曲柄3设置于限位盘2的一侧，自行车曲柄3上沿周向均匀分布有多个销轴，销轴与滑槽一一对应设置，销轴设置于相应的滑槽内，销轴可沿滑槽移动，每个滑槽的一侧均设有凸台，凸台设置于自行车牙盘1或限位盘2上，弹簧的两端分别与相应的凸台和滑槽内的销轴连接。

进一步地，自行车牙盘1和限位盘2同心布置。

进一步地，自行车曲柄3包括连杆和转盘，转盘与自行车牙盘1和限位盘2均同心布置，连接杆与转盘中心连接，销轴沿周向均匀布置于转盘上，连接杆带动转盘转动。

进一步地，转盘的中心设有自行车中轴6，转盘套设于自行车中轴6上，转盘通过自行车中轴6与自行车车架连接。

进一步地，转盘为十字形，销轴的个数为四个，四个销轴分布于十字形转盘的四角。

进一步地，弹簧、滑槽和销轴的个数均为四个，每两个对称布置的弹簧为一组，形成两组弹簧，两组弹簧的刚度不相同。

进一步地，滑槽为弧形，弧形滑槽的圆心即为限位盘2旋转中心。

进一步地，限位盘2通过第二螺栓8与自行车牙盘1连接固定。

进一步地，第二螺栓8替代凸台，与相应弹簧连接第二螺栓8即为连接限位盘2和自行车牙盘1的螺栓。

进一步地，凸台和销轴分别替换为第二螺栓8和第一螺栓7。

进一步地，自行车牙盘1和自行车曲柄3为现有技术中自行车的普通自行车牙盘和普通自行车曲柄3。

本发明的工作原理：

参照图1～4所示，本发明提供的一种实施例中利用一种基于机械扭转减振的自行车省力装置，包括普通自行车牙盘1、限位盘2、普通自行车曲柄3及第一拉簧4和第二拉簧5，所述普通自行车牙盘1与所述普通自行车曲柄3为市面上已经存在并处于普遍使用状态的已有零件；所述普通自行车牙盘1与所述限位盘2之间通过第二螺栓组8连接，所述限位盘2与所述普通自行车曲柄3之间用第一螺栓组7连接，所述第一拉簧4和第二拉簧5两端分别固紧于第一螺栓组7和第二螺栓组8之间，其中，从图一角度顺时针方向看，第一弹簧4和第二弹簧5先连接第二螺栓组8，后连接第一螺栓组7；所述普通自行车牙盘1连接自行车链条，人体在自行车踏板上施加的踩踏力通过所述普通自行车曲柄3传递到所述第一拉簧4和第二拉簧5、所述限位盘2，进而通过所述限位盘2传递到所述普通自行车牙盘1，进一步地，传递到所述链条驱动自行车；本装置在传统自行车传动系统上直接加装限位盘2与第一拉簧4和第二拉簧5，组成省力装置，利用第一拉簧4和第二拉簧5的对机械能的存储与释放的特性，降低人体踩踏时输出的最大力，装置结构精简，拆装方便，成本低廉，且能实现零排放，零能耗的助力效果。

进一步地，所述限位盘上有弧形滑槽，人踩踏时，踩踏力矩将通过所述自行车曲柄3，传到连接限位盘2与自行车曲柄3的螺栓上使其在弧形滑槽内转动。

进一步地，连接所述限位盘2与所述自行车曲柄3的螺栓在限位盘2的弧形滑槽转动时，将会通过另一组螺栓将人踩踏时除驱动自行车外的多余能量以弹性势能的形式储存在所述第一拉簧4和第二拉簧5上。

进一步地，当普通自行车曲柄3转动到上死点附近，即-10°～10°(普通自行车曲柄3与竖直方向的夹角)附近，第一拉簧4和第二拉簧5中的弹性势能将被释放，减轻了再次踩踏时人输出的力，实现助力效果。

进一步地，因为第一拉簧4和第二拉簧5连接了限位盘2与普通自行车牙盘1，所以此时，第一拉簧4和第二拉簧5的弹性势能释放，将会带动普通自行车牙盘1，并驱动链条，带动自行车向前移动。

进一步地，在限位盘2上，连接限位盘2，自行车曲柄3的螺栓通过路径上设有圆槽，作用是提供一定空间，使螺栓能够在槽内移动，并通过另一组螺栓使得自行车曲柄3与限位盘2间能够相对转动。

进一步地，当所述圆槽中的螺栓走到一定行程时，限位盘2与普通自行车曲柄3将为刚性传动，可以减轻第一拉簧4和第二拉簧5的负载，降低其强度要求。

进一步地，当第一拉簧4和第二拉簧5在结构正常运行的情况下，会进行周期性的拉伸、回复，此时，系统内部会产生震动，为避免系统共振而引起的结构稳定性问题，第一拉簧4和第二拉簧5必须具有不同的刚度，以保证其固有频率不相同，从而避免共振现象的发生。

进一步地，第一拉簧4和第二拉簧5因为其刚度特性，只能够在其刚度对应的特定荷载区间内起省力作用，具体表现为，一组拉簧只能够在一辆自行车上的某个速度区间工作，对此，可以通过更换拉簧的刚度，实现装置的作用区间与骑行者对速度要求的匹配。

综上所述，基于机械扭转减振的自行车省力装置中的弹性机构能够在人踩踏时储存除驱动自行车外的多余能量，并在踩踏死点，即350°至370°(即-10°至10°，曲柄与竖直方向的夹角)附近释放，带动链条，进而驱动自行车，以达到助力效果，理论上能够减少人体输出的最大踩踏力15％～20％，使人体输出更加平缓，有效降低人在骑行时的疲劳感，改善骑行体验；基于机械扭转减振的自行车省力装置中的拉簧相较于其他形式的弹簧，能够在很大程度上简化装置结构，节省空间，使系统更高效，更精简，方便安装、更换部件，同时也降低了成本；基于机械扭转减振的自行车省力装置是通过在普通自行车上直接加装限位盘、拉簧实现省力效果的，相较于其它自行车助力装置，本装置不需要对原有自行车结构进行过多的改装，便能将助力效果加装到自行车上；基于机械扭转减振的自行车省力装置利用机械装置完成助力效果，不存在机械能与其它形式的能量形式之间的转化，与自行车电助力装置相比，能量利用率高，并且不需要外部能源的输入即可完成助力效果，实现零排放助力。

以上的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。