專利名稱：自行車機(jī)械能交替轉(zhuǎn)化式間歇性助力器(簡(jiǎn)稱:自行車助力器)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種將機(jī)械能交替轉(zhuǎn)化的裝置。具體涉及自行車在行駛中當(dāng)需要制動(dòng)減速時(shí)將其動(dòng)能轉(zhuǎn)化為安裝在車上的助力器的勢(shì)能，而當(dāng)自行車需要加速或爬坡時(shí)，此助力器可將儲(chǔ)存的勢(shì)能釋放做功，對(duì)騎車者起助力和減少體能消耗的作用。
當(dāng)今自行車有各種不同結(jié)構(gòu)的制動(dòng)裝置。但原理上都是通過(guò)將自行車連同騎車者的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能來(lái)達(dá)到制動(dòng)的效果。而制動(dòng)所發(fā)生的熱能則消散在大氣中不能再利用。這就使騎車者體能做功所產(chǎn)生的機(jī)械能在制動(dòng)時(shí)白白散失了。騎車者都知道在騎車途中通常總是會(huì)因道路交通情況而需要重復(fù)多次殺車減速(或停車)，再用力加速，或者遇到坡路便需用力克服上坡阻力，而下坡時(shí)又常常因車速過(guò)快而殺車減速。由此可見，由自行車制動(dòng)裝置所消耗的騎車者體能無(wú)疑在騎車者整個(gè)路程中所消耗掉的體能總量中占有相當(dāng)?shù)姆萘?。這點(diǎn)從人們?cè)谥蓖o(wú)阻的平坦路面騎車勻速前進(jìn)時(shí)并不感到吃力便可體驗(yàn)到。有一種山地自行車的鏈條傳動(dòng)裝置可以變換傳動(dòng)比，這雖可起到使騎車者增加車子驅(qū)動(dòng)力或者提高車速的作用。但實(shí)際上并不具有減少騎車者體能消耗的效果。
本發(fā)明的目的是提供一種安裝在自行車上的助力器。當(dāng)自行車在行駛中需要制動(dòng)減速時(shí)，將其動(dòng)能轉(zhuǎn)化為可再利用做功的勢(shì)能，并且在此能量轉(zhuǎn)化過(guò)程中對(duì)自行車產(chǎn)生制動(dòng)效果。而當(dāng)自行車需要加速或上坡時(shí)，此助力器又可釋放儲(chǔ)存的勢(shì)能做功，對(duì)騎車者起到助力作用，并且減少體能消耗。
本發(fā)明的目的是通過(guò)以下方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的，為便于說(shuō)明整個(gè)技術(shù)方案，下面將此助力器整個(gè)方案分為機(jī)械能交替轉(zhuǎn)化方案、傳動(dòng)方案和操縱方案來(lái)分別加以闡述。
助力器的機(jī)械能交替轉(zhuǎn)化方案本方案是在助力器中采用一種彈簧機(jī)構(gòu)，在彈簧受壓縮時(shí)，將自行車動(dòng)能轉(zhuǎn)化為彈性勢(shì)能，而在彈簧伸張時(shí)，其勢(shì)能釋放做功，轉(zhuǎn)化為自行車動(dòng)能，實(shí)現(xiàn)機(jī)械能的交替轉(zhuǎn)化。為使彈簧在釋能行程終點(diǎn)時(shí)，彈簧剩余的勢(shì)能仍對(duì)騎車者有明顯助力效果，彈簧機(jī)構(gòu)有預(yù)加壓縮量。
按此方案所設(shè)定的彈簧系數(shù)2.5公斤/毫米、工作行程90毫米、預(yù)壓縮量30毫米、以及傳動(dòng)方案設(shè)定的傳動(dòng)系速比8∶1等數(shù)據(jù)。彈簧機(jī)構(gòu)在進(jìn)行釋能做功時(shí)給騎車者的助力作用相當(dāng)于騎車者腳踩自行車飛輪踏板5-18公斤力，持續(xù)15米的路程(16寸自行車)。顯然這對(duì)騎車者在需要加速或上短坡時(shí)有明顯的助力效應(yīng)。
助力器的傳動(dòng)方案本方案是將助力器本體安裝在自行車三角架后部，在自行車后輪軸左端加裝一鏈輪，此鏈輪與助力器輸出入共用軸端的鏈輪以鏈條連接。助力器中有二套齒輪傳動(dòng)系，一是儲(chǔ)能傳動(dòng)系(速比1∶8)另一是釋能(助力)傳動(dòng)系(速比8∶1)。此二套傳動(dòng)系都各有一個(gè)雙向離合器，分別用來(lái)控制助力器進(jìn)行儲(chǔ)能或釋能(助力)的運(yùn)作。因助力器的彈簧機(jī)構(gòu)工作行程是有限制的(最大90毫米)，故在儲(chǔ)能傳動(dòng)系中安裝有限位離合器。當(dāng)彈簧被壓縮到工作行程終點(diǎn)時(shí)，此離合器便使傳動(dòng)系自動(dòng)脫開。而在釋能(助力)傳動(dòng)系中則安裝有超越離合器，當(dāng)彈簧機(jī)構(gòu)伸張到工作行程終點(diǎn)時(shí)，傳動(dòng)系就自動(dòng)脫開。助力器二套傳動(dòng)系之間設(shè)置有鎖死機(jī)構(gòu)，使其彈簧機(jī)構(gòu)不運(yùn)作時(shí)，能夠停留在其工作行程的任一位置。
助力器的操作方案本方案采用二套手動(dòng)鋼絲操縱裝置，分別用于操縱助力器的儲(chǔ)能和釋能(助力)運(yùn)作。儲(chǔ)能鋼絲裝置的操縱桿共用自行車頭左端的后輪殺車桿。當(dāng)騎車者用手扣緊后輪殺車桿時(shí)，首先是拉動(dòng)助力器儲(chǔ)能離合器的操縱鋼絲，使儲(chǔ)能運(yùn)作開始，同時(shí)產(chǎn)生能量轉(zhuǎn)化的制動(dòng)效應(yīng)。如騎車者進(jìn)一步扣緊殺車桿，后輪殺車塊就開始起作用，制動(dòng)效果加強(qiáng)。
另一種用于操縱釋能(助力)運(yùn)作的鋼絲裝置，其鋼絲操縱桿則安裝在車頭右端前輪殺車桿上方由騎車者用右手掌母指操作。
此操縱方案使騎車者既可方便操縱助力器進(jìn)行儲(chǔ)能或釋能(助力)的交替運(yùn)作，又完全保留自行車原有制動(dòng)裝置的操作性能和制動(dòng)效能，而且在緊急殺車時(shí)，還具有增強(qiáng)自行車原有制動(dòng)效果的作用。
下面結(jié)合實(shí)例和附圖對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步說(shuō)明。


圖1是助力器本體正視2是圖1的側(cè)視3是助力器的傳動(dòng)系統(tǒng)4是助力器在自行車上的安裝中1、彈簧2、輸出入軸3、鏈輪4、釋能傳動(dòng)系5、釋能傳動(dòng)系Ⅱ軸6、釋能傳動(dòng)Ⅰ軸7、儲(chǔ)能傳動(dòng)系Ⅱ軸8、儲(chǔ)能傳動(dòng)系Ⅰ軸9、儲(chǔ)能傳動(dòng)系離合器撥又搖臂10、齒條桿11、斜塊12、頂桿13、彈簧座14、雙向離合器15、自行車后軸鏈輪16至27、齒輪28、雙向離合器29、超越離合器30、限位離合器31、助力器固定板32、撥桿33、搖臂34、助力器如本實(shí)例圖1、圖2、圖3、所示，當(dāng)雙向離合器28與齒輪16嚙合時(shí)，儲(chǔ)能運(yùn)作便開始，自行車動(dòng)能從后輪軸鏈輪15經(jīng)助力器鏈輪3、軸2，儲(chǔ)能傳動(dòng)系齒輪26、16、17、18，二級(jí)減速后由齒輪19、齒條10將彈簧1壓縮而轉(zhuǎn)化為彈性勢(shì)能。當(dāng)彈簧壓縮到極限位置時(shí)，齒條桿10的斜塊11推動(dòng)頂桿12使限位離合器30動(dòng)作，于是齒輪26脫離軸2的驅(qū)動(dòng)。故此時(shí)雙向離合器28，即使尚未分離，傳動(dòng)系也不會(huì)卡死。當(dāng)雙向離合器14與超越離合器29的內(nèi)圈嚙合時(shí)，因其轉(zhuǎn)速高于外圈(即齒輪23)，便帶動(dòng)外圈轉(zhuǎn)動(dòng)。于是釋能(助力)運(yùn)作開始，彈簧儲(chǔ)存的勢(shì)能經(jīng)齒條10、齒輪20、軸6、釋能傳動(dòng)系齒輪21、22、23、26二級(jí)增速后再經(jīng)軸2，鏈輪7傳遞到自行車后輪軸做功、產(chǎn)生助力作用。當(dāng)彈簧1伸張到工作行程終點(diǎn)時(shí)，超越離合器29的內(nèi)圈也就停止轉(zhuǎn)動(dòng)，助力運(yùn)作結(jié)束。此時(shí)，即使雙向離合器14仍然處于結(jié)合狀態(tài)，以致自行車后軸軸由被動(dòng)軸轉(zhuǎn)變成主動(dòng)軸而通過(guò)傳動(dòng)系帶動(dòng)齒輪23，也就是超越離合器的外圈轉(zhuǎn)動(dòng)，但外圈此時(shí)只是超越內(nèi)圈空轉(zhuǎn)，所以對(duì)傳動(dòng)系不會(huì)產(chǎn)生卡死故障。
如圖3后示，當(dāng)雙向離合器28與齒輪24嚙合，雙向離合器14與齒輪25嚙合時(shí)，齒輪16和齒輪23便都與軸7、軸5處于活動(dòng)連接，此時(shí)即使自行車后輪軸傳遞來(lái)驅(qū)動(dòng)力，齒輪26也只是帶動(dòng)齒輪16、23空轉(zhuǎn)，所以助力器便處在停止運(yùn)作狀態(tài)。在此狀態(tài)下，助力器彈簧的伸張力雖然會(huì)通過(guò)齒條10、齒輪19、20分二路經(jīng)齒輪18、17、24和經(jīng)齒輪21、22、25共同作用到齒輪27上，由于作用力方向是相反的，二路傳動(dòng)的齒輪都轉(zhuǎn)不動(dòng)，故起到將彈簧鎖死停留在其工作行程的任一位置上的作用。
如圖1、圖2所示，彈簧1的壓縮和伸張是在一個(gè)密閉空間中進(jìn)行的。此空間灌滿稠性油。彈簧座13的底面有阻尼孔，當(dāng)彈簧座13隨著彈簧的壓縮或伸張而往復(fù)移動(dòng)時(shí)，密閉空間的稠性油便被擠壓而流過(guò)阻尼孔，產(chǎn)生阻尼效應(yīng)，使彈簧能平穩(wěn)地交替運(yùn)作。
如圖4所示，助力器儲(chǔ)能系雙向離合器的操縱鋼絲二端的接頭分別與自行車頭左端后輪殺車手柄搖臂33和助力器殼體外側(cè)離合器撥叉擺動(dòng)臂9連接。接點(diǎn)位置可以調(diào)節(jié)。正確接點(diǎn)位置是在騎車者用手掌握提殺車手柄約二分之一其最大擺角時(shí)，儲(chǔ)能離合器就能接通傳動(dòng)系，使儲(chǔ)能運(yùn)作開始，而后輪制動(dòng)塊也被拉動(dòng)但尚未與輪圈接觸。如繼續(xù)扣緊手柄，則離合器繼續(xù)保持接通狀態(tài)，后輪制動(dòng)快則開始起制動(dòng)作用。
助力器另一套用于操縱釋能(助力)離合器的鋼絲裝置的二端接頭分別與車頭右端手把上方的擺桿32和助力器殼體外側(cè)雙向離合器的擺動(dòng)臂4相連接。騎車者可用右手掌母指撥動(dòng)擺桿32，用右手掌操縱前輪殺車，互不干擾。
權(quán)利要求
1.一種自行車助力器，其特征是助力器與自行車后輪軸機(jī)械連接，助力器有機(jī)械能轉(zhuǎn)化裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的助力器，其特征是助力器中有一個(gè)交替式、間歇性運(yùn)作的彈簧機(jī)構(gòu)和一組傳遞自行車后輪軸機(jī)械能的儲(chǔ)能齒輪系，一組傳遞彈簧勢(shì)能到自行車后輪軸的釋能(助力)齒輪系。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的助力器，其特征是儲(chǔ)能齒輪系中有控制儲(chǔ)能運(yùn)作開始和停止的雙向離合器和彈簧壓縮行程限位離合器；在釋能(助力)齒輪系有控制釋能(助力)開始與停止的雙向離合器和保持彈簧在伸張行程中與自行車后輪軸單向傳動(dòng)的超越離合器；當(dāng)二個(gè)齒輪傳動(dòng)系都不運(yùn)作時(shí)使彈簧停留在其工作行程任何位置約自動(dòng)鎖死機(jī)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的助力器，其特征是儲(chǔ)能齒輪系采用的鋼絲操縱系統(tǒng)與自行車后輪殺車裝置在車頭左端共用一個(gè)連動(dòng)的操縱手把；釋能(助力)齒輪系采用的鋼絲操縱系統(tǒng)在車頭右端裝有獨(dú)立操縱撥桿。
全文摘要
一種自行車助力器,可將行駛中的自行車當(dāng)需要制動(dòng)減速時(shí),將其動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能,同時(shí)產(chǎn)生制動(dòng)效應(yīng),而當(dāng)自行車需要加速或爬坡時(shí),將儲(chǔ)存的勢(shì)能釋放做功,對(duì)騎車者起助力作用,并有減少體能消耗的效果。助力器由彈簧機(jī)構(gòu)和儲(chǔ)能齒輪傳動(dòng)系、釋能(助力)齒輪傳動(dòng)系,和操縱系統(tǒng)所構(gòu)成。助力器安裝在自行車三角架后部,用鏈條傳動(dòng)與自行車后輪軸連系。按本助力器所采用的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù),其助力效果相當(dāng)于騎車者腳踩飛輪踏板5至18公斤力,持續(xù)15米路程(26寸自行車)。
文檔編號(hào)B62M1/10GK1216745SQ9811891
公開日1999年5月19日 申請(qǐng)日期1998年9月5日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月5日
發(fā)明者李世球 申請(qǐng)人:李世球