專利名稱：一種傳力彈簧及安裝有此彈簧的自行車架的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種彈簧，特別涉及一種用于助力自行車的傳力彈簧及安裝有此彈簧的自行車架。
背景技術(shù)：
目前，自行車已經(jīng)成為應(yīng)用最廣泛的交通工具，并且已經(jīng)發(fā)展成為休閑、競賽工具，技術(shù)人員也在不斷對其進(jìn)行改進(jìn)?，F(xiàn)有改進(jìn)方案中，一個重要方向就是將騎行過程中由于騎行人的姿勢變化或者道路的顛簸產(chǎn)生的重力變化，通過彈簧傳遞給自行車增力裝置，將重力勢能轉(zhuǎn)化為動能，為自行車提供助力。當(dāng)彈簧壓縮時，一方面向下傳力，將向下的力轉(zhuǎn)換為扭轉(zhuǎn)力，同時蓄能；當(dāng)彈簧向上回彈時，釋放彈性勢能，同時提供向上的拉力，同樣為增力裝置提供扭轉(zhuǎn)力。但是，如果選擇的彈簧剛度系數(shù)過低，或者說彈簧過軟，則起不到傳力效果；如果 選擇的彈簧剛度系數(shù)過高，或者說彈簧過硬，則起不到良好的蓄能效果。同樣，彈簧的長度過短或者過長，都會影響騎行人舒適度和傳力效果。因此，彈簧的各項參數(shù)如何選擇，成為助力自行車設(shè)計中的一個難題。另一方面，現(xiàn)有減震自行車的車架，一般都是安裝頭管的前管、安裝車座的立管和安裝后輪的后叉(也叫平叉)均連接在五通上，后叉的擺動角度很小，目的是配合所安裝的彈簧，用于減震，用于傳力時效果并不好。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有良好傳力和蓄能效果的彈簧，同時提供一種能夠?qū)椈傻膲毫Α⒗Τ浞洲D(zhuǎn)化為扭轉(zhuǎn)力的車架，以更好地為自行車提供助力。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的實施例提供了一下技術(shù)方案一種傳力彈簧，所述傳力彈簧為螺旋形，兩端并緊磨平，制造材料為60Si2Mn或55Si2Mn,彈簧絲直徑為8mm_12. 5mm,彈簧中徑為46mm,彈簧自由高度為100—180mm?？蛇x擇地，所述傳力彈簧的有效圈數(shù)為3-6圈。可選擇地，所述傳力彈簧表面經(jīng)過磷化處理。一種自行車架，包括頭管；前管；立管；連接段；后叉，其具有主體部分、前叉口和后叉口 ；彈簧連接件；如上所述的傳力彈簧；所述頭管固定連接在所述前管的一端，所述前管的另一端與所述立管的一端固定連接在所述連接段上，所述傳力彈簧通過所述彈簧連接件鉸接在所述立管與所述后叉的主體部分之間?？蛇x擇地，所述連接段由所述前管或所述立管彎曲形成?？蛇x擇地，所述連接段為單獨(dú)的板型構(gòu)件?？蛇x擇地，所述彈簧連接件為活塞套筒組件。可選擇地，所述立管和所述后叉的主體部分具有帶通孔的凸耳。螺旋形彈簧，兩端并緊磨平為常見彈簧構(gòu)造，選擇60Si2Mn或55Si2Mn作為制造材料，更具經(jīng)濟(jì)性。當(dāng)彈簧各項參數(shù)為彈簧絲直徑為8mm-12. 5mm、彈簧中徑為46mm、彈簧自由高度為100—180mm時，特別適合作為助力自行車用傳力彈簧。進(jìn)一步地，選擇3-6圈的有效圈數(shù)，既能滿足設(shè)計要求，又能節(jié)省材料。 進(jìn)一步地，經(jīng)過磷化處理后的彈簧，防銹、防腐性能更好。由于后叉不與前管、立管固定連接，只是與立管之間存在鉸接關(guān)系，因此其形成了一個杠桿，通過彈簧施力，后叉能夠更好地將彈簧傳遞的重力變化轉(zhuǎn)化為扭轉(zhuǎn)力，傳遞給自行車增力裝置。由于采用符合以上參數(shù)的彈簧，傳力效果更好。進(jìn)一步地，連接段由單獨(dú)的板型構(gòu)件構(gòu)成，更有利于自行車增力裝置的安裝。


接下來將結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作進(jìn)一步詳細(xì)說明，其中圖I是本發(fā)明的實施例的彈簧示意圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)下一般減震自行車架示意圖；圖3是本發(fā)明的實施例的自行車架示意圖；圖4是本發(fā)明的實施例中所采用的彈簧連接件的剖面圖；圖5是本發(fā)明的實施例的自行車架的工作示意圖。上圖中，相似或者相同的構(gòu)件采用相同的標(biāo)記，其中H-彈簧自由高度、d彈簧絲直徑、D彈簧中徑、I-頭管、2-前管、3-立管、31-凸耳、4-彈簧、5-活塞套筒組件、51-套筒、511-大螺母、52-活塞桿、521-止擋盤、6-后叉、61-前叉口、62-后叉口、63-主體部分、64-凸耳、7-五通、8-連接段、9-后輪、10-增力裝置。
具體實施例方式圖I示出了彈簧4的構(gòu)造和幾個主要參數(shù)。H為彈簧自由高度，d為彈簧絲直徑，D為彈簧中徑。圖中示出的彈簧4為典型的螺旋形狀，兩端并緊磨平，支撐圈數(shù)采用一般的
I.5圈、2圈、2. 5圈均可。一般,成年騎行人的體重應(yīng)當(dāng)在50kg至IOOkg之間,重力變化造成的傳力彈簧的工作行程應(yīng)當(dāng)在5_15mm之間。工作行程過大，說明彈簧過軟，工作行程過小，說明彈簧過硬，所產(chǎn)生的不利效果前文已經(jīng)進(jìn)行了描述。因此，本發(fā)明在進(jìn)行傳力彈簧設(shè)計時，是以上述體重、工作行程兩個參數(shù)為基礎(chǔ)的，綜合考慮顛簸時的加速度、安全系數(shù)等因素，要求彈簧的實際最大剛度范圍為42-398N/mm。彈簧的制造材料一般為彈簧鋼，優(yōu)選采用60Si2Mn或55Si2Mn，經(jīng)過熱處理后能夠達(dá)到許用切應(yīng)力628Mpa左右、彎曲應(yīng)力785Mpa左右、切變模量78. 5Mpa左右、彈性模量196Gpa左右的要求。雖然也能夠采用其它合金彈簧鋼，通過其它處理方式達(dá)到設(shè)計要求，但顯然采用60Si2Mn或55Si2Mn更具經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。而選擇彈簧絲直徑d為8mm_12· 5mm、彈簧中徑D為46mm、彈簧自由高度H為100—180mm時，能很好地滿足設(shè)計要求。優(yōu)選彈簧有效圈數(shù)為3-6圈。彈簧4經(jīng)表面磷化處理后，防銹、防腐的性能更好。圖2示出了一種常見的自行車架。頭管I用于安裝自行車前叉，前叉穿過頭管1，下面安裝前輪，上面安裝車把等部件。頭管I固定連接在前管2的一端，前管2的另一端與五通7固定連接。立管3的上端用于安裝自行車座等部件，下端固定連接至五通7上。后叉6的后叉口用于安裝自行車后輪，前端與五通7鉸接。五通7用于安裝自行車中軸組件。彈簧4通過活塞套筒組件5鉸接在立管3與后叉6之間。圖2中示出的自行車架常見于一般的減震自行車，其所采用的彈簧的彈簧絲直徑一般在6mm以下，自由高度也小于100mm，剛度系數(shù)較小，只起到吸震作用。而且，后叉6鉸接到五通7上，也只是為了起到減震作用，實際上，在彈簧4和活塞套筒組件5的作用下后叉6的擺動角度很小。圖3是本發(fā)明的實施例的自行車架示意圖。在此實施例中，不存在五通7，前管2 和立管3固定連接到了連接段8上，一般是采取焊接的方式。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠很容易地想象，該連接段8能夠是由前管2或者立管3彎曲形成，此時前管2和立管3直接固定連接，或者，連接段8也能夠是單獨(dú)的構(gòu)件，例如單獨(dú)的板型構(gòu)件或者管形構(gòu)件，前管2或者立管3分別焊接到連接段8上，但采用板型構(gòu)件作為連接段，更有利于圖5中示出的自行車增力裝置10的安裝，因此更具優(yōu)勢。雖然圖3中示出的連接段8為扇形，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠想象，其能夠是長方形或者其它合適的形狀。應(yīng)當(dāng)注意到，在圖3中，后叉6與連接段8之間并無連接關(guān)系，這使得后叉6的前端擁有更高的自由度。后叉6的前端為前叉口 61，中間為主體部分63，后端為后叉口 62。前叉口 61用于與圖5中示出的增力裝置10配合，傳遞扭矩。后叉口 62用于安裝自行車后輪。在主體部分63上，具有一個凸耳64，凸耳64上開有通孔，用于活塞套筒組件5的鉸接，相應(yīng)地，立管3上也具有類似的凸耳31。當(dāng)然，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠想象，在立管3或者后叉6上直接開通孔，同樣能夠鉸接活塞套筒組件5。在活塞套筒組件5上，安裝有本發(fā)明的彈簧4。圖4示出了本發(fā)明的實施例中所采用的彈簧連接件，即圖3中的活塞套筒組件5，其上已經(jīng)安裝了彈簧4。套筒51內(nèi)部有深孔、外表有部分螺紋及與螺紋段連接的一個大螺母511，以其下端扁形頭活動連接在后叉6的凸耳64上；活塞桿52是在桿頭部有連接頭、止擋盤521，而桿上設(shè)有數(shù)個間隔的活塞，該連接頭活動連接在立管3的凸耳31上，而該數(shù)個活塞與套筒51的深孔滑配合。傳力彈簧4設(shè)置在套筒51的大螺母511和活塞桿52的止擋盤521之間，并且可利用大螺母調(diào)節(jié)傳力彈簧4的彈力，使傳力彈簧4的彈力既可達(dá)到充分傳遞重力變化的作用，又可適應(yīng)不同體重的騎行人?；钊淄步M件5起到了連接、固定、導(dǎo)向和調(diào)整并限制最大壓縮行程的作用。雖然在本實施例中，彈簧連接件是以活塞套筒組件5為例示出的，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠很容易地想象，彈簧連接件還能夠具有與一般減震自行車中減震器所采用的類似的構(gòu)造，或者其它合適的構(gòu)造。同時，彈簧4與彈簧連接件所組成的機(jī)構(gòu)，同樣能夠像自行車減震器一樣，預(yù)先組合，并且根據(jù)騎行場地、騎行人的體重，選取不同彈簧圈數(shù)、不同預(yù)調(diào)彈力的組合進(jìn)行快速組裝，這在比賽時顯得尤為重要。圖5是本發(fā)明的實施例的自行車架的工作示意圖，其中以虛線示意性示出了自行車后輪9，同時增力裝置10被安裝在連接段8上。在路面顛簸或者騎行人姿勢變化的情況下，彈簧4上拉或者下壓，對后叉6施力。后輪9的軸距離地面的高度基本保持不變，因此后叉6能夠以后輪9的軸為樞軸上下擺動，將垂直方向上產(chǎn)生的重力變化轉(zhuǎn)化為扭轉(zhuǎn)力，通過其前叉口 61，傳遞給增力裝置10。采用本發(fā)明的彈簧和自行車架，傳遞的彈力能夠達(dá)到騎行人體重的兩倍以上。
雖然本發(fā)明是結(jié)合以上實施例進(jìn)行描述的，但本發(fā)明并不被限定于上述實施例，而只受權(quán)利要求的限定，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠容易地對其進(jìn)行修改和變化，但并不離開本發(fā)明的實質(zhì)構(gòu)思和范圍。
權(quán)利要求
1.一種傳力彈簧，所述傳力彈簧為螺旋形，兩端并緊磨平，制造材料為60Si2Mn或55Si2Mn,彈簧絲直徑為8mm_12. 5mm,彈簧中徑為46mm,彈簧自由高度為100—180mm。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的傳力彈簧，其特征在于，所述傳力彈簧的有效圈數(shù)為3-6圈。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的傳力彈簧，其特征在于，所述傳力彈簧表面經(jīng)過磷化處理。
4.一種自行車架，包括 頭管； 前管； 立管； 連接段； 后叉，其具有主體部分、前叉口和后叉口 ； 彈黃連接件； 如權(quán)利要求I至3中的任一項所述的傳力彈簧； 所述頭管固定連接在所述前管的一端，所述前管的另一端與所述立管的一端固定連接在所述連接段上，所述傳力彈簧通過所述彈簧連接件鉸接在所述立管與所述后叉的主體部分之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的自行車架，其特征在于，所述連接段由所述前管或所述立管彎曲形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的自行車架，其特征在于，所述連接段為單獨(dú)的板型構(gòu)件。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的自行車架，其特征在于，所述彈簧連接件為活塞套筒組件。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的自行車架，其特征在于，所述立管和所述后叉的主體部分具有帶通孔的凸耳。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種傳力彈簧，所述傳力彈簧為螺旋形，兩端并緊磨平，制造材料為60Si2Mn或55Si2Mn，彈簧絲直徑為8mm-12.5mm，彈簧中徑為46mm，彈簧自由高度為100-180mm。本發(fā)明還提供了一種自行車架，包括頭管；前管；立管；連接段；后叉，其具有主體部分、前叉口和后叉口；彈簧連接件；如上所述的傳力彈簧；所述頭管固定連接在所述前管的一端，所述前管的另一端與所述立管的一端固定連接在所述連接段上，所述傳力彈簧通過所述彈簧連接件鉸接在所述立管與所述后叉的主體部分之間。
文檔編號F16F1/06GK102808879SQ201210296008
公開日2012年12月5日 申請日期2012年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月20日
發(fā)明者栗運(yùn)嶺, 趙勝樂 申請人:栗運(yùn)嶺