一种弹簧蓄能助力自行车的制作方法

本发明涉及自行车，具体而言，涉及一种弹簧蓄能助力自行车。

背景技术：

1、自行车与电瓶车是人们日常生活中必不可少的交通工具，给人们的出行带来了便利。其中自行车的结构简单，车身轻便，使用起来方便快捷，但由于没有自带动力系统，需要人力骑行，对于较远距离的行程并不能保证舒适的前提下快速到达，尤其是具有较多上下坡度的行程。而电瓶车刚好弥补了自行车的动力问题，可以保证在一定速度的前提下到达更远的地方，并且自带的动力系统使骑行更具舒适性。但是电瓶车的缺点也显而易见，首先便是充电的问题，电瓶车的电瓶充电时间较长，在充电过程中还存在一定的安全隐患(尤其是锂电池)，并且随着时间的增加，电瓶车的电瓶寿命会下降。其次，电瓶车的电瓶与动力装置意味着电瓶车的车身更重，更笨重的车身与更快的速度意味着交通事故的风险增加。最后，受到电瓶的电量限制，大部分电瓶车在失去电量后不具备行走能力(没有自行车的功能)，给人们生活带来一定的限制。

2、综上所述，现有的自行车设计存在难以适应长距离、及具有上下坡度地形的行车行程的技术问题。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是现有的自行车设计存在难以适应长距离、及具有上下坡度地形的行车行程的技术问题。

2、为解决上述问题，本发明提供了一种弹簧蓄能助力自行车，包括车架、车轮以及传动组件，所述车架包括中空的梁体组，所述梁体组内设置有弹性蓄能机构，所述弹性蓄能机构包括沿梁体轴向分布的蓄能弹簧组，沿所述蓄能弹簧组平行于连接有直线齿条，所述直线齿条传动连接有蓄能输出传动组件，所述蓄能输出传动组件与自行车的传动组件传动连接，当所述蓄能弹簧组释放弹性势能时，弹性势能转化为所述直线齿条的直线进给，并通过所述蓄能输出传动组件将直线齿条的直线进给转化为对车轮的驱动力；所述蓄能输出组件包括离合器机构，通过所述离合器机构将所述蓄能输出传动组件与自行车传动组件之间正向传动连接或反向传动连接，或解除二者的传动连接，以切换自行车的不同工作状态为助力释放、蓄能或无助力功能正常行驶。

3、本发明中这种新型的自行车设计在传统的自行车整体设计基础上，在车架的中空梁体内部设置蓄能弹簧组，通过这样的结构存储弹性势能，并通过包括齿轮齿条的蓄能输出传动组件的传动配合将蓄能弹簧组的弹性势能转换为机械能，从而提供车轮旋转的助力；并由于设置了离合器机构，能够改变蓄能输出传动组件的运动传动方向，以此适应自行车不同的工作状态，比如在上坡过程中，能够令蓄能输出传动组件保持正向的传动，即储存的弹性势能转换为机械能提供车轮旋转助力，令上坡骑行更加省力；或在车辆下坡的过程中，通过离合器机构将蓄能输出传动组件切换为反向传动，即由车轮旋转反向带动蓄能输出传动组件，将机械能转换蓄能弹簧组的弹性势能储存起来；或者正常行驶状态无需进行储能也无需助力的情况下，该设计提供了一种有效的自行车机械转换为弹性势能的储能及释放实现方案，提供了能够适应实际路况的行车助力手段，有效降低了骑行者在长途行驶以及上坡过程中的疲劳度，解决了现有的自行车设计存在难以适应长距离、及具有上下坡度地形的行车行程的技术问题。

4、作为优选的方案，所述梁体组包括首尾依次闭合连接构成三角形状的横撑梁、竖撑梁和斜撑梁，所述竖撑梁连接于自行车骑行车座的底面，所述竖撑梁与斜撑梁及横撑梁接头位置的内部中空空腔连通；所述蓄能弹簧组包括三组所述分别设置于所述横撑梁、竖撑梁和斜撑梁内部的弹簧组，位于竖撑梁内的所述弹簧组分别与位于横撑梁及斜撑梁内的弹簧组连接，以放大弹性势能的存储。

5、该设计进一步优化了装置的蓄能弹簧组与车架梁体之间的适配设计，其中车架为传统的三根主梁结构，包括横撑梁、竖撑梁和斜撑梁，为最大化弹性势能储备结构，在三根主梁内均设置弹簧组，且三个弹簧组相互连接成一体，以便尽可能多的存储机械能。

6、作为优选的方案，每组所述弹簧组均包括首位相接的压缩弹簧及拉伸弹簧，所述压缩弹簧与拉伸弹簧相邻的端部通过连接滑块连接固定；所述横撑梁、竖撑梁和斜撑梁在梁体内部的的两端均固定设置有圆环状的弹簧定位环，用于定位所述弹簧组的两端避免弹簧位置窜动；位于竖撑梁内的所述弹簧组的连接滑块的两端通过钢绳分别与位于横撑梁以及斜撑梁内的弹簧组的连接滑块定长度连接。

7、该设计优化了弹簧组本身的结构设计，其每组弹簧组均包括端部通过连接滑块连接的压缩弹簧及拉伸弹簧，其中二者的储能方向相同，在连接滑块向一个方向运动时，二者的转化方向同为机械能至势能或者势能至机械能；通过钢绳的结构保证三个弹簧组各自的连接滑块运动方式统一，即势能与机械能之间转换过程统一。

8、作为优选的方案，所述横撑梁的侧壁设置有平行于其轴向并贯通侧壁的蓄能槽，所述连接滑块的侧壁设置有凸起的外延凸块结构，用于通过机械外力沿所述蓄能槽扳动所述外延凸块结构，以驱动所述蓄能弹簧组存储弹性势能。

9、该设计提供了另一种辅助弹性势能蓄能的结构设计，在横撑梁的侧壁设置具有一定长度的蓄能槽结构，并在连接滑块上设置外延凸块结构，该结构伸出蓄能槽结构的外部，通过该结构能够直接在梁体外部通过推拉外延凸块结构的外力驱动连接滑块的运动，从而带动弹簧组内弹簧轴向压缩或拉伸蓄能，在通过车轮旋转带动储能之外还能够通过其他方式进行弹性势能的获取，增大了蓄能的适用性范围，可进一步通过其他机械结构辅助进行对外延凸块结构的推拉动作。

10、作为优选的方案，所述竖撑梁在其内部空腔的两端均设置有支撑滑轮，所述支撑滑轮沿所述钢绳的轨迹设置，以支撑钢绳减少摩擦。该设计优化了对用于连接各弹簧组的钢绳的支撑限位，在竖撑梁内部的两端都设置支撑滑轮，将钢绳绕过支撑滑轮，以将钢绳在梁体中空内的位置进行稳定，避免钢绳与梁体内壁尤其是弯折连接位置发生摩擦，保证钢绳的使用寿命。

11、作为优选的方案，所述直线齿条平行于所述横撑梁设置，直线齿条的一端穿过所述竖撑梁与横撑梁相接位置的开口、与横支撑梁内的所述连接滑块连接固定；所述蓄能输出传动组件设置于所述竖撑梁与自行车后轮链轮之间的位置。

12、该设计优化了直线齿条与梁体以及弹簧组之间的连接配合方式，在横撑梁向后轮的一端设置开口的结构，直线齿条穿过该开口，伸入梁体内的一端与横撑梁内的连接滑块连接，以便将弹簧组存储的弹性势能向外输出，转化为直线齿条的直线进给，再通过蓄能输出传动组件给后轮旋转提供助力。

13、作为优选的方案，所述蓄能输出传动组件包括主动齿轮组、从动齿轮组以及传动棘轮机构，所述主动齿轮组用于与所述直线齿条啮合，所述从动齿轮组包括输出链轮，用于在所述主动齿轮组的驱动下旋转并将旋转传递至自行车后轮链轮，所述传动棘轮机构用于在所述主动齿轮组与从动齿轮组之间单向传递旋转运动。

14、该设计优化了蓄能输出传动组件的设计，主要包括三个构成部分，即主动齿轮组、从动齿轮组以及传动棘轮机构，分别通过直线齿条与弹簧组传动配合以及与自行车后轮链轮传动连接，通过传动棘轮提供旋转方向的单向限位，避免链轮的反向旋转干扰弹簧的蓄能动作。

15、作为优选的方案，所述主动齿轮组包括主动轴，以及套设与主动轴上的共轴并间隔预设轴向距离设置的第一主动齿轮及第二主动齿轮，所述第一主动齿轮与第二主动齿轮相互固定连接，第二主动齿轮的轮径大于第一主动齿轮，第二主动齿轮与所述直线齿条啮合；所述从动齿轮组包括从动轴，以及套设于所述从动轴上并间隔预设轴向距离设置的第一从动齿轮、第二从动齿轮，所述第一从动齿轮及第二从动齿轮与所述输出链轮周向固定连接，所述第一从动齿轮与所述传动棘轮机构啮合；所述离合器机构包与所述第一主动齿轮及第二主动齿轮连接，用于驱动二者沿所述主动轴的轴向运动以调整主动齿轮组与从动齿轮组及传动棘轮机构的啮合关系，从而调整自动车的工作状态。

16、该设计优化了装置的主动齿轮组及从动齿轮组内的齿轮分布，其中从动齿轮组的位置固定，两个从动齿轮及输出链轮均不能轴向位移，棘轮保持与第一从动齿轮的啮合，相配合的设置两个主动齿轮，二者能够沿主动轴进行轴向的位移，从而选择经棘轮中转与第一从动齿轮配合或直接与第二从动齿轮配合，通过棘轮的单向运动传导特性能够在弹性势能释放后，进行蓄能的状态下避免由于自行车链轮的反向旋转干扰正常的蓄能过程。

17、作为优选的方案，所述离合器机构包括套装与所述主动轴上的离合轴承以及滑动套筒，所述离合轴承的轴承内圈套装于所述主动轴外周面，与主动轴可旋转配合，所述滑动套筒套装于离合轴承的轴承外圈的外周面，离合轴承的轴承外圈与轴承内圈之间周向固定、轴向可滑动配合，所述第一主动齿轮及第二主动齿轮均安装固定于所述滑动套筒的外周面；所述滑动套筒的一端通过延伸结构与所述离合轴承的轴承内圈的一端固定连接，所述滑动套筒的另一端连接有内缘面具有齿凸的弧形扣板，所述主动轴在与所述齿凸相对应的位置间隔预设间距设置有一列卡槽，通过弧形扣板扣合主动轴外周面，令齿凸进入预设位置的卡槽，以将滑动套筒定位于主动轴上预设的轴向位置；所述离合器机构还包括用于驱动所述弧形扣板远离主动轴外周面的解锁结构，以及用于拨动所述滑动套筒沿主动轴的轴向运动的拨动结构。

18、该设计在上述设计的结构基础上，进一步优化了离合器机构的结构设计，其包括用于安装两个主动齿轮的滑动套筒，并在其与主动轴之间设置离合轴承，以提供轴向滑移的支撑离合，并在滑动套筒设置附加的外延结构即弧形扣板，通过其与主动轴扣合，令其上的齿凸卡入主动轴对应位置的卡槽从而固定滑动轴套的轴向位置，也就是改变了两个主动齿轮的轴向位置，从而改变了传动情况，通过解锁结构能够将弧形扣板从扣合在主动轴外周面的状态脱离，并在拨动结构的驱动下推动滑动套筒的轴向进给，从而实现离合调整过程。

19、作为优选的方案，所述主动轴及从动轴均以及传动棘轮机构均通过连接架结构与自行车的后轮架固定连接；所述第一从动齿轮位于从动轴上靠近所述弧形扣板的一端，所述第二从动齿轮位于第一从动齿轮与输出链轮之间，所述传动棘轮机构位于与所述第一从动齿轮啮合的固定位置，所述第一主动齿轮及第二主动齿轮二者的轴向位置均位于所述第一从动齿轮与第二从动齿轮之间，所述第一主动齿轮位于靠近弧形扣板的一侧；

20、在所述滑动套筒被定位于第一主动齿轮与传动棘轮机构啮合的轴向位置时，第二主动齿轮与所述直线齿条啮合，所述从动齿轮组在自行车后轮链轮的带动下，将旋转运动经由传动棘轮机构传递至主动齿轮组，第二主动齿轮带动所述直线齿条进行直线进给，以驱动横撑梁内的连接滑块直线运动，以带动所述弹簧组内的压缩弹簧被压缩、拉伸弹簧被拉伸储存弹性势能；

21、在所述滑动套筒被定位于第二主动齿轮与第二从动齿轮啮合的轴向位置时，第二主动齿轮保持与所述直线齿条啮合，第一主动齿轮与传动棘轮机构脱离啮合位置，第二主动齿轮在由弹簧组驱动的直线齿条的进给带动下旋转，并通过主动齿轮组将旋转传递至从动齿轮组，通过输出链轮带动自行车后轮链轮旋转，将弹性势能转化为车轮的旋转助力；

22、当所述滑动套筒被定位于第一主动齿轮及第二主动齿轮均位于第一从动齿轮及第二从动齿轮之间的状态时，所述主动齿轮组脱离与从动齿轮组的啮合，车轮的旋转运动不通过所述蓄能输出传动组件与弹性蓄能机构发生作用，自行车为无助力也无蓄能的正常工作状态。