CN104787212B - 自行车振动能量转化机构的工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自行车振动能量转化机构及采用该机构的自行车，其包括传力机构和用于设置在自行车的固定车架上的外壳，该传力机构的一端与自行车的可上下摆动的摆动车架传动连接，传力机构的另一端与转动配合于外壳内壁上的摆臂传动连接、并适于使摆臂往复摆动，摆臂下端的弧形面齿与下方转动配合于固定轴上的输入齿轮传动连接，输入齿轮利用棘轮机构与后侧的发条的内端传动连接，发条的外端利用外侧面设有齿轮齿的单向离合器与轴承配合于转动轴上的从动齿轮传动连接，从动齿轮适于与转动轴进行传动连接，转动轴上伸出外壳的端部适于固定连接有用于驱动自行车主动轮的链轮；能够对振动能量进行积蓄后再输出至车轮上，驱动自行车前进。

Description

自行车振动能量转化机构的工作方法

技术领域

本发明涉及一种自行车振动能量转化机构及采用该机构的自行车，能够将路面对自行车的振动转化为行驶能量，节省体力。

背景技术

中国专利文献号为CN2488805Y的蓄力自行车，利用自行车行驶过程中受到地面振动引起的前、后轮之间轮距的变化，来实现后轮每次上跳及下落过程中能量的回收并将其转化为自行车前进的动力，然而每次振动产生的动力较小，在未经蓄能的情况下直接输出至车轮上，对自行车产生的驱动力有限，由于在振动能量转化成动力过程中还附带有能量损耗，实际产生的驱动力更小。

发明内容

本发明首要解决的技术问题是提供一种自行车振动能量转化机构，能够对振动能量进行积蓄后再输出至车轮上，提高了经振动转化而成的驱动力。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种自行车振动能量转化机构，其包括：传力机构和用于设置在自行车的固定车架上的外壳，该传力机构的动力输入端用于与自行车的可上下摆动的摆动车架传动连接，传力机构的动力输出端与转动配合于外壳内壁上的摆臂传动连接，传力机构动作时适于使摆臂摆动；

在外壳内，摆臂与转动配合于一固定轴上的输入齿轮传动连接，输入齿轮利用第一棘轮机构与后侧的发条的内端传动连接、并在摆臂驱动输入齿轮动作时使发条上紧；发条的外端通过单向离合器与一转动轴传动连接、并使发条的外端单向驱动转动轴转动，转动轴上伸出外壳的端部用于设置用于驱动自行车主动轮的链轮。

发条的内端通过第二棘轮机构与外壳相连接、并适于阻止发条的内端反转而松开发条；发条的外端通过单向离合器与一轴承配合于所述转动轴上的从动齿轮传动连接、并适于使发条的外端通过单向离合器单向驱动从动齿轮转动；从动齿轮与其前侧相邻的接合套通过花键相接合，以使从动齿轮与转动轴传动连接，接合套通过花键滑动套设于转动轴上；接合套的外侧面设有环形槽，拨杆的自由端嵌入该环形槽内，拨杆的中部转动配合于外壳内壁上，拨杆的驱动端伸出外壳外并与一连接杆的端部铰接。

所述接合套的前侧设有固定于转动轴上的链齿轮，链齿轮与接合套之间设有用于防止接合套与从动齿轮自行分离的压缩弹簧，链齿轮与一配合于一中间轴上的第三棘轮机构的棘齿轮啮合传动，第三棘轮机构的第三棘爪座与固定于踏板轴上的踏板齿轮传动连接。

所述第一、第二和第三棘轮机构包括棘爪座，棘爪座上中心对称设有多个小轴，棘爪分别利用小轴转动配合于各棘爪座上，各棘爪与棘爪座之间通过压缩弹簧弹性连接，棘爪座上套设有内圈带齿面的、与各棘爪配合的棘轮；

所述单向离合器包括：与发条的外端相连的内轮和与所述从动齿轮啮合的外轮。

所述发条的内端与轴承配合于固定轴上的台阶轴连接，台阶轴的一端通过第一棘轮机构与输入齿轮传动连接，台阶轴的另一端通过第二棘轮机构与外壳相连接；

摆臂包括顶端与拉杆相连接的上摆臂，支撑轴固定设于外壳内，该上摆臂的下端套设于支撑轴上，上摆臂的一侧固定连接有下摆臂，下摆臂轴承配合于支撑轴上，该下摆臂的下端设有弧形面齿。

本发明还提供一种自行车振动能量转化机构的工作方法包括：当自行车行驶过程中主动轮由于地面高低不平而上下跳动，进而使摆动车架上下摆动，使传力机构驱动摆臂摆动，摆臂驱动输入齿轮转动，输入齿轮通过一侧的第一棘轮机构驱动发条上紧，同时发条通过单向离合器驱动转动轴，进而驱动链轮，链轮驱动主动轮前进。

当自行车骑车人正向驱动踏板轴时，第三棘爪座逆时针驱动棘齿轮转动，驱动力传导至链齿轮上并驱动链轮正向转动；当链齿轮正向转动的转速过快时，棘齿轮相对于第三棘爪座逆时针滑转，切断链齿轮与踏板轴的动力传递；当骑车人反向驱动踏板轴时，第三棘爪座相对于棘齿轮顺时针滑转，切断踏板轴与链齿轮的动力传递。

当骑车人正向快速驱动踏板轴且由踏板轴传递至外轮的转速超过内轮的转速时，外轮相对于内轮逆时针滑转，外轮与内轮之间的动力传递切断。

当自行车需要倒车前，克服压缩弹簧的弹力用手拉动连接杆，连接杆驱动接合套与从动齿轮脱离，从而切断从动齿轮与链轮之间的动力，倒车结束后驱动连接杆复位，使接合套与从动齿轮接合。

本发明还提供一种自行车，其采用上述自行车振动能量转化机构。

相对于现有技术，本发明具有的技术效果是：

1）本发明的自行车振动能量转化机构，利用传力机构、传动臂及摆臂将摆动车架的摆动转化为输入齿轮的转动，输入齿轮利用第一棘轮机构将其往复转动转化为发条的单向上紧，从而将摆动车架的振动能量积聚于发条内，发条利用单向离合器将发条内积聚的势能单向转化为从动齿轮正向转动的动能并驱动链轮正向转动，从而将自行车的振动能量经过积蓄后再转化为自行车前进的动能，提高了转化后的驱动力，充分利用了路面的振动能量并节省了骑车人的体力，同时通过该振动能量的转化，减少了传导至自行车座椅的地面振动幅度，提高自行车的行驶舒适性；第二棘轮机构用于防止已上紧的发条的内端在处于发条上紧间歇时反向转动，从而使发条松开。

2）当自行车需要倒车时，拉动连接杆并使接合套与从动齿轮分离，防止倒车时链轮反向转动时、通过单向离合器驱动发条的外端反向转动，从而使发条被上紧至极限而损坏，当倒车过程结束后驱动连接杆回位，接合套与从动齿轮重新接合并连接从动齿轮与转动轴。

3）第三棘轮机构用于保证踏板轴单向驱动链轮转动，当踏板轴反向转动时，切断踏板轴与链轮之间的动力传递，另外当自行车下坡等工况下链轮的转速过快时，切断链轮与踏板轴之间的动力传递；链齿轮与接合套之间设有的压缩弹簧将接合套压紧于从动齿轮上，防止两者在振动作用下自行脱离。

4）所述各棘轮机构与单向离合器都起到单向驱动或单向分离的作用，相比棘轮机构、单向离合器采用滚珠结构，工作时更安静。

5) 台阶轴与发条的内端相连接，适于在发条的内端与其它传动部件之间传递动力，其结构紧凑，占用空间小，通过轴承配合于固定轴上，工作更平稳、安静；摆臂由上摆臂与下摆臂两段结构组成，相比采用单一结构，减小了臂形结构及弧形面齿的加工难度，同时提高摆臂在外壳内的安装精度，提高了弧形面齿与输入齿轮的啮合精度。

6）自行车振动能量转化机构的工作方法中，当骑车人正常骑车时，踏板轴驱动链轮正向转动，同时摆动车架的振动能量被传递至车轮上驱动自行车前行；当链齿轮正向转动的转速过快或骑车人反向驱动踏板轴时，切断链齿轮与踏板轴的动力传递；当骑行速度较快时，单向离合器切断发条外端与链轮之间的动力传递，防止发条的外端正向转动速度过快而使发条松弛；倒车前分离接合套与从动齿轮，切断链轮与发条外端之间的动力传递，防止发条的外端反转而使发条上紧至极限状态而锁死。

7）采用上述自行车振动能量转化机构减少了地面传导至座椅的振动，舒适性更佳，同时在减少了骑行过程中人的驱动力，节省了体力，增加骑行的距离。

附图说明

为了清楚说明本发明的创新原理及其相比于现有产品的技术优势，下面借助于附图通过应用所述原理的非限制性实例说明可能的实施例。在图中：

图1为本发明实施例1中的自行车的结构示意图；

图2 为本发明实施例1中的自行车振动能量转化机构的结构示意图；

图3为图2的纵向剖切右视图；

图4为图2的横向剖切俯视图；

图5为图2的局部剖切左视图；

图6为本发明实施例1中的棘轮机构结构示意图；

图7为本发明实施例1中的单向离合器的结构示意图；

图8为本发明实施例1中的棘齿轮及棘轮座的结构图；

图9为本发明实施例1中的压缩弹簧一的替代方案示意图；

图10为本发明实施例2中的传力机构的示意图；

图11为本发明实施例3中的传力机构的示意图；

图12为本发明实施例4中的传力机构的示意图。

上图中各附图标记的名称为：座椅车架1，前车架2，摆动车架3，凸块4，传动臂5，外壳6，弹簧减振器7，拉杆8，压缩弹簧一9，限位螺母10，摆臂11，上摆臂110，下摆臂111，支撑轴12，弧形面齿13，输入齿轮14，固定轴15，棘爪座16，小轴17，棘爪18，棘轮19，螺栓一20，转轮21，发条盒22，台阶轴23，发条24，螺栓二25，发条轮26，螺钉一27，内轮28，滚珠29，外轮30，销钉31，转动轴32，从动齿轮33，接合套34，链齿轮35，链轮36，棘齿轮37，中间齿轮38，中间轴39，滚轮40，踏板轴41，踏板齿轮42，拨杆43，支座44，压缩弹簧二45，连接杆46，支杆47，滑套48，支撑块49，踏板摇臂50。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，本发明中的自行车包括：座椅车架1，前车架2及摆动车架3，前车架2与前车轮连接，摆动车架3与主动轮连接，前车架2与座椅车架1通过该自行车振动能量转化机构的外壳6固定连接，摆动车架3与外壳6的后端铰接并适于相对于前车架2及外壳6转动，摆动车架3与外壳6的后侧面之间通过弹簧减振器7进行弹性连接。

棘轮机构包括：棘爪座16、小轴17、棘爪18及棘轮19，棘爪座16的两端对称设有一对小轴17，一对棘爪18分别利用小轴17转动配合于棘爪座16上，各棘爪18与棘爪座16之间通过压缩弹簧弹性连接并适于使棘爪18向外张开，棘爪18的径向朝外设有与其配合的棘轮19；第一棘轮机构1-0包括：第一棘爪座1-16、第一小轴1-17、第一棘爪1-18及第一棘轮1-19；第二棘轮机构2-0包括：第二棘爪座2-16、第二小轴2-17、第二棘爪2-18及第二棘轮2-19；第三棘轮机构3-0包括：第三棘爪座3-16、第三小轴3-17、第三棘爪3-18及棘齿轮37。

如图1与图2，自行车振动能量转化机构包括：传力机构100，该传力机构100包括摆动车架3的一端上侧面设有的凸块4，该凸块4的上侧面与L形传动臂5下端的滚轮40接触配合，该L形传动臂5的弯折处铰接于外壳6左侧面伸出的支撑块49上，该L形传动臂5的上端与拉杆8的左端铰接，拉杆8贯穿并滑动配合于外壳6左侧壁内的通孔中，拉杆8的左端设有限位螺母10，位于限位螺母10与外壳6左侧面之间的拉杆8外侧套设有压缩弹簧一9，压缩弹簧一9的两端分别靠设于限位螺母10及外壳6上，拉杆8与外壳6适于弹性连接，支撑轴12前后向固定设置于外壳6内，拉杆8的右端与轴承配合于支撑轴12上的摆臂11的上端铰接，该摆臂11包括顶端与拉杆8连接的上摆臂110，该上摆臂110的下端利用通孔套设于支撑轴12上，上摆臂110的前侧固定连接有下摆臂111，下摆臂111通过轴承转动配合于支撑轴12上，该下摆臂111的下端设有弧形面齿13，摆臂11利用该弧形面齿13与下方的输入齿轮14啮合，该输入齿轮14轴承配合于外壳6内且平行设于支撑轴12下方的固定轴15上，输入齿轮14后端相邻连接有轴承配合于固定轴15上的第一棘轮机构1-0的第一棘爪座1-16，第一棘轮1-19与后侧相邻的转轮21通过螺栓一20固定连接，转轮21固定套设于后侧相邻且轴承配合于固定轴15上的台阶轴23的前端部，台阶轴23中部与内外螺旋型缠绕的发条24的内端固定连接，发条24的外端与发条盒22固定连接，发条盒22轴承配合于台阶轴23上并罩设于发条24的外侧，发条盒22与后侧相邻的发条轮26通过螺栓二25固定连接，发条轮26通过其中心通孔空套于台阶轴23上，发条轮26与后侧相邻的单向离合器200的内轮28通过螺钉一27固定连接，内轮28轴承配合于台阶轴23上，如图3与图7所示，内轮28的外侧面通过断面呈椭圆形的滚珠29与外侧的外轮30传动配合，两排并列的滚珠29分别设于外轮30前后两侧的环形滚道内且滚珠29的转轴291固定于滚道的侧壁上，滚珠29适于绕该转轴291进行转动，滚珠的长度比滚道的宽度更长，外轮30适于相对于内轮28作单向的转动，如图4与图7，外轮30的周向外侧面上设有齿轮齿并通过该齿轮齿与右侧相邻的从动齿轮33相啮合，转动轴32轴承配合于外壳6内且平行设于固定轴15的右侧，从动齿轮33轴承配合于转动轴32上，从动齿轮33的前端部设有外花键，接合套34通过花键滑动套设于转动轴32的外侧面，该接合套34的后端部设有内花键，该内花键与从动齿轮33上的外花键适于滑动接合或分离，链齿轮35固定套设于转动轴32上并设于接合套34的前侧，链齿轮35与接合套34之间设有用于使接合套34与从动齿轮33保持接合状态的压缩弹簧，转动轴32的前端伸出外壳6且共轴线固定连接有链轮36，链齿轮35与右侧相邻的棘齿轮37啮合传动，如图8所示，棘齿轮37的后端凹腔的周向内壁上设有棘齿，棘齿轮37轴承配合于中间轴39上，中间轴39固定设于外壳6内且平行设于转动轴32的右侧，棘齿轮37上的棘齿与一侧的第三棘爪座3-16、第三小轴3-17、第三棘爪3-18传动连接，第三棘爪座3-16轴承配合于中间轴39上并与后侧相邻的中间齿轮38固定连接，中间齿轮38套设于第三棘爪座3-16的后端外侧面上，踏板轴41前后贯通设于外壳6上且与外壳6轴承配合，中间齿轮38与右侧相邻且固定套设于踏板轴41上的踏板齿轮42传动配合，踏板轴41的前后两端与踏板摇臂50的一端固定连接，踏板摇臂50的另一端设有可转动的踏板。

如图5，所述接合套34的前端外侧面设有一道环形槽341，拨杆43的自由端430嵌入该环形槽341内，拨杆43的中部转动配合于外壳6内侧壁伸出的支座44上，拨杆43的驱动端伸出外壳6的底部并与前后向布置的连接杆46的前端铰接，外壳6的底部后侧面向下固定伸出一支杆47，该支杆47上设有前后向的通孔，滑套48固定穿设于该通孔内，连接杆46贯穿设于该滑套48内并与滑套48滑动配合，位于支杆47与拨杆43之间的连接杆46的外侧套设有用于使接合套34复位的压缩弹簧二45，连接杆46的后端与手动控制的拉索相连接。

如图3，所述台阶轴23的后端设有第二棘轮机构2-0，台阶轴23的后端外侧固定套设有第二棘爪座2-16，第二棘轮2-19与后侧相邻的外壳6的侧壁通过销钉31固定连接。

所述发条24可以采用如中国专利文献号为CN201125846Y的磁力发条或中国专利文献号为CN202215695U中所述的卷簧式发条或中国专利文献号为CN101367420A中所述的发条。

如图9所示，本实施例中的压缩弹簧一9可以由设于摆臂11上端与外壳6内侧壁之间的拉簧901及其它弹性机构来代替。

本发明自行车振动能量转化机构的工作过程包括：

（1）当自行车行驶过程中，主动轮受到地面高低不平的振动而上下跳动，摆动车架3绕与其外壳6的铰接处往复摆动，凸块4绕该铰接处往复摆动并驱动L形传动臂5的下端绕支撑块49上的铰接处往复摆动，L形传动臂5的上端驱动拉杆8水平往复移动，拉杆8驱动摆臂11绕支撑轴12往复摆动，摆臂11的下端驱动输入齿轮14往复转动，输入齿轮14通过一侧的第一棘轮机构1-0驱动发条24的内端正向转动并上紧发条24，发条24储存能量并通过单向离合器200驱动从动齿轮33正向转动，从动齿轮33通过接合套34及转动轴32驱动链轮36正向转动，链轮36驱动主动轮前进，从而将主动轮的上下往复运动转化为主动轮的前进动力。

（2）当骑车人正向驱动踏板轴41时，第三棘爪座3-16逆时针驱动棘齿轮37转动，驱动力传导至链齿轮35上并驱动链轮36正向转动；当链齿轮35正向转动的转速过快时，棘齿轮37相对于棘爪座16逆时针滑转，切断棘齿轮37与踏板轴41之间的动力传递；当骑车人反向驱动踏板轴41时，第三棘爪座3-16相对于棘齿轮37顺时针滑转，切断踏板轴41与链齿轮35之间的动力传递。

（3）当人快速骑车时正向驱动踏板轴41，由踏板轴41传递至外轮30的转速超过内轮28的转速时，外轮30相对于内轮28逆时针滑转，外轮30与内轮28之间的动力传递切断。

（4）当自行车需要倒车前，克服压缩弹簧的弹力用手拉动连接杆46，连接杆46驱动接合套34与从动齿轮33脱离，从而切断从动齿轮33与链轮36之间的动力。

（5）台阶轴23后端的第二棘轮机构2-0，第二棘轮2-19固定，台阶轴23与第二棘爪座2-16适于单向转动，防止在发条上紧间歇发条24的内端反向转动。

实施例2

如图10所示，相对于实施例1，本实施例中的传力机构100包括传力杆一501，该传力杆一501的下端与所述摆动车架3上邻近外壳6的上侧面铰接，传力杆一501的另一端与所述摆臂11的上端铰接，该传力杆一501穿过外壳6侧壁上的通孔。

实施例3

如图11所示，相对于实施例1，本实施例中的传力机构100包括传力杆二502及传力杆三503，摆动车架3围绕其与外壳6的铰接处摆动，传力杆二502的下端与该摆动车架3上的铰接处固定连接、并适于随摆动车架3摆动，传力杆二502的上端与相邻的传力杆三503的一端铰接，传力杆三503的另一端与所述摆臂11的上端铰接，该传力杆三503穿过外壳6侧壁上的通孔，同时通过调节两个传力杆的尺寸，在摆动车架3、摆臂11摆动过程中，避免由传力杆二502及传力杆三503组成的连杆机构运行至上述两个传力杆成180度的死点位置。

实施例4

如图12所示，相对于实施例1，本实施例中的传力机构包括传力杆四504及传力杆五505，所述摆臂110的顶部转动配合于外壳6的内壁上，该摆臂110为单臂结构，弧形面齿13仍然设于摆臂110的下端，摆动车架3围绕其与外壳6的铰接处摆动，传力杆四504的下端与该摆动车架3上的铰接处固定连接、并适于随摆动车架3摆动，传力杆四504的上端与相邻的传力杆五505的一端铰接，传力杆五505的另一端与所述摆臂11的中部铰接，该传力杆五505穿过外壳6侧壁上的通孔，同时通过调节两个传力杆的尺寸及摆动车架3的铰接处与外壳6的间距，在摆动车架3、摆臂11摆动过程中，避免由传力杆四504及传力杆五505组成的连杆机构运行至上述两个传力杆成180度的死点位置。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (1)

1.一种自行车振动能量转化机构的工作方法，其特征在于，所述自行车振动能量转化机构包括：传力机构（100）和用于设置在自行车的固定车架上的外壳（6），该传力机构（100）的动力输入端用于与自行车的可上下摆动的摆动车架（3）传动连接，传力机构（100）的动力输出端与转动配合于外壳（6）内壁上的摆臂（11）传动连接，传力机构（100）动作时适于使摆臂（11）摆动；

在外壳（6）内，摆臂（11）与转动配合于一固定轴（15）上的输入齿轮（14）传动连接，输入齿轮（14）利用第一棘轮机构（1-0）与后侧的发条（24）的内端传动连接、并在摆臂（11）驱动输入齿轮（14）动作时使发条（24）上紧；发条（24）的外端通过单向离合器（200）与一转动轴（32）传动连接、并使发条（24）的外端单向驱动转动轴（32）转动，转动轴（32）上伸出外壳（6）的端部用于设置用于驱动自行车主动轮的链轮（36）；

发条（24）的内端通过第二棘轮机构（2-0）与外壳（6）相连接、并适于阻止发条（24）的内端反转而松开发条（24）；

发条（24）的外端通过单向离合器（200）与一轴承配合于所述转动轴（32）上的从动齿轮（33）传动连接、并适于使发条（24）的外端通过单向离合器（200）单向驱动从动齿轮（33）转动；

从动齿轮（33）与其前侧相邻的接合套（34）通过花键相接合，以使从动齿轮（33）与转动轴（32）传动连接，接合套（34）通过花键滑动套设于转动轴（32）上；接合套（34）的外侧面设有环形槽（341），拨杆（43）的自由端（430）嵌入该环形槽（341）内，拨杆（43）的中部转动配合于外壳（6）内壁上，拨杆（43）的驱动端伸出外壳（6）外并与一连接杆（46）的端部铰接；

所述的工作方法，包括：当自行车行驶过程中主动轮由于地面高低不平而上下跳动，进而使摆动车架（3）上下摆动，使传力机构（100）驱动摆臂（11）摆动，摆臂（11）驱动输入齿轮（14）转动，输入齿轮（14）通过一侧的第一棘轮机构（1-0）驱动发条（24）上紧，同时发条（24）通过单向离合器（200）驱动转动轴（32），进而驱动链轮（36），链轮（36）驱动主动轮前进。