CN209321169U

CN209321169U - 一种自行车的储能与释能装置

Info

Publication number: CN209321169U
Application number: CN201821954897.1U
Authority: CN
Inventors: 王志良; 周辽; 林强; 肖晓萍
Original assignee: Southwest University of Science and Technology
Current assignee: Southwest University of Science and Technology
Priority date: 2018-11-26
Filing date: 2018-11-26
Publication date: 2019-08-30
Anticipated expiration: 2028-11-26

Abstract

本申请涉及机械传动装置，公开了一种自行车的储能与释能装置，包括左支撑外壳和右支撑外壳，装置通过左支撑外壳和右支撑外壳连接并形成中空腔体，其特征在于：所述中空腔体内设置有驱动轴和行星轮总成，驱动轴的输出端与行星轮总成连接，输入端设置有链轮I，链轮I通过链条与自行车后轮轴上的链轮II连接，所述左支撑外壳上设有供链条穿过的通孔I，右支撑外壳上依次设置有齿圈I和齿圈II。本申请装置结构简单、储能效率高并且安全性能好，不仅可以将刹车过程中多余的能量收集起来并在适当的时候释放，还可以起到辅助刹车的作用，降低刹车片的损耗。

Description

一种自行车的储能与释能装置

技术领域

本实用新型一种涉及机械传动装置，具体涉及一种自行车的储能与释能装置。

背景技术

在日益复杂的城市交通环境下，人们在骑行自行车时往往需要频繁的刹车与启动，传统自行车在刹车时，其制动装置只能实现制动的作用，让能量在摩擦过程中以热能的形式损失，同时也会一定程度上损耗摩擦片，并且在下坡路段时，常常也需要通过刹车来降低速度，上述情形均会造成大量的能量浪费以及物资资源的损失，因此，研究自行车的储能回收再利用技术，在刹车时有效的将自行车的动能转换为其他能量储存起来并实现再利用具有重要的现实意义。目前，国内对自行车的储能技术研究众多，主要在自行车运动时进行储能，但由于各种原因，如装置结构复杂、效率低下、安全性低等缺点并未在现实生活中普及以及推广。

例如在现有技术中，公开号为CN2411963，公开日为2000年12月27日，专利名称为“储能式自行车”的实用新型专利，其技术方案为：包括车体、动力传动系统，动力传动系统包括一容装一定黏度可受压储存压力能量的流体的储能筒，储能筒至少伸出一组可供筒外的流体构件使用的供应管及回流管；供应管依次与压力唧筒、蓄压缸、流体涡轮、回流管相接组成流体压力传送回路，涡轮的中心转轴与自行车车轮心相接。上述专利通过压缩气体的方式利用涡轮储能，但气压缸体积过大，不利于安装，而且安全性得不到保障，在长期使用过程中有炸缸的危险，且涡轮的传动效率非常低，不利于能量的储存。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的缺陷和不足，本实用新型的目的旨在于提供一种装置结构简单、储能效率高并且安全性能好的自行车储能与释能装置，将刹车过程中多余的能量收集起来并在适当的时候释放，驱动自行车前进，从而达到省力、助力的作用，适合大面积推广使用。

为了实现上述实用新型目的，本实用新型的技术方案如下：

一种自行车的储能与释能装置，包括左支撑外壳和右支撑外壳，装置通过左支撑外壳和右支撑外壳连接并形成中空腔体，所述中空腔体内设置有驱动轴和行星轮总成，驱动轴的输出端与行星轮总成连接，输入端设置有链轮I，链轮I通过链条与自行车后轮轴上的链轮II连接，所述左支撑外壳上设有供链条穿过的通孔I，右支撑外壳上依次设置有齿圈I和齿圈II。

优选地，所述行星轮总成包括行星架和行星轮系，行星轮系设置在行星架中，行星架与驱动轴连接，所述行星轮系包括第一行星轮、第二行星轮、第三行星轮、第一太阳轮和第二太阳轮，第一行星轮、第二行星轮和第三行星轮之间通过行星轮轴连接，第一太阳轮与第一行星轮啮合并与第一太阳轮轴的一端连接，第一太阳轮轴的另一端与左支撑外壳连接，第二太阳轮与第二太阳轮轴连接并可在第二太阳轮轴上滑动，所述第二太阳轮轴上还连接有发条。

优选地，所述第二太阳轮包括一体成型的太阳轮I和太阳轮II，太阳轮I的一端连接有压缩弹簧I，压缩弹簧I的另一端与右支撑外壳连接。

优选地，所述太阳轮I的一端还连接有拉绳I，拉绳I的另一端穿过右支撑外壳并延伸出右支撑外壳外。

优选地，所述第二太阳轮轴上设有键槽，第二太阳轮通过导向平键与第二太阳轮轴键连接。

优选地，所述驱动轴中心沿驱动轴轴线方向设有贯穿所述驱动轴的通孔II，第一太阳轮轴穿过所述通孔II与左支撑外壳连接。

优选地，装置储能时，太阳轮II与第二行星轮啮合；装置释能时，第二太阳轮沿着第二太阳轮轴向右支撑外壳方向运动，太阳轮II与第二行星轮分离，太阳轮I与第三行星轮啮合。

本申请的有益效果：

(1)本申请装置结构简单、储能效率高并且安全性能好，使用此装置可在刹车时，将刹车过程中多余的能量收集起来并在适当的时候释放，驱动自行车前进，从而达到省力、助力的作用。

(2)本申请在刹车时，还可以起到辅助刹车的作用，可以降低刹车片的损耗，减少不必要的物资浪费，绿色环保。

附图说明

图1为本申请内部结构爆炸图；

图2为本申请储能时结构示意图；

图3为本申请释能时结构示意图；

图4为本申请第二太阳轮与第二太阳轮轴连接示意图；

图5为本申请自行车后轮轴结构示意图；

图6为本申请装配结构示意图；

图7为2K-H行星轮系。

附图中：

1、左支撑外壳；2、右支撑外壳；3、驱动轴；4、行星轮总成；5、链轮I；6、链条；7、链轮II；8、通孔I；9、齿圈I；10、齿圈II；11、发条；12、压缩弹簧I；13、拉绳I；14、导向平键；15、通孔II；16、摩擦片；17、链轮III；18、弹簧夹机构；19、轴套；41、行星架；42、行星轮系；43、行星轮轴；44、第一太阳轮轴；45、第二太阳轮轴；181、第一夹持片；182、第二夹持片；183、压缩弹簧II；184、拉绳II；421、第一行星轮；422、第二行星轮；423、第三行星轮；424、第一太阳轮；425、第二太阳轮；451、键槽；4251、太阳轮I；4252、太阳轮II。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例1

一种自行车的储能与释能装置，包括左支撑外壳1和右支撑外壳2，装置通过左支撑外壳1和右支撑外壳2连接并形成中空腔体，所述中空腔体内设置有驱动轴3和行星轮总成4，驱动轴3的输出端与行星轮总成4连接，输入端设置有链轮I5，链轮I5通过链条6与自行车后轮轴上的链轮II7连接，所述左支撑外壳1上设有供链条6穿过的通孔I8，右支撑外壳2上依次设置有齿圈I9和齿圈II10。

实施例2

所述行星轮总成4包括行星架41和行星轮系42，行星轮系42设置在行星架41中，行星架41与驱动轴3连接，所述行星轮系42包括第一行星轮421、第二行星轮422、第三行星轮423、第一太阳轮424和第二太阳轮425，第一行星轮421、第二行星轮422和第三行星轮423之间通过行星轮轴43连接，第一太阳轮424与第一行星轮421啮合并与第一太阳轮轴44的一端连接，第一太阳轮轴44的另一端与左支撑外壳1连接，第二太阳轮425与第二太阳轮轴45连接并可在第二太阳轮轴45上滑动，所述第二太阳轮轴45上还连接有发条11。

所述第二太阳轮425包括一体成型的太阳轮I4251和太阳轮II4252，太阳轮I4251的一端连接有压缩弹簧I12，压缩弹簧I12的另一端与右支撑外壳2连接。

所述太阳轮I4251的一端还连接有拉绳I13，拉绳I13的另一端穿过右支撑外壳2并延伸出右支撑外壳2外。

所述第二太阳轮轴45上设有键槽451，第二太阳轮425通过导向平键14与第二太阳轮轴45键连接。

所述驱动轴3中心沿驱动轴3轴线方向设有贯穿所述驱动轴3的通孔II15，第一太阳轮轴44穿过所述通孔II15与左支撑外壳1连接。

装置储能时，太阳轮II4252与第二行星轮422啮合；装置释能时，第二太阳轮425沿着第二太阳轮轴45向右支撑外壳2方向运动，太阳轮II4252与第二行星轮422分离，太阳轮I4251与第三行星轮423啮合。

本申请的具体实现方法如下：

如图6所示，首先将本装置安装在自行车上管、下管以及立管之间形成的三角区域内，链条的一端与驱动轴输入端上的链轮Ⅰ连接，链条的另一端与自行车后轮轴上的链轮Ⅱ连接。如图5所示，链轮Ⅱ通过轴套空套在自行车后轮轴上，轴套上设有摩擦片，自行车的后轮上设有链轮III，链轮III跟随自行车后轮轴一起转动，链轮III上也设有摩擦片，自行车后叉上还设有压缩弹簧夹机构，包括第一夹持片和第二夹持片，两个夹持片通过转轴转动连接，两夹持片之间还设有压缩弹簧Ⅱ，第二夹持片还设有拉绳II，弹簧夹机构通过第一夹持片与自行车后叉固定连接，两个摩擦片位于第一夹持片和第二夹持片之间。储能时，拉动拉绳Ⅱ，第二夹持片向着第一夹持片运动，进而推动轴套上的摩擦片带动轴套一起向链轮III上的摩擦片运动，两个摩擦片贴合，轴套和链轮II一起随链轮III同步转动，链轮II驱动链轮I转动，链轮I带动驱动轴转动，驱动轴带动行星架转动，行星轮系设置在行星架中，行星架带动第一行星轮、第二行星轮以及第三行星轮转动，此时太阳轮II与第二行星轮啮合，第二行星轮带动太阳轮II转动，进而带动第二太阳轮轴转动，此时行星架到太阳轮II的传动比大于0，第二太阳轮轴上的发条顺时针转动，发条压缩并储存能量，通过设置合适的齿数，当发条完全压缩后，使得发条释放能量的时候效率小于0，并且此时行星轮系逆向自锁，放松拉绳II，轴套上的摩擦片在压缩弹簧II的作用下与链轮III上的摩擦片断开，使得后轮轴无法传动到驱动轴上。释放能量时，同时拉动拉绳I和拉绳II，第二太阳轮沿着第二太阳轮轴滑动，使得太阳轮II与第二行星轮断开，太阳轮I与第三行星轮啮合，同理通过设置合适的齿数，使得发条释放能量的效率大于0，行星轮此时不自锁，且太阳轮I到行星架的传动比小于0，发条转动带动第二太阳轮轴转动，从而带动第三行星轮转动，第二行星轮和第一行星轮也跟着转动，进一步带动行星架转动从而带动驱动轴转动，驱动轴上的链轮I带动链轮II和轴套转动，轴套上的摩擦片与链轮III上的摩擦片贴合进而带动链轮III转动，最后后轮轴顺时针转动，完成能量释放。放松压缩弹簧I，第二太阳轮在压缩弹簧I的作用下又回复原位，此时装置又可再次进行储能。上述结构中，为了使用方便，拉绳I和拉绳II的长度可延长至如图6所示自行车车把位置处并与车把连接。

本装置实现上述储能与释能功能还需满足以下条件：

η_{行星架—太阳轮II}≥0；

i_{行星架—太阳轮II}≥0；

η_{太阳轮I—行星架}≥0；

i_{太阳轮I—行星架}≤0；

其中，η_{行星架—太阳轮II}代表行星架到太阳轮II的传动效率，i_{行星架—太阳轮II}代表行星架到太阳轮II的传动比，η_{太阳轮I—行星架}代表太阳轮I到行星架的传动效率，i_{太阳轮I—行星架}代表太阳轮I到行星架的传动比。

由于本申请中的行星轮系属于2K-H型行星轮系的简单变形，因此2K-H型行星轮系的论证和推理方法适用于本申请，下面将对行星轮自锁进行验证。选取如图7所示的一种常见的2K-H型行星轮系进行分析，选择不同的构件为原动件，则功率传递的方式就有下列两种情况：

1)原动件为齿轮K时，齿轮K将功率传递至行星架；

2)原动件为行星架H时，行星架H将功率传递至齿轮K。

将上述两种情况分别带入公式计算验证，得到如下计算结果：

表1

表1中，η代表传动效率，i_KH代表从齿轮K到行星架H的传动比。从表1可知，当行星架H为原动件时，η总是大于0，故不会发生齿轮自锁现象；当齿轮K为原动件时，η有可能为负值，则可能发生齿轮自锁现象。

在0＜i_KH＜1时，不发生自锁的条件为：

在i_KH＞1或i_KH＜0时，不发生自锁的条件为：

由实验可得η^H＝0.9，则由式1可得式2可得

综上，当行星架为原动件时，不会发生自锁现象；当齿轮K为原动件时，若满足则将发生自锁。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种自行车的储能与释能装置，包括左支撑外壳（1）和右支撑外壳（2），装置通过左支撑外壳（1）和右支撑外壳（2）连接并形成中空腔体，其特征在于：所述中空腔体内设置有驱动轴（3）和行星轮总成（4），驱动轴（3）的输出端与行星轮总成（4）连接，输入端设置有链轮I（5），链轮I（5）通过链条（6）与自行车后轮轴上的链轮II（7）连接，所述左支撑外壳（1）上设有供链条（6）穿过的通孔I（8），右支撑外壳（2）上依次设置有齿圈I（9）和齿圈II（10）。

2.根据权利要求1所述的一种自行车的储能与释能装置，其特征在于：所述行星轮总成（4）包括行星架（41）和行星轮系（42），行星轮系（42）设置在行星架（41）中，行星架（41）与驱动轴（3）连接，所述行星轮系（42）包括第一行星轮（421）、第二行星轮（422）、第三行星轮（423）、第一太阳轮（424）和第二太阳轮（425），第一行星轮（421）、第二行星轮（422）和第三行星轮（423）之间通过行星轮轴（43）连接，第一太阳轮（424）与第一行星轮（421）啮合并与第一太阳轮轴（44）的一端连接，第一太阳轮轴（44）的另一端与左支撑外壳（1）连接，第二太阳轮（425）与第二太阳轮轴（45）连接并可在第二太阳轮轴（45）上滑动，所述第二太阳轮轴（45）上还连接有发条（11）。

3.根据权利要求2所述的一种自行车的储能与释能装置，其特征在于：所述第二太阳轮（425）包括一体成型的太阳轮I（4251）和太阳轮II（4252），太阳轮I（4251）的一端连接有压缩弹簧I（12），压缩弹簧I（12）的另一端与右支撑外壳（2）连接。

4.根据权利要求3所述的一种自行车的储能与释能装置，其特征在于：所述太阳轮I（4251）的一端还连接有拉绳I（13），拉绳I（13）的另一端穿过右支撑外壳（2）并延伸出右支撑外壳（2）外。

5.根据权利要求2所述的一种自行车的储能与释能装置，其特征在于：所述第二太阳轮轴（45）上设有键槽（451），第二太阳轮（425）通过导向平键（14）与第二太阳轮轴（45）键连接。

6.根据权利要求2所述的一种自行车的储能与释能装置，其特征在于：所述驱动轴（3）中心沿驱动轴（3）轴线方向设有贯穿所述驱动轴（3）的通孔II（15），第一太阳轮轴（44）穿过所述通孔II（15）与左支撑外壳（1）连接。

7.根据权利要求3所述一种自行车的储能与释能装置，其特征在于：装置储能时，太阳轮II（4252）与第二行星轮（422）啮合；装置释能时，第二太阳轮（425）沿着第二太阳轮轴（45）向右支撑外壳（2）方向运动，太阳轮II（4252）与第二行星轮（422）分离，太阳轮I（4251）与第三行星轮（423）啮合。