一种适合多变速区域的液压助力自行车的制作方法

1.本发明属于公众出行工具技术领域，具体公开了一种适合多变速区域的液压助力自行车。


背景技术：

2.现有自行车采用链条传动原理，在上坡或加速的过程中，骑行者通过脚踩脚蹬，自身输出能量转换为动能和/或势能，然而，在下坡时，为了安全考虑，骑行者通常会主动制动进行减速，原先输出的能量部分被制动过程消耗掉，并没有完全的转化未用于自行车行驶的能量，而在加速后的减速或刹停的过程中，动能则直接被制动过程消耗掉，能量浪费较大。而另一方面，现有一般自行车耗力大、速度慢、爬坡性能差的问题，也亟需改善。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种适合多变速区域的液压助力自行车，其可以将自行车制动过程中原本所浪费的部分能量储存起来，在需要启动、爬坡或加速时释放这部分能量作为助力，解决了现有技术中自行车制动时能量浪费的问题。
4.为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
5.一种适合多变速区域的液压助力自行车，包括自行车主体，还包括整合在自行车主体上的传动部件和液压部件；
6.工作在储能状态的传动部件用于将自行车轮的转矩传递给液压部件；
7.工作在储能状态的液压部件用于将所述转矩转化液压能存储起来；
8.工作在释能状态的液压部件用于将所述液压能转换为转矩并传递给传动部件；
9.工作在释能状态的传动部件用于将来自液压部件的转矩传递给自行车轮。
10.进一步的，还包括控制部件，用于控制传动部件和液压部件在储能状态、释能状态和非工作状态间的切换。
11.进一步的，所述传动部件包括用于蓄能部分离合器和释能部分离合器，所述蓄能部分离合器和释能部分离合器与自行车主体的后轮轴同轴分布；处于工作状态的蓄能部分离合器和释能部分离合器分别与所述后轮轴传动连接。
12.进一步的，所述释能部分离合器包括链轮、套筒和飞轮组成，套筒外套在后轮轴上，链轮螺纹连接在套筒上的外螺纹上，所述套筒为链轮与飞轮间的传动中介，使链轮与飞轮同轴运行，飞轮则与后轮轴传动连接；
13.链轮与飞轮间的传动关系被配置为，链轮可带动飞轮向驱动自行车主体前进的方向转动。
14.进一步的，所述蓄能部分离合器，包括依次同轴套设在后轮轴上的内连接件、单连接件、双连接件、轴承筒、外连接件和双头梯形螺柱；其中，内连接件、单连接件、双连接件、轴承筒和外连接件均为法兰型的零件，均具有相互连接的法兰盘和管状部分；
15.内连接件的管状部分深入单连接件的管状部分内，二者间通过一单向轴承连接并
可单向传动；
16.单连接件与双连接件的法兰盘部分相对设置，二者相对的面上均固定连接有摩擦片；
17.内连接件的管状部分为阶梯状，其前端直径较小的部分继续向前申入到了双连接件的管状部分内，
18.内连接件的管状部分与双连接件的管状部分间设有滚柱轴承及配套的轴承座，轴承座滑动的套设在内连接件的管状部分深入轴承座的部分；
19.轴承筒外套在双连接件的管状部分外，轴承筒的管状部分与双连接件的管状部分间设有可滚柱轴承；
20.外连接件的法拉盘部分与轴承筒的法兰盘部分相对设置，并通过螺栓固定在一起，外连接件的管状部分的中心孔孔壁上设有内螺纹，双头梯形螺柱螺纹连接于所述螺纹中心孔内，所述外连接件的转动被限制。
21.进一步的，所述控制部件包括传动控制部件，所述传动控制部件包括自行车主体的车闸线，以及一端固定连接在所述外连接件上的挡片，所述挡片沿着外连接件的径向设置，所述挡片的另一端与所述车闸线固定连接。
22.进一步的，所述液压部件包括蓄能器、油箱、液压泵和液压马达；
23.所述油箱内盛有液压油，所述蓄能器为能储存被加压的液压油的容器；
24.所述液压泵与所述释能部分离合器驱动连接，所述液压马达与所述释能部分离合器驱动连接；
25.所述液压泵用于将油箱内的液压油泵入储能器，所述蓄能器能向所述液压马达输送被加压的液压油，所述油箱、液压泵、蓄能器及液压马达通过管路连通成可供液压油流动的通路。
26.进一步的，所述液压部件还包括用于启闭蓄能器与液压马达间的连通的节流阀。
27.进一步的，所述控制部件还包括液压控制部件，用于启闭所述节流阀。
28.进一步的，所述传动部件和液压部件间通过链条传动传递转矩。
29.本发明中，当自行车主体需要加速时，通过控制部件将传动部件和液压部件切换至蓄能状态，自行车主体上车轮的转矩逐步被转化为液压能存储起来，能量的消耗可以帮助或直接实现自行车的制动，当骑行者需要助力时，通过控制部件将传动部件和液压部件切换至释能状态，液压能被转化为额外的转矩传递给车轮，起到助力的作用。本发明中自行车的液压助力结构较为简单，重量相对较轻，相比与同类产品，本产品具有离合器提供单向功能的特点，操作更加简单，不仅避免了能量的浪费，而且能量回收利用效率较高，不依靠电能，避免了很大一部分在能量使用过程中的消耗，使用体验更好，对电子元件的依赖小，在不同地形变化下有较强的适应性。
附图说明
30.图1为本发明实施例中的适合多变速区域的液压助力自行车的爆炸示意图；
31.图2为本发明实施例中的传动部件的俯视图；
32.图3为本发明实施例中的蓄能部分离合器的剖视图；
33.图4为本发明实施例中的释能部分离合器的俯视图；
34.图5为本发明实施例中的传动控制部件的安装结构示意图；
35.图6为本发明实施例中的液压部件的各组成部分间的连接关系示意图；
36.图7为本发明实施例中的蓄能过程所涉及的部件的示意图；
37.图8为本发明实施例中的释能过程所涉及的部件的示意图。
38.附图中的附图标号包括：10
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自行车主体，21
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蓄能部分离合器，22
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释能部分离合器，23
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内连接件，24
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单连接件，25
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单向轴承，26
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双连接件，27
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轴承筒，28
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滚针推力轴承，29
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外连接件，30
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挡块，31
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第一牙盘，32
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摩擦片，33
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挡片，34
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双头梯形螺柱，35
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链轮，36
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套筒，37
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飞轮，38
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第二牙盘，40
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后轮轴，41
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蓄能器，42
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油箱，43
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液压泵，44
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减速器，45
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液压马达，46
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第一链条，47
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第二链条，51－溢流阀，52－单向阀，53－节流阀，54－软管，55－车闸线。
具体实施方式
39.为了是本领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
40.如图1所示，本发明中的适合多变速区域的液压助力自行车主要包括传动部件、液压部件和控制部件，三部分整合在一自行车主体10上，控制部件又分为传动控制部件和液压控制部件，自行车主体10为普通山地自行车车体，自行车后轮刹车采用v刹，由车闸线55以及与高车闸线55传动连接的右侧刹车操控，同时该车闸线55也是本实施例中的传动控制部件的主要组成部分。
41.如图2所示，传动部件由蓄能部分离合器21和释能部分离合器22构成，分别安装在自行车后轮轴40的两端上。
42.蓄能部分离合器21的结构基本如图3所示，包括依次同轴套设在后轮轴40上的内连接件23、单连接件24、双连接件26、轴承筒27、外连接件29、双头梯形螺柱34。其中，内连接件23、单连接件24、双连接件26、轴承筒27和外连接件29均为法兰型的零件，内连接件23上的法兰盘上具有螺孔，可通过螺栓固定在车轮外侧；内连接件23的管状部分深入单连接件24的管状部分内，二者间通过一单向轴承25连接并可单向传动。单连接件24与双连接件26的法兰盘部分相对设置，二者相对的面上均通过螺栓嵌入并固定有相互间可摩擦传动的摩擦片32，内连接件23的管状部分为阶梯状，其前端直径较小的部分继续向前伸入到了双连接件26的管状部分内，内连接件23的管状部分与双连接件26的管状部分间设有滚柱轴承及配套的轴承座，而轴承座部分则可以在内连接件23的管状部分深入轴承座的部分相对滑动，使得内连接件即可与双连接件26发生相对转动，借助轴承座又可以在双连接件26的管状部分上前后滑动；轴承筒27外套在双连接件26的管状部分外，轴承筒27的管状部分与双连接件26的管状部分间设有可承受轴向力作用的滚柱轴承28，使得轴承筒27与双连接件26间转动连接；内连接件23上具有螺孔，可通过螺栓固定在车轮外侧，后轮轴40只与内连接件23传动连接，同时由于内连接件23与双连接件26件采用了单向轴承25，确保了工作时后只有后轮轴40正转的转矩能传递给双连接件26件，轮轴40反转时，会与双连接件26件发生相
对转动，从而不传递转矩；外连接件29的法拉盘部分与轴承筒27的法兰盘部分相对设置，并通过螺栓固定在一起，外连接件29的管状部分的中心孔孔壁上设有内螺纹，双头梯形螺柱34在其内转动进而沿着螺孔的轴线前后移动，并且外连接件29的转动被限制，而由于滚柱轴承28的设置，双连接件26的转动并未被限制。
43.后轮轴40穿过双头梯形螺柱34的部分与双头梯形螺柱34间通过一轴承(图中未示出)连接，以对后轮轴40起到支承作用，同时确保后轮轴40与双头梯形螺柱34间可以较为自由的相对转动，但不会前后滑动，双连接件26的法兰盘部分上设有用于与第一牙盘31固定连接的螺孔，由于双连接件26与内连接件23伸入其内的部分间设有滚柱轴承和轴承座，所以，在双连接件26上的摩擦片32与内连接件24上的摩擦片32接触之前，不会有任何转矩从后轮轴40传递到双连接件26上，第一牙盘31也不会得到来自后轮轴40的转矩。
44.如图5所示，一挡块30安装在外连接件29上，一挡片33固定安装在双头梯形螺柱34上挡片33可安装在双头梯形螺柱34上，车闸线55主体部分的线管固定在外连接件29上，一挡块30也固定安装在外连接件29上，挡块30设有开孔仅允许车闸线的钢丝部分穿过，该处车闸线55为普通自行车后轮刹车处车闸线，可将其延长，延长部分有一段没有线管的钢丝绳搜选与挡片33的自由端固定连接和再通过开孔穿过挡块30，其余被线管包裹部分连接自行车后轮v刹，本实施例中，挡片33与车闸线55共同组成了传动控制部件，车闸线55同时还起到分级调节的作用。
45.如图5所示，释能部分离合器22由链轮35、套筒36和飞轮37组成，套筒外套在后轮轴上链轮35于后轮处螺纹螺纹连接在套筒36上的外螺纹上，本实施例中，套筒36是链轮35与飞轮37件的传动中介，使两零件同轴运行，飞轮37则与后轮轴传动连接，链轮35与飞轮37顺时针运转时可带动后轮工作，逆时针转动时打滑。
46.液压部件包括了蓄能器41，油箱42，液压泵43，液压马达45，溢流阀51，单向阀52，节流阀53和通过软管54；如图6所示，蓄能器41，油箱42，液压泵43，液压马达45，溢流阀51，单向阀52，节流阀53按图示油路通过软管54连接，其中蓄能器41与油箱42，液压泵43和液压马达45分别通过软管54连接，形成一四通关系，同时液压泵43分别与油箱42和液压马达45各自又通过一段软管54连通；油箱42内存有液压油，输出端与液压泵43连接，液压泵43与蓄能器41间设有单向阀52，于是液压泵43工作时液压油被单向输送至蓄能器41，当蓄能器41存有液压油时，可开启节流阀53使液压油流入液压马达45以驱动液压马达工作，最终液压油重新进入油箱42，本实施例中，节流阀53由调节开关控制，因此调节开关在本实施例中起到了液压控制部件的作用；在油箱42与蓄能器41间的油路上，还设置有溢流阀51，负责调节油路系统的压力以及残留液压油回收。
47.本实施例中，传动部件与液压部件通过链传动方式连接，并设有一减速器44用作转速调节，该减速器44与液压泵43紧凑的组装在一起，相互间通过齿轮传动。
48.本实施例中蓄能过程所涉及的部件如图7所示，包括了蓄能部分离合器21、减速器44输出端的第二牙盘3、第一链条46、油箱42、软管54和储能器41，其中，蓄能部分离合器21上的第一牙盘31与减速器44输出端的第二牙盘38通过第一链条46连接；减速器44输入端与液压泵输出轴传动形式为齿轮传动。
49.本实施例中释能过程所涉及的部件如图8所示，包括了释能部分离合器22、液压马达45、第二链条47、油箱42、软管54和储能器41，其中释能部分离合器22的链轮35与液压马
达45的输出端经由第二链条47传动连接。
50.本实施例中，蓄能器41，油箱42，液压泵43，减速器44，液压马达45均固定安装自行车本体10在车架上，自行车本体10原有的传动及变速系统没有发生变化。
51.本实施例中的液压助力自行车各主要部分的工作状态对照表格基本如表1所示，而具体的工作过程如下：
52.表1.液压助力自行车主要部分的工作状态
[0053][0054]
骑行者按照普通自行车骑行方式正常行驶，当后朝向自行车行进方向转动时，内连接件23，单连接件24及单向轴承25也会同时转动，当遇到下坡等需要刹车场景时储能，初步轻捏右侧刹车，车闸线55抽动使得蓄能部分离合器21上的双头梯形螺柱34旋动一定角度，而外连接件29被限制了转动，进而在螺孔内螺线的作用下外连接件29产生沿车轮轴线方向向里的轴向运动，进一步的推动轴承筒27和双连接件26，此时单连接件24与双连接件26上的两片摩擦片32相互接触，两者间发生摩擦传动，内连接件25将来自后轮轴40的转矩传递到双连接件26上，整个蓄能部分离合器21进入工作状态，整体表现为后轮转动带动双连接件26上的第一牙盘31转动，动力又通过与第一牙盘31啮合的第一链条46传递到减速器输出端的第二牙盘38，进而方向驱动减速器44，通过减速器44反向作用，减速器44的输入端获得更大转速，通过齿轮传动带动液压泵43工作，液压泵43将油箱42中的液压油抽出，由于液压泵43作为新的负载的出现，后轮的转动受阻，与此同时，液压油通过软管54运输，经过单向阀52储存到蓄能器41中，完成后轮转动的机械能向蓄能器41中液压能的转变，车轮经储能过程动能被逐步转化为液压能，进而逐步减速，直至停止转动；如果遇到紧急状况，重捏刹车时，车闸线55抽动量更大，不仅可以达到轻捏刹车时储能的效果，而且当车闸线上线管部分与挡块30接触从而延迟部分的车闸线产生线管与闸线间的相对运动时，自行车后轮v刹工作，可以立即限制后轮转动。当松开右侧刹车，两片摩擦片32分离，离合器脱离工作状态。当上坡及骑行助力时，打开节流阀53，高压液压油从蓄能器41中流出，进入液压马达45，带动液压马达45输出轴转动，动力经链传动传递给后轮链轮35，使自行车后轮同时转动，剩
余液压油流回油箱42，关闭节流阀53，助力结束。
[0055]
本发明中，当自行车主体需要加速时，通过控制部件将传动部件和液压部件切换至蓄能状态，自行车主体上车轮的转矩逐步被转化为液压能存储起来，能量的消耗可以帮助或直接实现自行车的制动，当骑行者需要助力时，通过控制部件将传动部件和液压部件切换至释能状态，液压能被转化为额外的转矩传递给车轮，起到助力的作用。本发明中自行车的液压助力结构较为简单，重量相对较轻，相比与同类产品，本产品具有离合器提供单向功能的特点，操作更加简单，不仅避免了能量的浪费，而且能量回收利用效率较高，不依靠电能，避免了很大一部分在能量使用过程中的消耗，使用体验更好，对电子元件的依赖小，在不同地形变化下有较强的适应性。
[0056]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。