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[摘 要]本文设计了一个自行车能量回收装置，所述的装置包括传动装置和储能装置。传动装置是由5个齿轮组成的储能装置是由齿轮、齿条、棘轮、弹簧、联轴器和保护外壳组成的。该装置通过传动装置的齿轮1和自行车的飞轮相接触，当骑行者使用前刹车线制动的时候齿轮2会和齿轮1相接触，由于飞轮的惯性作用和齿轮的传动作用会带动齿轮3、齿轮4和齿轮6转动，由于齿轮6和齿条相接触，齿条会在齿轮6的转动下在保护外壳中向上移动。齿条和保护外壳底部用弹簧相连接，由于齿条向上的运动从而拉动弹簧，是弹簧产生弹性形变从而储存能量。
[关键词]自行车；能量回收；齿轮；弹簧
中图分类号：P638 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）44-0163-01
目前“共享单车”盛行，成为社会热点，但单车在行驶过程中，仍有许多问题有待改善。能量损耗：自行车及电动车在下坡行驶时，制动采用v刹和叠刹等方式。由于都是摩擦制动的方式，摩擦产生的热量完全损失，同时对制动器件也有很大磨损，长期看来，需要不停跟换刹车皮的器件。但是齿轮制动装置，利用齿轮来将制动能量储存起来，同时能与其他刹车系统相配合实现能量回收和精准刹车。储存多余能量的同时，起到了刹车作用。
自信车的启动及上坡困难问题：正常在自行车的启动过程中，由于静摩擦力，启动需要较大的力，未成年人可能会造成起步失败，甚至是脚裸受伤的情况。另外对于有坡度的路面，市场上的自行车骑行困难，即使是专用的山地自行车，采用变速结构也有缺陷，在慢速骑行中会出现变速困难甚至是无法变速。齿轮结构能够在行驶困难时释放之前储存的能量，利用齿轮的传动结构推动车辆前进，从而减轻骑行者骑车上坡的负担。
该齿轮结构集刹车和能量回收和利用于一体，有效利用了自行车在刹车过程中的制动能量。
1、设计理念
本文设计了一个自行车能量回收装置，所述的装置包括传动装置和储能装置。传动装置是由5个齿轮组成的，储能装置是由齿轮、齿条、棘轮、弹簧、联轴器和保护外壳组成的。当需要刹车时，用前刹车线制动齿轮2会和齿轮1相接触，由于飞轮的惯性作用和齿轮的传动作用会带动齿轮3、齿轮4和齿轮6转动，由于齿轮6和齿条相接触，齿条会在齿轮6的转动下在保护外壳中向上移动。齿条和保护外壳底部用弹簧相连接，由于齿条向上的运动从而拉动弹簧，是弹簧产生弹性形变从而储存能量，并且进行制动。
2、仪器硬件设计
2.1齿轮
齿轮传动系统作为整个系统传动部分的核心，通过齿轮传动将自行车刹车时产生的能量传送到储能装置。
齿轮传动系统中最重要的就是减少能量的损失，其次是尽量减少安装齿轮传动装置所以齿轮的选择十分重要。所以我们选用的是铝制齿轮，因为铝制齿轮不仅重量相对于铁齿轮而言比较轻而且硬度和锲合度也很不错，也比较光滑可以有效的减少齿轮间的摩擦，从而有效的将更多的能量传递给储能装置。
2.2弹簧
弹簧作为储能装置的核心，是将刹车是的能量通过齿轮齿条转换成弹性势能储存起来。弹簧选择弹性系数不是很大的弹簧，这样弹簧比较容易储能，而且储存完能量后比较容易通过棘轮控制，延长其使用寿命。
2.3齿条
齿条是将齿轮传送过来的能量转换为弹簧的弹性势能的装置，它的选取要求模数和齿轮的模数一致，最好也选用铝制的，这样可以减轻储能系统的质量
2.4棘轮
棘轮是当弹簧储存完能量之后，防止弹簧回弹的装置。棘爪和闸线相连，当需要释放弹簧能量的时候打开棘爪，从而将弹簧中的弹性势能转变为动能释放出来。
3装置工作原理
该装置通过传动装置的齿轮1和自行车的飞轮相接触，当骑行者使用前刹车线制动的时候齿轮2会和齿轮1相接触，由于飞轮的惯性作用和齿轮的传动作用会带动齿轮3、齿轮4和齿轮6转动，由于齿轮6和齿条相接触，齿条会在齿轮6的转动下在保护外壳中向上移动。齿条和保护外壳底部用弹簧相连接，由于齿条向上的运动从而拉动弹簧，是弹簧产生弹性形变从而储存能量。当制动结束时，松开手刹时，齿轮2和齿轮1分开恢复原状，从而保证正常骑行。当上坡吃力的时候可以通过使用后刹车线使齿轮5和齿轮1相连并且打开棘爪，从而将弹簧中的弹性势能转变为动能释放出来，从而减轻骑行者上坡的负担。当骑行者松开手刹时齿轮5和齿轮1分开，恢复原状，保证正常的骑行。棘轮和齿轮6通过联轴器连接在一起，保證弹簧能够储存弹性势能。因为弹簧的弹性势能有一定的上限，所以为了保证安全，齿条下端是没有齿的这样就可以保证当弹簧的弹性势能达到上限后，齿轮6形成空转，齿轮6和齿条不再传递能量。这样不仅保证了骑行者不会因为弹簧获得太多能量而使齿轮装置变形从而引发安全问题危害骑行者的安全，而且也延长了齿轮结构的使用寿命。
图一 图二
4结语
我们拥有的创新想法，储存的能量可以用在很多地方，首先可以用在上坡的时候，当上坡吃力的时候可以通过使用后刹车线使齿轮5和齿轮1相连并且打开棘爪，从而将弹簧中的弹性势能转变为动能释放出来，减轻骑行者上坡的负担。也可以用在起步的时候，通过刹车线打开棘爪释放弹簧储存的弹性势能。
该装置利用齿轮、弹簧、发电机和和齿条等机械装置与其他刹车系统相配合实现能量回收和精准刹车。储存多余能量的同时，起到了刹车作用，而且充分利用有限的能源，使得骑行更加安全环保。
参考文献
[1]袁 翔，杨 靖. 一种基于能量回收技术的无源电助力自 行车方法与装置[P] . 中国专利，201310663235. 4，201403-26.
[ 2] 肖鸿博. 一种自行车储能刹车装置： 中国，CN101774415A [P]. 2010 -07 -11.
作者简介：
侯玉峥（1997.07.13-）男，汉族，河南省安阳市，身份证号：410522199707135818，
本科生，研究方向：自动化
高瑞龙（1996.07.29-）男，汉族，河南省登封市，身份证号：410185199607290515，本科生，研究方向：自动化
王希仁（1997.07.16-）男，汉族，河南省南阳市，身份证号：412929199707166516，本科生，研究方向：自动化
史吴斌（1996.11.07-）男，汉族，安徽省滁州市，身份证号：341103199611071612，本科生，研究方向：自动化
熊长贵（1996.07.18-）男，汉族，贵州省贵阳市，身份证号：520121199607187212，本科生，研究方向：自动化
马振贺（1997.08.03-）男，汉族，山东省聊城市，身份证号：371522199708030514，本科生，研究方向：电气
[关键词]自行车；能量回收；齿轮；弹簧
中图分类号：P638 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）44-0163-01
目前“共享单车”盛行，成为社会热点，但单车在行驶过程中，仍有许多问题有待改善。能量损耗：自行车及电动车在下坡行驶时，制动采用v刹和叠刹等方式。由于都是摩擦制动的方式，摩擦产生的热量完全损失，同时对制动器件也有很大磨损，长期看来，需要不停跟换刹车皮的器件。但是齿轮制动装置，利用齿轮来将制动能量储存起来，同时能与其他刹车系统相配合实现能量回收和精准刹车。储存多余能量的同时，起到了刹车作用。
自信车的启动及上坡困难问题：正常在自行车的启动过程中，由于静摩擦力，启动需要较大的力，未成年人可能会造成起步失败，甚至是脚裸受伤的情况。另外对于有坡度的路面，市场上的自行车骑行困难，即使是专用的山地自行车，采用变速结构也有缺陷，在慢速骑行中会出现变速困难甚至是无法变速。齿轮结构能够在行驶困难时释放之前储存的能量，利用齿轮的传动结构推动车辆前进，从而减轻骑行者骑车上坡的负担。
该齿轮结构集刹车和能量回收和利用于一体，有效利用了自行车在刹车过程中的制动能量。
1、设计理念
本文设计了一个自行车能量回收装置，所述的装置包括传动装置和储能装置。传动装置是由5个齿轮组成的，储能装置是由齿轮、齿条、棘轮、弹簧、联轴器和保护外壳组成的。当需要刹车时，用前刹车线制动齿轮2会和齿轮1相接触，由于飞轮的惯性作用和齿轮的传动作用会带动齿轮3、齿轮4和齿轮6转动，由于齿轮6和齿条相接触，齿条会在齿轮6的转动下在保护外壳中向上移动。齿条和保护外壳底部用弹簧相连接，由于齿条向上的运动从而拉动弹簧，是弹簧产生弹性形变从而储存能量，并且进行制动。
2、仪器硬件设计
2.1齿轮
齿轮传动系统作为整个系统传动部分的核心，通过齿轮传动将自行车刹车时产生的能量传送到储能装置。
齿轮传动系统中最重要的就是减少能量的损失，其次是尽量减少安装齿轮传动装置所以齿轮的选择十分重要。所以我们选用的是铝制齿轮，因为铝制齿轮不仅重量相对于铁齿轮而言比较轻而且硬度和锲合度也很不错，也比较光滑可以有效的减少齿轮间的摩擦，从而有效的将更多的能量传递给储能装置。
2.2弹簧
弹簧作为储能装置的核心，是将刹车是的能量通过齿轮齿条转换成弹性势能储存起来。弹簧选择弹性系数不是很大的弹簧，这样弹簧比较容易储能，而且储存完能量后比较容易通过棘轮控制，延长其使用寿命。
2.3齿条
齿条是将齿轮传送过来的能量转换为弹簧的弹性势能的装置，它的选取要求模数和齿轮的模数一致，最好也选用铝制的，这样可以减轻储能系统的质量
2.4棘轮
棘轮是当弹簧储存完能量之后，防止弹簧回弹的装置。棘爪和闸线相连，当需要释放弹簧能量的时候打开棘爪，从而将弹簧中的弹性势能转变为动能释放出来。
3装置工作原理
该装置通过传动装置的齿轮1和自行车的飞轮相接触，当骑行者使用前刹车线制动的时候齿轮2会和齿轮1相接触，由于飞轮的惯性作用和齿轮的传动作用会带动齿轮3、齿轮4和齿轮6转动，由于齿轮6和齿条相接触，齿条会在齿轮6的转动下在保护外壳中向上移动。齿条和保护外壳底部用弹簧相连接，由于齿条向上的运动从而拉动弹簧，是弹簧产生弹性形变从而储存能量。当制动结束时，松开手刹时，齿轮2和齿轮1分开恢复原状，从而保证正常骑行。当上坡吃力的时候可以通过使用后刹车线使齿轮5和齿轮1相连并且打开棘爪，从而将弹簧中的弹性势能转变为动能释放出来，从而减轻骑行者上坡的负担。当骑行者松开手刹时齿轮5和齿轮1分开，恢复原状，保证正常的骑行。棘轮和齿轮6通过联轴器连接在一起，保證弹簧能够储存弹性势能。因为弹簧的弹性势能有一定的上限，所以为了保证安全，齿条下端是没有齿的这样就可以保证当弹簧的弹性势能达到上限后，齿轮6形成空转，齿轮6和齿条不再传递能量。这样不仅保证了骑行者不会因为弹簧获得太多能量而使齿轮装置变形从而引发安全问题危害骑行者的安全，而且也延长了齿轮结构的使用寿命。
图一 图二
4结语
我们拥有的创新想法，储存的能量可以用在很多地方，首先可以用在上坡的时候，当上坡吃力的时候可以通过使用后刹车线使齿轮5和齿轮1相连并且打开棘爪，从而将弹簧中的弹性势能转变为动能释放出来，减轻骑行者上坡的负担。也可以用在起步的时候，通过刹车线打开棘爪释放弹簧储存的弹性势能。
该装置利用齿轮、弹簧、发电机和和齿条等机械装置与其他刹车系统相配合实现能量回收和精准刹车。储存多余能量的同时，起到了刹车作用，而且充分利用有限的能源，使得骑行更加安全环保。
参考文献
[1]袁 翔，杨 靖. 一种基于能量回收技术的无源电助力自 行车方法与装置[P] . 中国专利，201310663235. 4，201403-26.
[ 2] 肖鸿博. 一种自行车储能刹车装置： 中国，CN101774415A [P]. 2010 -07 -11.
作者简介：
侯玉峥（1997.07.13-）男，汉族，河南省安阳市，身份证号：410522199707135818，
本科生，研究方向：自动化
高瑞龙（1996.07.29-）男，汉族，河南省登封市，身份证号：410185199607290515，本科生，研究方向：自动化
王希仁（1997.07.16-）男，汉族，河南省南阳市，身份证号：412929199707166516，本科生，研究方向：自动化
史吴斌（1996.11.07-）男，汉族，安徽省滁州市，身份证号：341103199611071612，本科生，研究方向：自动化
熊长贵（1996.07.18-）男，汉族，贵州省贵阳市，身份证号：520121199607187212，本科生，研究方向：自动化
马振贺（1997.08.03-）男，汉族，山东省聊城市，身份证号：371522199708030514，本科生，研究方向：电气