单向离合器及二轮车的制作方法

1.本发明涉及离合器技术领域，特别涉及一种单向离合器及二轮车。


背景技术：

2.相关技术中，二轮车通常采用后轮作为驱动轮，比如自行车、电动车等，后轮具有单向离合器以实现单向传动，防止倒车而摔倒。当前，常用的单向离合器由花鼓与塔基构成，采用棘齿和棘爪配合传动，通过o型钢丝弹簧为棘爪提供支撑力，使得棘爪在常态下向外扩张并朝向棘齿。塔基正向转动，棘齿与棘爪啮合，从而带动花鼓转动；塔基反向转动，棘齿与棘爪分离，塔基空转。但棘齿棘爪结构存在以下不足之处：1、棘爪的接触面积小，啮合时承受冲击较大，传动平稳性差，空转行程大，冲击力大；2、零件多，组装繁琐，而且o型钢丝弹簧可能产生松动、疲劳失效的问题，结构可靠性不高。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种单向离合器，具有结构简单、可靠，传动平稳，冲击小等优点。
4.本发明同时提出应用上述单向离合器的二轮车。
5.根据本发明第一方面实施例的单向离合器，包括花鼓、转轴、卷簧，所述花鼓具有内孔，所述花鼓的内壁设置有周向布置的多个内斜齿，所述转轴穿设于所述内孔，所述卷簧位于所述内孔中，所述卷簧的内端固定连接于所述转轴，所述卷簧背离所述转轴的外侧壁设置有外斜齿，当所述转轴正转，所述外斜齿能够与所述内斜齿啮合，当所述转轴反转，所述外斜齿与所述内斜齿脱离。
6.根据本发明第一方面实施例的单向离合器，至少具有如下有益效果：单向离合器在使用过程中，当转轴正转，外斜齿与内斜齿啮合，卷簧受力扩张，转轴通过卷簧带动花鼓，实现传动功能；当转轴反转，内斜齿通过外斜齿推动卷簧收缩，从而使得外斜齿与内斜齿脱离，实现空转功能。利用卷簧代替棘爪及o型钢丝弹簧，简化组装步骤，而且卷簧的使用寿命长，不易失效，可靠性高，外斜齿和内斜齿啮合，传动更平稳，而且减少空转行程。
7.根据本发明第一方面的一些实施例，相邻的两个所述内斜齿之间形成齿槽，靠近所述卷簧外端的至少一个所述外斜齿保持伸入所述齿槽。
8.根据本发明第一方面的一些实施例，沿所述转轴的轴向，所述外斜齿的宽度尺寸大于所述内斜齿的宽度尺寸。
9.根据本发明第一方面的一些实施例，所述内斜齿具有啮合面，所述啮合面用于配合所述外斜齿实现啮合，所述啮合面沿所述花鼓的径向布置。
10.根据本发明第一方面的一些实施例，沿所述转轴的径向，所述卷簧的厚度为2mm至6mm。
11.根据本发明第一方面的一些实施例，所述外斜齿的数量为5至120，并且相邻的两个所述外斜齿相接。
12.根据本发明第一方面的一些实施例，沿所述转轴的周向，多个所述外斜齿占据的角度为180
°
至270
°
。
13.根据本发明第一方面的一些实施例，所述外斜齿的齿顶设置有倒角。
14.根据本发明第一方面的一些实施例，所述花鼓的端面设置有挡圈，所述挡圈包围所述内斜齿。
15.根据本发明第一方面的一些实施例，所述卷簧的内端设置有通孔，所述通孔中穿设有紧固件，所述紧固件固定于所述转轴。
16.根据本发明第一方面的一些实施例，所述转轴与所述卷簧为一体结构件。
17.根据本发明第二方面实施例的二轮车，包含如第一方面实施例所述的单向离合器。
18.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
19.本发明的附加方面和优点结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
20.图1为本发明第一方面实施例的单向离合器的分解示意图；
21.图2为本发明第一方面实施例的单向离合器的主视角分解示意图；
22.图3为本发明第一方面实施例中转轴正转的状态示意图一；
23.图4为本发明第一方面实施例中转轴正转的状态示意图二；
24.图5为本发明第一方面实施例中转轴反转的状态示意图；
25.图6为图5的a处局部放大视图；
26.图7为本发明第一方面实施例中转轴与卷簧的分解示意图。
27.附图标号如下：
28.花鼓100、内孔101、齿槽102、内斜齿110、啮合面111、斜压面112、挡圈120；
29.转轴200；
30.卷簧300、外斜齿310、紧固件320。
具体实施方式
31.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
32.在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右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发明和简化描述，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发明的限制。
33.在本发明的描述中，如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
34.本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
35.相关技术中，二轮车由于仅有两个车轮，自身不能保持稳定支撑，因此通常在后轮(驱动轮)设置有单向离合器，以实现正向传动和反向空转的功能。
36.常用的单向离合器由花鼓与塔基构成，采用棘齿和棘爪组合的结构传动，通过o型钢丝弹簧为棘爪提供支撑力，使得棘爪在常态下保持向外扩张状态，扩张的棘爪朝向棘齿并且抵接棘齿。塔基正向转动，则棘爪与棘齿啮合，从而带动花鼓转动；塔基反向转动，则棘齿推动棘爪压缩o型钢丝弹簧，实现棘齿与棘爪分离，塔基空转。但棘齿和棘爪结构存在以下不足之处：1、棘爪的数量较少，接触面积小，啮合时承受冲击较大，传动平稳性差，空转行程大，冲击力大；2、零件数量多，组装繁琐，而且o型钢丝弹簧可能产生松动、疲劳失效的问题，结构可靠性不高；3、在塔基反向转动中，o型钢丝弹簧推动棘爪扩张，棘爪与棘齿连续碰撞，产生较大的噪音。
37.为此，本发明第一方面的实施例提出一种应用于二轮车的单向离合器，能够简化组装步骤，提高传动平稳性，减少空转行程，降低咬合的冲击力及空转的噪音。
38.参照图1至图6，本发明的第一方面实施例提出的单向离合器，单向离合器包括花鼓100、转轴200、卷簧300，花鼓100为单向离合器的外壳，通常在花鼓100上安装辐条以制作轮毂，花鼓100具有内孔101，内孔101沿花鼓100的轴向贯穿花鼓100，而且花鼓100在内孔101的内壁设置有周向布置的多个内斜齿110，通常多个内斜齿110沿花鼓100的周向均匀分布，使得多个内斜齿110分布均衡，花鼓100的各个部位受力更为均衡。
39.可以理解的是，转轴200沿轴向穿设于内孔101，转轴200与花鼓100之间为转动连接，也即转轴200可以相对于花鼓100自由转动，通常在花鼓100的内孔101中安装轴承(图中未示出)，轴承的外圈固定于内孔101的内壁，转轴200固定于轴承的内圈，利用轴承提供转动支撑，满足转轴200转动的需求。应当理解的是，轴承可以根据转轴200的受力状态确定型号，当转轴200仅承受径向力，则可以选用滚珠轴承，当转轴200同时承受径向力和轴向力，则可以选用圆锥滚子轴承，还可以选用两个圆锥滚子轴承组合的形式，或者滚珠轴承和圆锥滚子轴承组合的形式。
40.可以理解的是，卷簧300同样布置在内孔101中，卷簧300的内端固定连接转轴200，卷簧300的外端沿转轴200的径向扩大，在卷簧300上背离转轴200的外侧壁设置有外斜齿310，外斜齿310与内斜齿110的形状匹配，两者能够啮合，当转轴200正转，外斜齿310与内斜齿110啮合，当转轴200反转，外斜齿310与内斜齿110脱离。应当理解的是，转轴200的正转和反转仅用于区分状态，具体的方向不作限定。而且，还可以是花鼓100为主动部件，当花鼓100正转，外斜齿310与内斜齿110啮合，当花鼓100反转，外斜齿310与内斜齿110脱离，同样可以满足单向离合器的使用需求。
41.单向离合器在二轮车中的使用过程为：当二轮车需要向前行驶，则转轴200为正转，参照图3和图4，此时卷簧300上的外斜齿310与花鼓100的内斜齿110啮合，期间卷簧300会受力并向外扩张，促使外斜齿310与内斜齿110紧密啮合，而且卷簧300能够传动动力，因而转轴200通过卷簧300带动花鼓100，实现传动功能，二轮车实现向前行驶；当二轮车的驱动部件反转，则转轴200跟随反转，参照图5，此时内斜齿110通过外斜齿310推动卷簧300收
缩，从而使得外斜齿310与内斜齿110脱离，实现转轴200的空转功能，花鼓100不跟随转轴200转动，避免二轮车倒车而摔倒。
42.单向离合器利用卷簧300作为传递动力的构件，卷簧300代替了棘爪及o型钢丝弹簧，简化了单向离合器的组装步骤，降低生产成本；而且卷簧300的使用寿命长，不易失效，可靠性高；可以采用多个外斜齿310和多个内斜齿110啮合的结构，提高传动平稳性，降低冲击力大而且减少空转行程。
43.可以理解的是，卷簧又称为发条，是采用弹簧钢制成的平面涡卷弹簧，能够在狭小的空间里持续提供较大的恢复力。在单向离合器中，利用卷簧300的自复位能力，使得卷簧300保持正常状态，满足外斜齿310与内斜齿110能够啮合的条件，转轴200正转时，利用卷簧300的扩张能力，使得外斜齿310与内斜齿110啮合，能够传递动力；转轴200反转时，利用卷簧300的收缩能力，使得外斜齿310与内斜齿110能够脱离。
44.参照图3和图4，可以理解的是，多个内斜齿110为紧密相连排列，相邻的两个内斜齿110之间形成有齿槽102，在外斜齿310与内斜齿110啮合时，外斜齿310即位于齿槽102中，为了保证转轴200正转时，外斜齿310能够与内斜齿110啮合，靠近卷簧300外端的至少一个外斜齿310保持伸入齿槽102的状态，也即卷簧300的在正常状态下，保持有至少一个外斜齿310伸入齿槽102。当转轴200正转，则内斜齿110与伸入齿槽102的外斜齿310接触，然后推动卷簧300变形而向外扩张，使得更多的外斜齿310与内斜齿110啮合，有利于传递动力。而且，卷簧300变形会产生反作用力，利用反作用力能够缓冲卷簧300与花鼓100的接触，降低冲击力，有利于提高单向离合器的使用寿命，在二轮车加速或者刹车的过程中，利用卷簧300的变形及反作用力吸收冲击，减少碰撞及磨损。
45.应当理解的是，在单向离合器中，保持四个外斜齿310位于齿槽102中为较佳方案，当转轴200正转，四个外斜齿310与内斜齿110快速达到啮合状态，防止打滑，传动更加平稳。
46.可以理解的是，在转轴200的轴向上，外斜齿310的宽度尺寸大于内斜齿110的宽度尺寸，并且外斜齿310的宽度两端均位于内斜齿110的外部，使得外斜齿310与内斜齿110啮合时，外斜齿310与内斜齿110能够完全抵接，具有较大的接触面积，有利于传递动力。而且，卷簧300的宽度尺寸与外斜齿310的宽度尺寸一致，卷簧300具有较大的宽度尺寸，有利于提高卷簧300的结构强度，有利于传递动力。在组装过程中，卷簧300沿转轴200的轴向位置的精度要求较低，便于组装，降低制造成本。
47.参照图1至图4，可以理解的是，内斜齿110包括有啮合面111和斜压面112，啮合面111用于配合外斜齿310实现啮合，而且啮合面111沿花鼓100的径向布置，当外斜齿310与内斜齿110啮合，外斜齿310与内斜齿110之间的作用力垂直于啮合面111，有利于传递动力，传动更平稳。
48.参照图5和图6，可以理解的是，当转轴200反转，斜压面112能够接触外斜齿310，从而推动卷簧300收缩，使得外斜齿310与内斜齿110脱离，实现空转功能。斜压面112与啮合面111形成有夹角，该夹角越大则越容易实现外斜齿310与内斜齿110的脱离，但是也会导致啮合面111的面积缩小，因此，可将该夹角设定为50
°
至70
°
，其中60
°
为较佳方案，在易于脱离和传递动力之间取得较佳的平衡。
49.可以理解的是，在转轴200的径向上，卷簧300的厚度为2mm至6mm，卷簧300的厚度可以选择2mm、3mm、4mm、5mm或者6mm，使得卷簧300具有足够结构强度，能够承受扭力，保证
单向离合器能够稳定运转。同时，卷簧300具有足够的厚度以供加工外斜齿310，使得外斜齿310具有一定厚度尺寸，降低外斜齿310崩裂的风险，提高使用可靠性。
50.可以理解的是，卷簧300的外侧壁上设置多个外斜齿310，外斜齿310的数量为5至120，比如卷簧300可以设置5个外斜齿310、10个外斜齿310、13个外斜齿310、20个外斜齿310或者120个外斜齿310，根据单向离合器的实际使用需求，设定外斜齿310的数量。应当理解的是，外斜齿310的数量越大，则卷簧300的体积越大，才能提供足够的空间以容纳外斜齿310，因而单向离合器的安装空间也是限制外斜齿310数量的其中一个因素。相邻的两个外斜齿310相接，多个外斜齿310为紧密排布，当转轴200反转，外斜齿310与内斜齿110脱离的过程中，能够减小冲击，降低噪音。
51.可以理解的是，在转轴200的周向上，多个外斜齿310占据的角度为180
°
至270
°
，其中，占据的角度为253
°
是较佳方案。当转轴200正转，外斜齿310与内斜齿110啮合的区域占据的角度超过100
°
，甚至超过180
°
，能够传递的动力较大，提升使用范围。应当理解的是，多个外斜齿310不一定全部与内斜齿110啮合，未啮合的外斜齿310作为安全保障，在啮合的外斜齿310出现崩裂的情况下，未啮合的外斜齿310能够进入啮合状态，保障卷簧300与花鼓100之间的接触及传递动力。
52.参照图5和图6，可以理解的是，在外斜齿310的齿顶设置有倒角，倒角可以是平面，也可以是圆弧面。通过设置倒角，在转轴200反转时，有利于改善外斜齿310与斜压面112的碰撞，同时减少斜压面112推动卷簧300收缩的行程，降低卷簧300的反弹力，能够降低碰撞产生的噪音。应当理解的是，可以是每个外斜齿310的齿顶均设置有倒角，也可以是部分外斜齿310的齿顶设置有倒角；每个倒角的大小、形状可以是相同的，也可以是不同的。
53.参照图1，可以理解的是，花鼓100的端面设置有挡圈120，挡圈120呈环形，并且挡圈120包围内斜齿110及卷簧300，在单向离合器中，挡圈120能够起到保护作用，在搬运单向离合器和将单向离合器组装到二轮车的过程中，防止其他部件碰撞外斜齿310及内斜齿110，防止碰撞带来损坏。
54.参照图7，可以理解的是，卷簧300的内端设置有通孔(图中未示出)，通孔中穿设有紧固件320，紧固件320固定于转轴200，从而将卷簧300的内端固定于转轴200。紧固件320可以采用螺栓，转轴200设置配合螺栓的螺纹孔，螺栓穿过通孔而旋紧于螺纹孔，实现卷簧300与转轴200的固定。紧固件320也可以采用铆钉，同样能够实现卷簧300与转轴200的固定。
55.可以理解的是，转轴200与卷簧300为一体结构件，比如转轴200与卷簧300一体铸造成型，再加工出符合尺寸的外形及外斜齿310。也可以将卷簧300的内端焊接于转轴200，将转轴200与卷簧300固定为一体结构。
56.本发明第二方面实施例提出的二轮车，包括第一方面实施例的单向离合器，二轮车包括但不限于自行车、电动自行车、电动摩托车。通常单向离合器安装于二轮车的后轮，单向离合器包括花鼓100和转轴200，以自行车为例进行说明，转轴200作为后轮的轴，花鼓100为轮毂的一部分，用户通过脚踏、链条驱动转轴200，自行车向前行驶时，单向离合器能够传递动力，后轮转动实现前行。
57.单向离合器还包括有卷簧300，花鼓100具有内孔101，内孔101沿花鼓100的轴向贯穿花鼓100，而且花鼓100在内孔101的内壁设置有周向布置的多个内斜齿110，通常多个内斜齿110沿花鼓100的周向均匀分布，使得多个内斜齿110分布均衡，花鼓100的各个部位受
力更为均衡。
58.可以理解的是，转轴200沿轴向穿设于内孔101，转轴200与花鼓100之间为转动连接，也即转轴200可以相对于花鼓100自由转动，通常在花鼓100的内孔101中安装轴承(图中未示出)，轴承的外圈固定于内孔101的内壁，转轴200固定于轴承的内圈，利用轴承提供转动支撑，满足转轴200转动的需求。应当理解的是，轴承可以根据转轴200的受力状态确定型号，当转轴200仅承受径向力，则可以选用滚珠轴承，当转轴200同时承受径向力和轴向力，则可以选用圆锥滚子轴承，还可以选用两个圆锥滚子轴承组合的形式，或者滚珠轴承和圆锥滚子轴承组合的形式。
59.可以理解的是，卷簧300同样布置在内孔101中，卷簧300的内端固定连接在转轴200，卷簧300的外端沿转轴200的径向扩大，在卷簧300上背离转轴200的外侧壁设置有外斜齿310，外斜齿310与内斜齿110的形状匹配，两者能够啮合，当转轴200正转，外斜齿310与内斜齿110啮合，当转轴200反转，外斜齿310与内斜齿110脱离。应当理解的是，转轴200的正转和反转仅用于区分状态，具体的方向不作限定。而且，还可以是花鼓100为主动部件，当花鼓100正转，外斜齿310与内斜齿110啮合，当花鼓100反转，外斜齿310与内斜齿110脱离，同样可以满足单向离合器的使用需求。
60.单向离合器在二轮车中的使用过程为：当二轮车需要向前行驶，则转轴200为正转，参照图3和图4，此时卷簧300上的外斜齿310与花鼓100的内斜齿110啮合，期间卷簧300会受力并向外扩张，促使外斜齿310与内斜齿110紧密啮合，而且卷簧300能够传动动力，因而转轴200通过卷簧300带动花鼓100，实现传动功能，二轮车实现向前行驶；当二轮车的驱动部件(脚踏)反转，则转轴200跟随反转，参照图5，此时内斜齿110通过外斜齿310推动卷簧300收缩，从而使得外斜齿310与内斜齿110脱离，实现转轴200的空转功能，花鼓100不跟随转轴200转动，避免二轮车倒车而摔倒。
61.单向离合器利用卷簧300作为传递动力的构件，卷簧300代替了棘爪及o型钢丝弹簧，简化了单向离合器的组装步骤，降低生产成本；而且卷簧300的使用寿命长，不易失效，可靠性高；可以采用多个外斜齿310和多个内斜齿110啮合的结构，提高传动平稳性，降低冲击力大而且减少空转行程。
62.上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下，作出各种变化。