CN101943254A - 一种椭圆齿轮飞轮总成 - Google Patents

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李名尧
廖泽寰
吴华春
陈伟
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SHANGHAI DONGFU COLD-FORGING MANUFACTURE Co Ltd
Shanghai University of Engineering Science
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Shanghai University of Engineering Science
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Abstract

本发明涉及一种椭圆齿轮飞轮总成，包括安装在发动机机架上在工作状态作旋转运动的曲轴(1)，旋转中心轴线与曲轴(1)轴线重合并与曲轴(1)刚性连接的主动椭圆齿轮飞轮(2)，安装在发动机机架上并与主动椭圆齿轮飞轮(2)相啮合的具有旋转轴的被动椭圆齿轮飞轮(3)，安装在动力输出轴(5)上并可轴向移动的离合器从动摩擦盘(4)，安装在机架上的旋转轴线与被动椭圆齿轮飞轮(3)一致的动力输出轴(5)。与现有技术相比，本发明由于利用了椭圆齿轮变速传动的特点能够改善往复式发动机的动力输出性能，并由于椭圆形状导致转动惯量增大从而减轻了飞轮的重量。

Description

一种椭圆齿轮飞轮总成
技术领域
本发明涉及往复式发动机领域，尤其是涉及一种储存能量和输出发动机动力的椭圆齿轮飞轮总成。
背景技术
普通往复式发动机采用结构简单的圆盘状飞轮，该飞轮储存发动机作功行程所产生的动能以维持发动机的正常运转，该飞轮也被用作为离合器的主动端以输出发动机的动力。普通往复式发动机飞轮相关部分如图1所示，安装在发动机机架上在工作状态作旋转运动的曲轴1，与曲轴1刚性连接的飞轮6，安装在动力输出轴5上并可轴向移动的离合器从动摩擦盘4，安装在机架上的旋转轴线与离合器从动摩擦盘4一致的动力输出轴5。飞轮6与离合器从动摩擦盘4结合时将曲轴1的旋转运动由动力输出轴5输出。飞轮6与离合器从动摩擦盘4脱离时上述运动输出中断。
往复式发动机只有在作功行程中才产生动力，其余行程均依靠飞轮6储存的能量维持运转。在作功行程中，曲轴1经飞轮6和离合器从动摩擦盘4从动力输出轴5所输出的力矩随曲轴1转角发生变化，其变化的特性曲线如图2中虚线所示，具有较大的变化幅度。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种发动机的动力输出更平稳、改善往复式发动机的动力输出性能并减轻其重量的椭圆齿轮飞轮。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种椭圆齿轮飞轮总成，其特征在于包括：
曲轴，安装在发动机机架上；
主动椭圆齿轮飞轮，与曲轴刚性连接，旋转中心轴线与曲轴的轴线重合；
被动椭圆齿轮飞轮，安装在发动机机架上并与主动椭圆齿轮飞轮啮合连接；
动力输出轴，安装在发动机机架上，旋转轴线与被动椭圆齿轮飞轮一致；
离合器从动摩擦盘，安装在动力输出轴上并可轴向移动。
所述的主动椭圆齿轮飞轮和被动椭圆齿轮飞轮齿廓形状相同。
所述的主动椭圆齿轮飞轮和被动椭圆齿轮飞轮的齿数为4n+2。
所述的n为4至100的整数。
所述的主动椭圆齿轮飞轮和被动椭圆齿轮飞轮的长轴和短轴都是对称轴，它们的回转中心定于椭圆的几何中心。
所述的主动椭圆齿轮飞轮的长轴与曲轴的主轴颈和连杆轴颈的轴心连线构成角度α，α为20至70度。
所述的主动椭圆齿轮飞轮和被动椭圆齿轮飞轮的初始安装位置是当主动椭圆齿轮飞轮的椭圆长轴与曲轴和被动椭圆齿轮飞轮旋转轴的轴心连线垂直时，被动椭圆齿轮飞轮的椭圆长轴与曲轴和被动椭圆齿轮飞轮旋转轴的轴心连线平行。
所述的被动椭圆齿轮飞轮与离合器从动摩擦盘结合时将曲轴的旋转运动输出，被动椭圆齿轮飞轮与离合器从动摩擦盘脱离时上述运动输出中断。
所述的主动椭圆齿轮飞轮和被动椭圆齿轮飞轮的节线数学表达式为：
其中r为极径、a为主动椭圆齿轮飞轮和被动椭圆齿轮飞轮中心距离的一半、为极角、e为椭圆偏心率。
与现有技术相比，本发明由于采用了互相啮合的主动椭圆齿轮飞轮和被动椭圆齿轮飞轮，利用椭圆齿轮变速传动改变输出力矩的性能，使作功行程中曲轴经主动椭圆齿轮飞轮、被动椭圆齿轮飞轮、离合器从动摩擦盘至动力输出轴所输出的力矩发生变化，因此发动机的动力输出更平稳，较之圆盘形状的飞轮，椭圆齿轮飞轮具有长轴和短轴，因此可以在具有相同转动惯量时减轻飞轮的质量。
附图说明
图1为普通往复式发动机飞轮结构示意图；
图2为发动机动力输出特性曲线；
图3为本发明的椭圆齿轮飞轮结构示意图。
图中，1为曲轴、2为主动椭圆齿轮飞轮、3为被动椭圆齿轮飞轮、4为离合器从动摩擦盘、5为动力输出轴、6为飞轮。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
如图2、图3所示，本发明的椭圆齿轮飞轮用于单缸二冲程往复式汽油发动机，它包括安装在发动机机架上在工作状态作旋转运动的曲轴1，旋转中心轴线与曲轴轴线重合并与曲轴1刚性连接的主动椭圆齿轮飞轮2，安装在发动机机架上并与主动椭圆齿轮飞轮2相啮合的具有旋转轴的被动椭圆齿轮飞轮3，安装在动力输出轴5上并可轴向移动的离合器从动摩擦盘4，安装在机架上的旋转轴线与被动椭圆齿轮飞轮3一致的动力输出轴5。
所述的主动椭圆齿轮飞轮2和被动椭圆齿轮飞轮3的节线数学表达式为：
Figure BSA00000247341000031
式中r为极径；a为主动椭圆齿轮飞轮2和被动椭圆齿轮飞轮3中心距离的一半，取a＝12；
Figure BSA00000247341000032
为极角；e为椭圆偏心率(其值小于1)，取e＝0.3；对于既定的椭圆节线，椭圆齿轮的齿数和轮齿的大小是相关的，较小的轮齿有助于减小椭圆齿轮飞轮的平面大小，但随之产生的问题是齿轮的承载力降低。
本发明所设计的椭圆齿轮飞轮应同时满足下列四个条件：(1)主动椭圆齿轮飞轮2和被动椭圆齿轮飞轮3具有相同的齿廓形状；(2)椭圆齿轮齿数的齿数z＝30，主动椭圆齿轮飞轮2和被动椭圆齿轮飞轮3的长轴和短轴都是对称轴，它们的回转中心定于椭圆的几何中心位置；(3)主动椭圆齿轮飞轮2的长轴与曲轴1的主轴颈和连杆轴颈的轴心连线构成角度α，α为60度；(4)主动椭圆齿轮飞轮2和被动椭圆齿轮飞轮3的初始安装位置必须是当主动椭圆齿轮飞轮2的椭圆长轴与曲轴1和被动椭圆齿轮飞轮3旋转轴的轴心连线垂直时，被动椭圆齿轮飞轮3的椭圆长轴与曲轴1和被动椭圆齿轮飞轮3旋转轴的轴心连线平行。图2为发动机动力输出特性曲线，其中，横坐标表示作功行程中的曲轴转角，纵坐标表示发动机输出力矩，虚线为普通往复式发动机飞轮动力输出曲线，实线为本发明所述飞轮动力输出曲线。
实施例2
如图2、图3所示，本发明的椭圆齿轮飞轮用于四缸四冲程往复式柴油发动机，它包括安装在发动机机架上在工作状态作旋转运动的曲轴1，旋转中心轴线与曲轴轴线重合并与曲轴1刚性连接的主动椭圆齿轮飞轮2，安装在发动机机架上并与主动椭圆齿轮飞轮2相啮合的具有旋转轴的被动椭圆齿轮飞轮3，安装在动力输出轴5上并可轴向移动的离合器从动摩擦盘4，安装在机架上的旋转轴线与被动椭圆齿轮飞轮3一致的动力输出轴5。
所述的主动椭圆齿轮飞轮2和被动椭圆齿轮飞轮3的节线数学表达式为：
式中r为极径；a为主动椭圆齿轮飞轮2和被动椭圆齿轮飞轮3中心距离的一半，取a＝60；
Figure BSA00000247341000042
为极角；e为椭圆偏心率(其值小于1)，取e＝0.3；对于既定的椭圆节线，椭圆齿轮的齿数和轮齿的大小是相关的，较小的轮齿有助于减小椭圆齿轮飞轮的平面大小，但随之产生的问题是齿轮的承载力降低。
本发明所设计的椭圆齿轮飞轮应同时满足下列四个条件：(1)主动椭圆齿轮飞轮2和被动椭圆齿轮飞轮3具有相同的齿廓形状；(2)椭圆齿轮齿数的齿数z＝42，主动椭圆齿轮飞轮2和被动椭圆齿轮飞轮3的长轴和短轴都是对称轴，它们的回转中心定于椭圆的几何中心位置；(3)主动椭圆齿轮飞轮2的长轴与曲轴1的主轴颈和连杆轴颈的轴心连线构成角度α，α为45度；(4)主动椭圆齿轮飞轮2和被动椭圆齿轮飞轮3的初始安装位置必须是当主动椭圆齿轮飞轮2的椭圆长轴与曲轴1和被动椭圆齿轮飞轮3旋转轴的轴心连线垂直时，被动椭圆齿轮飞轮3的椭圆长轴与曲轴1和被动椭圆齿轮飞轮3旋转轴的轴心连线平行。
实施例3
一种椭圆齿轮飞轮总成，其结构包括：曲轴，安装在发动机机架上；主动椭圆齿轮飞轮，与曲轴刚性连接，旋转中心轴线与曲轴的轴线重合；被动椭圆齿轮飞轮，具有旋转轴，安装在发动机机架上并与主动椭圆齿轮飞轮啮合连接；离合器从动摩擦盘，安装在动力输出轴上并可轴向移动；动力输出轴，安装在发动机机架上，旋转轴线与被动椭圆齿轮飞轮一致。其中，主动椭圆齿轮飞轮和被动椭圆齿轮飞轮齿廓形状相同，主动椭圆齿轮飞轮和被动椭圆齿轮飞轮的齿数为18，主动椭圆齿轮飞轮和被动椭圆齿轮飞轮的长轴和短轴都是对称轴，它们的回转中心定于椭圆的几何中心，主动椭圆齿轮飞轮的长轴与曲轴的主轴颈和连杆轴颈的轴心连线构成角度α为20度，主动椭圆齿轮飞轮和被动椭圆齿轮飞轮的初始安装位置是当主动椭圆齿轮飞轮的椭圆长轴与曲轴和被动椭圆齿轮飞轮旋转轴的轴心连线垂直时，被动椭圆齿轮飞轮的椭圆长轴与曲轴和被动椭圆齿轮飞轮旋转轴的轴心连线平行，被动椭圆齿轮飞轮与离合器从动摩擦盘结合时将曲轴的旋转运动输出，被动椭圆齿轮飞轮与离合器从动摩擦盘脱离时上述运动输出中断。
实施例4
一种椭圆齿轮飞轮总成，其结构包括：曲轴，安装在发动机机架上；主动椭圆齿轮飞轮，与曲轴刚性连接，旋转中心轴线与曲轴的轴线重合；被动椭圆齿轮飞轮，具有旋转轴，安装在发动机机架上并与主动椭圆齿轮飞轮啮合连接；离合器从动摩擦盘，安装在动力输出轴上并可轴向移动；动力输出轴，安装在发动机机架上，旋转轴线与被动椭圆齿轮飞轮一致。其中，主动椭圆齿轮飞轮和被动椭圆齿轮飞轮齿廓形状相同，主动椭圆齿轮飞轮和被动椭圆齿轮飞轮的齿数为402，主动椭圆齿轮飞轮和被动椭圆齿轮飞轮的长轴和短轴都是对称轴，它们的回转中心定于椭圆的几何中心，主动椭圆齿轮飞轮的长轴与曲轴的主轴颈和连杆轴颈的轴心连线构成角度α为70度，主动椭圆齿轮飞轮和被动椭圆齿轮飞轮的初始安装位置是当主动椭圆齿轮飞轮的椭圆长轴与曲轴和被动椭圆齿轮飞轮旋转轴的轴心连线垂直时，被动椭圆齿轮飞轮的椭圆长轴与曲轴和被动椭圆齿轮飞轮旋转轴的轴心连线平行，被动椭圆齿轮飞轮与离合器从动摩擦盘结合时将曲轴的旋转运动输出，被动椭圆齿轮飞轮与离合器从动摩擦盘脱离时上述运动输出中断。

Claims (8)

1.一种椭圆齿轮飞轮总成，其特征在于包括：
安装在发动机机架上曲轴(1)；
主动椭圆齿轮飞轮(2)，与曲轴(1)刚性连接，旋转中心轴线与曲轴(1)的轴线重合；
被动椭圆齿轮飞轮(3)，安装在发动机机架上并与主动椭圆齿轮飞轮(2)啮合连接；
动力输出轴(5)，安装在发动机机架上，旋转轴线与被动椭圆齿轮飞轮(3)一致；
离合器从动摩擦盘(4)，安装在动力输出轴(5)上并可轴向移动。
2.根据权利要求1所述的一种椭圆齿轮飞轮总成，其特征在于，所述的主动椭圆齿轮飞轮(2)和被动椭圆齿轮飞轮(3)齿廓形状相同。
3.根据权利要求1所述的一种椭圆齿轮飞轮总成，其特征在于，所述的主动椭圆齿轮飞轮(2)和被动椭圆齿轮飞轮(3)的齿数为4n+2。
4.根据权利要求3所述的一种椭圆齿轮飞轮总成，其特征在于，所述的n为4至100的整数。
5.根据权利要求1所述的一种椭圆齿轮飞轮总成，其特征在于，所述的主动椭圆齿轮飞轮(2)和被动椭圆齿轮飞轮(3)的长轴和短轴都是对称轴，它们的回转中心定于椭圆的几何中心。
6.根据权利要求1所述的一种椭圆齿轮飞轮总成，其特征在于，所述的主动椭圆齿轮飞轮(2)的长轴与曲轴(1)的主轴颈和连杆轴颈的轴心连线构成角度α，α为20至70度。
7.根据权利要求1所述的一种椭圆齿轮飞轮总成，其特征在于，所述的主动椭圆齿轮飞轮(2)和被动椭圆齿轮飞轮(3)的初始安装位置是当主动椭圆齿轮飞轮(2)的椭圆长轴与曲轴(1)和被动椭圆齿轮飞轮(3)旋转轴的轴心连线垂直时，被动椭圆齿轮飞轮(3)的椭圆长轴与曲轴(1)和被动椭圆齿轮飞轮(3)旋转轴的轴心连线平行。
8.根据权利要求1所述的一种椭圆齿轮飞轮总成，其特征在于，所述的被动椭圆齿轮飞轮(3)与离合器从动摩擦盘(4)结合时将曲轴(1)的旋转运动输出，被动椭圆齿轮飞轮(3)与离合器从动摩擦盘(4)脱离时上述运动输出中断。
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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