CN105257779A - 内啮合周转轮系式变量飞轮 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内啮合周转轮系式变量飞轮，包括机架，所述机架上依次设置有飞轮架、齿轮架和滚筒架，所述机架上还设置有两个内齿轮，还包括飞轮组件、齿轮组件、运动转换组件和驱动组件；所述飞轮组件包括飞轮轴，所述飞轮轴通过飞轮轴承与第二轴承安装于飞轮架上，所述飞轮轴从一端向另一端依次安装有轴环、滚筒、飞轮轴环和飞轮；本发明的飞轮主轴转动惯量随转盘的旋转呈周期性变化，主轴惯量的变化频率是转盘转速的两倍。因转盘转速很容易提高，故主轴惯量能够实现快速变化。飞轮运行过程中，液压缸只需克服转盘旋转时的摩擦阻力，故所需能量很小。改变气缸工作压力能够改变转盘转速，故转盘惯量变化的频率容易调节。

Description

内啮合周转轮系式变量飞轮

技术领域

本发明属于飞轮技术领域，特别涉及一种内啮合周转轮系式变量飞轮。

背景技术

变量飞轮是在研究液压振动节能技术中，为解决能量存储问题而发明的。振动技术是一项广泛用于各工业领域的基础技术。激振方法主要包括机械、电动和液压三类。机械和电动激振比较适合中小功率，液压激振的突出优点是能够产生较大的激振力和位移幅值，大型液压振动台的激振力能达到数十吨，低频段的位移幅值可达数十公分，恰好弥补了机械和电动激振的不足。此外，液压激振力密度和功率密度大，易于小型化，因此，在工程机械等移动装备上得到广泛应用。然而，现有液压激振系统结构单一，无论是实验设备还是工程机械，所用液压激振系统几乎都是阀控缸结构。这种结构虽然简单，但能耗很高。

自由振动是能量在储能元件之间循环转换的结果。当储能元件的质量、刚度、阻尼等结构参数确定之后，质体的速度、振幅和动量等物理量之间便建立了一一对应的函数关系。在现有阀控缸型液压激振系统中，质体的运动速度是通过节流阻尼调节的，振动能量被阻尼消耗，故系统能耗高。本发明的原理是，飞轮经液压系统与质体产生动量耦合，利用飞轮的蓄能效应吐纳振动能量，当飞轮回转运动发生周期性变化时，质体与飞轮之间便会产生动量脉动循环，从而使质体产生振动。由于动量循环不产生能耗，故可达到节能的目的。

飞轮蓄能是一个古老的理想。在诸多储能方式(化学储能、热储能、电磁储能和机械储能)中，以飞轮储存机械能的方式最为简单。20世纪90年代以来，由于高强度纤维材料，低损耗磁轴承和电力电子学等方面的发展，飞轮储能得到世界各国的高度重视。但目前有关飞轮技术的研究基本上是围绕如何提高其能量密度展开的，现有飞轮不能满足上述振动系统对其转动惯量快速变化的要求。本发明的转动惯量是能够快速周期性变化的，将其直接连接到液压缸末端，当液压缸伸出时，飞轮储能，当液压缸回缩时，飞轮释放能量。以此达到节能与改善液压机振固有频率。

发明内容

发明目的：本发明提供了一种内啮合周转轮系式变量飞轮，以解决现有技术中液压振动节能技术中能量存储的问题。

技术方案：为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种内啮合周转轮系式变量飞轮，包括机架，所述机架上依次设置有飞轮架、齿轮架和滚筒架，所述机架上还设置有两个内齿轮，还包括飞轮组件、齿轮组件、运动转换组件和驱动组件；其中：

所述飞轮组件包括飞轮轴，所述飞轮轴通过飞轮轴承与第二轴承安装于飞轮架上，所述飞轮轴从一端向另一端依次安装有轴环、滚筒、飞轮轴环和飞轮；

所述齿轮组件包括两个行星齿轮和曲轴，所述两个行星齿轮分别啮合两个内齿轮上，且两个行星齿轮以两个内齿轮中心连接线的中点中心对称；两个曲轴带有键槽的一端均与齿轮架相连，两个曲轴的另一端分别与一个行星齿轮相连；所述两个行星齿轮的分度圆上均设置有销轴，所述销轴上均安装有钢索套；

所述运动转换组件包括钢索，所述滚筒架上安装有滚筒轴，滚筒轴上安装有滚筒；

所述驱动组件包括两个曲柄，两个曲柄均连接有一个连杆，两个连杆顶部通过液压缸连接件相连接；液压缸连接件外接液压缸；

所述钢索穿过两个钢索套，并缠绕在位于飞轮轴和滚筒轴上的两个滚筒上；所述两个曲轴均通过平键与相对应的曲柄相连接。

进一步的，所述飞轮安装在飞轮轴较大的一端，并通过飞轮螺钉和开口垫片锁紧，飞轮轴的另一端安装有紧定螺钉和挡片。

进一步的，所述行星齿轮的齿数为内齿轮齿数的1/2。

进一步的，所述曲轴的一端通过两个第一轴承与行星齿轮连接，并通过螺母与垫片轴向固定；曲轴的另一端与齿轮架通过两个第一轴承相连接。

进一步的，所述滚筒轴通过第三轴承安装于滚筒架上，滚筒轴上还安装有轴环，所述滚筒轴的尾端设有紧定螺钉和挡片。

进一步的，所述钢索套上的配合孔与行星齿轮分度圆上设置的销轴相连接，并通过紧定螺钉锁紧。

进一步的，所述两个连杆与液压缸连接件相接处均设置有连接件螺母。

进一步的，所述飞轮架通过地脚螺栓与机架固定连接。

进一步的，所述齿轮架通过齿轮架螺钉与开口垫片安装在机架上，且机架上的两个内齿轮分为位于齿轮架的前后两侧。

进一步的，所述滚筒架通过地脚螺栓与开口垫片安装在机架上。

有益效果：本发明的飞轮主轴转动惯量随转盘的旋转呈周期性变化，主轴惯量的变化频率是转盘转速的两倍。因转盘转速很容易提高，故主轴惯量能够实现快速变化。飞轮运行过程中，液压缸只需克服转盘旋转时的摩擦阻力，故所需能量很小。改变气缸工作压力能够改变转盘转速，故转盘惯量变化的频率容易调节。

附图说明

图1是本发明的左视图；

图2是本发明的俯视图；

图3是本发明的主视图；

图4是本发明的局部结构示意图；

其中：1-机架、2-飞轮、3-齿轮架、4-行星齿轮、5-曲柄、6-飞轮轴、7-飞轮螺钉、8-第一轴承、9-螺母、10-垫片、11-曲轴、12-连杆、13-液压缸连接件、14-钢索套、15-紧定螺钉、16-连接件螺母、17-飞轮轴承、18-地脚螺栓、19-开口垫片、20-第二轴承、21-飞轮轴环、22-滚筒、23-钢索、24-轴环、25-第三轴承、26-档片、27-紧定螺钉、28-飞轮架、29-齿轮架螺钉、30-平键、31-滚筒轴、32-滚筒架，33-内齿轮，34-销轴。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1-4所示，一种内啮合周转轮系式变量飞轮，包括机架1，所述机架1上依次设置有飞轮架28、齿轮架28和滚筒架32，所述机架1上还设置有两个内齿轮33，还包括飞轮组件、齿轮组件、运动转换组件和驱动组件；其中：

所述飞轮组件包括飞轮轴6，所述飞轮轴6通过飞轮轴承17与第二轴承20安装于飞轮架28上，所述飞轮轴6从一端向另一端依次安装有轴环24、滚筒22、飞轮轴环21和飞轮2；

所述齿轮组件包括两个行星齿轮4和曲轴11，所述两个行星齿轮4分别啮合两个内齿轮33上，且两个行星齿轮4以两个内齿轮33中心连接线的中点中心对称；两个曲轴11带有键槽的一端均与齿轮架3相连，两个曲轴11的另一端分别与一个行星齿轮4相连；所述两个行星齿轮4的分度圆上均设置有销轴34，所述销轴34上均安装有钢索套14；

所述运动转换组件包括钢索23，所述滚筒架32上安装有滚筒轴31，滚筒轴31上安装有滚筒22；

所述驱动组件包括两个曲柄5，两个曲柄5均连接有一个连杆12，两个连杆12顶部通过液压缸连接件13相连接；液压缸连接件13外接液压缸；

所述钢索23穿过两个钢索套14，并缠绕在位于飞轮轴6和滚筒轴31上的两个滚筒22上；所述两个曲轴11均通过平键30与相对应的曲柄5相连接。

所述飞轮2安装在飞轮轴6较大的一端，并通过飞轮螺钉7和开口垫片19锁紧，飞轮轴6的另一端安装有紧定螺钉27和挡片26。

所述行星齿轮4的齿数为内齿轮33齿数的1/2。

所述曲轴11的一端通过两个第一轴承8与行星齿轮4连接，并通过螺母9与垫片10轴向固定；曲轴11的另一端与齿轮架3通过两个第一轴承8相连接。

所述滚筒轴31通过第三轴承25安装于滚筒架32上，滚筒轴31上还安装有轴环24，所述滚筒轴31的尾端设有紧定螺钉27和挡片26。

所述钢索套14上的配合孔与行星齿轮4分度圆上设置的销轴34相连接，并通过紧定螺钉15锁紧。

所述两个连杆12与液压缸连接件13相接处均设置有连接件螺母16。

所述飞轮架28通过地脚螺栓18与机架1固定连接。

所述齿轮架3通过齿轮架螺钉29与开口垫片19安装在机架1上，且机架1上的两个内齿轮33分为位于齿轮架3的前后两侧。

所述滚筒架32通过地脚螺栓18与开口垫片19安装在机架1上。

所述飞轮组件包括飞轮2、飞轮轴6、六个飞轮螺钉7、飞轮轴承17、六个地脚螺栓18、开口垫片19、飞轮轴环21、轴环24、第二轴承20、档片26、紧定螺钉27、飞轮架28和平键30。安装时，飞轮架28用地脚螺栓18与机架固定链接，飞轮2通过螺钉7安装在飞轮周6的一段，轴环24与飞轮轴环21来保证滚筒的轴向定位。飞轮轴6与滚筒22通过平键30传递扭矩。

所述齿轮组件包括齿轮架3、两个行星齿轮4、八个第一轴承8、两个螺母9、两个垫片10、两个曲轴11、四个开口垫片19和四个齿轮架螺钉29。齿轮的齿数为机架1上内齿轮33齿轮数的1/2，且在行星齿轮4的分度圆上有一个用来同钢索套14铰接的销轴34。安装时，所述两个行星齿轮4分别啮合两个内齿轮33上，且两个行星齿轮4以两个内齿轮33中心连接线的中点中心对称，即两个行星齿轮4的中心在内齿轮33的直径线上且不重合；且各自分度圆上的销轴位于内齿轮33水平直径线上。曲轴11的一段通过两个第一轴承8与行星齿轮4连接，并用螺母9与垫片10轴向固定，另一端通过两个第一轴承8与齿轮架3连接。齿轮架3用螺钉29与开口垫片19安装在机架上。运行时，行星齿轮4上的分度圆销轴在内齿轮33的水平直径线上组直线循环运动。

所述运动转换组件包括滚筒22、一条钢索23、四个紧定螺钉15、两个轴环24、第三轴承25、档片26、紧定螺钉27、平键30、滚筒轴31、滚筒架32。两个滚筒22中一个安装在飞轮轴6上，另一个安装在滚筒轴31上，均用平键30传递扭矩，用轴环24与轴承25来实现轴向定位。滚筒轴31安装在滚筒架32上，用紧定螺钉27、挡片26与轴承25来定位。安装时，钢索23穿过两个钢索套14并缠绕在两个滚筒22上，钢索套14上的配合孔与齿轮上分度圆销轴34连接，然后用紧定螺钉15锁紧。稳定运行时，钢索套14会随行星齿轮4上销轴34的运动在内齿轮水平直径线上简谐运动，并带动飞轮轴6和滚筒轴31做圆周简谐转动。把直线的简谐运动转化为圆周简谐运动。

所述驱动组件包括两个曲柄5、两个螺母9、两个垫片10、两个连杆12、液压缸连接件13和连接件螺母16。当该机构连接上液压缸之后，是一个曲柄5连杆滑块结构，用来把液压缸的直线运动转换为曲柄5的周转运动以带动行星齿轮4的公转。

本发明稳定运行时，一个运动周期分为四个阶段。以齿轮上的销轴点在内齿轮的右极限位置为初始点。在齿轮a和齿轮b中取其中一个齿轮a作为分析对象。

阶段一：当液压缸向下运动时，齿轮顺时针公转，齿轮上销轴从右向左做加速度减小的加速运动并通过运动转换机构带动飞轮加速转动。液压缸运动到极限位置时，齿轮a位于最下端，齿轮a上销轴位于内齿轮水平直径线的中点，且速度达到最大值。在这个阶段中，飞轮加速转动，液压缸输出动力。飞轮处于储能状态。

阶段二：阶段一末期，飞轮速度达到最大值，充能完毕。由于惯性作用，飞轮继续转动，带动销轴点继续往左运动从而带动液压缸往回运动。最终齿轮a位于最左端，公转速度为0，且销轴点位于左极限位置，其速递为达到0。此阶段中，飞轮处于放能阶段，将之前储存的能量全部释放给液压缸，实现液压缸的回程节能。

阶段三：阶段二末期，液压缸向开始下运动时，小齿轮逆时针公转，齿轮上销轴从左向右做加速度减小的加速运动并通过运动转换机构带动飞轮反向加速转动。液压缸运动到极限位置时，齿轮a位于最下端，齿轮a上销轴位于内齿轮水平直径线的中点，且速度达到最大值。在这个阶段中，飞轮加速转动，液压缸输出动力。飞轮处于储能状态。

阶段四：阶段三末期，飞轮速度达到最大值，充能完毕。由于惯性作用，飞轮继续转动，带动销轴点继续往右运动从而带动液压缸往回运动。最终齿轮a位于最右端，公转速度为0，且销轴点位于右极限位置，其速递为达到0。此阶段中，飞轮处于放能阶段，将之前储存的能量全部释放给液压缸，实现液压缸的回程节能。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种内啮合周转轮系式变量飞轮，包括机架，所述机架上依次设置有飞轮架、齿轮架和滚筒架，所述机架上还设置有两个内齿轮，其特征在于：还包括飞轮组件、齿轮组件、运动转换组件和驱动组件；其中：

所述飞轮组件包括飞轮轴（6），所述飞轮轴（6）通过飞轮轴承（17）与第二轴承（20）安装于飞轮架（28）上，所述飞轮轴（6）从一端向另一端依次安装有轴环（24）、滚筒（22）、飞轮轴环（21）和飞轮（2）；

所述齿轮组件包括两个行星齿轮（4）和曲轴（11），所述两个行星齿轮（4）分别啮合两个内齿轮（33）上，且两个行星齿轮（4）以两个内齿轮（33）中心连接线的中点中心对称；两个曲轴（11）带有键槽的一端均与齿轮架（3）相连，两个曲轴（11）的另一端分别与一个行星齿轮（4）相连；所述两个行星齿轮（4）的分度圆上均设置有销轴（34），所述销轴（34）上均安装有钢索套（14）；

所述运动转换组件包括钢索（23），所述滚筒架（32）上安装有滚筒轴（31），滚筒轴（31）上安装有滚筒（22）；

所述驱动组件包括两个曲柄（5），两个曲柄（5）均连接有一个连杆（12），两个连杆（12）顶部通过液压缸连接件（13）相连接；液压缸连接件（13）外接液压缸；

所述钢索（23）穿过两个钢索套（14），并缠绕在位于飞轮轴（6）和滚筒轴（31）上的两个滚筒（22）上；所述两个曲轴（11）均通过平键（30）与相对应的曲柄（5）相连接。

2.根据权利要求1所述的内啮合周转轮系式变量飞轮，其特征在于：所述飞轮（2）安装在飞轮轴（6）较大的一端，并通过飞轮螺钉（7）和开口垫片（19）锁紧，飞轮轴（6）的另一端安装有紧定螺钉（27）和挡片（26）。

3.根据权利要求1所述的内啮合周转轮系式变量飞轮，其特征在于：所述行星齿轮（4）的齿数为内齿轮（33）齿数的1/2。

4.根据权利要求1所述的内啮合周转轮系式变量飞轮，其特征在于：所述曲轴（11）的一端通过两个第一轴承（8）与行星齿轮（4）连接，并通过螺母（9）与垫片（10）轴向固定；曲轴（11）的另一端与齿轮架（3）通过两个第一轴承（8）相连接。

5.根据权利要求1所述的内啮合周转轮系式变量飞轮，其特征在于：所述滚筒轴（31）通过第三轴承（25）安装于滚筒架（32）上，滚筒轴（31）上还安装有轴环（24），所述滚筒轴（31）的尾端设有紧定螺钉（27）和挡片（26）。

6.根据权利要求1所述的内啮合周转轮系式变量飞轮，其特征在于：所述钢索套（14）上的配合孔与行星齿轮（4）分度圆上设置的销轴（34）相连接，并通过紧定螺钉（15）锁紧。

7.根据权利要求1所述的内啮合周转轮系式变量飞轮，其特征在于：所述两个连杆（12）与液压缸连接件（13）相接处均设置有连接件螺母（16）。

8.根据权利要求1所述的内啮合周转轮系式变量飞轮，其特征在于：所述飞轮架（28）通过地脚螺栓（18）与机架（1）固定连接。

9.根据权利要求1所述的内啮合周转轮系式变量飞轮，其特征在于：所述齿轮架（3）通过齿轮架螺钉（29）与开口垫片（19）安装在机架（1）上，且机架（1）上的两个内齿轮（33）分为位于齿轮架（3）的前后两侧。

10.根据权利要求1所述的内啮合周转轮系式变量飞轮，其特征在于：所述滚筒架（32）通过地脚螺栓（18）与开口垫片（19）安装在机架（1）上。