CN106286703B - 单质量飞轮总成 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种单质量飞轮总成，包括：外环，所述外环包括第一表面、与第一表面相对的第二表面，在第一表面上开设有以外环的圆心为中心的环形凹槽；内环，安装在环形凹槽内，且为以外环圆心为中心的环形结构；内环控制组件，用于在所述外环转速小于临界值时，将所述内环固定在所述外环上使所述外环带动所述内环同步转动；还用于在外环转速达到临界值时，使所述外环脱离所述内环转动。本发明可根据发动机的转速调节单质量飞轮总成产生的转动惯量，从而兼顾降低发动机在高速阶段时产生的曲轴扭振和在低速阶段转速时的波动的需要，以提高发动机的稳定性。

Description

单质量飞轮总成

技术领域

本发明涉及汽车技术领域，尤其是涉及一种单质量飞轮总成。

背景技术

单质量飞轮是装在发动机曲轴后端的一个盘状零件，与变速箱传动件连接用于传递动力。此外，单质量飞轮多采用铸钢制成，具有一定的质量，从而在曲轴转动时产生一定的转动惯量，进而在发动机做功行程过程中贮存和释放能量，有效减小发动机低转速时的剧烈转速波动，提高发动机运转的均匀性。

现有的单质量飞轮包括手动挡单质量飞轮和双离合器自动变速器(Dual ClutchTransmission，简称DCT)单质量飞轮两类。

手动挡单质量飞轮，通常采用定位销固定和螺栓连接方式将飞轮总成和离合器连接在一起上；DCT单质量飞轮通常采用三角定位方式将飞轮总成和DCT连接盘连接在一起上。

为满足降低发动机低转速时的转速波动需求，单质量飞轮需要具有较大的质量，从而转动时产生较大的转动惯量；但增加单质量飞轮的转动惯量往往会增加发动机高速转动时的曲轴扭振。发动机的转速波动和曲轴扭振都会降低发动机的稳定性。

为此，如何兼顾发动机在高速阶段时产生的曲轴扭振和在低速阶段转速时的波动，一直是困扰本领域技术人员的问题。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种单质量飞轮总成，以兼顾降低发动机处于高速阶段时产生的曲轴扭振，以及降低发动机处于低速阶段转速时的转速波动。

为解决上述问题，本发明提供了一种单质量飞轮总成，包括：

外环，包括第一表面、与第一表面相对的第二表面，所述第一表面上开设有以所述外环的圆心为中心的环形凹槽；

安装在所述环形凹槽内的内环，所述内环为以所述外环圆心为中心的环形结构；

设置于所述外环上的内环控制组件，用于在所述外环转速小于临界值时，将所述内环固定在所述外环上使所述外环带动所述内环同步转动；还用于在外环转速达到临界值时，使所述外环脱离所述内环转动。

可选地，所述环形凹槽为圆环形凹槽。

可选地，所述内环的内侧壁与所述环形凹槽的侧壁之间设置有轴承。

可选地，在所述内环的外侧壁与所述环形凹槽的侧壁间具有间隔，所述内环控制组件包括：

安装在所述间隔内的楔块，所述楔块通过转轴安装在所述间隔内，所述楔块的重心偏离所述转轴，且能够绕所述转轴转动；

固定在所述楔块上的扭簧，所述扭簧的扭臂固定在所述外环上，所述扭簧用于在所述外环转速小于临界值时，施加于楔块上的转矩大于所述外环转动时楔块离心力产生的转矩，使所述楔块抵住所述内环的外侧壁以及所述环形凹槽的侧壁；还用于在所述外环转速大于临界值时，施加于楔块上的转矩小于外环转动时楔块离心力产生的转矩，以使楔块转动并脱离所述内环的外侧壁以及所述环形凹槽的侧壁。

可选地，所述扭簧缠绕所述转轴设置。

可选地，内环控制组件还包括：设置于外环上的第一固定销，所述第一固定销抵住所述扭簧的扭臂，且所述第一固定销位于所述扭臂背向所述扭簧中心的一侧。

可选地，内环控制组件还包括：设置于外环上的第二固定销，用于在所述楔块脱离所述内环的外侧壁以及所述环形凹槽的侧壁后，抵住所述楔块以定位所述楔块转动后的位置。

可选地，所述单质量飞轮总成包括多个所述内环控制组件，所述多个内环控制组件绕所述外环的圆心均匀地布置在所述间隔内。

可选地，所述内环为圆环形结构。

可选地，所述单质量飞轮总成还包括端盖，安装在所述第一表面，用以覆盖所述环形凹槽。

可选地，所述单质量飞轮总成还包括齿带，安装在所述外环的外侧壁上，且以所述外环的圆心为中心环绕所述外环的外侧壁。

可选地，所述单质量飞轮总成还包括传动轴，用于带动所述外环转动。

可选地，所述传动轴通过法兰结构固定在所述外环上，且所述传动轴的轴向穿过所述外环的圆心。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

当所述外环的转速小于临界值时，单质量飞轮总成的内控控制组件将内环固定在所述外环上，且由所述外环带动所述内环同步转动，此时所述单质量飞轮总成的转动惯量相当于外环和内环同时产生的转动惯量，较大的转动惯量有助于降低发动机低转速时的剧烈转速波动；而当外环转速达到临界值时，使所述外环脱离所述内环转动，此时单质量飞轮总成的转动惯量仅仅相当于外环产生的转动惯量，而较小的转动惯量有助于降低单质量飞轮总成处于降低发动机高速时产生的曲轴扭振。本发明可根据所述发动机的转速调节单质量飞轮总成产生的转动惯量，从而兼顾降低发动机在高速阶段时产生的曲轴扭振和在低速阶段转速时的波动的需要，以提高发动机的稳定性。

附图说明

图1为本发明单质量飞轮总成一实施例的爆炸结构示意图；

图2为图1中内环和外环连接结构示意图；

图3为单质量飞轮总成的剖面结构示意图；

图4为单质量飞轮总成的内环控制组件一实施例在外环转速小于临界值时的结构示意图；

图5为图4中内环控制组件一实施例在外环转速大于临界值时的结构示意图；

图6为本发明单质量飞轮总成一实施例与现有的单质飞轮总成在使用过程中转速波动对比图；

图7为本发明单质量飞轮总成一实施例与现有的单质飞轮总成在使用过程中曲轴扭振对比图。

具体实施方式

正如背景技术中所述，在发动机设计时，单质量飞轮需要同时考虑发动机在低转速时的转动波动，以及在发动机在高转速时的曲轴扭振，从而提高发动机的稳定性。

然而，现有的单质量飞轮质量一定使其产生的转动惯量一定，较大的转动惯量可减低单质量飞轮在发动机低转速时的转动波动，但却增加发动机高转速时的曲轴扭振。因而，同时降低发动机在低转速时的转动波动和降低高转速时的曲轴扭振似乎是一对不可调和的矛盾。

为此，本发明提供了一种单质量飞轮总成，以兼顾降低发动机在低转速时的转动波动，以及降低发动机在高转速时的曲轴扭振。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图，对本发明单质量飞轮总成的具体实施方式做详细的说明。

图1至图5是本发明单质量飞轮总成一实施例的结构示意图。

参考图1，本实施例单质量飞轮总成，包括：

外环10。所述外环10包括第一表面11、与第一表面相对的第二表面15(结合参考图2)，以及位于第一表面11和第二表面15之间的圆环形外侧壁14。

所述单质量飞轮总成还包括传动轴(图中未显示)，所述传动轴连接发动机的电机，且所述传动轴的轴向穿过所述外环10的圆心与外环固定连接，从而带动外环10绕外环10圆心转动。

本实施例中，在所述外环10上开设贯穿所述第一表面11和第二表面15的通孔(图中未标示)，所述传动轴的一端固定在所述通孔内；且在所述外环的第二表面15上设置法兰结构(图中未显示)，并通过所述法兰结构使所述传动轴与外环10固定连接。可选地，在所述第二表面15上设置多个环绕所述通孔的法兰结构，从而提高传动轴与所述外环10的连接强度。

所述单质量飞轮总成还包括齿带30，所述齿带30安装在所述外环10的圆环形外侧壁14上，且所述齿带30以所述外环10的圆心为中心环绕所述外环10的圆环形外侧壁14。所述齿带30用于与其他部件的齿轮等结构啮合，用于传输动力。

在所述外环10的第一表面11上开设有以所述外环10的圆心为中心的环形凹槽12。所述环形凹槽12用于安装内环20。

所述单质量飞轮总成的内环20为以所述外环10的圆心的环形结构。

结合参考图1～图3，本实施例中，在所述内环20的内侧壁41与所述环形凹槽12的侧壁121之间设置有轴承80，所述轴承80可降低所述外环10和内环20之间的摩擦力，降低所述外环10达到一定的转速后脱离所述内环20独自转动过程中，内环20对于外环10的转动干扰。。

可选地，所述轴承80为滚针轴承。

可选地，所述环形凹槽12的深度大于所述内环20的厚度，从而避免所述外环10脱离所述内环20转动时，所述内环10与环形凹槽12底部接触，进而影响所述外环10转动的顺畅度。

所述单质量飞轮总成还包括内环控制组件，用于控制所述内环转动，具体包括：

当所述外环10转速小于临界值时，所述内环控制组件将所述内环20固定在所述外环10上，且由所述外环10带动所述内环20同步转动。此时所述单质量飞轮产生的转动惯量为外环10和内环20同时产生的转动惯量，转动惯量较大，从而有助于降低发动机处于低转速时的剧烈转速波动；

当外环转速达到临界值时，所述内环控制组件使所述外环10脱离所述内环20转动，使所述外环20脱离所述内环20单独转动。此时，单质量飞轮总成的转动惯量仅仅相当于外环10产生的转动惯量，免去了内环20转动时产生的转动惯量，而较小的转动惯量有助于降低发动机处于高转速时产生的曲轴扭振。

结合参考图1～5，本实施例中，所述环形凹槽12的外径大于所述内环20的外径，在所述环形凹槽12的侧壁与所述内环20的外侧壁间形成间隔16。

本实施例中，所述内环控制组件50包括：

安装在所述间隔16内的楔块51，所述楔块51通过转轴52活动安装在所述间隔16内，所述楔块51的重心偏离所述转轴52，且能够绕所述转轴52转动。

在所述外环10转动过程中，由于所述楔块51的重心偏离所述转轴52，在离心力的作用下，所述楔块51可绕所述转轴52转动。

本实施例中，所述楔块51为不规则形状，所述楔块51绕所述转轴52转动至特定角度时，可使所述楔块51抵住所述内环20的侧壁以及所述环形凹槽12的外环侧壁，使所述内环20固定在所述间隔16内，无法在所述间隔16内转动；当所述楔块51绕所述转轴52转动至另一特定角度时，所述楔块51的脱离所述内环20的侧壁以及所述环形凹槽12的外环侧壁，促使所述外环10脱离所述内环20独自转动。

所述内环控制组件50还包括楔块定位部件，用于控制所述楔块51转动，进而使所述楔块51抵住所述内环20侧壁以及所述环形凹槽12的外环侧壁，或是使所述楔块51脱离所述内环20的侧壁以及所述环形凹槽12的外环侧壁。

本实施例中，所述楔块定位部件包括，固定在所述楔块51上的扭簧56，所述扭簧56的扭臂53固定在所述外环10上，所述扭簧56向所述楔块51施加一转矩。

可选地，所述扭簧56缠绕所述转轴52设置。

本实施例中，因为所述楔块51中心偏离所述转轴52，在所述外环10转动过程中，楔块51离心力产生的转矩会促使所述楔块51转动；而且，所述外环10转速越快，楔块51离心力产生的转矩越大。所述扭簧51施加于所述楔块51上的转矩与楔块51离心力产生的转矩方向相反，避免所述楔块51在所述外环10在任一转速下随意转动。

具体地，参考图4，当所述外环10处于静止状态或是所述外环10转速小于临界值时(可以理解为发动机处于低转速时)，所述扭簧56施加于所述楔块51上的转矩大于所述外环10转动时楔块51离心力产生的转矩。所述扭簧56使所述楔块51被固定在所述间隔16内，且使所述楔块51抵住所述内环20的外侧壁以及所述环形凹槽12的侧壁；

此时，所述楔块51将所述内环20固定在所述外环10上，并由外环10转动带动所述内环20同步转动。此时单质量飞轮产生的转动惯量为外环10和内环20产生的转动惯之和，转动惯量较大，从而有助于降低发动机处于低转速时的剧烈转速波动。

接着参考图5，若所述外环10转速大于临界值时，(可以理解为发动机处于高转速时)，所述扭簧56施加于楔块51上的转矩小于外环10转动时楔块51离心力产生的转矩。所述楔块51离心力产生的转矩促使楔块51绕所述转轴52转动，且使楔块51脱离所述内环20的外侧壁以及所述环形凹槽12的侧壁，进而使所述外环20脱离所述内环20单独转动；

此时，所述单质量飞轮总成的转动惯量仅仅相当于外环10产生的转动惯量，而较小的转动惯量有助于降低单质量飞轮总成处于降低发动机高速时产生的曲轴扭振。

值得注意的是，本实施例中，在所述内环20内侧壁和环形凹槽12之间设置的轴承80有助于减小所述外环10脱离内环20转动过程中，所述外环10和内环20之间的摩擦力，从而降低所述内环20对于外环10转动的干扰。但是否设置所述轴承80并不影响本发明目的实现。

本实施例中，所述内环控制组件50还包括：位于所述间隔16内，且固定在所述外环10上的第一固定销54。

所述第一固定销54用于抵住所述扭簧56的扭臂53，且所述第一固定销54位于所述扭臂53背向所述扭簧56中心的一侧。所述第一固定销54将所述扭簧56的扭臂53固定在所述外环10上，使所述扭簧56向所述楔块51施加转矩。

可选地，内环控制组件50还包括：位于所述间隔16内，且固定在所述外环10上的第二固定销55。

所述第二固定销55用于在所述楔块51脱离所述内环20的外侧壁以及所述环形凹槽12的环侧壁后，抵住所述楔块51以定位所述楔块51转动后的位置，以避免所述楔块51过度转动而再次抵住内环20的外侧壁或所述环形凹槽12的侧壁，并避免由此造成对于所述外环10脱离所述内环20时的转动干扰。

可选地，所述环形凹槽12为圆环形凹槽，以提高所述外环10转动稳定性。

进一步可选地，所述内环20为圆环形结构，从而在所述内环20的外侧壁和环形凹槽20的侧壁间形成宽度均匀的圆环形间隔，以进一步提高所述外环10(或是外环10和内环20)转动时的稳定性。

此外，可选地，本实施例单质飞轮总成包括多个内环控制组件50，所述多个内环控制组件50绕所述外环10的圆心均匀地布置在所述间隔16内，从而提高所述外环10的转速小于临界值时，所述外环10和内环20之间的固定强度，更利于提高外环10和内环20同步转动时的稳定性。

继续参考图1，本实施例中，单质飞轮总成还包括端盖60。所述端盖60安装在所述外环10的第一表面11，以覆盖所述环形凹槽12，从而将所述内环20固定在所述环形凹槽12内，降低内环20受到损伤。

本实施例中，在所述第一表面11形成有所述环形凹槽12，在所述外环11上位于在所述第一表面11的通孔(图中未标示)与环形凹槽12之间的部分形成固定桩13，所述端盖60可通过贯穿所述端盖60的螺钉70安装在所述固定桩13上，从而安装在所述外环10的第一表面11上。

参考图6和图7，图6为上述实施例单质量飞轮总成与现有的单质量飞轮总成在使用过程中转速波动数据对比图；

其中，图6的图表中，横坐标为转速(单位为：转每分钟，revolutions per minute，简写rpm)，纵坐标为转速波动数值，单位为转速波动幅值(delta n[rpm])

实线L3为本实施例单质量飞轮总成的数据曲线，其中本实施例单质量飞轮使用中，临界值为3000rpm；

虚线L1为对比例1，现有的质量较小的单质量飞轮(其质量相当于本实施例中外环的质量)的数据曲线；

虚线L2为对比例2，现有的质量较大的单质量飞轮(其质量相当于本实施例中外环和内环的质量总和)的数据曲线；

由图6中可知，在单质量飞轮的转速小于临界值时，虚线L2的转速波动数值明显小于L1的数值；而当单质量飞轮的转速大于临界值后，L1和L2的转速波动的幅值较接近。

造成上述现象的原因是：单质量飞轮的质量越大，转动惯量越大，在低转速时产生的转速波动越小，而波动转速越小，发动机稳定性越好。

对比实线L3与虚线L1和L2的数据可知，本实施例单质量飞轮在低转速时具有较小的转速波动数值，从而在装备有本实施例单质量飞轮的发动机具有良好的稳定性。这是因为，在低转速时，本实施例单质量飞轮总成的楔块同时抵住内环的外侧壁以及所述环形凹槽的侧壁，从而将所述内环固定在所述外环上，且由所述外环带动所述内环同步转动，此时所述单质量飞轮总成的转动惯量相当于外环和内环同时产生的转动惯量，较大的转动惯量有助于降低发动机低转速时的剧烈转速波动。

再参考图7，图7所示的图表中，横坐标为转速(单位为rpm)，纵坐标为曲轴扭振，单位为扭转角度(degree，简写deg)

实线L3’为本实施例单质量飞轮总成的数据曲线，其中本实施例单质量飞轮使用中，临界值为3000rpm；

虚线L1’为对比例1，现有的质量较小的单质量飞轮(其质量相当于本实施例中外环的质量)的数据曲线；

虚线L2’为对比例2，现有的质量较大的单质量飞轮(其质量相当于本实施例中外环和内环的质量总和)的数据曲线；

由图7中可知，在单质量飞轮的转速小于临界值时，虚线L2’的曲轴扭振的扭转角度数值明显大于L1’的扭转角度数值；而当单质量飞轮的转速大于临界值后，特别是在300rpm～500rpm之间的区域内，L2’的曲轴扭振数值明显小于L1’的数值。

造成上述现象的原因是：单质量飞轮的质量越大，转动惯量越大，在高转速时产生的曲轴扭振的扭转角度越大，而曲轴扭振的扭转角度越大，发动机稳定性越差。

对比实线L3’与虚线L1’和L2’的数据可知，本实施例单质量飞轮总成在高转速时，曲轴扭振较小，从而装备有本实施例单质量飞轮总成的发动机具有良好的稳定性。这是因为，在高转速时，本实施例单质量飞轮总成的楔块脱离内环的外侧壁以及所述环形凹槽的侧壁，使所述外环脱离所述内环转动，此时单质量飞轮总成的转动惯量仅仅相当于外环产生的转动惯量，而较小的转动惯量有助于降低单质量飞轮总成处于降低发动机高速时产生的曲轴扭振。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (13)

1.一种单质量飞轮总成，其特征在于，包括：

外环，包括第一表面、与第一表面相对的第二表面，所述第一表面上开设有以所述外环的圆心为中心的环形凹槽；

安装在所述环形凹槽内的内环，所述内环为以所述外环圆心为中心的环形结构；

设置于所述外环上的内环控制组件，用于在所述外环转速小于临界值时，将所述内环固定在所述外环上使所述外环带动所述内环同步转动；还用于在外环转速达到临界值时，使所述外环脱离所述内环转动。

2.如权利要求1所述的单质量飞轮总成，其特征在于，所述环形凹槽为圆环形凹槽。

3.如权利要求2所述的单质量飞轮总成，其特征在于，所述内环的内侧壁与所述环形凹槽的侧壁之间设置有轴承。

4.如权利要求2所述的单质量飞轮总成，其特征在于，在所述内环的外侧壁与所述环形凹槽的侧壁间具有间隔，所述内环控制组件包括：

安装在所述间隔内的楔块，所述楔块通过转轴安装在所述间隔内，所述楔块的重心偏离所述转轴，且能够绕所述转轴转动；

固定在所述楔块上的扭簧，所述扭簧的扭臂固定在所述外环上，所述扭簧用于在所述外环转速小于临界值时，施加于楔块上的转矩大于所述外环转动时楔块离心力产生的转矩，使所述楔块抵住所述内环的外侧壁以及所述环形凹槽的侧壁；还用于在所述外环转速大于临界值时，施加于楔块上的转矩小于外环转动时楔块离心力产生的转矩，以使楔块转动并脱离所述内环的外侧壁以及所述环形凹槽的侧壁。

5.如权利要求4所述的单质量飞轮总成，其特征在于，所述扭簧缠绕所述转轴设置。

6.如权利要求4所述的单质量飞轮总成，其特征在于，内环控制组件还包括：

设置于外环上的第一固定销，所述第一固定销抵住所述扭簧的扭臂，且所述第一固定销位于所述扭臂背向所述扭簧中心的一侧。

7.如权利要求4所述的单质量飞轮总成，其特征在于，内环控制组件还包括：

设置于外环上的第二固定销，用于在所述楔块脱离所述内环的外侧壁以及所述环形凹槽的侧壁后，抵住所述楔块以定位所述楔块转动后的位置。

8.如权利要求4所述的单质量飞轮总成，其特征在于，所述单质量飞轮总成包括多个所述内环控制组件，所述多个内环控制组件绕所述外环的圆心均匀地布置在所述间隔内。

9.如权利要求1所述的单质量飞轮总成，其特征在于，所述内环为圆环形结构。

10.如权利要求1所述的单质量飞轮总成，其特征在于，所述单质量飞轮总成还包括端盖，安装在所述第一表面，用以覆盖所述环形凹槽。

11.如权利要求1所述的单质量飞轮总成，其特征在于，所述单质量飞轮总成还包括齿带，安装在所述外环的外侧壁上，且以所述外环的圆心为中心环绕所述外环的外侧壁。

12.如权利要求1所述的单质量飞轮总成，其特征在于，所述单质量飞轮总成还包括传动轴，用于带动所述外环转动。

13.如权利要求12所述的单质量飞轮总成，其特征在于，所述传动轴通过法兰结构固定在所述外环上，且所述传动轴的轴向穿过所述外环的圆心。