CN110219936A - 飞轮轮体动平衡校正结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了飞轮技术领域内的一种飞轮轮体动平衡校正结构，包括轮体、压紧组件、花盘；所述轮体包括轮毂、轮辐、轮缘，所述轮毂开设中心孔，所述中心孔与轴承组件匹配连接，所述轮缘下端面为A面；所述轮毂、所述轮辐和所述轮缘以A面为基准面进行装配设计；所述轮体通过所述压紧组件连接于所述花盘，所述花盘外设有割刀，所述割刀以A面为基准面对所述轮毂的上下平面和中心孔进行去重。本发明基于飞轮装配理论、同轴度动不平衡校正理论，通过应用飞轮的装配理论以及初始动不平衡校正技术，根据装配要求提高飞轮轮体尺寸精度、形位精度，以提高飞轮运动的精确度和平稳度，目的在于提高飞轮的初始动平衡性能。

Description

飞轮轮体动平衡校正结构

技术领域

本发明涉及飞轮技术领域，具体地，涉及一种飞轮轮体动平衡校正结构。

背景技术

飞轮轮体是飞轮输出转动惯量的重要零件，转动惯量特性直接关系到其运动的稳定性和精确度的水平，其核心内容就是轮体的惯性主轴与旋转轴的位置和方向的偏差程度—动平衡。旋转轴与惯性主轴存在的偏差越大，动平衡性能越差，进而影响轮体运动的精度、稳定性以及飞轮的正常工作。一个不平衡的轮体在其旋转过程中会对其支承结构和轮体本身产生一个压力，并导致振动。因此，在理论设计上，转动的轮体希望其旋转轴与惯性主轴重合，以提高运动的精确度和平稳度。

对于初始不平衡量较大的飞轮,虽然可以通过校正将其平衡到允许不平衡量范围以内,但去重法的工艺比较烦琐,每次去除的材料不易准确掌握,只能逐步逼近,因此平衡效率不高；一旦出现某处去除的材料过多,就必须在上一次去重的地方继续去重,这样不利于保持飞轮的设计外形和质量,影响飞轮精度，因此飞轮初始不平衡量不宜过大。

原研制的飞轮轮体在产品高速旋转时(工作转速±6000r/min)，动不平衡＞7g，满足不了动不平衡≤1g的设计要求。

飞轮轮体公差设计误差：轴承组件中，与轮体安装的轴直径圆度0.005mm，与轮体安装平面的平面度0.006mm、双跳动0.015mm；相应轮体中心孔圆柱度Φ0.005mm，轮体下端面平面度0.015mm、垂直度0.02mm。可见，轮体与轴承组件属间隙配合，安装面的形位公差也不匹配。轮体φC内孔圆柱度Φ0.005mm，造成其轴线偏差0.0025mm，引起底面装配误差X/ΦD≈0.0025/高h，即0.01mm；与轴承组件装配的相应轮体安装面的平面度0.015mm，垂直度0.02mm，引起的垂直方向装配误差0.02mm；与轮体安装的轴承组件平面度0.006mm。因此，原飞轮轮体设计误差：1.在垂直方向上累积设计误差为0.036mm；2.轮体与轴承组件装配属间隙配合，在水平方向极限间隙量0.065mm。

飞轮轮体零件误差及装配误差：复合材料/金属组合飞轮轮体由铝合金(轮毂)、不锈钢(轮缘)、碳纤维(轮辐)三种材料组合而成。在制造过程中，与轴承组件连接部位的轮毂采用轻量化铝合金材料，加工成形后的轮毂放置一段时间后，由于内应力的释放更容易导致尺寸精度、形位精度上的超差；不锈钢轮缘与轮辐组件(轮毂和轮辐组成)的连接，是将轮辐组件安装在轮缘的内孔壁上，采用轮缘加热使内孔直径变化的方法进行，装配后的轮体形位精度无法满足设计要求，也是造成飞轮初始动平衡性能较差的原因。

经现有技术检索，中国实用新型专利号为CN201220697190.3，实用新型名称为一种不规则动平衡飞轮，包括摩擦面和曲轴面，所述摩擦面的一侧设有摩擦片定位孔，所述曲轴面的一侧设有中心孔，所述摩擦片定位孔与中心孔连通；所述中心孔的外侧圆周上设有曲轴螺旋孔和曲轴定位销孔；所述飞轮还包括不平衡块，所述不平衡块是位于曲轴面上的金属块；所述不平衡块为圆心角相同的两个同心扇形的圆弧组成的扇面状结构，所述两个同心扇形的圆弧分别为外弧和内弧。该实用新型根据曲轴的不平衡结构在匹配飞轮的曲轴面上设置不平衡块，精度较差，无法应用于精密航天器中。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种飞轮轮体动平衡校正结构。

根据本发明提供的一种飞轮轮体动平衡校正结构，包括轮体、压紧组件、花盘；

所述轮体包括轮毂、轮辐、轮缘，所述轮毂开设中心孔，所述中心孔与轴承组件匹配连接，所述轮缘下端面为A面；所述轮毂、所述轮辐和所述轮缘以A面为基准面进行装配设计；

所述轮体通过所述压紧组件连接于所述花盘，所述花盘外设有割刀，所述割刀以A面为基准面对所述轮毂的上下平面和中心孔进行去重。

一些实施例中，所述A面的平面度为0.005mm。

一些实施例中，所述轮毂的下端面相对所述A面的平面度为0.002mm。

一些实施例中，所述轴承组件相对于所述A面的平面度为0.006mm。

一些实施例中，所述中心孔与所述轴承组件的安装间隙≤0.01mm。

一些实施例中，所述中心孔的孔径公差为

一些实施例中，所述轴承组件的轴的直径公差为

一些实施例中，所述压紧组件包括螺栓、螺母、压板，所述轮体通过所述压板、所述螺栓与所述螺母压紧在所述花盘上。

一些实施例中，所述压紧组件还设有压块，所述压块调整所述压板与所述轮体两者的紧固度。

一些实施例中，所述轮毂、所述轮辐和所述轮缘采用共固化一体成型或共固化混合连接形成所述轮体。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明改变了以往以飞轮轮体中心孔为第一基准带来的设计误差，从装配原理上提升飞轮的初始动平衡性能。

2、本发明在进行飞轮初始动不平衡校正过程中，同样以轮缘下端面A面为基准，保持基准关系的一致性，在校正时进一步放大飞轮的不平衡性，以便于获得更佳的飞轮轮体的动平衡性能。

3、本发明的飞轮轮体进行振动试验时可将飞轮的放大倍数缩小至3倍，相对于目前型号上应用的金属飞轮放大倍数7～10而言，具有显著的阻尼减振特性，可以更好地减缓承受的振动和冲击，对内部轴承组件具有更好的保护作用。

4、本发明提出的提高飞轮初始动平衡的技术，也可推广应用于各种金属飞轮、控制力矩陀螺上的动量轮及其他旋转类产品的初始动不平衡校正。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为飞轮轮体设计图

图2为飞轮轮体初始动平衡校正图

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明提供了一种飞轮轮体动平衡校正结构，如图1-2所示，包括轮体、压紧组件、花盘8；

所述轮体包括轮毂1、轮辐2、轮缘3，所述轮毂1开设中心孔，所述中心孔与轴承组件匹配连接，所述轮缘3下端面为A面；所述轮毂1、所述轮辐2和所述轮缘3以A面为基准面进行装配设计；

所述轮体通过所述压紧组件连接于所述花盘8，所述花盘8外设有割刀9，所述割刀9以A面为基准面对所述轮毂1的上下平面和中心孔进行去重。

本发明通过改变以往一贯以飞轮轮体中心孔为第一基准带来的设计误差，从装配原理上对飞轮轮体进行重新设计，以轮缘3下端面即A面为第一基准进行设计轮毂1、轮辐2以及轮缘3的装配尺寸及相应的公差大小，直接提升了飞轮的初始动平衡性能。同时在装配好的飞轮进行初始动不平衡校正过程中，同样以第一基准A面为基准，对装配好的飞轮轮体进行初始动平衡校正，保持基准关系的一致性，在校正时进一步放大飞轮的不平衡性，以便于获得更佳的飞轮轮体的动平衡性能。

所述A面的平面度为0.005mm，轮毂1的下端面相对所述A面的平面度为0.002mm，所述轴承组件相对于所述A面的平面度为0.006mm。

所述中心孔与所述轴承组件的安装间隙≤0.01mm，所述中心孔的孔径公差为mm，所述轴承组件的轴的直径公差为

所述压紧组件包括螺栓4、螺母5、压板6，所述轮体通过所述压板6、所述螺栓4与所述螺母5压紧在所述花盘8上，另外，所述压紧组件还设有压块7，所述压块7调整所述压板6与所述轮体两者的紧固度。采用压块7调节压板6与轮体两者连接的紧固度，不仅可以保证轮体与压板6两者接触的牢固度，而且使得花盘8、轮体以及压紧组件连接成一体后的平衡性能更佳。

所述轮毂1、所述轮辐2和所述轮缘3采用共固化一体成型或共固化混合连接形成所述轮体。共固化混合连接方式中，位于飞轮轮体中间的轮辐2为复合材料，共固化一体成型方式形成的飞轮轮体，其在轮缘外面还多包一层复合材料。采用此两种方式中的任一一种，相对于原设计复合材料组合而成的飞轮轮体，其动平衡性能更佳，同时可使得本发明的飞轮轮体进行振动试验时可将飞轮的放大倍数缩小至3倍，相对于目前型号上应用的金属飞轮放大倍数7～10而言，具有显著的阻尼减振特性，可以更好地减缓承受的振动和冲击，对内部轴承组件具有更好的保护作用。

如图1所示，具体的飞轮轮体公差优化设计：

垂直方向：按图1飞轮轮体的公差设计图所示，第一基准改为轮缘3的下端面A面，且平面度0.005mm，造成与轴承组件安装的轮毂1的下端面在垂直方向偏差0.0017mm；轮毂1的下端面相对基准A面的平行度0.002mm；与轮体安装的轴承组件平面度0.006mm。计算出在垂直方向累积设计误差由0.036mm降至0.0097mm；

水平方向：轮体中心孔原设计指标现改为并按照与轴承组件的轴直径安装间隙不大于0.01mm进行选配安装，极限装配间隙由0.065mm缩小至0.01mm。根据旋转轴与惯性主轴存在的偏差越大，动平衡性能越差的原理，控制好轮体与轴承组件装配在水平方向、垂直方向的设计误差，可以有效提高飞轮初始动平衡性能。

如图2所示，飞轮初始动不平衡校正技术：

轮毂1、轮辐2、轮缘3组装后，容易出现轮毂1与轮缘3同轴度的偏差，以及轮毂1上下两平面与轮缘3基准A面的平行度误差。本发明提出的飞轮初始动不平衡校正技术，改变以往以飞轮轮体中心孔为基准的初始动不平衡校正模式，改为以不锈钢轮缘3的下端面A面为基准定位面，按图2对飞轮初始动不平衡校正，利用压块7、压板6、螺栓4、螺母5把轮体安装在花盘8上，用割刀9完成轮毂1上下平面、轮毂1内孔的精加工，避免在校正初始动不平衡时进一步放大飞轮的不平衡性，以满足飞轮初始动平衡技术要求。

如表1所示，分别对新设计的共固化混合连接飞轮、共固化一体化成型飞轮进行初始动不平衡校正，经测试初始动不平衡分别降低81％、64.8％。其中，共固化混合连接飞轮动不平衡0.218g，该指标已达到同类飞轮国内外先进水平。

表1动不平衡测试指标对比

综上所述，本发明改变了以往以飞轮轮体中心孔为第一基准带来的设计误差，从装配原理上提升飞轮的初始动平衡性能；本发明在进行飞轮初始动不平衡校正过程中，同样以轮缘下端面A面为基准，保持基准关系的一致性，在校正时进一步放大飞轮的不平衡性，以便于获得更佳的飞轮轮体的动平衡性能；、本发明的飞轮轮体进行振动试验时可将飞轮的放大倍数缩小至3倍，相对于目前型号上应用的金属飞轮放大倍数7～10而言，具有显著的阻尼减振特性，可以更好地减缓承受的振动和冲击，对内部轴承组件具有更好的保护作用；本发明提出的提高飞轮初始动平衡的技术，也可推广应用于各种金属飞轮、控制力矩陀螺上的动量轮及其他旋转类产品的初始动不平衡校正。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种飞轮轮体动平衡校正结构，其特征在于，包括轮体、压紧组件、花盘(8)；

所述轮体包括轮毂(1)、轮辐(2)、轮缘(3)，所述轮毂(1)开设中心孔，所述中心孔与轴承组件匹配连接，所述轮缘(3)下端面为A面；所述轮毂(1)、所述轮辐(2)和所述轮缘(3)以A面为基准面进行装配设计；

所述轮体通过所述压紧组件连接于所述花盘(8)，所述花盘(8)外设有割刀(9)，所述割刀(9)以A面为基准面对所述轮毂(1)的上下平面和中心孔进行去重。

2.根据权利要求1所述的飞轮轮体动平衡校正结构，其特征在于，所述A面的平面度为0.005mm。

3.根据权利要求1所述的飞轮轮体动平衡校正结构，其特征在于，所述轮毂(1)的下端面相对所述A面的平面度为0.002mm。

4.根据权利要求1所述的飞轮轮体动平衡校正结构，其特征在于，所述轴承组件相对于所述A面的平面度为0.006mm。

5.根据权利要求1所述的飞轮轮体动平衡校正结构，其特征在于，所述中心孔与所述轴承组件的安装间隙≤0.01mm。

6.根据权利要求1所述的飞轮轮体动平衡校正结构，其特征在于，所述中心孔的孔径公差为

7.根据权利要求1所述的飞轮轮体动平衡校正结构，其特征在于，所述轴承组件的轴的直径公差为

8.根据权利要求1所述的飞轮轮体动平衡校正结构，其特征在于，所述压紧组件包括螺栓(4)、螺母(5)、压板(6)，所述轮体通过所述压板(6)、所述螺栓(4)与所述螺母(5)压紧在所述花盘(8)上。

9.根据权利要求8所述的飞轮轮体动平衡校正结构，其特征在于，所述压紧组件还设有压块(7)，所述压块(7)调整所述压板(6)与所述轮体两者的紧固度。

10.根据权利要求1所述的飞轮轮体动平衡校正结构，其特征在于，所述轮毂(1)、所述轮辐(2)和所述轮缘(3)采用共固化一体成型或共固化混合连接形成所述轮体。