CN114962548B - 一种试验用液压驱动的转动惯量可调飞轮 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种试验用液压驱动的转动惯量可调飞轮，包括飞轮盘，飞轮盘经过螺头压盘、螺纹盖固定连接至步进电机，螺头压盘塞入飞轮盘的压油槽中；螺头压盘与螺纹盖之间螺纹连接，螺纹盖与步进电机之间固定连接；负重块在飞轮盘的配重柱上，通过液压与弹簧固定位置；弹簧在弹簧固定环槽和弹簧负重环槽之间定位。本发明有益效果：本发明所述的试验用液压驱动的转动惯量可调飞轮，在安装一次飞轮后可以对多种转动惯量的飞轮特性进行研究，实现了相关试验的简便快捷，降低了经济成本以及试验中操作的时间成本。

Description

一种试验用液压驱动的转动惯量可调飞轮

技术领域

本发明属于发动机试验技术领域，尤其是涉及一种试验用液压驱动的转动惯量可调飞轮。

背景技术

在发动机运转中，转动惯量很大的飞轮起到储存运动能量的作用。然而，飞轮的转动惯量如果过大，发动机难以启动；转动惯量如果过小，则会影响到发动机的能量利用效果。因此为了使飞轮转动惯量适应发动机的整体运行特性，需要相应的试验验证不同转动惯量的飞轮对发动机性能的影响。但目前进行试验时，常采用依次安装不同转动惯量的飞轮的方法，选择其中最适应发动机性能的一个。这一过程决定了在试验中要经常更换飞轮，消耗了大量的时间和精力，也因为生产了多个飞轮影响了经济性，同时最终选择的飞轮转动惯量固定，不能保证在各种工况下均能适应发动机的运行，只是折中的选择。因此希望能采用液压调节的方式，通过改变负重块距离飞轮盘中心轴距离的方式改变飞轮整体的转动惯量，从而实现安装一次飞轮后可以对多种转动惯量的飞轮对发动机工作的影响特性进行研究；同时探索了在同一次发动机特性的试验研究中，不同工况下选择不同的转动惯量，实现发动机不停车状态下飞轮的转动惯量随工况变化柔性可调的可能性。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种试验用液压驱动的转动惯量可调飞轮，以解决飞轮对发动机性能影响试验中频繁更换飞轮不方便、经济性差的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种试验用液压驱动的转动惯量可调飞轮，包括飞轮盘，飞轮盘经过螺头压盘、螺纹盖固定连接至步进电机，螺头压盘塞入飞轮盘的压油槽中；螺头压盘与螺纹盖之间螺纹连接，螺纹盖与步进电机之间固定连接；负重块在飞轮盘的配重柱上，通过液压与弹簧固定位置；弹簧在弹簧固定环槽和弹簧负重环槽之间定位。

进一步的，所述飞轮盘包括基准板、环形板、配重柱、中心柱和固定柱，环形板一侧固定安装基准板，环形板为圆柱结构，处于基准板的边缘外侧；基准板中部固定安装中心柱和固定柱，中心柱为空心圆柱，固定柱为实心圆柱，固定柱位于中心柱内侧的最中央，在固定柱与中心柱之间形成了环状的压油槽；环形板内壁上均布若干配重柱。

进一步的，所述基准板为圆盘结构，基准板内部均匀设置有若干条油道，每条油道的一段形成一个压油孔，且若干压油孔呈环形分布，压油孔位于固定柱与中心柱之间。

进一步的，所述环形板内设置有储油环，储油环为环形的储油空腔。

进一步的，所述固定柱内部靠近曲轴一侧设有曲轴洞；固定柱的圆形侧面上设置有均匀的曲轴固定孔，固定柱与中心柱的间隙设有压油槽，压油槽通过油道与储油环联通，且油道靠近压油槽的一段油道形成压油孔。

进一步的，所述配重柱内侧设有贯通至储油环的液压孔。

进一步的，所述中心柱是位于基准板中心区域的环形柱，中心柱环形侧面上均匀设置有若干个带有螺纹的电机固定孔；中心柱内表面设置有若干条贯穿至基准板的阻旋凸包，中心柱外表面设置有若干个圆环状的弹簧固定环槽。

进一步的，所述负重块为圆柱结构，负重块的上下圆形表面上分别设置了负重块环孔和弹簧负重环槽，二者均为圆环形盲孔。

进一步的，所述螺头压盘包括螺纹头和压盘，螺纹头是一个带有梯形螺纹的圆柱，位于压盘圆形侧面的中央；压盘整体呈圆柱状，内部有压盘孔，用于容纳固定柱，压盘的环状圆柱部分用于塞入压油槽；压盘外表面上均匀设置有阻旋凹槽。

进一步的，所述螺纹盖包括螺纹盖凸台和螺纹盖主体，螺纹盖凸台位于螺纹盖主体圆形侧面的中心，螺纹盖凸台为带有圆柱孔的圆柱体，且圆柱孔内设置有螺纹盖键槽，螺纹盖主体为带有梯形螺纹孔的圆柱，螺纹盖主体与螺纹头连接。

相对于现有技术，本发明所述的试验用液压驱动的转动惯量可调飞轮具有以下优势：

(1)本发明所述的试验用液压驱动的转动惯量可调飞轮，在安装一次飞轮后可以对多种转动惯量的飞轮特性进行研究，实现了相关试验的简便快捷，降低了经济成本以及试验中操作的时间成本。

(2)本发明所述的试验用液压驱动的转动惯量可调飞轮，可以在同一次发动机特性的试验研究中，不同工况下选择不同的转动惯量，实现发动机不停车状态下飞轮的转动惯量随工况变化的柔性可调，具有调节方便、适应性强的特点，提高了发动机的整体性能。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明所述的一种试验用液压驱动的转动惯量可调飞轮整体结构侧剖视图；

图2为本发明所述的一种试验用液压驱动的转动惯量可调飞轮整体结构斜视图；

图3为本发明所述的飞轮盘的结构示意图；

图4为本发明所述的飞轮盘的主视图；

图5为本发明所述的飞轮盘的侧剖视图；

图6为本发明所述的螺头压盘的斜视图(前方)；

图7为本发明所述的螺头压盘的斜视图(后方)；

图8为本发明所述的螺头压盘的侧剖视图；

图9为本发明所述的螺纹盖的斜视图(前方)；

图10为本发明所述的螺纹盖的斜视图(后方)；

图11为本发明所述的螺纹盖的侧剖视图；

图12为本发明所述的负重块的示意图；

图13为本发明所述的负重块的剖视图；

图14为本发明所述的步进电机整体结构示意图；

图15为本发明所述的弹簧的示意图。

附图标记说明：

1-飞轮盘；11-基准板；111-压油孔；112-油道；12-环形板；121-储油环；13-配重柱；131-液压孔；14-中心柱；141-阻旋凸包；142-电机固定孔；143-弹簧固定环槽；15-固定柱；151-曲轴固定孔；152-曲轴洞；153-压油槽；2-螺头压盘；21-螺纹头；22-压盘；221-压盘孔；222-阻旋凹槽；3-螺纹盖；31-螺纹盖凸台；32-螺纹盖键槽；33-螺纹盖主体；4-负重块；41-负重块环孔；42-弹簧负重环槽；5-步进电机；51-步进电机通孔；52-步进电机键槽；6-弹簧。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

一种试验用液压驱动的转动惯量可调飞轮，如图1至图15所示，包括轮盘1、螺头压盘2、螺纹盖3、负重块4、步进电机5和弹簧6，飞轮盘1经过螺头压盘2、螺纹盖3与步进电机5通过螺栓紧固连接，飞轮盘1与螺头压盘2之间通过阻旋凸包141和阻旋凹槽222确定位置，且螺头压盘2塞入压油槽153中；螺头压盘2与螺纹盖3之间通过梯形螺纹配合连接；螺纹盖3与步进电机5之间通过键连接紧固；负重块4在飞轮盘1的配重柱13上，通过液压与弹簧6固定位置；弹簧3在弹簧固定环槽143和弹簧负重环槽42之间定位。

飞轮盘1包括基准板11、环形板12、配重柱13、中心柱14和固定柱15，环形板12一侧固定安装基准板11，环形板12整体呈环形的柱状，处于基准板11的边缘外侧；基准板11中部固定安装中心柱14和固定柱15，中心柱14为空心圆柱，固定柱15为实心圆柱，固定柱15位于中心柱14内侧的最中央，在固定柱15与中心柱14之间形成了环状的压油槽153；环形板12内壁上均布若干配重柱13。

优选的，飞轮盘1为一体结构。

环形板12内设置有环形的储油空腔，称为储油环121。

基准板11包括压油孔111和油道112，基准板11为金属圆盘，其内部均匀设置有若干条油道112，每条油道112的端部形成一个压油孔111，且若干压油孔111呈环形分布，压油孔111位于固定柱15与中心柱14之间。

固定柱15内部靠近曲轴一侧设置有圆柱状的孔洞，用来放置曲轴，称为曲轴洞152；固定柱15的圆形侧面上设置有均匀的曲轴固定孔151，用螺栓固定曲轴、将飞轮盘1与曲轴连为一体；固定柱15与中心柱14的间隙设有压油槽153，压油槽153通过油道112与储油环121联通，且油道112靠近压油槽153的一段油道112形成压油孔111。

配重柱13为金属圆柱，其内侧有贯通至储油环121的液压孔131。

中心柱14是位于基准板11中心区域的环形柱，其环形侧面上均匀设置有若干个带有螺纹的电机固定孔142；中心柱14内表面设置有若干条贯穿至基准板11的阻旋凸包141，阻旋凸包141截面成圆形的一部分；中心柱14外表面设置有若干个圆环状的弹簧固定环槽143。

所述负重块4整体呈圆柱状，在上下的圆形表面上分别设置了负重块环孔41和弹簧负重环槽42，二者均为圆环形盲孔。弹簧负重环槽42与弹簧固定环槽143一起对弹簧6位置进行定位和固定。弹簧6在中心柱14和负重块4之间始终处于压紧状态，从而便于螺头压盘2相对于基准板11远离时、油压减小时负重块的复位，即负重块远离飞轮盘1中心、转动惯量变大。

当所述转动惯量可变的飞轮正常工作时，上述的结构如压油槽153、压油孔111、油道112、储油环121、液压孔131中均充满了液压油，随着步进电机5的转动、螺头压盘2的平移，压油槽153中的油变多或变少，则液压孔131中的油通过储油环121、油道112、压油孔111的连接也随之变少或变多。负重块4整体呈圆柱状，负重块环孔41及其中的圆柱体可以恰好插入配重柱13及其液压孔131中，实现配合连接。随着液压孔131中的油变多或变少，则负重块4到飞轮盘1中心轴的距离变小或变大，则相应地，飞轮整体的转动惯量变小或变大。

螺头压盘2包括螺纹头21和压盘22，螺纹头21是一个带有梯形螺纹的圆柱，位于压盘22圆形侧面的中央；压盘22整体呈圆柱状，内部有压盘孔221，可以刚好容纳固定柱15，压盘22的环状圆柱部分可以刚好塞入压油槽153；在这一转动惯量可变飞轮工作时，压油槽153中充满了液压油，则随着步进电机的旋转、螺头压盘2相对于飞轮盘1的轴向平移，压油槽153中的容积也随之变大或变小、压油槽153中的油变多或变少。压盘22外表面上均匀设置有阻旋凹槽222，可以恰好与中心柱14的阻旋凸包141配合作用，阻碍了螺头压盘2相对于飞轮盘1的旋转运动，限制螺头压盘2只能相对于飞轮轴向移动。螺纹头21的螺纹截面设置为梯形，可以保证大压力作用下传动过程的可靠性。

螺纹盖3包括螺纹盖凸台31和螺纹盖主体33，螺纹盖凸台31是一个带有圆柱孔的圆柱体，位于螺纹盖主体33圆形侧面的中心，圆柱孔内设置有螺纹盖键槽32，用于与步进电机5之间通过键连接紧固；螺纹盖主体33为带有梯形螺纹孔的圆柱，螺纹盖主体33可以恰好与螺纹头21通过螺纹紧密配合连接。

在步进电机5的旋转驱动下，螺纹盖主体33可以随之旋转，并与其中螺纹连接的螺纹头21产生相对运动，螺纹盖主体33与螺头压盘2的螺纹头21之间相对的旋转运动，促使螺头压盘2相对于飞轮盘1的基准板11靠近或远离。当步进电机5停止时，步进电机5和梯形螺纹全部锁紧，则螺头压盘2相对于飞轮盘1的位置固定、不再变化。

所述步进电机5为电磁产品，其旋转轴可以顺时针或逆时针旋转预设的角度，并在这一角度上锁紧。步进电机5还包括步进电机通孔51和步进电机键槽52，步进电机通孔51用于在中心柱14上与电机固定孔142使用螺栓紧固连接，这样即使飞轮在快速地转动，步进电机5依然可以通过相对于飞轮盘1的旋转调整液压的状态；在步进电机5的旋转轴上设置有步进电机键槽52，用于在螺纹盖凸台31上与螺纹盖键槽32键连接，由于液压的阻力、梯形螺纹的锁紧以及步进电机的锁紧，不必担心步进电机轴相对于飞轮盘1的轴向窜动，仅考虑在周向上紧固确保旋转的可靠性即可。

一种试验用液压驱动的转动惯量可调飞轮的安装方法及功能实现过程如下：

首先，飞轮盘1制作完成后，将曲轴安装进曲轴洞152中，并通过曲轴固定孔151对曲轴和飞轮盘1进行螺纹紧固；通过固定柱15与中心柱14之间的压油槽153，向飞轮盘1内部注入液压油，最终使液压孔131、储油环121、油道112、压油孔111和压油槽153中充满液压油，并将负重块沿着负重块环孔41塞入配重柱13上的液压孔131中，将每一个负重块推入配重柱13上的最深处；将弹簧塞入弹簧固定环槽143和弹簧负重环槽42之间；之后将螺头压盘2沿着阻旋凸包141和阻旋凹槽222插入到中心柱14中，使压盘孔221充分容纳固定柱15整体，并使压盘的环状圆柱部分刚好塞入压油槽153；在螺头压盘2外，使螺纹头21与螺纹盖主体33进行螺纹连接，并在螺纹盖外，使步进电机的旋转轴与螺纹盖凸台31之间、通过螺纹盖键槽32和步进电机键槽52实现键连接；在中心柱14外侧，通过电机固定孔142和步进电机通孔51，使步进电机与飞轮盘1之间实现螺栓紧固，至此完成试验用液压驱动的转动惯量可调飞轮的安装。

根据螺纹头21和螺纹盖主体33上梯形螺纹的螺距等参数，可以在步进电机的旋转角度和螺头压盘2的平移距离之间找到一个稳定的参数关系，因此，可以通过控制步进电机5的旋转角度控制螺头压盘2的平移距离，进而控制压油槽153中液压油量的变化，从而控制负重块相对于飞轮盘1中心轴的移动距离，实现对飞轮转动惯量的控制。

工作时，使步进电机正转(如顺时针旋转)某一特定角度，通过螺纹盖与螺头压盘2之间的螺纹连接，使螺头压盘2相对于基准板11靠近平移某一距离，将压油槽153中的液压油压入压油孔111和油道112中，通过储油环121和液压孔131，使负重块靠近飞轮盘1的中心轴，使飞轮的转动惯量减小；相应地，使步进电机反转(逆时针旋转)某一角度，使螺头压盘2相对于基准板11远离平移某一距离，将压油孔111和油道112中的液压油抽回压油槽153中，通过储油环121和液压孔131，在弹簧弹力的辅助作用下，使负重块远离飞轮盘1的中心轴，使飞轮的转动惯量增大。至此完成对试验用液压驱动的转动惯量可调飞轮功能实现过程的描述。

注：文中未经明确说明的固定方式，根据需要可选用螺纹连接、粘接或焊接等常见的固定连接方式。

Claims (8)

1.一种试验用液压驱动的转动惯量可调飞轮，其特征在于：包括飞轮盘，飞轮盘经过螺头压盘、螺纹盖固定连接至步进电机，螺头压盘塞入飞轮盘的压油槽中；螺头压盘与螺纹盖之间螺纹连接，螺纹盖与步进电机之间固定连接；负重块在飞轮盘的配重柱上，通过液压与弹簧固定位置；弹簧在弹簧固定环槽和弹簧负重环槽之间定位；飞轮盘包括基准板、环形板、配重柱、中心柱和固定柱，环形板一侧固定安装基准板，环形板为圆柱结构，处于基准板的边缘外侧；基准板中部固定安装中心柱和固定柱，中心柱为空心圆柱，固定柱为实心圆柱，固定柱位于中心柱内侧的最中央，在固定柱与中心柱之间形成了环状的压油槽；环形板内壁上均布若干配重柱；中心柱是位于基准板中心区域的环形柱，中心柱环形侧面上均匀设置有若干个带有螺纹的电机固定孔；中心柱内表面设置有若干条贯穿至基准板的阻旋凸包，中心柱外表面设置有若干个圆环状的弹簧固定环槽。

2.根据权利要求1所述的一种试验用液压驱动的转动惯量可调飞轮，其特征在于：基准板为圆盘结构，基准板内部均匀设置有若干条油道，每条油道的端部形成一个压油孔，且若干压油孔呈环形分布，压油孔位于固定柱与中心柱之间。

3.根据权利要求2所述的一种试验用液压驱动的转动惯量可调飞轮，其特征在于：环形板内设置有储油环，储油环为环形的储油空腔。

4.根据权利要求3所述的一种试验用液压驱动的转动惯量可调飞轮，其特征在于：固定柱内部靠近曲轴一侧设有曲轴洞；固定柱的圆形侧面上设置有均匀的曲轴固定孔，固定柱与中心柱的间隙设有压油槽，压油槽通过油道与储油环联通，且油道靠近压油槽的一端形成压油孔。

5.根据权利要求3所述的一种试验用液压驱动的转动惯量可调飞轮，其特征在于：配重柱内侧设有贯通至储油环的液压孔。

6.根据权利要求1所述的一种试验用液压驱动的转动惯量可调飞轮，其特征在于：所述负重块为圆柱结构，负重块的上下圆形表面上分别设置了负重块环孔和弹簧负重环槽，二者均为圆环形盲孔。

7.根据权利要求3所述的一种试验用液压驱动的转动惯量可调飞轮，其特征在于：螺头压盘包括螺纹头和压盘，螺纹头是一个带有梯形螺纹的圆柱，位于压盘圆形侧面的中央；压盘整体呈圆柱状，内部有压盘孔，用于容纳固定柱，压盘的环状圆柱部分用于塞入压油槽；压盘外表面上均匀设置有阻旋凹槽。

8.根据权利要求1所述的一种试验用液压驱动的转动惯量可调飞轮，其特征在于：螺纹盖包括螺纹盖凸台和螺纹盖主体，螺纹盖凸台位于螺纹盖主体圆形侧面的中心，螺纹盖凸台为带有圆柱孔的圆柱体，且圆柱孔内设置有螺纹盖键槽，螺纹盖主体为带有梯形螺纹孔的圆柱，螺纹盖主体与螺纹头连接。

Images