CN1439803A - 全自动发条弹簧启动器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种全自动发条弹簧启动器，属于机械设备启动装置技术领域。该启动器包括安装在外壳中的储能机构、释能机构、输出机构、上弦机构，该上弦机构主要由主轴、主轴与小齿轮自动离合机构行星轮组、内齿轮构成。主轴通过超越离合机构启动启动器，小齿轮通过行星轮与内齿轮啮合。本发明适用于各种内燃机的启动，无附加动作，可以自动上紧发条弹簧，为下一次启动存储能量，其构思巧妙、结构简洁、小巧玲珑、性能优越、输出扭矩大、可实施性强。根据此方案设计出的产品将比现有同类产品更具有市场竞争力，推广之后，将产生巨大的社会效益和经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种机械启动装置，尤其是一种内燃机的弹簧启动器，属于机械设备启动装置技术领域。
背景技术
农业现代化是我国四个现代化基础，而农业现代化的重要标志就是农业机械化。从横向看，农、林、牧、副、渔各种行业都需要机械化；从纵向看，农业生产中耕、种、犁、耙、收各种作业都离不开机械化。目前，这些机械设备的动力绝大多数是中小功率单缸柴油机。这些现有柴油机的常用启动方式有两种，一种是用电启动，另一种是手摇启动。前者的明显缺点是：1、必须配备体积笨大的电瓶，其使用寿命短，需要经常充电；2、.容易因氧化或烧蚀接头导致接触不良，启动时常出现故障。后者的突出缺点是：1、安全性差，主机启动后，因摇把无法脱离而导致工伤的事件时有发生；2、劳动强度大，气温低时启动十分困难；3、途中停车后，驾驶员必须下车启动，很不方便。
申请人通过检索了解到，现有专利申请资料记载了一些借助弹簧所储能量自动启动柴油机的机械式启动装置，其基本结构均由安装在外壳中的弹簧储能机构，可以引起弹簧形变储能并按需松释的释能机构，以及与柴油机动力轴衔接的输出机构组成。这些革新改进方案虽各有所长，也分别具有一定的作用效果，但从真正意义上的推广应用考虑，确都存在明显的不足或缺陷。例如专利号ZL9521533.2、名称为《内燃机发条起动机》，专利号ZL92243053.5、名称为《机械式起动机及其自动操纵机构》，专利号为97220187.4、名称为《发动机起动装置》等专利中的技术方案均存在需要借助人力上紧弹簧或启动时需要开动柴油机的减压阀的主要缺陷，此外还存在结构复杂、容易空释放、启动力小、结构件裸露等各种问题，并且体积大，安装困难，价格昂贵，因此用户难于接受，至今尚未见到得以推广普及的技术成果。
为了解决自动上紧弹簧等问题，本专利申请人在申请日为2000年9月4日、申请号为00112508、名称为《柴油机启动器》的专利申请中提出了一种由安装在外壳中的储能机构、释能机构、输出机构、上弦机构构成的发条弹簧启动器，该装置通过离合机构，可以使启动后柴油机动力轴的运动带动凸轮驱动的棘爪上簧机构，从而实现自动上紧弹簧。在实践中申请人发现，该装置由于需要容纳凸轮带动的棘爪机构，因此体积较大，并且上簧动作是间歇运动，因此冲击大，零件易损坏，工作不可靠。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术存在的主要缺陷，提出一种借助被启动内燃机的动力自动连续上紧弹簧、并且工作可靠的全自动发条弹簧启动器，从而使其具有切实的推广应用价值。
为了实现以上目的，本发明的发条弹簧启动器包括安装在外壳(1)中的储能机构、释能机构、输出机构、上弦机构。所述储能机构主要由一端与外壳(1)衔接、另一端与内齿轮(17)衔接的发条弹簧(23)构成。所述释能机构包括控制单向转动件
(5)与减速传动机构(10)离合的启动杆(7)、实现单向转动件
(5)与减速传动机构主动轮(10)离合的离合件(4)；所述减速传动机构的从动件——小齿轮(14)与主轴(21)衔接。所述输出机构由连接主轴(21)与被启动轴的连轴件(20)构成。所述上弦机构主要由主轴(21)、拨叉(13)和信号转盘(15)组成的自动离合机构、行星轮组(10)、内齿轮(17)构成，所述主轴(21)通过自动离合机构与小齿轮(14)连接，所述小齿轮(14)通过行星轮组(10)与内齿轮(17)啮合。
当本发明的发条弹簧(23)获得初始上紧能量后，主轴(21)因与释能机构中减速传动机构的从动轮(14)衔接，而该轮又通过其主动轮(10)受到单向转动件(5)的约束，因此主轴(21)处于储能状态，无法转动。当操纵启动杆(7)时，离合件(4)脱离结合位置，结果减速传动机构的主动轮(10)与单向转动件(5)完全脱离，不再受其限制反转的约束，发条弹簧(23)所储存的能量得以瞬间松驰释放，通过固定在主轴(21)上的单向机构带动主轴(21)转动，由弹性势能转变成动能；主轴(21)的转动则通过输出机构启动待启动的内燃机机。
此后，待内燃机自身运转时，主轴(21)继续转动，通过输出机构反向带动，这时自动离合机构使小齿轮(14)与主轴(21)结合，从而通过行星轮组(10)带动与之啮合的内齿轮(17)，将发条弹簧卷紧上弦。发条弹簧上紧之后，自动离合机构自动使小齿轮(14)与主轴(21)脱开，上弦自动停止。
为了增加发条弹簧的输出扭矩以及提高发条弹簧的抗疲劳性，本发明的进一步改进是：储能机构中的发条弹簧改用弧型截面；材质用60si2crv或50crvA；发条弹簧内端冷卷成形。
实验证明，本发明适用于各种以小功率内燃机作动力的的汽车、拖拉机、摩托车和各种机械设备的启动，启动时无附加动作，可以自动上紧发条弹簧，为下一次启动存储能量。由于采用了内齿轮上弦结构，因此结构十分紧凑，体积小巧，而上弦动作的连续化，则保证了工作可靠，无刚性冲击，性能稳定，使用寿命长。总之，其构思巧妙、体积小巧、性能优越、输出扭矩大、可实施性强，所以根据此方案设计出的产品将比现有同类产品更具有市场竞争力，推广之后，将产生巨大的社会效益和经济效益。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
图1为本发明实施例一的结构示意图。
图2为本发明实施例二的结构示意图。
具体实施方式
实施例一
本实施例的全自动发条弹簧启动器如图1所示，为一种安装在柴油机的启动轴一侧的全自动发条弹簧启动器。主要零件有：外壳(1)、盖板(2)、支架板(3)、钢球(4)、棘轮(5)、碟簧(6)、启动杆(7)、手柄(8)、空心轴(9)、行星轮组(10)、压杆(11)、钢球(12)、拨叉(13)、小齿轮(14)、信号转盘(15)、棘轮(16)、内齿轮(17)、碟簧(18)、钢球(19)、柴油机启动轴(20)、主轴(21)、发条弹簧心轴(22)、发条弹簧(23)、导杆(25)、压簧(26)、拨叉(27)。上述零件分别构成：储能机构、释能机构、输出机构、上弦机构、信号传递机构、储能机构、分离机构、输出机构、手工上弦机构。这些机构的具体构成情况如下：
A、储能机构——主要由发条弹簧心轴(22)、发条弹簧(23)、弹簧外端固定轴、滑道等组成。发条弹簧(23)的内端固定在与内齿轮(17)固连的弹簧心轴(22)上，外端固定在外壳(1)上。为了增加启动器的输出扭矩，发条弹簧(23)外端也可通过滑道与外壳(1)连接。发条弹簧(23)的外端销轴随着发条弹簧(23)卷紧与松驰在滑道上滑动，这样可以使其储能增加30％。此外，将发条弹簧(23)的矩型截面改用弧型截面、材质用60si2crvA或50crvA、内端卷制采用冷卷工艺均有助于增强其储能能力。
B、释能机构——由盖板(2)、支架板(3)、钢球(4)、棘轮(5)、碟簧(6)、启动杆(7)、空心轴(9)、行星轮组(10)等组成。该机构设置在支架板(3)和盖板(2)之间。空心轴(9)外固定棘轮(5)，并活套行星轮组(10)。空心轴(9)内装有启动杆(7)、钢球(4)、碟簧(6)；行星轮组(10)的轴上和空心轴(9)上设有钢球(4)的锁定孔，碟簧(6)顶压住启动杆(7)，从而构成可将行星轮组(10)通过钢球(4)锁定在空心轴(9)上离合机构。棘轮(5)受固定在盖板(2)上的棘爪约束锁定，迫使行星轮组(10)只能逆时针转动。行星轮组(10)又和内齿轮(17)啮合锁定，从而可将发条弹簧(23)卷紧并锁定；而当压迫启动杆(7)时，行星轮组(10)脱开钢球(4)的锁定，发条弹簧(23)得以松驰释放。整个释能机构用支架板(3)支撑装在盖板(2)上。
C、输出机构——由棘轮(16)、主轴(21)、发条弹簧心轴(22)、发条弹簧(23)、柴油机启动轴(20)等组成。棘轮(16)固定在主轴(21)上，与安装在内齿轮(17)上的棘爪啮合，受其约束，主轴(21)只能顺时针转动。主轴(21)与柴油机启动轴(20)通过钢球(19)锁定约束连接，当发条弹簧(23)释放时，棘爪通过棘轮(16)使主轴(21)顺时针转动，主轴(21)转动后，通过柴油机启动轴(20)带动柴油机运转。
D、上弦机构——主要由主轴(21)、自动离合机构、行星轮组(10)、内齿轮(17)构成，所述主轴(21)通过自动离合机构与小齿轮(14)连接，所述小齿轮(14)通过行星轮组(10)与内齿轮(17)啮合。当柴油机启动后，主轴(21)同时顺时针快速转动，通过锁定在主轴(21)上的小齿轮(14)、行星轮组(10)约速内齿轮(17)慢速逆时针方向转动，发条弹簧(23)开始慢速逆时针上弦。
上弦机构中的自动离合机构尤为值得一提。该机构可以看成是由钢球(12)、拨叉(13)、信号转盘(15)内齿轮(17)等组成。信号转盘(15)通过内螺纹与内齿轮(17)外圆上的外螺纹螺旋联接，并受设置在外壳(1)上的两根导轨(25)的约束，只能作直线移动。钢球(12)安装在拨叉(13)的钢球孔中，可以楔入主轴(21)上的钢球槽上。一方面，拨叉(13)的外圆一端与信号转盘(15)接触，可以在信号转盘(15)的推动下，向右移动，即在主轴上向右滑动；另一方面，拨叉(13)的一端抵靠在压簧(26)上，受压簧(26)压迫始终有向左滑动的趋势。钢球(12)上端与小齿轮(14)心轴孔上键槽啮合。这样，当发条弹簧(23)松驰时，信号转盘(15)向左移动，压簧(26)压动拨叉(13)上的钢球(12)也同时向左移动，将小齿轮(14)自动啮合锁定在主轴(21)上；而当发条弹簧(23)卷紧时，信号转盘(15)向右移动，拨叉(13)和拨叉(13)上的钢球(12)也向左移动，脱离小齿轮(14)，使小齿轮(14)与主轴(21)自动脱离。
此外，为了使全自动发条弹簧启动器的性能更为完善、工作更为可靠，本实施例还包括分离机构、手工上弦机构，其具体机构为：
E、分离机构——由压杆(11)、碟簧(18)、钢球(19)、柴油机启动轴(20)、主轴(21)等构成。主轴(21)是根空心轴，内装有压杆(11)，端头顶靠在碟簧(18)上，启动轴(20)与压杆(11)之间装有钢球(19)离合机构。这样，按压压杆(19)，可以通过钢球(19)与启动轴(20)结合或脱离，实现柴油机与启动器的连接或脱离。
F、手工上弦机构——由拨叉(27)、行星轮组(10)中一个齿轮和一个压簧组成。行星轮组(10)中两个齿轮用两个齿形啮合的套管套在空心轴(9)上，当启动器须要手工上弦时，拨动拨叉(27)，使行星轮组(10)中两个齿轮脱离，再用板手逆时针拧动空心轴(9)上的六角螺母，内齿轮(17)逆时针转动，发条弹簧(23)逆时针卷紧；如松开拨叉(27)，两个齿轮套管在压簧的作用下自行啮合。
另外，本实施例中的外壳(1)是单箱体圆筒式的或方型的结构。这样大大减小了柴油机启动器的体积，并方便了与柴油机机体的直接连接安装，与现有2个箱体或3个箱体叠合组装的启动器结构相比，显然本实施例具有突破性的、重大的改进，并大大节约了制造成本。为了增加启动器刚性，外壳(1)可改用外壳支架代替，外壳用薄板拉伸件与外壳支架固联。
实施例二
本实施例的全自动发条弹簧启动器如图2所示，其主要结构与实施例一类同。关键的区别在于上弦机构中的自动离合机构，与实施例一不同的是，该机构虽然也由钢球(12)、拨叉(13)、信号转盘(15)内齿轮(17)等组成，但信号转盘(15)通过内螺纹与中心轮(24)的外螺纹旋合连接，该中心轮(24)与内齿轮(17)的端面固连，并受设置在外壳(1)中部的小齿轮(14)固定壳罩上的两根导轨(25)的约束，只能作直线移动。其工作原理及动作过程均与实施例一相同。其明显的优点是，结构更紧凑，并且制造的工艺性更好。
实施例三
本实施例为一种安装在柴油机的飞轮一侧的全自动发条弹簧启动器。其基本结构和作用原理均与实施例一与实施例二基本相同。区别在于：棘轮(5)和棘轮(16)反向安装，这时发条弹簧(23)顺时针上弦，逆时针释放；将柴油机启动轴(20)设置在柴油机飞轮一侧的皮带轮内。
实施例四
本实施例为安装在柴油机的油箱位置上的全自动发条弹簧启动器，其基本结构和作用原理均与实施例一、实施例二基本相同。区别在于发条弹簧启动器的底座安装在柴油机的油箱位置上，柴油机启动轴(20)上设置一个链轮，用链条与主轴上的链轮相联，主轴(21)上的链轮内孔上设有与主轴(21)上的钢球相对应钢球孔。
实施例五
本实施例为安装在农用车的车架位置上的全自动发条弹簧启动器，其结构和作用原理均与实施例一、实施例二、实施例三基本相同。区别在于发条弹簧启动器的底座安装在农用车的车架位置上，分离机构的主轴(21)是根实心轴，在主轴(21)的顶端和柴油机启动轴(20)之间或柴油机飞轮一侧的皮带轮之间，装有可操纵的牙嵌啮合式离合器，从而达到发条弹簧启动器完全与柴油机连接或脱离。
值得一提的是，本发明不限于上述实施例，根据应用场合不同，还可以有许多变化形式，其自身零件也可以有许多变化。例如：1：所有碟形弹簧可用圆柱螺旋弹簧代替；2：棘轮(16)可用各种型式的超越离合器代替，超越离合器设置在主轴(21)上，装配在发条弹簧心轴(22)内或外，约束主轴(21)单向转动；3：棘轮(5)可用单向滚针轴承或超越离合器等其它单向机构代替；4：柴油机启动轴(20)内可装有任何型式的超越离合器，超越离合器设在主轴(21)的顶端上；5：所有钢球可以用销轴互换，6：上弦机构中的减速机构，可改用其它减速机构，如：摆线针轮减速机构、槽轮减速机构、少齿差行星齿轮减速机构、滚子活齿行星减速机构、偏心轮减速机构来代替，这些等效替换或进一步的改进均落在本发明要求的保护范围之内。
本发明与现有技术、现有专利申请资料对比，其结构、性能、外型与柴油机连接都具有突破性重大改革，是一种启动安全可靠、不会造成环境污染的绿色环保产品。其体积小、启动速度快、启动性能稳定，可应用于各种单缸柴油机(如175、185、195、1105、1110、1115、1120等机型)所配套各种农业机械和车辆及各种设备的启动。也可作为电启动车辆的后备装置。一旦电机、电瓶出现故障，就可用该发条弹簧启动器启动。
本发明的产品小，但市场大。据市场调研，柴油机启动器是一个超百亿元市场的产品，该产品实施成功并在全国推广后，将会解决近万人就业，将会带动相关机械行业的共同发展，将会向国家上缴数亿元税收，从而为民族工业的振兴、为社会的稳定产生深远的影响。
Claims (27)
1.一种全自动发条弹簧启动器，包括安装在外壳(1)中的储能机构、释能机构、输出机构、上弦机构；所述储能机构主要由一端与外壳(1)衔接、另一端与内齿轮(17)衔接的发条弹簧(23)构成；所述释能机构包括控制单向转动件(5)与减速传动机构(10)离合的启动杆(7)、实现单向转动件(5)与减速传动机构主动轮(10)离合的离合件(4)；所述减速传动机构的从动件(14)与主轴(21)衔接；所述输出机构由连接主轴(21)与被启动轴的连轴件(20)构成；其特征在于：所述上弦机构主要由主轴(21)、拨叉(13)和信号转盘(15)组成的自动离合机构、行星轮组(10)、内齿轮(17)构成，所述主轴(21)通过自动离合机构与小齿轮(14)连接，所述小齿轮(14)通过行星轮组(10)与内齿轮(17)啮合。
2.根据权利要求1所述的全自动发条弹簧启动器，其特征在于：所述发条弹簧(23)材质为60si2crv或50crvA。
3.根据权利要求2所述的全自动发条弹簧启动器，其特征在于：所述发条弹簧(23)为弧型截面。
4.根据权利要求1或2所述的全自动发条弹簧启动器，其特征在于：所述储能机构发条弹簧(23)的内端固定在与内齿轮(17)固连的弹簧心轴(22)上，外端固定在外壳(1)上。
5.根据权利要求1或2所述的全自动发条弹簧启动器，其特征在于：所述储能机构发条弹簧(23)外端通过滑道与外壳(1)连接。
6.根据权利要求1或2所述的全自动发条弹簧启动器，其特征在于：所述释能机构的减速传动机构为齿轮传动机构。
7.根据权利要求6所述的全自动发条弹簧启动器，其特征在于：所述释能机构由盖板(2)、支架板(3)、钢球(4)、棘轮(5)、碟簧(6)、启动杆(7)、空心轴(9)、行星轮组(10)等组成，该机构设置在支架板(3)和盖板(2)之间；空心轴(9)外固定棘轮(5)，并活套行星轮组(10)。
8.根据权利要求1或2所述的全自动发条弹簧启动器，其特征在于：所述释能机构的单向转动件为棘轮(5)，所述棘轮(5)受固定在盖板(2)上的棘爪约束锁定。
9.根据权利要求1或2所述的全自动发条弹簧启动器，其特征在于：所述空心轴(9)内装有启动杆(7)、钢球(4)、碟簧(6)；所述行星轮组(10)的轴上和空心轴(9)上设有钢球(4)的锁定孔，碟簧(6)顶压住启动杆(7)，从而构成可将行星轮组(10)通过钢球(4)锁定在空心轴(9)上离合机构。
10.根据权利要求1或2所述的全自动发条弹簧启动器，其特征在于：所述输出机构由棘轮(16)、主轴(21)、发条弹簧心轴(22)、发条弹簧(23)、柴油机启动轴(20)等组成；所述棘轮(16)固定在主轴(21)上，与安装在内齿轮(17)上的棘爪啮合。
11.根据权利要求11所述的全自动发条弹簧启动器，其特征在于：所述主轴(21)与柴油机启动轴(20)通过钢球(19)锁定约束连接。
12.根据权利要求1或2所述的全自动发条弹簧启动器，其特征在于：所述上弦机构中的自动离合机构由钢球(12)、拨叉(13)、信号转盘(15)内齿轮(17)等组成，所述信号转盘(15)通过内螺纹与内齿轮(17)外圆上的外螺纹螺旋联接，并受设置在外壳(1)上的两根导轨(25)的约束；所述钢球(12)安装在拨叉(13)的钢球孔中，并楔入主轴(21)上的钢球槽上；所述拨叉(13)的外圆一端与信号转盘(15)接触，另一端抵靠在压簧(26)上，所述钢球(12)上端与小齿轮(14)心轴孔上键槽啮合。
13.根据权利要求1或2所述的全自动发条弹簧启动器，其特征在于：还包括分离机构，该机构主要由压杆(11)、碟簧(18)、钢球(19)、柴油机启动轴(20)、主轴(21)构成，所述主轴(21)是根空心轴，内装有压杆(11)，端头顶靠在碟簧(18)上，启动轴(20)与压杆(11)之间装有钢球(19)离合机构。
14.根据权利要求1所述的全自动发条弹簧启动器，其特征在于：还包括手工上弦机构，该机构由拨叉(27)、行星轮组(10)中一个齿轮和一个压簧组成；所述行星轮组(10)中两个齿轮用两个齿形啮合的套管套在空心轴(9)上。
15.根据权利要求1所述的全自动发条弹簧启动器，其特征在于：所述外壳(1)为单箱体圆筒式结构。
16、根据权利要求1所述的全自动发条弹簧启动器，其特征在于：所述外壳(1)为单箱体方形结构。
17、根据权利要求15、16所述的全自动发条弹簧启动器，其特征在于：外壳(1)改用外壳支架代替，外壳用薄板拉伸件与外壳支架固联。
18.根据权利要求1或2所述的全自动发条弹簧启动器，其特征在于：所述上弦机构中的自动离合机构由钢球(12)、拨叉(13)、信号转盘(15)内齿轮(17)等组成，所述信号转盘(15)通过内螺纹与中心轮(24)的外螺纹旋合连接，该中心轮(24)与内齿轮(17)的端面固连，并受设置在外壳(1)中部的小齿轮(14)固定壳罩上的两根导轨(25)的约束。
19.根据权利要求1所述的全自动发条弹簧启动器，其特征在于：使用时设置在柴油机飞轮一侧的皮带轮内，所述棘轮(5)和棘轮(16)反向安装。
20.根据权利要求13所述的全自动发条弹簧启动器，其特征在于：底座安装在柴油机的油箱位置上，驱动轴(20)上固连一个链轮，通过链条与主轴(21)上的链轮相连，主轴(21)上的链轮内孔上设有与主轴(21)上的钢球(19)相对应钢球孔。
21.根据权利要求13所述的全自动发条弹簧启动器，其特征在于：底座安装在农用车的车架位置上，所述分离机构的主轴(21)为实心轴，在主轴(21)的顶端和启动轴(20)之间装有可操纵的牙嵌啮合式离合器。
22.根据权利要求19所述的全自动发条弹簧启动器，其特征在于：底座安装在农用车的车架位置上，所述分离机构的主轴(21)为根实心轴，在主轴(21)的顶端与柴油机飞轮一侧的皮带轮之间，装有可操纵的牙嵌啮合式离合器。
23.根据权利要求9所述的全自动发条弹簧启动器，其特征在于：所述碟簧用圆柱螺旋弹簧取代。
24.根据权利要求11所述的全自动发条弹簧启动器，其特征在于：所述棘轮(16)用超越离合器取代，超越离合器设置在主轴(21)上，装配在发条弹簧心轴(22)上，约束主轴(21)单向转动。
25.根据权利要求1所述的全自动发条弹簧启动器，其特征在于：所述单向转动件为单向滚针轴承。
26.根据权利要求7或12所述的全自动发条弹簧启动器，其特征在于：所述钢球用销轴取代。
27.根据权利要求1所述的全自动发条弹簧启动器，其特征在于：所述减速传动机构为摆线针轮减速机构、槽轮减速机构、少齿差行星齿轮减速机构、滚子活齿行星减速机构或偏心轮减速机构。
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2002
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