CN1703592A - 飞轮 - Google Patents

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Abstract

一种飞轮，其中薄板部(3)的中央部分通过间隔地环状布置的多个螺栓(7、7)连接到曲柄轴(1)的端面，所述薄板部(3)具有设在其外周侧的飞轮质量部。在通过以直线连接多个螺栓(7、7)的每个中心限定的大致多边形的、除所述多个螺栓(7、7)的承载面以外的接触区域内，所述板部(3)具有以中空的形式设定为与所述曲柄轴(1)的端面不接触的非接触部(S2)，并且该非接触部(S2)的面积设定为所述接触区域的全部面积的40％～75％。

Description

飞轮
技术领域
本发明涉及一种通过螺栓接合到曲柄轴的端面的飞轮。
背景技术
在现有技术的情况下，内燃机的曲柄轴由于功能上的性质而具有不平衡量，因此为了抵消这种不平衡量，设置配重。然而根据发动机的气缸布置，有时不能抵消在对应发动机转速的某一次数的不平衡量。该惯性力加上来自活塞的爆发力，作为扭转和弯曲力作用在曲柄轴上，由此使曲柄轴自身发生弯曲和扭转。因此，由于在曲柄轴的轴承部上的打击噪音的发生以及在曲柄轴端面的摆动量的增加，有使通过离合器安装在曲柄轴的变速器振动的危险。
因此，增加曲柄轴的刚性以尽可能减小不平衡量，但是要提高曲柄轴的刚性，曲柄轴的轴承的直径必须加大。因此会出现重量增加、由于轴承部的滑动速度增加导致的摩擦损失程度加大、发动机的输出降低等问题。此外，当为了减小不平衡量而增加配重的数量，则会出现曲柄轴尺寸变大。因此会出现对连杆、活塞的定位等产生制约的问题，因此不能使发动机尺寸减小。
因而，现有技术中，以图13以及图14所示的构造构成飞轮，以吸收曲柄轴上发生的弯曲和扭转产生的振动。
其中图13是沿图14的线Y-Y的截面图，请参照附图，在发动机的曲柄轴1的端面的中心部分，一体形成向外突出的圆柱突起1a。该圆柱突起1a插入飞轮2的板部3的中心孔中，板部3通过多个间隔开环状地布置的飞轮安装螺栓7、7连接在曲柄轴1的端面。在板部3的外周，具有离合器衬片面4a的飞轮质量部4由质量部安装螺栓5、5固定。
飞轮2的板部3用薄板制成，为了飞轮安装螺栓7、7的紧固力均等地作用，使用圆形加强件6。板部3夹在该加强件6和曲柄轴1的端面之间，并连接到曲柄轴的端面。
此外，在曲柄轴1的外周，设有用于密封来自发动机内部的润滑油的唇式密封8，并设有用于固定该唇式密封8的唇式密封保持器9。
此外，为了避免与该唇式密封8和唇式密封保持器9的干涉并且高效率地利用空间，板部3在稍稍离开曲柄轴1端面的位置向发动机主体弯曲。
以这种方式，在具有用薄板制成的板部3的飞轮2设计为以该薄板部3吸收曲柄轴1上发生的弯曲和扭转引起的振动。
然而，在曲柄轴1的弯曲和扭转较大的情况下，如图15中所示，由于飞轮质量部4的振幅，应力集中在板部3的离开曲柄轴1的端面的圆周附近，从而在应力集中部分P有板部3被损坏的可能性。
作为解决该问题的对策，如图16中所示，在飞轮质量部4和板部3之间，设置如图17中所示的减振用盘状弹簧10，该减振用盘状弹簧10能够抑制飞轮质量部4的振幅，以减小应力集中。
但是，图16所示的结构出现如下新的问题。即，需要加工飞轮质量部4，以插入减振用盘状弹簧10，因此构成零件的数量增加。此外，组装减振用盘状弹簧10后，在整个飞轮2上的不平衡量增加，从而调整平衡花费时间并且成本提高。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种飞轮，该飞轮能够有效地组装而防止零件数量的增加且能够有效控制飞轮质量部的振动。
为了实现上述目的，根据本发明的第一方面，提供了一种飞轮，在其外周侧设有飞轮质量部的薄板部的中央部分，通过间隔开成环状布置的多个螺栓连接到曲柄轴的端面。在通过以直线连接多个螺栓的每个中心限定的、除所述多个螺栓的承载面以外的大致多边形的接触区域内，所述板部具有设定为与所述曲柄轴的端面不接触的非接触部，并且该非接触部的面积设定为所述接触区域的全部面积的40％～75％。
根据本发明第一方面的飞轮，扩大了板部与曲柄轴的端面之间的载荷波动面积，因此可以抑制板部外周侧的振动和振幅，并获得稳定的振幅衰减效果。
此外，根据基于本发明第一方面的第二方面，提供了一种飞轮，其中在其外周侧设有飞轮质量部的薄板部的中央部分，通过间隔开成环状布置的多个螺栓，被夹紧在加强件和曲柄轴的端面之间且连接到其上。通过以直线连接多个螺栓的每个中心限定的、除所述多个螺栓的承载面以外的大致多边形的接触区域内，所述加强件具有设定为与所述板部不接触的非接触部，并且该非接触部的面积设定为所述接触区域的全部面积的40％～75％。
根据本发明第二方面的飞轮，扩大了板部与加强件之间的载荷波动面积，因此可以抑制板部外周侧的振动和振幅。
根据本发明的第三方面，所述板部设有与所述曲柄轴的端面不接触的非接触部。
根据本发明第三方面的飞轮，扩大了板部与曲柄轴的端面之间，以及加强件与板部之间的载荷波动面积，因此可以抑制板部外周侧的振动和振幅，并获得稳定的振幅衰减效果。
在阅读对如下的附图中示出的优选实施例的详细说明之后，本发明的其它有利的特征将显而易见。
附图说明
图1是根据第一实施例的用于飞轮的板部的安装状态的主要部分的断面图(与沿图14中的Y-Y线的断面图中的主要部分相应)。
图2是图1的飞轮安装螺栓的布置的侧视图。
图3是板部的安装状态的主要部分的断面示意图(与沿图14中的X-X线的断面图相应)。
图4是根据第二实施例的用于飞轮的板部的安装状态的主要部分的断面图(与沿图14的Y-Y线的断面图中的主要部分相应)。
图5是根据第三实施例的用于飞轮的板部的安装状态的主要部分的断面图(与沿图14的Y-Y线的断面图中的主要部分相应)。
图6是在非接触部变形为花瓣状的情况下飞轮安装螺栓的布置的侧视图。
图7是示出非接触部与接触区域的整个面积的面积比和振幅衰减系数的关系的曲线图。
图8是板部和曲柄轴之间的接触面的表面粗超度的放大图。
图9是由于负载而出现塑性流动，从而在表面形成弹性回复球的放大图。
图10是弹性回复球的放大图。
图11是说明在负荷变化(增加的负荷)作用下在弹性回复球的外周周围发生滑动的示意图。
图12是说明在负荷变化(减小的负荷)作用下在弹性回复球的外周周围发生滑动的示意视图。
图13是现有技术的飞轮安装状态的断面图(沿图14中的Y-Y线的断面图)。
图14是图13的侧面结构视图。
图15是在板部的外周设置的飞轮质量部的振动振幅状态的示意图。
图16是设有现有技术的减振盘状弹簧的飞轮的安装状态的断面结构图。
图17是减振盘状弹簧的立体图。
图18是现有技术的板部的安装状态的主要部分的示意断面图(沿图14的X-X线的断面图)。
具体实施方式
下面根据附图描述本发明的实施例。
图1示出了根据第一实施例的飞轮的安装结构，且与沿图14中的线Y-Y的断面图的主要部分相应。
飞轮2由板部3构成，飞轮质量部4由螺栓5安装在板部3的外周侧。板部3由大约6毫米厚的板形成。在该实施例中，通过多个飞轮安装螺栓7，7将板部3连接到曲柄轴1的端面上且不使用加强件6。
在曲柄轴1的端面中心部，设置圆柱状突起部1a，该圆柱状突起部1a配合到形成在板部3中心的中心孔3a中。在板部3的中心孔3a的外周侧，六个螺栓孔3b、3b通过板部形成并以预定间隔环状地布置，以允许螺栓7配合通过。
从外侧将飞轮安装螺栓7插入各螺栓孔3b内，并将各个飞轮安装螺栓7紧固在曲柄轴1的端面中。通过多个飞轮安装螺栓7、7，飞轮2的板部3连接到曲柄轴1的端面。
在板部3的后侧的中心部，即在将与曲柄轴1的端面连接的面内，形成中空形式的非接触部S2。非接触部S2的中空部分的深度设定为0.5毫米。
因此，在板部3连接到曲柄轴1的端面的状态下，非接触部S2被设定为浮起以便不接触曲柄轴1的端面。
在本实施例中，如图2中所示，飞轮安装螺栓7、7支撑面之间的距离L设定为7毫米或更大。以7毫米或更大的间隔环状地布置多个飞轮安装螺栓7、7。当这些飞轮安装螺栓7、7的中心彼此连接，则形成六角形。此外，当从该六角形区域除去各个飞轮安装螺栓7的支撑面时，形成接触区域S1，接触区域S1具有大致六角形结构。在接触区域S1内，非接触部S2形成为具有直径D1的圆形结构。
非接触部S2的面积设定为接触区域S1的全部面积的40％～75％，所述接触区域S1为大致六角形且通过连接飞轮安装螺栓7、7的中心、除去多个飞轮安装螺栓7的各个支撑面形成。
图7示出了实测结果。
如图7所示，随着非接触部S2与接触区域S1的面积比增加，飞轮质量部4的振幅衰减率急剧减小直到面积比达到40％，在面积比为40％时振幅衰减率约为0.3。直到比积比为70％，振幅衰减率稳定到0.3或更低。面积比超过75％，振幅衰减率急剧下降。
根据该实测结果，非接触区域S2与全部接触区域S1的面积比设定在40％～75％的范围内，在该范围内飞轮质量部4的振幅的衰减效果较大并且稳定。
可以想象，产生这种振幅衰减效果的原因是，由于在板部3的后侧以中空形式形成非接触部S2，因此，对应振幅波动的负荷波动面积增大。
即，在现有技术的构造中，如图18(沿图14的X-X线的断面图)所示，因为板部3保持与曲柄轴1端面的整个区域面接触，因此对应于飞轮质量部4的振幅波动的板部3的变形部位，即负荷波动区域E较窄。另一方面，在本实施例中，如图3(相应于沿图14的X-X线的断面图)所示，由于形成非接触区域S2，因此板部3不与曲柄轴1的端面的整个区域保持面接触。由此对应于飞轮质量部4的振幅波动的板部3的变形区域加宽，从而与现有技术相比，负荷波动区域E增大。
在负荷波动区域E内，曲柄轴1的端面与板部3的接触面之间的微小相对位移产生摩擦力，由该摩擦力，可得到飞轮质量部4的振幅衰减效果。即，因为与现有技术相比负荷波动区域E变大，因此可以想象与现有技术相比能够有效地抑制振幅。
即，如图8中所示，板部3的表面与曲柄轴1的端面的都是通过压力加工和烧结等的加工面或粗糙面，并且不可避免地具有表面粗糙度。当通过用飞轮安装螺栓7、7紧固而所述两面被彼此压靠时，构成表面粗糙度的突起部101、101的末端被压扁并且通过塑性流动而扩散到周围，从而成为塑性流动部102、102。塑性流动部102、102通过弹性回复成如图9中所示的不同半径R1、R2、R3、R4、R5、R6的多个弹性回复球103、103。在板部3压靠曲柄轴1的端面的区域内，弹性回复球103、103彼此接触。
以下将结合图10的放大图说明其中一个弹性回复球103。
在弹性回复球103中，接触区域(直径2ai的圆)稳固地固定，但是直径2bi的外部环状区域104当被载荷推压时向外侧弹性变形。
如果在这种状态下载荷发生变化，没有固定并向外侧弹性变形的区域变化，从而在该区域与内侧接触区域之间产生相对位移。因此，由于弹性变形而在表面之间发生滑动并在这里产生摩擦力，从而力沿防止弹性变形的方向作用。
图11示出了根据飞轮质量部4的振幅，载荷已经增加的情况。直径2ai的接触区域扩大到直径2a′i，而直径2bi的环状区域104扩大到直径2b′i，并且这些区域向外侧弹性变形。
相反，如图12中所示，在载荷根据振幅已经减小的情况下，直径2ai的接触区域缩小到直径2a″i，而直径2bi的环状区域104缩小到直径2b″i。
以这种方式，根据振幅引起的载荷波动，摩擦力作用在表面之间，力沿防止载荷波动的方向作用。由此，可以获得阻尼振动，即控制板部3的外周侧的振动和振幅的效果。此外，能够降低曲柄轴1的端面附近的板部3的应力集中区域P的应力。
即，根据该实施例，非接触部S2形成在板部3中，从而板部3和曲柄轴1的端面之间载荷波动区域E可以增加。结果，由这些表面之间的微小相对位移引起的摩擦力，获得飞轮质量部4的振幅衰减效果。
其次，图4示出了第二个实施例。
在图14中，板部3由厚度为2.9毫米的薄板构成，并且板部3由3.2毫米厚度的加强件5覆盖，以通过紧固螺栓7、7连接到曲柄轴1的端面。
根据该实施例，加强件6的后面，即与板部3接触的面的中央部分以中空形式形成非接触部S2。
即，该非接触部S2是加强件6不与板部3接触的部分。该非接触部S2的面积设定为如上述图2中所示的接触区域S1的全部面积的40％～75％。
因此，在图4中，通过增加加强件6和板部3之间的载荷波动面积E，可以降低板部3的外周侧的振动和振幅。
此外，图5示出了第三个实施例。在图5中，板部3被夹紧在加强件6和曲柄轴1的端面之间。该板部3的厚度为2.9毫米，而加强件的厚度为3.2毫米。
在该实施例中，在板部3的背面，即朝向曲柄轴1的端面的表面中，以中空的形式形成非接触部S2。此外，在加强件6的背面，即与板部3接触的面中，以中空的形式形成另一个非接触部S2。
以这种方式，在板部3和加强件6分别设有非接触部S2、S2，以便能够更有效地扩大载荷波动面积E。结果，能够降低板部3的外周的振动和振幅。
此外，如图6中所示，非接触部S2可以形成为诸如花瓣状等的非圆形的形状。非接触部S2的面积设定为接触区域S1的全部面积的40％～75％，接触区域S1为大致多边形且通过连接多个螺栓的每个中心形成且不包括多个螺栓7、7的承载面。由此，通过有效地扩大载荷波动面积E，可以降低板部3的外周侧的振动和振幅。

Claims (3)

1、一种飞轮，其中薄板部的中央部分通过间隔地环状设置的多个螺栓连接到曲柄轴的端面，所述薄板部具有设在其外周侧的飞轮质量部，其特征在于，在通过以直线连接多个螺栓的每个中心限定的大体多边形的、除所述多个螺栓的承载面以外的接触区域内，所述板部具有设定为与所述曲柄轴的端面不接触的非接触部，并且该非接触部的面积设定为所述接触区域的全部面积的40％～75％。
2、一种飞轮，其中薄板部的中央部分通过间隔地环状设置的多个螺栓被夹紧在加强件和曲柄轴的端面之间且与它们连接，所述薄板部具有设在其外周侧的飞轮质量部，其特征在于，在通过以直线连接多个螺栓的每个中心限定的大体多边形的、除所述多个螺栓的承载面以外的接触区域内，所述加强件具有设定为与所述板部不接触的非接触部，并且所述非接触部的面积设定为所述接触区域的全部面积的40％～75％。
3、根据权利要求2所述的飞轮，其特征在于，所述板部设有不与所述曲柄轴的端面接触的非接触部。
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