CN201802813U - 飞轮装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种飞轮装置，包括飞轮轴以及设置在飞轮轴上的多个飞轮，所述飞轮轴的中部设置有连接板，飞轮轴上设有多个轴肩，这些轴肩分布于连接板的两侧，靠近连接板的轴肩的外径到远离连接板的最后一个轴肩的外径依次减小，各个飞轮周向固定在飞轮轴上并通过轴肩轴向限位，所述飞轮轴为采用42CrMo制成的飞轮轴。本实用新型的飞轮结构适当，并且强度、韧性均到到提高的飞轮装置。

Description

飞轮装置

技术领域

本实用新型涉及发动机技术领域，特别涉及一种发动机中的飞轮装置。

背景技术

原有的一般发动机，通常飞轮通过几颗螺栓直接安装在发动机曲轴后端，由于发动机曲轴存在回转不均匀性，为了限制回转个均匀性系数，设计时一般装设飞轮，因此，发动机上装设飞轮的根本目的就在于限制回转不均匀性系数。由于飞轮转动时其产生很大的惯量，对于现阶段使用的飞轮而言，由于飞轮自身的结构设计不适当，飞轮工作时在惯量的作用下使其平衡性受到影响，致使其限制回转不均匀性系数的作用明显降低，并且飞轮自身的惯量对飞轮轴的使用寿命产生很大影响。

发明内容

针对上述技术问题，本实用新型的目的提供一种结构适当，并且强度、韧性均到到提高的飞轮装置。

实现本实用新型的技术方案如下：

飞轮装置，包括飞轮轴以及设置在飞轮轴上的多个飞轮，所述飞轮轴的中部设置有连接板，飞轮轴上设有多个轴肩，这些轴肩分布于连接板的两侧，靠近连接板的轴肩的外径到远离连接板的最后一个轴肩的外径依次减小，各个飞轮周向固定在飞轮轴上并通过轴肩轴向限位，所述飞轮轴为采用42CrMo制成的飞轮轴。

采用了上述方案，将飞轮以上述方布均布在飞轮轴上，有利于保证其平衡性性能，致使其保持限制回转不均匀性系数的作用。另外，飞轮轴为采用42CrMo制成的飞轮轴。飞轮轴6整体采用锻造成型调质处理。此材料强度、淬透性高，韧性好，淬火时变形小，高温时有高的蠕变强度和持久强度，常用于制造强度要求高和调质截面大的锻件。

材料的抗拉强度，由于截面尺寸最大处为φ500mm，则：

抗拉强度σ_b＝690MPa屈服点σ_s＝460MPa

弯曲疲劳极限σ_-1≈0.27(σ_b+σ_s)＝0.27×(690+460)＝310.5MPa

扭转疲劳极限τ_-1＝0.156(σ_b+σ_s)＝0.156×(690+460)＝179.4MPa

通过上述的数据可以得出，本实用新型的飞轮轴的强度和韧性均得到提高。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为图1的分解示意图；

图3为飞轮轴的受力示意图；

图4为飞轮轴的弯矩示意图；

图5为飞轮轴的扭矩示意图；

附图中，1为测功连接法兰，2为六角头螺栓，5为平键，6为飞轮轴，7为螺栓，8为轴肩，10为飞轮，12为连接板，13为扭矩仪联接法兰。

具体实施方式

参照图1和图2，本实用新型的飞轮装置。包括飞轮轴6以及设置在飞轮轴上的多个飞轮10。飞轮轴的中部固定有连接板12，连接板与飞轮轴通过锻造的方式一体成型，这样的飞轮轴具有强度好优点。飞轮轴6为采用42CrMo制成的飞轮轴，此材料强度、淬透性高，韧性好，淬火时变形小，高温时有高的蠕变强度和持久强度，常用于制造强度要求高和调质截面大的锻件。飞轮轴上设有多个轴肩8，这些轴肩分布于连接板12的左侧和右侧，靠近连接板的轴肩的外径到远离连接板的最后一个轴肩的外径依次减小，各个飞轮周向固定在飞轮轴上并通过轴肩轴向限位。位于连接板12的同一侧的相邻飞轮10之间通过第一连接装置连接，该第一连接装置包括螺栓7以及套在螺栓上的弹簧垫圈和平垫圈。本实用新型中，当弹簧垫圈和平垫圈损坏后进行更换时，由于飞轮整体加工结束后做过动平衡试验，所以在更换时必须要考虑到弹簧垫圈或平垫圈的重量必须与原弹簧垫圈或平垫圈重量相差不得超过3g，更换时可参考其他垫圈的重量。同时螺栓与螺栓孔都有标记，必须把飞轮螺栓放入相应的螺栓孔。与连接板12两侧紧靠的飞轮通过第二连接装置分别与连接板连接。第二连接装置的结构与第一连接装置的结构相同，其装配或更提零件的限制条件也相同。飞轮轴6的一端连接有测功连接法兰1，飞轮轴6的另一端连接有扭矩仪联接法兰13。测功连接法兰1通过平键5与飞轮轴6周向固定。所述测功连接法兰通过六角头螺栓2紧固在飞轮轴6上，六角头螺栓2上依次套有弹簧垫圈和平垫圈。扭矩仪联接法兰13通过平键与飞轮轴6形成周向连接。

下面对飞轮轴的弯矩和扭矩进行计算：

1.初步确定飞轮轴轴端的直径：

由于载荷不平稳，中心受到弯矩的作用，转速较高，无轴向载荷，则根据如下表格：

选取A＝112

由于Tmax＝1500Nm则

$d=A\left(\sqrt[3]{\frac{T}{9550}}\right)=112\×\left(\sqrt[3]{\frac{1500}{9550}}\right)=60.42\mathrm{mm}$

考虑到联接端有键槽，则轴径应增大4％～5％

D＝d×1.05＝63.441mm

D取整65mm

为提高可靠性轴径取80mm

2.参照图3至图5，计算支撑反力、弯矩及扭矩：

由于轴只受由重力引起的垂直力，以及扭矩将原图简化为受的说有力作用于中心位置

①支撑反力

②弯矩Fa＝8462.3N；Fb＝8462.3N；Fc＝16924.6N(见图3)

③扭矩轴传递最大扭矩为T＝1500Nm(见图5)

作用点	垂直面
		中间处C	Mc＝8462.3×0.5545＝4692.35Nm

经过上述计算(结合图4)可以得出：M_Ⅰ＝363.88Nm，M_Ⅱ＝1717.85Nm，M_Ⅲ＝2733.32Nm，M_Ⅳ＝3579.55Nm，M_Ⅴ＝4414.32Nm，M_C＝4692.35Nm。

3.飞轮轴的疲劳强度校核

①确定危险截面

由于飞轮轴采用对称结构设计所以校轴核半边的危险截面

Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ截面(见图1)

②校核危险截面的安全系数(见下表)

考虑到轴的损坏会引起严重事故，Sp值应适当加大

所以Sp＝3

4.飞轮轴的静强度校核(结合图4)

确定危险截面为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ截面

如下表为危险截面计算过程：

Claims (5)

1.飞轮装置，包括飞轮轴以及设置在飞轮轴上的多个飞轮，其特征在于：所述飞轮轴的中部设置有连接板，飞轮轴上设有多个轴肩，这些轴肩分布于连接板的两侧，靠近连接板的轴肩的外径到远离连接板的最后一个轴肩的外径依次减小，各个飞轮周向固定在飞轮轴上并通过轴肩轴向限位，所述飞轮轴为采用42CrMo制成的飞轮轴。

2.根据权利要求1所述的飞轮装置，其特征在于：位于连接板的同一侧的相邻飞轮之间通过第一连接装置连接，与连接板两侧紧靠的飞轮通过第二连接装置分别与连接板连接。

3.根据权利要求2所述的飞轮装置，其特征在于：所述第一连接装置包括螺栓以及套在螺栓上的弹簧垫圈和平垫圈。

4.根据权利要求1所述的飞轮装置，其特征在于：所述飞轮轴的一端连接有测功连接法兰，飞轮轴的另一端连接有扭矩仪联接法兰。

5.根据权利要求4所述的飞轮装置，其特征在于：所述测功连接法兰通过六角头螺栓紧固在飞轮轴上，六角头螺栓上依次套有弹簧垫圈和平垫圈。

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