CN209800621U - 一种自动调整转动惯量的可变惯性弹簧飞轮 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种自动调整转动惯量的可变惯性弹簧飞轮，包括飞轮轴、固定盘、飞轮片、连接弹簧，所述固定盘与飞轮轴同轴固定连接，所述固定盘上沿周向均布有至少两片飞轮片，所述飞轮片与固定盘径向滑动连接，所述连接弹簧的两端分别与相邻的飞轮片固定连接。本实用新型的飞轮拆装、搬运容易，飞轮片在低速时由于连接弹簧的限制而难以外移，从而能够保持较低的转动惯量，而高速时由于离心力克服连接弹簧的限制而外移，从而能够获得较高的转动惯量，具有启动力小、储能强的特点；各独立移动的飞轮片在离心力及连接弹簧的阻力作用下，能够自动感应飞轮的质量不均及输入、输出端的扭矩波动而自动调节，从而减少非正常振动及扭矩波动。

Description

一种自动调整转动惯量的可变惯性弹簧飞轮

技术领域

本实用新型属于储能机械技术领域，具体涉及一种结构简单、启动力小、储能强、自纠偏、能减弱扭矩波动的自动调整转动惯量的可变惯性弹簧飞轮。

背景技术

飞轮（flying wheel）是一种转动惯量很大的盘形零件，其功用是将发动机、压力机等动力机械做功时产生的一部分能量贮存起来，用以克服其它辅助冲程或承受工作负荷时的阻力，使曲轴均匀旋转或减小动力机械的输出功率，其作用如同一个能量存储器。飞轮作为能量存储器的能力一般通过转动惯量来表示，转动惯量越大，储能越多，但较大的转动惯量又会造成动力机械不容易启动。因此，传统一体式的盘形飞轮不仅难以兼顾易启动和大的转动惯量，而且由于体积重、圆径大，难以做到便捷的搬运和组装。此外，一体式的飞轮在使用过程中因磨损或撞击会产生质量分布不均，进而使得飞轮会在转动过程中产生不平衡的离心力，将使得整个飞轮产生不平衡的应力和异常振动，造成所连接机械工作精度和可靠性下降、疲劳磨损以及噪声增加。

另外，在飞轮利用较为广泛的发动机中，由于内燃机操作循环的每个动力冲程期间扭矩并不恒定地但周期性地递送而造成扭矩波动。扭矩波动可能会造成发动机附近的部件出现诸如：应力增加及磨损增加、剧烈震动的问题。现有技术中的一体式飞轮无法解决扭矩波动的问题，为了减轻这些问题的影响，一般采用双质量飞轮来补偿扭矩波动。由于扭矩波动主要以二阶发生，因此双质量飞轮一般是具有内部凸轮轮廓的双质量离心摆，因凸轮表面通常是非圆形轮廓，凸轮表面在发动机输出轴上生成可变扭矩，而生成的扭矩向发动机输出轴施加从而抵消发动机生成的扭矩波动。现有技术中的用双质量飞轮虽然能够解决扭矩波动的问题，但也存在需要非圆形轮廓的凸轮及附属结构，不尽结构复杂、成本较高，而且可靠性相对较低。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术存在的问题及不足，提供了一种结构简单、启动力小、储能强、自纠偏、能减弱扭矩波动的自动调整转动惯量的可变惯性弹簧飞轮。

本实用新型之自动调整转动惯量的可变惯性弹簧飞轮是这样实现的：包括高飞轮轴、固定盘、飞轮片、连接弹簧，所述固定盘与飞轮轴同轴固定连接，所述固定盘上沿周向均布有至少两片飞轮片，所述飞轮片与固定盘径向滑动连接，所述连接弹簧的两端分别与相邻的飞轮片固定连接。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型将整体式飞轮拆分为多片独立的飞轮片，然后以固定盘滑动连接形成一个具有储能功能的完整飞轮，解决了传统一体式飞轮因体积重、圆径大而拆装及搬运不易的难题。

2、本实用新型的相邻飞轮片间通过连接弹簧连接，飞轮片在低速时由于连接弹簧的限制而难以外移，从而能够保持较低的转动惯量，而高速时由于离心力克服连接弹簧的限制而外移，从而能够获得较高的转动惯量，具有启动力小、储能强的特点。

3、本实用新型各可独立滑动的飞轮片在转动时能够径向移动，从而自动感应飞轮的质量分布不均，在离心力及连接弹簧的阻力共同作用能够自动调节质量不均，校准飞轮质量分布，使飞轮始终处于平衡状态，减少装置的非正常振动，从而增加其连接机械的工作精度与使用寿命以及减低设备的噪声。

4、本实用新型各可独立滑动的飞轮片在离心力及连接弹簧的阻力共同作用下，能够自动变化飞轮的惯性，从而动态地适应扭矩波动的振幅和相位，达到减少扭矩波动的目的。

5、本实用新型通过固定盘内固定座与连接座的弹性轴向连接，飞轮片能够随连接座轴向移动，从而补偿连接到飞轮上的其它机械组件的变形，达到减轻轴向振动的目的。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为图1之旋转剖视图之一；

图3为图1之旋转剖视图之二；

图中：1-飞轮轴，2-固定盘，201-腰子孔，202-导向杆，203-固定座，204-连接座，205-弹性件，206-螺钉Ⅱ，207-凹陷部，208-连接通孔，209-螺孔，3-飞轮片，301-凸起部，302-导向孔，303-螺钉Ⅰ，4-连接弹簧，5-键。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明，但不以任何方式对本实用新型加以限制，基于本实用新型教导所作的任何变更或改进，均属于本实用新型的保护范围。

如图1、2及3所示，本实用新型包括飞轮轴1、固定盘2、飞轮片3、连接弹簧4，所述固定盘2与飞轮轴1同轴固定连接，所述固定盘2上沿周向均布有至少两片飞轮片3，所述飞轮片3与固定盘2径向滑动连接，所述连接弹簧4的两端分别与相邻的飞轮片3固定连接。

如图2所示，所述固定盘2沿周向均布有与飞轮片3数量对应且径向延伸的腰子孔201，所述飞轮片3的一端设置有与腰子孔201滑动配合的凸起部301，所述飞轮片3通过凸起部301嵌入腰子孔201与固定盘2径向滑动连接。

所述凸起部301呈方形且与飞轮片3的质量中心线对称，或者飞轮片3沿质量中心线设置有至少两个圆形或弧形的凸起部301。

所述腰子孔201为“T”形槽或通孔，所述凸起部301截面呈“T”形结构。

如图3所示，所述固定盘2的一端或外圆周沿周向均布固定有与飞轮片3数量对应且径向延伸的导向杆202，所述飞轮片3上设置有与导向杆202滑动配合的导向孔302，所述飞轮片3通过导向杆202穿过导向孔302与固定盘2径向滑动连接。

所述连接弹簧4为螺旋拉伸弹簧或弧形弹簧，所述弧形弹簧的弧形面开口面向飞轮轴1。

所述飞轮片3近两侧面固定设置有固定点，所述弧形弹簧的两端分别与相邻两飞轮片3的非相邻固定点固定连接。

所述连接弹簧4的两端设置有挂钩，所述飞轮片3设置有挂钩孔，所述连接弹簧4通过挂钩与挂钩孔的配合与飞轮片3固定连接；或者连接弹簧4的两端通过螺钉Ⅰ303与飞轮片3固定连接。

如图3所示，所述固定盘2包括固定座203、连接座204、弹性件205、螺钉Ⅱ206，所述固定座203与飞轮轴1固定连接，所述连接座204与飞轮轴1同轴且与固定座203通过螺钉Ⅱ206浮动连接，所述连接座204与固定座203相邻端面之间设置有弹性件205，所述飞轮片3与连接座204径向滑动连接。

所述固定座203面向连接座204的一端设置有容纳弹性件205的凹陷部207，所述固定座203设置有连接通孔208，所述连接座204面向固定座203的一端还设置有螺孔209，所述螺钉Ⅱ206的连接部穿过连接通孔208与螺孔209螺纹配合连接。

所述连接座204与飞轮轴1通过键5连接。

本实用新型工作原理及工作过程：

本实用新型将整体式飞轮拆分为多片独立的飞轮片，然后以固定盘滑动连接形成一个具有储能功能的完整飞轮，解决了传统一体式飞轮因体积重、圆径大而拆装及搬运不易的难题；相邻飞轮片间通过连接弹簧连接，飞轮片在低速时由于连接弹簧的限制而难以外移，从而能够保持较低的转动惯量，而高速时由于离心力克服连接弹簧的限制而外移，从而能够获得较高的转动惯量，具有启动力小、储能强的特点；各可独立滑动的飞轮片在转动时能够径向移动，从而自动感应飞轮的质量分布不均，在离心力及连接弹簧的阻力共同作用能够自动调节质量不均，校准飞轮质量分布，使飞轮始终处于平衡状态，减少装置的非正常振动，从而增加其连接机械的工作精度与使用寿命以及减低设备的噪声；各可独立滑动的飞轮片在离心力及连接弹簧的阻力共同作用下，能够自动变化飞轮的惯性，从而动态地适应扭矩波动的振幅和相位，达到减少扭矩波动的目的。进一步，飞轮片通过凸起部嵌入与固定盘的腰子孔实现径向滑动连接，使得飞轮片与固定盘的连接不仅紧凑，而且连接可靠、滑动导向性好。进一步，飞轮片通过导向杆穿过固定盘上的导向孔实现径向滑动连接，不仅固定盘可有效减重而进一步减低启动力，而且导向杆结构也便于与固定盘拆卸和组装，运输较为方便，导向杆与导向孔的配合形式也使得连接更加可靠、导向性较好。更进一步，弧形弹簧的两端分别与相邻两飞轮片的非相邻固定点固定连接，通过跨接的形式能够以相邻两侧的飞轮片来有效抑制质量分布不均的问题，同时也能增长弧形弹簧的长度，从而既能增大弧形弹簧的势能而提高应对质量分布不均及扭矩波动的能力，而且也能增大转动惯量的可变范围，从而提高飞轮的低启动力和高储能的适应能力。更进一步，连接弹簧通过挂钩或螺钉与飞轮片固定连接，能够在保证连接可靠性的情况下提高连接弹簧的拆装便捷性。再进一步，通过固定盘内固定座与连接座的弹性轴向连接，飞轮片能够随连接座轴向移动，从而补偿连接到飞轮上的其它机械组件的变形，达到减轻轴向振动的目的。综上所述，本实用新型具有结构简单、启动力小、储能强、自纠偏、能减弱扭矩波动的特点。

如图1和图3所示，以发动机飞轮为例，发动机启动后，飞轮轴1在发动机的曲轴转动的同时进行转动，当车遇到阻力时，飞轮片3的离心力大于弹性件5的拉力，飞轮片3还沿固定盘2的导向杆202向外滑动，此时，飞轮的离心力和惯性在多个飞轮片3的作用下增大，传递给变速器的扭矩也增大，使飞轮释放的能量增大。同时，飞轮片3在随固定盘2转动时产生的离心力及弧形弹簧205的共同作用下，可以自动感应飞轮质量不均和扭矩波动，从而自动个别调整飞轮片3的位置，从而校准飞轮质量分布及削弱扭矩波动，使飞轮始终处于平衡状态和发动机及变速器运转平稳，达到减少发动机及变速器的非正常振动及减小噪声。另外，通过固定盘2上的固定座203与连接座204间的弹性轴向连接，飞轮片3能够随连接座204轴向移动并通过键5由飞轮轴1驱动旋转，弹性轴向连接能够通过飞轮片3的轴向移动来补偿连接到飞轮上的发动机及变速器组件变形引起的轴向串动，达到减轻轴向振动的目的。

Claims (10)

1.一种自动调整转动惯量的可变惯性弹簧飞轮，其特征在于包括飞轮轴（1）、固定盘（2）、飞轮片（3）、连接弹簧（4），所述固定盘（2）与飞轮轴（1）同轴固定连接，所述固定盘（2）上沿周向均布有至少两片飞轮片（3），所述飞轮片（3）与固定盘（2）径向滑动连接，所述连接弹簧（4）的两端分别与相邻的飞轮片（3）固定连接。

2.根据权利要求1所述自动调整转动惯量的可变惯性弹簧飞轮，其特征在于所述固定盘（2）沿周向均布有与飞轮片（3）数量对应且径向延伸的腰子孔（201），所述飞轮片（3）的一端设置有与腰子孔（201）滑动配合的凸起部（301），所述飞轮片（3）通过凸起部（301）嵌入腰子孔（201）与固定盘（2）径向滑动连接。

3.根据权利要求2所述自动调整转动惯量的可变惯性弹簧飞轮，其特征在于所述凸起部（301）呈方形且与飞轮片（3）的质量中心线对称，或者飞轮片（3）沿质量中心线设置有至少两个圆形或弧形的凸起部（301）。

4.根据权利要求1所述自动调整转动惯量的可变惯性弹簧飞轮，其特征在于所述固定盘（2）的一端或外圆周沿周向均布固定有与飞轮片（3）数量对应且径向延伸的导向杆（202），所述飞轮片（3）上设置有与导向杆（202）滑动配合的导向孔（302），所述飞轮片（3）通过导向杆（202）穿过导向孔（302）与固定盘（2）径向滑动连接。

5.根据权利要求2、3或4所述自动调整转动惯量的可变惯性弹簧飞轮，其特征在于所述连接弹簧（4）为螺旋拉伸弹簧或弧形弹簧，所述弧形弹簧的弧形面开口面向飞轮轴（1）。

6.根据权利要求5所述自动调整转动惯量的可变惯性弹簧飞轮，其特征在于所述飞轮片（3）近两侧面固定设置有固定点，所述弧形弹簧的两端分别与相邻两飞轮片（3）的非相邻固定点固定连接。

7.根据权利要求5所述自动调整转动惯量的可变惯性弹簧飞轮，其特征在于所述连接弹簧（4）的两端设置有挂钩，所述飞轮片（3）设置有挂钩孔，所述连接弹簧（4）通过挂钩与挂钩孔的配合与飞轮片（3）固定连接；或者连接弹簧（4）的两端通过螺钉Ⅰ（303）与飞轮片（3）固定连接。

8.根据权利要求5所述自动调整转动惯量的可变惯性弹簧飞轮，其特征在于所述固定盘（2）包括固定座（203）、连接座（204）、弹性件（205）、螺钉Ⅱ（206），所述固定座（203）与飞轮轴（1）固定连接，所述连接座（204）与飞轮轴（1）同轴且与固定座（203）通过螺钉Ⅱ（206）浮动连接，所述连接座（204）与固定座（203）相邻端面之间设置有弹性件（205），所述飞轮片（3）与连接座（204）径向滑动连接。

9.根据权利要求8所述自动调整转动惯量的可变惯性弹簧飞轮，其特征在于所述固定座（203）面向连接座（204）的一端设置有容纳弹性件（205）的凹陷部（207），所述固定座（203）设置有连接通孔（208），所述连接座（204）面向固定座（203）的一端还设置有螺孔（209），所述螺钉Ⅱ（206）的连接部穿过连接通孔（208）与螺孔（209）螺纹配合连接。

10.根据权利要求8所述自动调整转动惯量的可变惯性弹簧飞轮，其特征在于所述连接座（204）与飞轮轴（1）通过键（5）连接。