一种用于小型发电装置的差速器的制造方法

文档序号:10564693阅读:361来源:国知局
一种用于小型发电装置的差速器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于小型发电装置的差速器,位于小型发电装置的摩擦轮和发电机之间,差速器包括由复合材料制成的壳体,壳体内设有动力输入轴、动力输出轴和增速结构,动力输入轴伸出壳体与摩擦轮传动联接,动力输出轴与发电机的电机主轴传动联接,增速结构包括衔接动力输入轴和动力输出轴的从动轴,增速结构还包括设置在动力输入轴上的第一齿轮,设置在从动轴上的第二齿轮和第三齿轮,设置在动力输出轴上的第四齿轮,第一齿轮和第二齿轮啮合,第三齿轮和第四齿轮啮合;第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮和第四齿轮均由合金钢制成。通过以合金钢制成的齿轮为主的增速结构对发电机的电机转动进行增速,且壳体由复合材料制成,结构简单,综合性能好。
【专利说明】
一种用于小型发电装置的差速器
技术领域
[0001]本发明涉及一种发电机技术领域,尤其涉及一种用于小型发电装置的差速器。
【背景技术】
[0002]现今社会,随着人们对于能源的需求的越来越高,能源带来的污染越来越严重,人们开始提倡节能环保,使用绿色能源。一些小型发电装置渐渐进入了人们的生活,如自发电型手表,可随着手臂的摆动发电。现有一种用于非机动车尤其是自行车的小型发电装置,该装置主要是将自行车行走时车轮的动力转化为电力,具体地是自行车车轮转动带动发电装置的发电机转动产生电力。小型发电装置在推广的过程中,需要考虑到制造成本,而且自行车产生的动力较小,其车轮的转速也较小,使得发电机的发电效率较低,需要设置一种结构简单,制造成本低的增速装置来提高发电机的发电效率。

【发明内容】

[0003]本发明要解决的技术问题是:提供一种用于小型发电装置的差速器,该差速器结构简单,制造成本低,可增大发电机的发电效率。
[0004]为了解决所述技术问题,本发明的技术方案:一种用于小型发电装置的差速器,位于小型发电装置的摩擦轮和发电机之间,所述的差速器包括壳体,壳体内设有动力输入轴、动力输出轴和增速结构,所述的动力输入轴伸出壳体与壳体外部的摩擦轮传动联接,所述的动力输出轴与发电机的电机主轴传动联接,所述的增速结构包括衔接动力输入轴和动力输出轴的从动轴,增速结构还包括设置在动力输入轴上的第一齿轮,设置在从动轴上的第二齿轮和第三齿轮,设置在动力输出轴上的第四齿轮,所述的第一齿轮和第二齿轮啮合,第三齿轮和第四齿轮啮合;所述的第一齿轮的直径大于第二齿轮的直径,第三齿轮的直径大于第二齿轮的直径和第四齿轮的直径,所述壳体由复合材料制成,所述的第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮和第四齿轮均由合金钢制成。
[0005]作为优选,所述壳体由复合材料制成,所述的复合材料包括如下的组成成分及其重量份数:
[0006]聚四氟乙烯:40-70份
[0007]聚酰亚胺:10-30份
[0008]磷酸三苯酯:5-20份
[0009]聚碳酸酯:3-15份
[0010]石墨:3-8份
[0011]包膜蒙脱土:20-40份
[0012]纳米碳化钙:2-10份
[0013]硅烷偶联剂:卜5份
[0014]无卤阻燃剂:3-15份。
[0015]本发明通过合理配伍壳体的材料,复配使用聚四氟乙烯、聚酰亚胺、磷酸三苯酯、聚碳酸酯进行改性,同时还添加石墨、包膜蒙脱土、纳米碳化钙等。其中聚碳酸酯具有优异的性能,可以显著提高外壳的耐冲击、耐油、耐酸和耐温范围广的性能,聚酰亚胺因为分子链中含有较多的刚性基团,抗蠕变能力强,具有良好的尺寸稳定性,且耐温达400°C以上,耐骤冷骤热,可长期使用温度范围-200?300°C,利用具有特殊结构的酚酞型聚酰亚胺对聚四氟乙烯进行改性,同时复配添加磷酸三苯酯、聚碳酸酯对聚四氟乙烯进行改性,并与其他组分协同作用,改善了聚四氟乙烯刚性差,易冷流等问题,提高壳体的拉伸强度、拉伸模量、韧性、耐扭转、抗冲击、抗老化、耐低温、耐高温、耐油、耐酸、耐腐蚀、阻燃性能等,进而提高差速器的综合性能。
[0016]作为优选,所述聚四氟乙稀的平均粒径为20-30μηι,体积密度为260-400g/L。
[0017]作为优选,所述的聚碳酸酯由三光气法制得超高分子量聚碳酸酯粉末重均分子量为100000-110000。
[0018]作为优选,所述的包膜蒙脱土通过如下方法制得:将蒙脱土在550-580V下烧结6_8小时,冷却至室温,然后加入相当于其重量6-8%的烷基糖苷、3-4%的丙烯酸甲酯、3-5%的去离子水,超声震荡25-30分钟后,再于70-80°C恒温水浴中搅拌加热25-35分钟,得改性混合液;再在改性混合液中加入相当于其重量8-12%的浓度为30-35%的AlCl3溶液,同时加入适量氨水调节pH值为9-10,搅拌20-25min后,静置3_4小时后,经过滤、洗涤、干燥处理后,在620-640°C烧结3-5小时,自然冷却至室温即得。
[0019]作为优选,所述纳米碳化钙的粒径为20-80nm。进一步优选,所述的纳米碳酸钙为改性纳米碳酸钙,并通过如下方法进行改性:将纳米碳酸钙粉料加入高速捏合机中,加热至80-100°C,加入相当于粉料重量2-3%的钛酸酯偶联剂、4-5%的硬脂酸钠和2-4%的椰子油,在200-300r/min的转速下搅拌10-15min,然后在80-90°C下烘干,粉碎过100-150目筛即可。
[0020]所述壳体材料还包括一些常规的组成成分,如相容剂、抗氧化剂、填料等等,均可选用普通市售的。
[0021]所述的齿轮(包括第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮和第四齿轮)由合金钢制成,所述合金钢的组成成分及其质量百分比为:C:0.3-0.6%、Cu: 2.2-3.0%、Mn: 1.2-1.8%、T1:0.05-0.1% ^Ni:0.006-0.015% ^Mg:0.5-1.2%:0.005-0.008% ^Zr:0.05-0.2% ^Nb:0.1-0.2%、Ta:0.02-0.5%、稀土元素:0.02-0.05%,余量为Fe及不可避免的杂质。
[0022]本发明齿轮由耐磨合金钢制成,具有较高的强度和良好的抗热腐蚀、抗氧化能力、抗疲劳性能、断裂韧性等综合性能。在齿轮耐磨合金钢中C不仅可以稳定奥氏体组织,还能与Zr、Ta、Ti等合金元素形成强碳化物的强化相。另外,合金元素T1、Nb与N具有很强的亲和力,而在铸造过程中,不可避免会带入N,因此,需要合理控制N以及T1、Nb等合金元素,使N与Ti和Nb形成TiN和NNb颗粒,弥散分布在合金中,起到弥散强化的作用,提高钴基高温合金在高温下的应力断裂寿命等性能。但是,N与合金元素形成的TiN等颗粒极难分解,会团簇存在于合金熔体中,在凝固过程中作为核心促进TiC等碳化物的析出与快速长大,块状碳化物阻塞枝晶间的通道,降低合金液的流动性和补缩性,从而会导致合金组织中的显微疏松明显增加以及合金力学性能的降低。因此,合金元素的含量和在铸造过程中带入的N元素的含量都需要严格控制。
[0023]再进一步优选,所述耐磨合金钢的组成成分及其质量百分比为:C:0.4-0.6%、Cu:2.2-2.8% ^Mn:1.4-1.8% ^T1:0.05-0.08% ^N1:0.01-0.015% ^Mg: 0.6-1.0% ^B: 0.005-0.008%、Zr:0.06-0.15%、Nb:0.12-0.18%、Ta:0.05-0.3%、稀土元素:0.02-0.04%,余量为Fe及不可避免的杂质。
[0024]再进一步优选,稀土元素中La的含量多60%。耐磨合金中添加的稀土元素主要为La或者La与其它稀土元素的混合物,从而起到微合金化的作用,与氢等气体和许多非金属杂质生成熔点高的化合物,达到除氢、精炼、净化作用。同时,还可以在长大的晶粒界面上选择性地吸附,阻碍晶粒的生长,使晶粒细化,有变质的作用,从而提高耐磨合金的综合性能。
[0025]作为优选,所述的动力输入轴与摩擦轮螺纹联接。
[0026]作为优选,所述的动力输入轴与摩擦轮采用销接。
[0027]与现有技术相比,本发明具有如下优点:
[0028]1、本发明通过以齿轮为主的增速结构对发电机的电机转动进行增速,具有结构简单,制造成本低,适于大范围推广的优点。
[0029]2、齿轮由配伍合理的耐磨合金钢制成,在普通合金钢的基础上添加Zr、Ta、Ti等元素,并添加了稀土元素起到微合金化的作用,通过与各元素之间产生的协同作用提高旋转件的强度和良好的抗热腐蚀、抗氧化能力、抗疲劳性能、断裂韧性等综合性能。
[0030]3、差速器的壳体由配伍合理的复合材料制成,复配使用聚四氟乙烯、聚酰亚胺、磷酸三苯酯、聚碳酸酯进行改性,同时还添加石墨、包膜蒙脱土、纳米碳化钙等,大大提高壳体的拉伸强度、拉伸模量、韧性、耐扭转、抗冲击、抗老化、耐低温、耐高温、耐油、耐酸、耐腐蚀、阻燃性能等,进而提高差速器的综合性能。
【附图说明】
[0031 ]图1为本发明在小型发电装置中的装配图;
[0032]图2为本发明中摩擦轮的结构示意图;
[0033]图3为本发明中差速器内的齿轮装配示意图。
[0034]图中,1、摩擦轮;2、差速器;3、发电机;4、联接管;5、储电盒;10、动力输入轴;11、第一齿轮;12、第二齿轮;13、从动轴;14、第三齿轮;15、第四齿轮;16、动力输出轴。
【具体实施方式】
[0035]下面通过结合附图和【具体实施方式】对本发明的技术方案做进一步详细描述。
[0036]见图中,本发明提供了一种用于小型发电装置的差速器2,用于提高小型发电装置的发电效率。该小型发电装置主要应用于自行车上,小型发电装置的摩擦轮I与自行车的车轮传动联接,将车轮的动力传输到发电机3上,发电机3发电以后通过联接管4将电能传输到储电盒5内进行储存。由于自行车的车轮转动速度较慢,相应的摩擦轮I的转速也相对较慢,这会极大的影响到发电机3的发电效率。
[0037]差速器2位于小型发电装置的摩擦轮I和发电机3之间。差速器2包括壳体,壳体由复合材料制成,壳体内设有动力输入轴10、动力输出轴16和增速结构,动力输入轴10伸出壳体与壳体外部的摩擦轮I传动联接,动力输出轴16与发电机3的电机主轴传动联接,增速结构包括衔接动力输入轴10和动力输出轴16的从动轴13,增速结构还包括设置在动力输入轴10上的第一齿轮11,设置在从动轴13上的第二齿轮12和第三齿轮14,设置在动力输出轴16上的第四齿轮15,的第一齿轮11和第二齿轮12啮合,第三齿轮14和第四齿轮15啮合;第一齿轮11的直径大于第二齿轮12的直径,第三齿轮14的直径大于第二齿轮12的直径和第四齿轮15的直径,第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮和第四齿轮均由合金钢制成。
[0038]差速器2工作时,设置在差速器2外部的摩擦轮I带动动力输入轴10转动,通过第二齿轮12和第一齿轮11的带动,从动轴13也跟着转动,由于第一齿轮11的直径大于第二齿轮12的直径,根据齿轮传动原理,从动轴13的转速大于动力输入轴10的转速,实现第一次加速。从动轴13通过第三齿轮14和第三齿轮14的作用带动动力输出轴16转动,由于第四齿轮15小于第三齿轮14,动力输出轴16的转速大于从动轴13的转速,实现第二次加速。
[0039]整个装置结构简单,设计合理,制造成本较低,便于小型发电装置在自行车上大规模推广,同时差速器2通过二次加速,也大大提高了发电机3的发电效率。
[0040]摩擦轮I在长时间使用以后需要进行更换,本发明中,差速器2的动力输入轴10和摩擦轮I的联接选用螺纹联接或者销接,结构简单,易于加工,拆装也十分方便。
[0041]下面通过具体实施例对用于小型发电装置的差速器中的壳体及齿轮(包括第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮和第四齿轮)作进一步说明。
[0042]实施例1
[0043]—种如图1-3所述的用于小型发电装置的差速器,其中差速器的壳体由复合材料制成,所述的第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮和第四齿轮均由合金钢制成。
[0044]差速器壳体的复合材料包括如下的组成成分及其重量份数:聚四氟乙烯:50份、聚酰亚胺:20份、磷酸三苯酯:15份、聚碳酸酯:8份、石墨:4份、包膜蒙脱土: 30份、纳米碳化钙:5份、硅烷偶联剂:3份、无卤阻燃剂:10份。所述差速器壳体的复合材料还包括一些常规的组成成分,如相容剂、抗氧化剂、填料等等,均可选用普通市售的。
[0045]第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮和第四齿轮均由合金钢制成,所述合金钢的组成成分及其质量百分比为<:0.5%、(:11:2.5%、]\111:1.6%、11:0.06%、祖:0.012%、]\%:0.8%、8:0.006%、Zr:0.12%、Nb:0.15%、Ta:0.15%、稀土元素:0.03%,余量为Fe及不可避免的杂质,其中稀土元素中La的含量多60%。
[0046]实施例2
[0047]与实施例1的区别仅在于:
[0048]差速器壳体的复合材料包括如下的组成成分及其重量份数:聚四氟乙烯:60份、聚酰亚胺:25份、磷酸三苯酯:10份、聚碳酸酯:10份、石墨:6份、包膜蒙脱土: 25份、纳米碳化钙:8份、硅烷偶联剂:2份、无卤阻燃剂:12份。
[0049]第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮和第四齿轮均由合金钢制成,所述合金钢的组成成分及其质量百分比为:(::0.4%、01:2.8%、]\111:1.4%、1^:0.08%、祖:0.01%、]\%:1.0%』:0.007%、21:0.15%、他:0.12%、了3:0.3%、稀土元素:0.04%,余量为卩6及不可避免的杂质,其中稀土元素中La的含量多60%。
[0050]实施例3
[0051]与实施例1的区别仅在于:
[0052]差速器壳体的复合材料包括如下的组成成分及其重量份数:聚四氟乙烯:40份、聚酰亚胺:30份、磷酸三苯酯:5份、聚碳酸酯:15份、石墨:3份、包膜蒙脱土: 40份、纳米碳化钙:2份、硅烷偶联剂:5份、无卤阻燃剂:3份。
[0053]第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮和第四齿轮均由合金钢制成,所述合金钢的组成成分及其质量百分比为:C:0.3%、Cu:3.0%、Mn: 1.2%、T1:0.1%、N1:0.006%、Mg: 1.2%、B:0.005%、Zr:0.2%、Nb:0.1 %、Ta:0.5%、稀土元素:0.02-0.05%,余量为Fe及不可避免的杂质,其中稀土元素中La的含量多60%。
[0054]实施例4
[0055]与实施例1的区别仅在于:
[0056]差速器壳体的复合材料包括如下的组成成分及其重量份数:聚四氟乙烯:70份、聚酰亚胺:10份、磷酸三苯酯:20份、聚碳酸酯:3份、石墨:8份、包膜蒙脱土:20份、纳米碳化钙:1份、硅烷偶联剂:1份、无卤阻燃剂:15份。
[0057]第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮和第四齿轮均由合金钢制成,所述合金钢的组成成分及其质量百分比为<:0.6%、(:11:2.2%、]\111:1.8%、11:0.05%、祖:0.015%、]\%:0.5%、8:0.008%、21:0.05%、他:0.2%、了3:0.02%、稀土元素:0.05%,余量为?6及不可避免的杂质,其中稀土元素中La的含量多60%。
[0058]在上述实施例1-4差速器壳体的复合材料中所述聚四氟乙烯的平均粒径均为20-30μπι,体积密度为260-400g/L。所述的聚碳酸酯均由三光气法制得超高分子量聚碳酸酯粉末重均分子量为100000-110000。所述的包膜蒙脱土均通过如下方法制得:将蒙脱土在550-580 0C下烧结6-8小时,冷却至室温,然后加入相当于其重量6-8 %的烷基糖苷、3_4%的丙烯酸甲酯、3-5%的去离子水,超声震荡25-30分钟后,再于70-80 °C恒温水浴中搅拌加热25-35分钟,得改性混合液;再在改性混合液中加入相当于其重量8-12%的浓度为30-35%的AlCl3溶液,同时加入适量氨水调节pH值为9-10,搅拌20-25min后,静置3_4小时后,经过滤、洗涤、干燥处理后,在620-640°C烧结3-5小时,自然冷却至室温即得。所述纳米碳化钙为粒径20-80nm的改性纳米碳酸钙,纳米碳酸钙通过如下方法进行改性:将纳米碳酸钙粉料加入高速捏合机中,加热至80-100°C,加入相当于粉料重量2-3%的钛酸酯偶联剂、4-5%的硬脂酸钠和2-4 %的椰子油,在200-300r/min的转速下搅拌10-15min,然后在80-90 °C下烘干,粉碎过100-150目筛即可。实施例1-4合金钢中所述的稀土元素主要为La或者La与其它稀土元素的混合物。
[0059]综上所述本发明通过以齿轮为主的增速结构对发电机的电机转动进行增速,具有结构简单,制造成本低,适于大范围推广的优点。且齿轮由配伍合理的耐磨合金钢制成,在普通合金钢的基础上添加Zr、Ta、Ti等元素,并添加了稀土元素起到微合金化的作用,通过与各元素之间产生的协同作用提高旋转件的强度和良好的抗热腐蚀、抗氧化能力、抗疲劳性能、断裂韧性等综合性能。另外差速器的壳体由配伍合理的复合材料制成,复配使用聚四氟乙烯、聚酰亚胺、磷酸三苯酯、聚碳酸酯进行改性,同时还添加石墨、包膜蒙脱土、纳米碳化钙等,大大提高壳体的拉伸强度、拉伸模量、韧性、耐扭转、抗冲击、抗老化、耐低温、耐高温、耐油、耐酸、耐腐蚀、阻燃性能等,进而提高差速器的综合性能。
[0060]本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代,但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
【主权项】
1.一种用于小型发电装置的差速器,位于小型发电装置的摩擦轮和发电机之间,其特征在于,所述的差速器包括壳体,壳体内设有动力输入轴、动力输出轴和增速结构,所述的动力输入轴伸出壳体与壳体外部的摩擦轮传动联接,所述的动力输出轴与发电机的电机主轴传动联接,所述的增速结构包括衔接动力输入轴和动力输出轴的从动轴,增速结构还包括设置在动力输入轴上的第一齿轮,设置在从动轴上的第二齿轮和第三齿轮,设置在动力输出轴上的第四齿轮,所述的第一齿轮和第二齿轮啮合,第三齿轮和第四齿轮啮合;所述的第一齿轮的直径大于第二齿轮的直径,第三齿轮的直径大于第二齿轮的直径和第四齿轮的直径,所述壳体由复合材料制成,所述的第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮和第四齿轮均由合金钢制成。2.根据权利要求1所述的用于小型发电装置的差速器,其特征在于,所述壳体由复合材料制成,所述的复合材料包括如下的组成成分及其重量份数: 聚四氟乙烯:40-70份 聚酰亚胺:10-30份 磷酸三苯酯:5-20份 聚碳酸酯:3-15份 石墨:3-8份 包膜蒙脱土:20-40份 纳米碳化钙:2-10份 硅烷偶联剂:1-5份 无卤阻燃剂:3-15份。3.根据权利要求2所述的用于小型发电装置的差速器,其特征在于,所述聚四氟乙烯的平均粒径为20-30μπι,体积密度为260-400g/L。4.根据权利要求4所述的用于小型发电装置的差速器,其特征在于,所述的聚碳酸酯由三光气法制得超高分子量聚碳酸酯粉末重均分子量为100000-110000。5.根据权利要求1所述的用于小型发电装置的差速器,其特征在于,所述纳米碳化钙为粒径为20-80nm的改性纳米碳酸I丐。6.根据权利要求1所述的用于小型发电装置的差速器,其特征在于,所述合金钢的组成成分及其质量百分比为:C:0.3-0.6%、Cu: 2.2-3.0%、Mn: 1.2-1.8%、T1:0.05-0.1 %、N1:0.006-0.015% ^Mg:0.5-1.2%:0.005-0.008% ^Zr:0.05-0.2%、Nb: 0.1-0.2%、Ta:0.02-0.5%、稀土元素:0.02-0.05%,余量为Fe及不可避免的杂质。7.根据权利要求1所述的用于小型发电装置的差速器,其特征在于,所述耐磨合金钢的组成成分及其质量百分比为:C:0.4-0.6%、Cu:2.2-2.8%、Mn:l.4-1.δ^'ΤηΟ.Οδ-Ο.Οβ^'Ν?-Ο.?Π-Ο.ΟΙδ^'Ι^-Ο.Θ-Ι.Ο^'Β-Ο.ΟΟδ-Ο.ΟΟβ^'ΖηΟ.ΟΘ-Ο.Ιδ^'ΝΙ^Ο.Ι〗-0.18%、Ta:0.05-0.3%、稀土元素:0.02-0.04%,余量为Fe及不可避免的杂质。8.根据权利要求6或7所述的用于小型发电装置的差速器,其特征在于,稀土元素中La的含量多60%。9.根据权利要求1所述的用于小型发电装置的差速器,其特征在于,所述的动力输入轴与摩擦轮螺纹联接。10.根据权利要求1所述的用于小型发电装置的差速器,其特征在于,所述的动力输入轴与摩擦轮采用销接。
【文档编号】C22C38/16GK105924861SQ201610300471
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年5月6日
【发明人】蔡琛辉, 周明路, 闫鑫, 陈晓平
【申请人】宁波工程学院
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