专利名称：增矩飞轮的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种增矩飞轮，是安装在机器转轴上的机构配 件，属机械动力装备。
背景技术：
在现有的一些机器设备上，装有圆径整体构造的飞轮，如冲 床的飞轮，柴油机上的飞轮等等，利用其质量体的转动惯量，保持机器有稳 定的转动状态，该种飞轮消耗机器设备的功率。
发明内容
本发明的任务是提供一种分体组合配置有拉伸弹簧构造的飞 轮，该飞轮在持有机器运转稳定功能的同时，可以给所置装机器增加大于主 动力转矩的增矩飞轮。本发明的具体方法是安装在机器转轴上的增矩飞轮，以两分体轮组合 的中心轮毂上，同轴度装配相互圆径可转滑动的大边轮。在组合轮体的平面， 分布均位的三角轴线，用双组拉伸弹簧组成弹簧单元体，以偏移轴线位的同 一方向顺序排列置装；通过弹簧安装座杆机构，均衡的偏轴线三分布力点， 弹簧双向端钩的拉伸变形势能，其力效能对轮体产生单一方向的转动趋势。 在置装机器主动力导引下，轮体偏轴线位的圆径动能路径的重力功叠加主动 力转矩，双力能相辅相成同步转动，使所置装机器转轴产生大于原始输入主 动力数倍的增量转矩。在大边轮边径，三角分布的各轴线位，安装与轮边径形状相同，中间位 向内侧下凹半径圆的座杆。在下凹半径圆的两边设置排列弹簧钩座，置装多 支拉伸弹簧为一组的第一和第二弹簧组的端钩。座杆下凹半径圆处设有第一 圆销孔，配套设有上、下销孔的连杆座，安装在大边轮的第一圆销柱上。同时，座杆在第二弹簧组位杆端设第二圆销孔，对位大边轮边径的第二圆销柱， 以两销孔、柱的装配，稳定该座杆在大边轮边径的位置度。第一弹簧组的拉伸弹簧双向端钩分别在两分体轮置装，从大边轮边径相 对中心轮座杆拉伸安装；此弹簧组是轮平面轴线分界的两边比例装配，同于 轴线垂直排列。第二弹簧组相同于第一弹簧组拉伸垂直线排列，相对端钩在 靠近中心轮边侧位置，同在大边轮平面固定安装的直角座杆钩座上拉伸安装， 该拉伸弹簧组体偏离轮轴线。同一飞轮体平面的各单元体的拉伸弹簧，是同规格，同数量配置，同定 位距离的拉伸长度，在轮平面均布守恒量值的拉伸弹簧变形势能。大边轮边径的连杆座与座杆的结构装配，上下销孔相对直线相同于所在 座杆位轴线，偏离轴线力点，是单元体弹簧拉伸力效能，在轮平面的力作用 方向和与轮轴心的半径距离。双组拉伸弹簧相互构件安装形成的单元体，其拉伸变形的力能，施加于 大边轮边径位座杆，是以第一弹簧组拉伸弹簧的双向端钩，分别在两分体轮 安装，形成转动方向主作用的力效能，又从座杆传递到偏轮轴线的第一圆销 柱上；同轮体的三点均衡分布力点的合力，结合大边轮在中心轮毂上圆径可 转滑动构造，使轮体向第二弹簧组方向的力偏转，是轮体确定的转动方向。而第二弹簧组双向端钩同在大边轮体安装，当受同轮体刚性约束；在本 机构，该弹簧组双向端钩，在不同轮半径位置安装的距离差，加之，大边轮 边径位依托双组拉伸弹簧同座杆力点构造，对转动方向存有附加的力效能。增矩飞轮分体的大边轮，是边缘厚，中间薄的形体构造。当转轴上主动 力能，从中心轮端沿第一弹簧组拉伸变形刚性体，传递到大边轮边径位座杆上，大边轮受弹簧体牵连同步同方向转动。大边轮受弹簧拉伸势能偏轴线重 力功作用，产生超越中心轮转动的角速度，与中心轮之间形成圆径位移的差 动，使第一弹簧组产生拉伸的形体变量，超出弹簧双向端钩的应力承载，易 使弹簧疲劳损伤。为此，以中心轮座杆为挡座，大边轮上相对该挡点，在转 动方向后端配设挡推座，形成一个限位作用；同时，大边轮大于中心轮转动 的角速度，同步，在该点位又对中心轮推动传递增量转矩。增矩飞轮置装的拉伸弹簧，作为机构内置装配形式，其变形势能通过飞 轮体结构的两分解，主作用的第一弹簧组的力效能，在转动的两分体轮之间 相互推、拉传递，大边轮上力点的重力功随转动位移，产生的增矩效能对转 轴反输，在轮体上形成三角均衡的自循环力系，和主动力转速推导成正比增 量。即增矩飞轮体平面置装的拉伸弹簧的拉伸变形能，其拉伸变形静态势能 的有限量值发生质的变量，与输入的主动力推导同步转动，使飞轮体处于无 限增量的功能效应状态。本发明的增矩飞轮转动方向，根据机器设备的需要，可左、右转动方向 任意选择制造，在轮体的双平面，各单元体同转动方向对称置装，该装配， 按双面的拉伸弹簧变形能量值计算；或者只装配单一轮平面的构造。本发明 的增矩飞轮还在于，在确定所构造增矩飞轮转动方向的前提下，转轴主动力 任何一端的输入增矩效果相同。与机器设备的配置，可以同轴度置装及为增 大转矩同轴多轮置装，或通过机构传递，如齿轮传动，带传动，链传动等方 式，增矩力效能位移连接传递转动，等同的合力增矩效果；并且可以垂直面 或平行面的形式装配。本发明的增矩飞轮在于可用于冲床设备，小型水轮机主轴增矩，热功
动力机的飞轮配置，及配置增矩飞轮增加机械功率的其他设备上，对机器设 备运转增加输出功率，减少电能和燃油的消耗，达到节能的目的；尤其用于 制造差量循环的自动发电机的主功能构件。
根据增矩飞轮可左、右转动方向构造，以下附图选择顺时针 转动方向绘制。1. 图1是本发明中心轮和大边轮构件装配相互定位轴线坐标图(双面装 相对称)。2. 图2是本发明配装拉伸弹簧后的轮平面图(双面装相对称)。3. 图3是本发明图2的A-A轮双面装剖视图。4. 图4是本发明图2的A-A轮单面装剖视图。5. 图5是本发明力效果分析图。6. 图6是本发明同轴多轮置装构造示意图。
具体实施例方式结合附图，对本发明作以下进一步的说明。看图l，中心轮2和大边轮3组合轮体平面，三角均位轴线坐标定位两分 体轮的相互装配位置度。大边轮3上的挡推座11紧靠中心轮座杆7,结合图 3，此座杆体在大边轮3平面装配段，有可调节安装位置度的长形槽孔lla; 与中心轮座杆7的高低位差，通过构件的直角上升段llb接触。加图2，第一 弹簧组5，顺时针方向，按2: l的比例，跨轴线分界置装，中心轮2参照该 弹簧组满足排列宽度设定轮径尺寸。中心轮2上边径三角均布的外凸位，中 心轮座杆7与其相同的外凸造型，相对位紧固安装，该座杆同一体装有钩座9 的圆弧形体位，厚度小于外凸位，与中心轮2的平面脱开。图2加图3，大边轮3边径位座杆4的中间位，下凹半径圆上的第一圆销孔4a段，插入连杆座8下部分叉位，与其下部销孔8a对孔配销柱装配，此装 配在于座杆4与连杆座8在飞轮体转动时，增加构件之间的相互稳定性。连 杆座8上部销孔8b装配在大边轮3第一圆销柱3a上，座杆4的第二圆销孔 4b与大边轮3上的第二圆销柱3b对位。连杆座8和座杆4在大边轮3装配的 高低差用垫圈16调节。第二弹簧组6相同于第一弹簧组5排列宽度，此机构配置是克服座杆4 悬空段受第一弹簧组5力作用，对轮体反转动方向力倾斜的构造，其拉伸势 能以大于第一弹簧组5的1.5倍量值置配。在中心轮2位处固定安装的直角座 杆10，置有弹簧钩座9的直杆形段，厚度小于转角圆弧紧固螺栓安装位段， 与大边轮3平面分离，是将此端拉伸弹簧反转动方向力尽靠轮中心，縮小轮 半径比；以此促成该拉伸弹簧组在大边轮边径座杆4端，对轮体转动方向的 附加力效能。拉伸弹簧的具体置装数量，尤其是大直径的增矩飞轮，为克服大规格弹 簧拉伸后的刚性度，保持弹簧变形的蓄能效果，以置装位的宽度，选择拉伸 弹簧规格、数量，即可以用小规格，多支数的方法配置，第一弹簧组5位轴 线分界置装，仍以相同的比例要求配置。图2加图3，大边轮3在中心轮2轮毂上相互转滑动的组合构造，置有滚 针轴承13的润滑配套。第一弹簧组5中心轮2端，跨轴线按大、小比例置装， 中心轮座杆7上所受拉伸弹簧力能，相对转动方向，后移轴线距离的装配， 使中心轮2越过坐标轴线向转动方向圆径偏移。在此，大边轮3上座杆4端 相对保持原位，因而，形成第一弹簧组5在中心轮2端整体向转动方向的倾 斜。同时，中心轮座杆7与大边轮3上的挡推座11分开，是中心轮2端拉伸
弹簧位移倾斜角度的相应距离，当增矩飞轮高速运转，大边轮3角速度超越 中心轮2时，此两点位重又接触。
图3和图4，是增矩飞轮对称双平面置装和单平面置装两结构区分。双平 面置装的中心轮2，大边轮3对称加厚的轮边缘，增加轮体转动的平稳性，同 时满足功能构件的安装。增矩飞轮的整体在中心轮2两端平面用扣件14在转 轴1定位。单平面置装的大边轮3轮边缘以置装功能构件的单面加厚，轮体 的中间孔和中心轮2轮毂，轴向尺寸满足滚针轴承13的装配宽度，用圆径挡 圈12限位大边轮3轴向位移。圆径挡圈12设键槽，对位中心轮2在转轴1 上的同一平键，端部同用扣件14在转轴1定位。
在图l-4上，增矩飞轮的转动，轮平面上各不同形状构件的置装，存在不 统一的高低差，易产生过量的风阻，根据大边轮3直径，轮体总厚度，配装 用金属薄板制造的外壳罩15的措施克服。留有大于转轴1轴径的孔洞是两分 体轮相互差动，互不干涉的构造；外壳罩15在大边轮3径向圈面螺栓紧固定 位，随飞轮体同步转动。
图5的力效能分析图，图面A示中心轮2， B示大边轮3两分体轮平面。 当质心O转轴1主动力输入，通过第一弹簧组5拉伸刚性体牵连传递，与座 杆4交汇在C角转向，平面运动往转动方向主动力P施力于大边轮3的G点， 与此点位存有的拉伸弹簧变形势能合力。转轴1的中心轮2平面垂直，主动 力通过质心O到对称面，惯性力Yt只限定在中心轮2边径范围。
在G点上，主动力引导的两弹簧组合力，其主作用的第一弹簧组5，偏 轴线位相同垂直的力作用线；当大边轮3角速度大于中心轮2时，大边轮3 上挡推座11与中心轮座杆7接触，在Q点位反输到质心O上。 第一弹簧组5传递主动力到G点，经过座杆4悬空段，在主动力从质心 O向G点之间存有斜角线，第一弹簧组5位轴线与斜角线之间形成力倾斜传 递夹角an同时，G点到Q点的两点位直线与同一斜角线之间，是动能和势 能重合的夹角a。第一弹簧组5在两分体轮之间相互牵连，G点对质心O，包 括在总增矩量能范围，同斜角线的反输分力线，当此，主动力通过中心轮2 加大边轮3重力功转矩之和集中于质心0。增矩飞轮机构力效能，以增矩飞轮所在置装机器的负载功率(KW)和所 需转速(r/min)、转矩(N m)为基数，包括飞轮体轮径(M),轮转动线速 度(m/s)，轮体质量(kg)，轮平面置装拉伸弹簧变形能量值(N)，轮体质量 转动阻力矩(N，m)，确定配置主动力的功率(KW)，获取的增矩功率(KW) 各项相互关系配套计算。第二弹簧组6在大边轮3的同体置装，其拉伸势能不作计算。在此，对 拉伸弹簧变形能只计算量值，不示具体规格；同时不含转轴1轴径，轮平面 配置的功能构件结构强度，轮体动应力的说明。增矩飞轮在不同机器的装配，根据不同机构增矩功能的需求，安装空间 位置条件，确定轮径和拉伸弹簧变形蓄能量值的相互协调配套。以下举例用数值计算说明设负载功率250(KW)，输入转速1500(r/min)，负载转矩1591.67 (N *m)规格的具体计算。1.确定轮径——轮体转动点位线速度100 (m/s)100x60~~~~~ =1.27 (M)——轮体直径 :n x1500 2. 第一弹簧组5的拉伸变形能，在大边轮3边径与中心轮2同轴度分体组 合结构两端安装，其两端分解的力作用，大边轮3边径端的力能似外力对轮 体的作用效果，因而，用力矩定义式计算拉伸弹簧变形能量值的配置。此举 例，用双面对称置装的轮体构造，根据附图5，主动力传递夹角^图测18°， 此传递夹角在力传递后端，按余弦定理计算，2轮平面x3圆销柱均位分配的 各力点量值。1591.67-=439.26 (N)0.635xcosl8。 x3x2各柱位力点分配量值单位(N)，在主动力输入动能路径加拉伸弹簧变形能 偏轴线重力功的转动，力作用在力的方向上发生了位移，此力能单位(N)转 换成转矩单位(N，m)。此在飞轮体双平面各力点配置的第一弹簧组5，拉伸 弹簧变形能量值，在大边轮3边径形成的重力功，是各力点轮半径距离x各力 点数量值x力传递夹角-设备负载同步转矩的所需总量值。 0. 635x439.26x3x2xcosl80=1591.67(N M)设备置装飞轮体以此达到负载所需增矩量值的功能效应，主动力的转矩 只在于克服飞轮体加转轴1质量的阻力矩，配置电动机功率规格。3. 轮体质量计算选铸钢密度值7.8x103 (kg*m3)参照图1大边轮所注R和r轮半径比例，按题1大边轮3边径规格，外 圈R-0.635 (M) x厚度0.07 (M)，内圈r^0.515 (M) x厚度0.03 (M)体积 单位，此内圈体积数量包括中心轮体的体积因素在内，以内圈平均厚度的简 化方法基数值计算；该概算不含转轴1的质量。轮体质量基数加15%的轮平 面装配构件质量的简化概算，是轮体总质量。(轮结构厚度在此是例题设置构 造数值)<formula>formula see original document page 12</formula>.飞轮体的转动惯d<formula>formula see original document page 12</formula>6.飞轮体转动质量阻力矩当主动力输入切断，设1分钟时间段分次制动 轮体转动停止，以此计算-157x100.1=-262 (N m)607.上题的负值转矩，不包括静态的起动阻力矩，是克服轮体质量阻力，维 持飞轮体持续转动，相等于转轴1上需要输给的主动力转矩；在此，换算同 速度电动机功率单位(此计算不加入轮体的转动惯量)。262x15009550=41.15 (KW)
8.不计电动机功率因素、效率及转差率，负载功率与主动力输入的增矩比和 增矩量值。
<formula>formula see original document page 13</formula>
250-41.15=208.85 (KW)增矩量值。
上述的概算在于说明增矩飞轮产生的增矩效果。图6是为增加增矩效 能，增矩飞轮以同轴多轮装配构造机型，可设立独立的安装机座17，在同一 转轴1上，以多个增矩飞轮体18组装，其主动力的配置计算，同样是轮体质 量与转动阻力矩关系。
权利要求
1.一种在机器转轴(1)安装的增矩飞轮，其特征在于用中心轮(2)和大边轮(3)两分体组合构造的轮平面，在大边轮(3)边径，以三角均布轴线位偏同一侧方向，装配的连杆座(8)结构配套的座杆(4)上，顺序平行排列置装两组拉伸弹簧组，第一弹簧组(5)，相对端钩拉伸装配在中心轮座杆(7)上，第二弹簧组(6)相对端钩拉伸装配到同在大边轮(3)体，中心轮(2)边侧的直角座杆(10)的构造，在轮平面组成三个单元体的偏轴线力点，使轮体产生重力功的转动趋势，受其所装配机器主动力导引，同步合力倍增大于主动力的转矩；大边轮(3)配装与中心轮(2)相互转滑动限位和推力双作用的挡推座(11)。
2. 根据权利要求1所述的增矩飞轮，其特征在于所述的中心轮(2) 和大边轮(3)两分体组合构造轮体，是中心轮(2)轮穀上同轴度套装大 边轮(3)，是飞轮体结构两分解，使主增矩力能作用的第一弹簧组(5)， 拉伸弹簧双向端钩分别在两分体轮置装，弹簧拉伸变形能，在各自分体轮 上，产生对转动方向的各自力作用效能。
3. 根据权利要求1所述的增矩飞轮，其特征在于所述的大边轮(3) 边径连杆座(8)结构配套的座杆(4)，三角均布轴线位向同一侧方向的装 配，是两分体轮受拉伸弹簧变形能的机构效应，偏轴线力点与轮轴心半径 距离和确定轮体转动方向的构造。
4. 根据权利要求1所述的增矩飞轮，其特征在于所述的顺序平行排 列装配的第一弹簧组(5)和第二弹簧组(6)，两拉伸弹簧组组合的各单元 体，在轮平面形成均布守恒量值的拉伸弹簧变形能，可按所置装机器转轴 (1)左、右转动方向的构造选择，在两分体组合的轮双平面，同转动增矩 作用方向的对称装配，或只在轮单一平面转动增矩作用方向的装配。
全文摘要
本发明公开了一种增矩飞轮，在中心轮和大边轮组合构造的轮体双平面，三角均布用双组拉伸弹簧组成的单元体，顺序排列对称置装，或只单面置装，通过弹簧安装座杆偏轴线力点机构效能，轮体产生转动趋势，受所装配机器主动力导引，同步合力转动，飞轮体产生大于原始输入主动力的转矩，使其所装配的机器的功率增量，节约电能和燃油的消耗，用于冲床设备，小型水轮机主轴增矩，热功动力机等配套，及配置本发明增大输出功率的机器设备。
文档编号F16F15/30GK101117993SQ200610029698
公开日2008年2月6日 申请日期2006年8月3日 优先权日2006年8月3日
发明者陈卫国 申请人:陈卫国