一种高速飞轮、飞轮组及自动离合机构的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种高速飞轮、飞轮组及自动离合机构。其中一种高速飞轮，其特征在于：包括飞轮（2），所述飞轮（2）厚度从飞轮（2）中心沿半径至外缘递减，所述飞轮（2）外缘中部设置有凹槽（9）。本实用新型有别于传统的飞轮结构形式及结合、脱开方式，在实现大惯量同时降低质量，同时可实现飞轮组自动离合，尤其在高速及高效的场合效果明显。
【专利说明】一种高速飞轮、飞轮组及自动离合机构
【技术领域】
[0001 ] 本实用新型涉及一种高速飞轮、飞轮组及自动离合机构。
【背景技术】
[0002]通常飞轮结构为圆饼状，在转速一定时，其心部应力最大，外缘应力最小，这主要由于飞轮每一处离心应力都要由飞轮心部承受，当直径与宽度确定的情况下，也就是目标值转动惯量确定的情况下，转速越高心部应力越大，如果超出许应应力的话，就不得不降低飞轮直径，降低飞轮直径固然能降低离心应力，但同时也降低飞轮转动惯量，因为它们都于直径的平方有关，为弥补转动惯量减少同时满足许应应力，就要加大飞轮宽度，研究表明圆饼状这种飞轮结构转速越高飞轮的宽度增加越大，飞轮的重量也越大。高速飞轮加减重孔会使减重孔周围形成很大的应力集中，靠提高材质会得不偿失，同时减重孔在高速情况下增大风阻，不利于蓄能利用。由此可见，飞轮结构为圆饼状其使用有一定局限性，适宜于低速，在高速情况下使用时显得笨重。另外在高速时，飞轮轴不能太细，否则易形成轴的共振，但太粗时轴承不易选择，由此可见高速飞轮的设计与低速飞轮的设计差别很大。随着经济技术的发展，飞轮用于高速的场合越来越多，高速时飞轮的离心应力影响飞轮设计的比重很大，此时传统的结构形式如圆饼状、加减重孔等形式实现大惯量同时降低质量比较困难。
[0003]传统飞轮结合形成飞轮组时，飞轮之间一般采用螺栓连接，特别是对于大型飞轮由于连接螺栓较多，当飞轮组的惯量要求变化时，飞轮连接或脱开时费时费力，工作效率低下，另外飞轮上由于有螺栓孔，在高速时螺栓孔形成应力集中，因此这种飞轮连接形式也不适于高速场合。
实用新型内容
[0004]本实用新型要解决的技术问题是提供一种高速飞轮、飞轮组及自动离合机构，以克服现有技术中存在的缺陷。
[0005]本实用新型的技术方案为:一种高速飞轮，其特征在于:
[0006]包括飞轮，所述飞轮厚度从飞轮中心沿半径至外缘递减，所述飞轮外缘中部设置有凹槽。
[0007]所述飞轮沿半径的剖面所呈梯形的梯形斜度为7° ；
[0008]所述飞轮轴直径为dl，飞轮的内孔直径为d2，飞轮的装轴承处直径为d3，凹槽宽度为b,飞轮外缘宽度为B,飞轮外径为Dl,凹槽内径为D2,其关系为:
[0009]d2=dl+5mm, d3 ≥ 2d2, b=0.4B, D2=0.6D1。
[0010]一种利用上述高速飞轮的飞轮组，包括飞轮轴承、多个串联的飞轮、滑套、飞轮轴、箱体、内齿和外齿；其中，所述飞轮通过飞轮轴承支撑于箱体内，飞轮轴从多个串联的飞轮的中心孔中穿过，滑套设置于飞轮轴上，滑套上的外齿与飞轮上的内齿相连。
[0011]所述滑套通过设置于其上的内花键与设置于飞轮轴上的外花键相连。
[0012]一种利用上述的高速飞轮和上述的飞轮组的自动离合机构，其特征在于:[0013]包括环行槽、气缸、拨叉和拨叉轴；其中，
[0014]所述拨叉设置于滑套中的环行槽内并与拨叉轴相连，气缸与拨叉轴相连，气缸与拨叉轴均设置于箱体(8)上。
[0015]本实用新型的技术效果为:
[0016]本实用新型有别于传统的飞轮结构形式及结合、脱开方式，在实现大惯量同时降低质量，同时可实现飞轮组自动离合，尤其在高速及高效的场合效果明显。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是本实用新型剖视图，飞轮与飞轮轴处于结合状态；
[0018]图2是本实用新型飞轮与飞轮轴处于脱开状态图；
[0019]图3是本实用新型自动离合装置剖视图；
[0020]图4是本实用新型剖视图局部放大图。
[0021]附图标记为:
[0022]I一飞轮轴承，2—飞轮，3—滑套，4一飞轮轴，5—气缸，6—拨叉，7—拨叉轴，8—箱体，9 一凹槽，10 —内齿，11 一外花键，12—环行槽，13—内花键，14 一外齿。
【具体实施方式】
[0023]本实用新型属于基 础部件，可用于需要用高速飞轮作为蓄能的各个领域。本实用新型属于高速飞轮组的飞轮 结构形式及自动离合机构，主要用于要求具有高速(一般外缘速度≥120m/s )、大惯量和低质量及要求自动离合场合。
[0024]参见图1至图4，本实用新型涉及的一种高速飞轮、飞轮组及自动离合机构的结构为:
[0025]一种高速飞轮，包括飞轮2，所述飞轮2厚度从飞轮2中心沿半径至外缘递减，飞轮2沿半径的剖面呈梯形，所述飞轮2外缘中部设置有凹槽9。
[0026]本实用新型高速飞轮中的飞轮2沿半径的剖面所呈梯形的梯形斜度具体可为7° ；所述飞轮轴直径为dl，飞轮的内孔直径为d2，飞轮的装轴承处直径为d3，凹槽宽度为b，飞轮外缘宽度为B，飞轮外径为D1，凹槽内径为D2，其关系为:d2=dl+5mm，d3≥2d2，b=0.4B，D2=0.6D1。即飞轮2的内孔直径d2等于飞轮轴4直径dl加5mm，飞轮2的装轴承处直径d3大于等于2倍d2，凹槽9宽度b等于0.4倍飞轮外缘宽度B，凹槽9内径D2等于0.6倍飞轮2外径Dl。
[0027]一种利用上述高速飞轮的飞轮组，包括飞轮轴承1、多个串联的飞轮2、滑套3、飞轮轴4、箱体8、内齿10和外齿14 ;其中，所述飞轮2通过飞轮轴承I支撑于箱体8内，飞轮轴4从多个串联的飞轮2的中心孔中穿过，滑套3设置于飞轮轴4上，滑套3上的外齿14与飞轮2上的内齿10相连。
[0028]本实用新型飞轮组中的滑套3具体可通过设置于其上的内花键13与设置于飞轮轴4上的外花键11相连。
[0029]一种利用上述高速飞轮和飞轮组的自动离合机构，包括环行槽12、气缸5、拨叉6和拨叉轴7 ;其中，所述拨叉6设置于滑套3中的环行槽12内并与拨叉轴7相连，气缸5与拨叉轴7相连，气缸5与拨叉轴7均设置于箱体8上。[0030]由于飞轮2的应力分布是心部大沿半径到外缘递减，因此将飞轮2沿半径的剖面设计成梯形，也就是心部尺寸最宽沿半径到外缘递减；另外由于飞轮2的应力心部的中部最大，因此将飞轮2中部外缘部分去除形成凹槽9，使得飞轮2沿半径的剖面成为马鞍形，通过以上重新设计就形成一种有别于传统的飞轮结构形式，这种形式与圆饼状飞轮相比主要是改变了飞轮的应力分布，使心部的应力大幅降低，因此飞轮2直径可以加大，从而实现飞轮具有大惯量同时降低质量的目的，使得高速飞轮2的造价降低。
[0031]为提高飞轮轴4的刚性，将飞轮2用飞轮轴承I单独支撑，飞轮2开中心孔将飞轮轴4从孔中穿过，使得飞轮轴4不承担飞轮2重量，只承担飞轮转动的转矩，这就使飞轮轴的刚性大幅提高，减少了轴的共振的发生，飞轮轴轴承也易选择。
[0032]为使飞轮2能够快速连接或脱开，气缸5与拨叉轴7均装在箱体8上，气缸5与拨叉轴7相连，拨叉轴7上装有拨叉6，拨叉6装在滑套3的环行槽12内，滑套3 —边与飞轮2相连，一边与飞轮轴4相连。当需要飞轮2与飞轮轴4结合时，气缸推动拨叉轴7旋转，从而带动拨叉6旋转，由于拨叉6在滑套3的环行槽12内，所以可推动滑套3移动(滑套3上带有内花键13与飞轮轴4上外花键11相联)，直至滑套3上的外齿14与飞轮上的内齿10相联，这时飞轮与飞轮轴处于结合状态，飞轮轴4带动飞轮2旋转。
[0033]当需要飞轮2与飞轮轴4脱开时，气缸推动拨叉轴7旋转，从而带动拨叉6旋转，推动滑套3移动，直至滑套3上的外齿14与飞轮2上的内齿10脱开，这时飞轮2与飞轮轴4处于脱开状态，飞轮轴4转动时飞轮2静止。按照这种方式将飞轮串联，可实现任意结合或脱开一个或多个飞轮，这样就能形成可变惯量的飞轮组。
[0034]对于飞轮应按图1结构设计，按照飞轮所要求的转动惯量和转速进行有限元强度分析确定材质，材料必须采用锻件，制造时必须进行无损探伤并进行动平衡试验。
[0035]本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。
【权利要求】
1.一种高速飞轮，其特征在于:包括飞轮(2)，所述飞轮(2)厚度从飞轮(2)中心沿半径至外缘递减，所述飞轮(2)外缘中部设置有凹槽(9)。
2.根据权利要求1所述高速飞轮，其特征在于:所述飞轮(2)沿半径的剖面所呈梯形的梯形斜度为V ;所述飞轮轴直径为dl，飞轮的内孔直径为d2，飞轮的装轴承处直径为d3，凹槽宽度为b，飞轮外缘宽度为B，飞轮外径为D1，凹槽内径为D2，其关系为:d2=dl+5mm，d3 ≥ 2d2, b=0.4B, D2=0.6D1。
3.一种利用如权利要求1或2所述高速飞轮的飞轮组，其特征在于:包括飞轮轴承(I)、多个串联的飞轮(2)、滑套(3)、飞轮轴(4)、箱体(8)、内齿(10)和外齿(14);其中，所述飞轮(2)通过飞轮轴承(I)支撑于箱体(8)内，飞轮轴(4)从多个串联的飞轮(2)的中心孔中穿过，滑套(3)设置于飞轮轴(4)上，滑套(3)上的外齿(14)与飞轮(2)上的内齿(10)相连。
4.根据权利要求3所述飞轮组，其特征在于:所述滑套(3)通过设置于其上的内花键(13)与设置于飞轮轴(4)上的外花键(11)相连。
5.一种利用如权利要求1或2所述高速飞轮和权利要求3所述飞轮组的自动离合机构，其特征在于:包括环行槽(12)、气缸(5)、拨叉(6)和拨叉轴(7);其中，所述拨叉(6)设置于滑套(3)中的环行槽(12)内并与拨叉轴(7)相连，气缸(5)与拨叉轴(7)相连，气缸(5)与拨叉轴(7 )均设置于箱体(8 )上。
【文档编号】F16D25/12GK203614657SQ201320671531
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2013年10月29日 优先权日:2013年10月29日
【发明者】张广勇, 胡觉凡, 李卫东, 彭磊, 韩建平, 惠雪亮 申请人:中国重型机械研究院股份公司