自行车飞轮.docx

南通大学机械工程学院 论文名称: 自行车飞轮学 校： 南通大学 学 院： 机械工程班 级： 机 102姓 名： 王 凯学 号： 1010012057 课程名称: 材料成形技术基础 自行车飞轮 一关键词：自行车飞轮 结构 工作原理 工作条件 性能要求 毛坯 制造工艺 热处理二摘要：本文简介了自行车飞轮的结构，工作原理，工作条件，使用性能，基本制造方法，毛胚材料，毛胚成型以及热处理工艺等，保证飞轮正常工作且选择适当材料。三自行车飞轮结构和工作原理简介： 飞轮是手闸式自行车不可少的部件。飞轮以内螺纹旋拧固定在后轴的右端，与链轮保持同一平面，并通过链条与链轮相连接，构成自行车的驱动系统。从结构上可分为单级飞轮和多级飞轮两大类。单级飞轮又称为单链轮片飞轮，主要由外套、平挡和芯子、千斤、千斤簧、垫圈、丝挡几钢球等零件组成。其单级飞轮工作原理：当向前踏动脚踏是，链条带动飞轮向前转动，这时飞轮内齿和千斤相含，飞轮的转动力通过千斤传到芯子，芯子带动后轴和后轮转动，自行车就前进了。当停止踏动脚踏板时，链条和外套都不旋转，但后轮在惯性作用下仍然带动芯子和千斤向前转动，这时飞轮内齿产生相对滑动，由此将芯子压缩到芯子的槽口内，千斤又压缩了千斤簧。当千斤齿顶滑到飞轮内齿顶端时，千斤簧被压缩得最多，再稍微向前滑一点，千斤被千斤簧弹到齿根上，发出“嗒嗒”的声响。芯子转动加快，千斤也很快在各个飞轮内齿上滑动，发出“嗒嗒”的声音。当反向踏动脚踏时，外套反向转动，会加速千斤的滑动，使“嗒嗒”声响得更急促。多级飞轮是自行车变速装置中的一个重要部件。 多级飞轮是在单级飞轮的基础上，增加几片飞轮片，与中轴上的链轮结合，组成各种不同的传递比，从而改变了自行车的速度。 飞轮部件由两个重要的机构滚动轴承和棘轮棘爪组成。1、飞轮内的滚动轴承 飞轮内左右两边各有一套滚动轴承，每套滚动轴承都是由钢碗、钢球和钢挡组成。钢碗直接做在外套的左右两个内侧，也就是说，外套的两内侧各有一圈十分光滑的球道。滚动轴承左边的钢挡是平挡，它和芯子牢固地铆合在一起。激动轴承右边的钢挡是丝挡，丝挡的内径加工有M39x l的螺纹，它是拧在芯子上的。丝挡的螺纹是左旋的(反牙)。为了便于拆卸和装配丝挡，它的外端面加工有两个圆形凹 梢。飞轮内的钢球比较小；飞轮内装的钢球数目比较多，达到106 粒或114粒。有的飞轮内还装有隔离棍。隔离棍是直径42。5毫米，长度8毫米的钢质圆柱体。隔离棍和钢球间隔地装在球道上。实际上隔离棍起着球架的作用，它将钢球均匀地分配在飞轮内。装有隔离棍的飞轮可以省三分之二以上的钢球一飞轮内只男装32粒钢球和32根隔离棍。钢球数目少，钥球和钢碗、钥挡之间的接触点就少，这样就提高了滚动轴承的灵敏度。为了调节滚动轴承的间隙，在芯子和丝挡之间还装有飞轮垫片。 飞轮内滚动轴承的转动关系是：平挡和丝挡都是装在芯子上面的.芯子又是装在后轴部件上。当自行车前进时，芯子 平挡和丝挡随着后轮一起转动。外套可以和芯子、平挡、丝挡产生相对转动，也就是说，可以和后轴部件产生相对转动。 2、飞轮内的棘轮和棘爪 外套有一圈内齿和外齿。外齿和链条啮合；内齿和千斤啮合。每个飞轮内都有两个千斤，端头安装在芯子两边的圆柱形凹槽内。千斤以圆柱体的端头为圆心而转动. 千斤的齿尖端被千斤簧撑起，和外套的内齿相啮合。千斤簧是用直径只有403一o35毫米的弹簧钢丝做成的. 千斤簧的AB段插进芯子凹槽底部的小孔内(小孔在装千斤的圆柱梢对面)；另一瑞抵在千斤背面的凹槽内。 四工作条件：飞轮常温常压下起传动作用，承接链条与钢圈之间的传动。由于在使用过程中要承载巨大的载荷,所以必须有足够的强度、刚度, 以防止在长期使用过程中变形和破坏。又由于天气原因有时工作条件较潮湿，要能防氧化，它在使用过程中要与其它配件配合,所以对制品几何形状精度要求比较高。除此之外,要求表面平滑、棱线清晰,无任何瑕疵,不允许有皱纹、划伤、拉毛等表面缺陷。五使用性能要求： 1耐磨性：自行车飞轮大多都是和轴承和链条之间直接接触，必然会产生摩擦，就难免会产生磨损，这就要求飞轮能在高速摩擦的环境下仍然能保持工作性能，为了维持飞轮的寿命，就应该有很好的耐磨性。2. 耐腐蚀性：由于飞轮基本上工作于户外，部分环境下飞轮还有可能在比较恶劣环境下工作，比如自行车在雨雪的天气下工作时就要求自行车飞轮在潮湿或寒冷的环境下依然能保持其主体的工作性能，这就要求飞轮具有耐潮耐腐蚀的性能。3抗氧化性：自行车飞轮在工作时一直与空气或具有腐蚀性的气体同在，所以应具有一定的抗氧化性。4.硬度：硬度是衡量金属材料软硬程度的一项重要的性能指标，它既可理解为是材料抵抗弹性变形、塑性变形或破坏的能力，也可表述为材料抵抗残余变形和反破坏的能力。零件名称硬度HRA外套72丝挡平挡68千斤755.强度：强度是衡量零件本身承载能力的重要指标，是指材料承受外力而不被破坏的能力。对于自行车飞轮的强度要求，由于自行车飞轮工作于有载荷，承受压力的情况下，所以飞轮应经得起压力和变形的能力，即具有足够的抗压强度。小于20 牙的飞轮沿驱动方向施加4900N的力，飞轮应无破损。不小于20牙的飞轮沿驱动方向施加196Nm的力距，飞轮应无破损。6.灵活性:自行车飞轮倒转应灵活无卡住现象。7.齿面硬度：自行车飞轮在工作的过程中要不停的承受到自行车链条的拉力作用，所以其齿面不仅要有足够的强度，而且应有一定的齿面硬度。8. 韧性：自行车在正常工作时会产生震动，所以要求飞轮最好具有一定的韧性。9经济性能：飞轮材料应经济合理且在保证飞轮要求的情况下质量不能太大10稳定性：另外要求自行车飞轮不能具有实效的变形。六飞轮的一般制造方法：一种自行车飞轮的制造方法，首先向径向侧面与一个夹紧圆盘连接的内环体中位置正确地引入一个滚珠轴承的滚珠，接着引入外环体连同制动棘爪，然后引入第二个滚珠轴承的滚珠，由制造公差产生的滚珠轴承的轴承间隙的尺寸差别在零件接合时能变得均衡，提出紧接着把另外的夹紧圆盘朝着面向它的内环体的侧面压，该夹紧圆盘的向内环体侧面方向突出的凸起压在该侧面上，在压力作用下使该内环体侧面变形，直达到滚珠轴承的规定的轴承间隙，接着把该夹紧圆盘与内环体铆接。 一种自行车飞轮的制造方法，该飞轮由一个尤其由淬火的钢制成的外环体构成，外环体带有径向向外的用于与自行车驱动链啮合的齿以及径向向内的制动齿，该制动齿与飞轮的制动棘爪共同起作用，外环体具有轴向侧面突出的带有用于飞轮的滚珠轴承滚珠的滚道的环带，此外，飞轮包括一个尤其由没有淬火的钢制成的内环体，内环体带有容纳轮轴的轴向中心孔和径向向外的制动齿，这些制动齿与飞轮的制动棘爪共同起作用，以及飞轮还包括两个夹紧圆盘，它们固定在内环体上并且在相对的侧面上具有用于滚珠轴承滚珠的滚道，滚珠排列在外环滚道和夹紧圆盘之间，首先向径向侧面与一个夹紧圆盘连接的内环体中位置正确地引入一个滚珠轴承的滚珠，然后引入外环体连同制动棘爪，接着引入第二个滚珠轴承的滚珠，其特征在于：紧接着把另外的夹紧圆盘朝着面向它的内环体的侧面挤压，夹紧圆盘向内环体侧面方向突出凸起压在该侧面上，并且在压力作用下使环体的该侧面变形，直到达到滚珠轴承的规定的轴承间隙，接着把夹紧圆盘同内环体铆接。七毛坯制造：1毛坯材料：毛坯材料选用20Cr2毛坯制造方法：精密模锻精密模锻是指在普通锻造设备上锻造高精度锻件的方法。其主要工艺特点是使用两套不同精度的锻模。先使用普通锻模锻造，留有0.11.2 mm的精锻余量，然后切下飞边并进行酸洗，再使用高精度锻模，直接锻造出满足精度要求的产品零件。在精密模锻过程中，要采用无氧化和少氧化的加热方法。3. 毛坯简图：注：中间的两个叫的是“棘牙”，由弹簧钢片保持始终弹起。当内全顺时针转动时弹起的棘牙带动外圈旋转，也就是自行车正常用脚踏带动车轮旋转。当脚踏停止或反转时内圈是逆时针旋转，此时棘牙在斜面上滑动所以不能带动外圈旋转，也就出现了空转时和倒链时车轮不跟着旋转。4确定模锻件毛坯料尺寸：第一所选材料本身的锻造比（高度与直径的比最好不要超过2.5）；第二所选材料落好料后的总长要在锤子的正常打击的行程内；第三在保证以上的条件下尽可能的选直径小的材料（减少材料损耗率）。 5毛坯零件制造工艺路线：下料毛胚质量检验加热制坯预锻终锻切断切边冲孔表面清理 校正精压热处理检验入库6热处理工序：毛胚850-870碳氮共渗表面粗加工保温2-3小时淬火+180低温回火机加工喷涂装配碳氮共渗：中温气体碳氮共渗以渗碳为主，处理温度一般为820-860，渗剂有煤油+氨气。其渗层深度小于1 mm.碳氮共渗后进行淬火和低温回火，硬度可达58-64HRC，表面组织为回火马氏体、未溶碳化物及少量残余奥氏体。淬火：淬火是把HT150铸件加热到较高的温度（一般在接近于共晶体的熔点，多在500以上），保温2h以上，使合金内的可溶相充分溶解。然后，急速淬入60-100的水中，使铸件急冷，使强化组元在合金中得到最大限度的溶解并固定保存到室温。低温回火：工件在250以下进行的回火。目的是保持淬火工件高的硬度和耐磨性，降低淬火残留应力和脆性回火后得到回火马氏体，指淬火马氏体低温回火时得到的组织。力学性能：5864HRC，高的硬度和耐磨性。八飞轮的发展方向:复合材料具有重量轻，强度高等优点，飞轮的储能能力受飞轮转子结构及其飞轮材料强度的影响，为提高飞轮