自行车飞轮

自行车飞轮 飞轮及功能介绍: 飞轮: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 飞轮性能: 自行车飞轮是自行车整车的关键部件，其质量的差异直接影响着自行车的整体性能。飞轮既是自行车驱动系统中的关键零件，也是一种易耗品。据调查在当今自行车生产t业中，飞轮的失效问已经是一个很突出的问题失效形式主要有二种:齿环磨耗和轮齿折断。齿环磨耗包括两个方面，飞轮与后轴的螺纹配合，经过一定时间使用后，两者会出现间隙，会发生左右摆动，用手摆动会出现晃荡的现象，此时骑行过程中一不小心就会出现掉链，然而更严重的情况为飞轮与后轴的螺纹配合彻底失效，在对飞轮加载时，会出现琶轮后轴发生相对转动，使其后轴身无法定位，导致无法使用，轮齿折断在平时正常使用过程中出现的概率相对较低，一般会在突然加载或上陡坡时因使用者的不当操作产生。 1 飞轮性能检测中技术指标分析: 自行车骑行过程中，脚踏力要通过飞轮传输到车轮，所以飞轮轮齿要承受很强的抗拉、抗剪切、抗弯曲强度，同时飞轮轮齿需要比较高的硬度，要具备一定的耐磨性。飞轮表层材料的坚硬耐磨要求与内部材质的坚韧形成一对矛盾，所以飞轮的性能试验有两个主要的技术指标:硬度和强度。 一般来说一个合格的自行车单级飞轮，国家质检总局质检检函[2002]128号文件的规定，根据QB,T1887—1993((自行车飞轮》工业对其实施的型式试验的技术要求有以下4点:?良好的灵活性，即飞轮倒转灵活而无卡住现象;?硬度要求为:外套?72HRA，丝档平档?65 HRA，千斤?75 HRA;?丝档与芯子螺纹的旋紧力矩，单级飞轮<15 N?m;?强度要求为:小于20牙的飞轮沿驱动方向施加4 900 N的力，飞轮应无破损;不小于20牙的飞轮沿驱动方向施加196 N?m的力矩，飞轮应无破损。 1(1硬度分析 在飞轮考核中硬度指标常不合格，这让好多企业深陷困惑，2006年时有一家企业因硬度不过关，导致4次产品测试不合格，产品正常出口受阻，给企业带来经济损失的同时，也有损企业产品的声誉。硬度在实际 测试中情况主要为:硬度值达不到标准要求。表1为对10个批次不合格单级色轮的硬度统计。 表1不合格单级飞轮的硬度统计数据(HRA) 由表1可见，外套经常会在60 HRA左右徘徊，多档平档则主要停留在55 HRA上下，最小的仅为29(1HRA，千斤相对较好，一般在70 HRA左右，以上检测数据是日常检测中常出现的不合格现象，与标准相差甚远。 对于多级飞轮其硬度值也不容乐观，外套硬度值偏小是其最大的弱点。据调查数据知道硬度不合格的多级飞轮有90,以上的概率包括其外套不合格，换句话说是外套的原因常常导致多级飞轮硬度不过关 一般多级飞轮的14牙齿片也是企业公认最难做的部件，因其体积小，又要加T螺纹，一不小心就会破坏其强度或螺纹精度，多级飞轮在快速自行车的使用中，使用频率也是最高的，因此对其应该还要加上耐磨性能的考核。 1(2强度分析 一般说来，多级飞轮硬度越高，强度也越高，而且只对调质状态下的普通低合金钢可以，对高合金钢对应关系部明显。 机械零件失效的一般失效形式有断裂失效、过量变形失效和表面损伤失效。脆性材料容易产生断裂，材质太软义容易产生过量变形，达不到必要的刚性。强度试验在自行车零件的安全测试中是非常重要的，目的既是考核产品是否达到必要的安全强度指标，同时也是为了暴露薄弱环节，进行失效分析。所谓飞轮强度是指飞轮通过自行车驱动系统对其施加一个工作方向的载荷时，克服此载荷的能力。而飞轮强度的失效则主要指齿片断裂或者出现功能失效，飞轮强度性能影响 着使用者的安全。 实际测试过程中，强度指标达不到标准要求的在产品不合格比重中占35,。主要存在以下几种情况:齿片断裂;千斤相对外套内齿发生相对转动发生功能性失效;芯子与配套后轴的螺纹失效造成力加不到标准值等，而实际使用过程中最 常见的是齿片断裂。 综合以上分析，在自行车飞轮性能检测中，强度及硬度都十分重要，并且缺一不可，在飞轮这种特殊的自行车零部件中，由于材料及生产T艺等原因，不能简单地按照强度与硬度的比例关系进行测算，而要一一进行检测。 2 影响飞轮性能的原因分析 2(1原材料成本因素 飞轮材料主要是钢铁，随着国际钢价的节节攀升，2008年钢材供应紧张，价格涨幅急剧上升(4 700,6 020元吨)，特别是在4月份中国第十八届自行车展前后涨幅更是惊人。企业原先签定的产品的原材料成本已经上升，但销售价格并未提高，企业面临着前所未有的成本压力。因此部分企业往往为了控制成本会采用一些中小型原料厂家的原料，更有甚者直接从汽车零部件生产企业里其用剩的原料，再次利用。企业的这种做法无非是凶其低廉的价格。然而中小型原料厂家的产品冈设备、工艺不够完善，与大型的企业(如上海宝钢等)相比，其原材料的生产制备过程简单，导致产品微观组织不均匀，由此带来了飞轮整体质量的下降。 2(2工艺因素的影响 1)加工产品尺寸精度低的单级飞轮出现外套与千斤间隙过大，试验时千斤精度 会强行划过外套内棘轮，千斤经过逐步磨损，最终导致无法施力而失效。在飞轮的加工过程巾，其加工尺寸也存在一定的问题，QB,T 1887—1993行业标准规定单级飞轮齿中心到端部的尺寸E为8 mm，然而实测过程中发现:众多产品的E尺寸仅为7(10 mm，尺寸缩小率为11(25,。两种规格的齿宽度尺寸C，标准要求为2 mm,3 mm，而实测中小的只有1(86 mm,2(84 mm。以16牙的单级飞轮为例，一般合格的飞轮其丝档盖板的厚度在1(6—2(0 mm之间，而不合格的飞轮其厚度只有1(2 mm。外购件众多，许多厂家只做飞片、芯子，其他的如外套、千斤都向外采购，因此对外购件的质量不能保证。 2)装配丁艺 装配工艺标准规定丝档与芯子螺纹的旋紧力矩，单级飞轮不小于15 N?m，多级飞轮不小于20 N?m，而在测试过程中显示:强度不合格的多级匕轮其丝档与芯子螺纹的旋紧力矩，大多在10 N?m左右，与标准要求差距大;钢球装配时出现漏装，16牙的单级飞轮一般要装有63(2 mm直径的钢球不少于92粒，但实际中很多不合格产品钢球数量仅为88—89粒。 3)热处理工艺 为了提高自行车飞轮的表面硬度，增加其耐磨性，一般要进行900?左右气体渗碳，渗剂主要是甲醇和煤气混合体。生产企业为节省成本经常存在偷T现象，缩短渗碳时间，其正常渗碳时间一般在3 h左右，但部分企业把时间缩短至1一1(5 h，导致产品质量下降。另一方面，装炉量及装炉方式也不科学，为了提高“生产效率”，经常是装炉严重超量，飞片重叠摆放，且重叠量大(多飞飞片达到20片)，被渗表面不能充分暴露在渗碳气氛中，导致上下两层的飞片硬度值偏高，而中间的产品未能得到正常渗碳处理，硬度值偏低。另外，从目前实测情况看，飞轮生产企业比较注重表面硬度值，而不重视强度值，主要是由 于在实际生产中，同火成本太高，生产企业常常是省去了渗碳后的回火丁艺，结果是飞轮的硬度值出奇偏高，普遍达到80 HRA左右，而强度值一般较低。 早期自行飞轮的制造方法: 这个方法是清华大学发明，它主要改变了原由热锻或冷锻制成外圈及内芯，再由授料冲压成档圈的工艺，将一个棒料坯件通过联合镦冲等少、无切削工艺来制成飞轮的外圈、内芯、档圈。材料利用率高，节省能源，降低成本，改善劳动条件，且所用压机吨位较小。 经过镦冲联合工艺成型如(5)， 再该专利的构成如图一所示。棒料毛坯(4) 冲去连皮成(6)形状的坯件， 坯件(6)经过正反挤联合工艺后形成为第=中间坯件(7)，将第一中间坯伴切成三件(8 ，9，10)，第一件(8)经预成形制造成(11>形状， 再终锻制成外圈(1)， 第二件(9) 经过锻压成形制成档翻(3)，第三件(10)经过镦挤联合工艺制成第三中间坯件(12)， 将第三中间坯件(12)冲切分成二件(13、14)，第一件(13)经锻压成型为档圈(3)， 第二件(14)经镦挤联合工艺成形为内芯(2)。 要完成上述要求的锻压工艺须用镦冲联合工艺及特定模具，本专利所采用的模具，其结构如图2所示， 为镦粗和冲孔联合工艺专再，压完工件从凹模上端取出。除通用的上、下垫板(15、1 6)， 上， 下冲头(17、18)以及相关的联结件外， 有一个在工作过程中能上下浮动的组合凹模(19)， 该凹模由一个外围(20) 压配组成。工作开始时，坯料散入组合凹模(19)内，起导向和两个内囤(21，22) 定位作用。上冲头(17)向下行程接触坯料后，压板(26)推动组台凹模(19)下降，控制金属的变形，起凹模作 用。上冲头回程时，组合凹模(19)由导拄弹簧 (13)推回顶料杆-(25)推出1工件(24)。然而进行第二个工件生产。 近期的制造方法: 传统方式采用热锻制坯和切削加工的方法来生产飞轮(这种方法必须应用大吨位压力机和大功率电加热炉，不但要消耗大量能源，而且由于毛坯余量大，需进行大量的切削加工(金属材料消耗大。除了热锻成形毛坯以外，还可采用冷挤压成形。但由于冷挤压需要大的挤压力，所用设备吨位更大，同时，还需要对坯料进行软化、润滑等前期处理，成本相对较高。而采用冷滚轧成形，则勿需大吨位压力机和电加热炉，不但可以节能、节材，而且还可以节省大量人力资源和投资费用，成本低廉。 冷滚轧成形工艺 飞轮滚轧成形可以看成是回转体和圆柱体的啮合，飞轮滚轧要求金属向中间流动形成飞轮链轮的坯形(因此(飞轮滚轧成形的轧辊应具有两个方向相对的辊形，即具有相同的螺旋升角。当轧辊与工件啮合时，轧辊作径向进给，工件在轧辊轴向分力的作用下(轧辊会迫使轧片变形并轴向流动，在垂直面形成圆环。 (1)滚轧后的成品尺寸要求 滚轧以后的成品要求其外形尺寸达到净形，即不再进行机加工，成形后的坯料经冲压分离后成为飞壳成品。分离下来的材料可作为飞轮的芯子毛坯再利用(图1)。 (2)毛坯几何尺寸的确定 为了充分利用材料(使余料能再利用，设计毛坯时适当增加了板料厚度。以18牙飞轮为例，选用料尺寸98mmX98mmX6(5mm，毛坯重499g。落料尺寸为直径86mm，重量464g(定位孔尺寸为直径12mm(飞轮飞壳毛坯重为455g，余料尺寸为直径8mm，重量为135g。材料利用率为455,499=91,。 (3)成形工艺流程 18牙自行车单级飞轮飞壳采用Q215热轧钢板条料，经1000kN压力机落料，在专用滚轧机上冷滚轧成形，然后回到压力机上冲孔(便完成了E壳成品加工。 冲孔分离下来的余料可冷挤压成飞轮芯子成品。具体工艺流程如图2所示。