自行车飞轮0810012127 机 085 沙征远一．关键词：自行车飞轮 性能要求 制造工艺 热处理二•摘要：本文介绍了自行车飞轮的结构，结构简图，基本制造方法，工作条件，使用 性能，毛胚材料，毛胚成型以及热处理工艺等，在尽量保证电风扇正常工作的前提下选 择性能符合要求且成本低的材料三•自行车飞轮结构简介：飞轮是手闸式自行车不可少的部件当链条带动飞轮的外缘向前转动时，外缘的斜齿推 着千斤使飞抡的内缘也跟着转动内缘用正螺纹拧在后轴身上，因此，车轮便随着转动 当外缘不转动（或向后转动）时，车轮带着内缘（包括千斤）沿外缘的斜齿滑动，发出嗒嗒的响 声在正常情况下，千斤总是由千斤弹筑贴在外缘的斜齿上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425 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40. 3 一 o. 35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： 常温常压下起传动作用，承接链条与钢圈之间的传动。
当然，由于天气原因有时工作条件较潮湿，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、 拉毛等表面缺陷由于在使用过程中要承载巨大的载荷,所以还必须有足够的强度、刚 度, 以防止在长期使用过程中变形和破坏五．使用性能要求：1. 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2. 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3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4•强度：强度是衡量零件本身承载能力(即抵抗失效能力)的重要指标强度是指材料承受外力而不被破坏(不可恢复的变形也属被破坏)的能力.根据受力种类的不同分为以下几种:(1) 抗压强度--材料承受压力的能力.(2) 抗拉强度--材料承受拉力的能力.(3) 抗弯强度--材料对致弯外力的承受能力.(4) 抗剪强度--材料承受剪切力的能力. 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。
5. 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刘安跳的拉力作用，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6. 抗氧化性：金属材料在高温时抵抗氧化性气体腐蚀作用的能力称为抗氧化性自行车飞轮在工作的过 程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7.经济性能：无论是在生产还是在生活中，经济性都是必须考虑到的，所以考虑到成本以及组装和运输 的方便飞轮质量不能过大，且材料较为便宜8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•毛坯材料：毛坯材料选用20Cr八•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0.1〜1.2 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模锻件就是有模具的锻造件，利用模具锻出精度要求比叫高，比较复杂的锻件模锻件的特点应该是针对于自由锻来谈才会好一点，自由锻基本上不会有模具，只能锻轴、 环等极其简单的东西，而模锻就可以锻出很多结构的产品，且可以控制产品的尺寸公差，减 少车加工量九•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）毛坯简图:a ft挙飞能注：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。
十•制定毛坯零件制造工艺路线：下料f毛胚质量检验f加热f制坯f预锻f终锻f切断f切边冲孔f表面清理f校正f精 压f热处理f检验入库十^一•安排热处理工序：毛胚f800-900度碳氮共渗f表面粗加工f保温2-3小时f淬火+回火f机加工f喷涂f装配 碳氮共渗：碳氮共渗是向钢的表层同时渗入碳和氮的过程，习惯上碳氮共渗又称作氰化目前以中温气 体碳氮共渗和低温气体碳氮共渗(即气体软氮化)应用较是广中温气体碳氮共渗的主要目 的是提高钢的硬度，耐磨性和疲劳强度，低温气体碳氮共渗以渗氮为主，其主要目的是提高 钢的耐磨性和抗咬合性1) 低温气体碳氮共渗以渗氮为主，处理温度500-570°C，处理时间1-5 h,常用的渗剂有 甲酰胺、三乙醇胺、和尿素等工业生产中常把低温气体碳氮共渗称为软氮化软氮化的渗层深度0.3-0.5mm,硬度可达500-900HV,其脆性和变形较小，普遍用于道具 和模具的热处理2) 中温气体碳氮共渗以渗碳为主，处理温度一般为820-860C，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500C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60-100C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回火：回火是工件淬硬后加热到AC1以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理 工艺回火一般紧接着淬火进行，其目的是：(a) 消除工件淬火时产生的残留应力，防止变形和开裂；(b) 调整工件的硬度、强度、塑性和韧性，达到使用性能要求；(c) 稳定组织与尺寸，保证精度；(d) 改善和提高加工性能因此，回火是工件获得所需性能的最后一道重要工序 按回火温度范围，回火可分为低温回火、中温回火和高温回火⑴低温回火工件在250°C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：58〜64HRC，高的硬度和耐磨性应用范围：刃具、量具、模具、滚动轴承、渗碳及表面淬火的零件等2）中温回火工件在250〜500 C之间进行的回火目的是得到较高的弹性和屈服点，适当的韧性13 1预先热处理回火后得到回火托氏体,指马氏体回火时形成的铁素体基体内分布着极其细小球状碳化 物（或渗碳体）的复相组织。
力学性能：35〜50HRC，较高的弹性极限、屈服点和一定的韧性应用范围：弹簧、锻模、冲击工具等⑶高温回火工件在500C以上进行的回火目的是得到强度、塑性和韧性都较好的综合力学性能回火后得到回火索氏体，指马氏体回火时形成的铁素体基体内分布着细小球状碳化物 （包括渗碳体）的复相组织力学性能：200〜350HBS，较好的综合力学性能应用范围：广泛用于各种较重要的受力结构件，如连杆、螺栓、齿轮及轴类零件等 工件淬火并高温回火的复合热处理工艺称为调质调质不仅作最终热处理，也可作一些 精密零件或感应淬火件预先热处理十二•飞轮的发展方向：复合材料具有重量轻，强度高等优点，文中对复合材料飞轮的储能能力及其影响因素进 行分析，并对两种结构复合材料飞轮一单层与多层等厚度圆环飞轮的应力分布与结构设计进 行定量分析与比较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，飞轮转子内 外半径比应根据实际应用要求确定，选择高强度低密度的材料可提高飞轮的轮缘线速度，从 而提高飞轮的储能能力，等厚度圆环飞轮的应力分布主要受飞轮转子内外半径比和材料物理 特性的影响，对于内外半径比一定的层圆环复合材料飞轮，飞轮的环向应力远大于其径向应 力。
与单层圆环飞轮相比，多层圆环飞轮的应力分布更为均匀，合理，飞轮的储能能力更大。