復(fù)合材料飛輪的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種復(fù)合材料飛輪，所述復(fù)合材料飛輪由復(fù)合材料多層輪環(huán)與金屬輪轂過(guò)盈配合后，通過(guò)中心軸整體裝配而成；所述復(fù)合材料多層輪環(huán)為多層纏繞成型的復(fù)合材料輪環(huán)。所述復(fù)合材料多層輪環(huán)的各層輪環(huán)之間通過(guò)預(yù)緊力進(jìn)行過(guò)盈配合。所述復(fù)合材料多層輪環(huán)與金屬輪轂過(guò)盈配合，所述金屬輪轂與中心軸過(guò)盈配合。本實(shí)用新型解決了復(fù)合材料飛輪分層纏繞過(guò)盈裝配的技術(shù)問(wèn)題，提高了飛輪結(jié)構(gòu)的環(huán)向抗拉強(qiáng)度，使其在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)不發(fā)生破壞，從而提高飛輪轉(zhuǎn)速。
【專(zhuān)利說(shuō)明】復(fù)合材料飛輪

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種復(fù)合材料飛輪。

【背景技術(shù)】
[0002] 飛輪用于機(jī)械能量?jī)?chǔ)存，其儲(chǔ)能密度是其性能的主要衡量指標(biāo)。提高飛輪儲(chǔ)能密 度有兩個(gè)途徑：一是增加飛輪輪緣質(zhì)量，二是提高飛輪轉(zhuǎn)速。前者導(dǎo)致機(jī)構(gòu)笨重。后者效果 顯著，但受三個(gè)方面限制：一是要保證飛輪輪緣材料在離心力增加時(shí)不會(huì)因強(qiáng)度不足而斷 裂，它限制轉(zhuǎn)速的增加；二是飛輪超高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，軸承會(huì)發(fā)熱、升溫、失效，潤(rùn)滑油會(huì)變質(zhì)，它 也限制轉(zhuǎn)速增加；三是飛輪轉(zhuǎn)速很高時(shí)，空氣阻力和軸承摩擦力矩的能耗都會(huì)顯著增加，使 飛輪儲(chǔ)能效率降低。
[0003] 由于上述三方面的限制，公知的金屬材料飛輪，由于金屬?gòu)?qiáng)度低，無(wú)法滿足高速飛 輪的使用需要。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0004] 本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)上述現(xiàn)有的金屬飛輪無(wú)法滿足高速轉(zhuǎn)動(dòng)的技術(shù)問(wèn)題， 提供一種復(fù)合材料飛輪的成型技術(shù)。
[0005] 本實(shí)用新型的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：
[0006] 本實(shí)用新型涉及一種復(fù)合材料飛輪，所述復(fù)合材料飛輪由復(fù)合材料多層輪環(huán)與金 屬輪轂過(guò)盈配合后，通過(guò)中心軸整體裝配而成；所述復(fù)合材料多層輪環(huán)為多層纏繞成型的 復(fù)合材料輪環(huán)。
[0007] 優(yōu)選地，所述復(fù)合材料多層輪環(huán)為碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料纏繞成型的復(fù)合材料輪 環(huán)。
[0008] 更優(yōu)選地，所述復(fù)合材料多層輪環(huán)為通過(guò)連續(xù)纖維多層纏繞整體成型的復(fù)合材料 輪環(huán)。
[0009] 優(yōu)選地，所述復(fù)合材料多層輪環(huán)為多層厚度不同的復(fù)合材料輪環(huán)。
[0010] 優(yōu)選地，所述復(fù)合材料多層輪環(huán)的各層輪環(huán)之間通過(guò)預(yù)緊力進(jìn)行過(guò)盈配合。
[0011] 優(yōu)選地，所述復(fù)合材料多層輪環(huán)與金屬輪轂過(guò)盈配合，所述金屬輪轂與中心軸過(guò) 盈配合。
[0012] 本實(shí)用新型的有益效果為：本實(shí)用新型提供的復(fù)合材料飛輪，實(shí)現(xiàn)了復(fù)合材料飛 輪輪環(huán)整體成型以及各輪環(huán)之間的過(guò)盈配合，提高了飛輪結(jié)構(gòu)的環(huán)向抗拉強(qiáng)度，使其在高 速旋轉(zhuǎn)時(shí)不發(fā)生破壞，從而提高飛輪轉(zhuǎn)速。解決了金屬飛輪強(qiáng)度低，無(wú)法高速旋轉(zhuǎn)進(jìn)行儲(chǔ)能 的問(wèn)題。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013] 通過(guò)閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本實(shí)用新型的其它特 征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯：
[0014] 圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015] 其中，1為金屬輪轂，2為第一層輪環(huán)，3為第二層輪環(huán)，4為第三層輪環(huán)，5為第四層 輪環(huán)。

【具體實(shí)施方式】
[0016] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。以下實(shí)施例將有助于本 領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本實(shí)用新型，但不以任何形式限制本實(shí)用新型。應(yīng)當(dāng)指出的是， 對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干調(diào)整 和改進(jìn)。這些都屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
[0017] 實(shí)施例
[0018] 本實(shí)施例涉及一種復(fù)合材料飛輪；如圖1所示，該復(fù)合材料飛輪由復(fù)合材料輪環(huán) 與金屬輪轂1配合后，通過(guò)中心軸整體裝配而成；復(fù)合材料輪環(huán)為多層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
[0019] 具體而言，復(fù)合材料飛輪最大外徑為416mm，輪轂1外徑為217mm，復(fù)合材料輪環(huán)厚 度為199_。其中，復(fù)合材料輪環(huán)為四層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，與金屬輪轂1配合后，通過(guò)中心軸進(jìn)行整 體裝配。復(fù)合材料輪環(huán)的第一層輪環(huán)2、第二層輪環(huán)3、第三層輪環(huán)4、第四層輪環(huán)5之間通 過(guò)纖維纏繞過(guò)程中的預(yù)緊力實(shí)現(xiàn)過(guò)盈配合，過(guò)盈量均為0. 3?0. 4_ ;第一層輪環(huán)2與金屬 輪轂1采用低溫裝配實(shí)現(xiàn)其過(guò)盈配合，過(guò)盈量為〇. 2?0. 3_。
[0020] 本實(shí)施例飛輪在成型過(guò)程中，根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為在運(yùn)行過(guò)程中主要承受高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) 的離心力，在結(jié)構(gòu)上采取各環(huán)過(guò)盈配合，復(fù)合材料輪環(huán)、金屬輪轂、中心軸等過(guò)盈配合。
[0021] 按照前述結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，復(fù)合材料飛輪輪環(huán)各層之間為過(guò)盈配合，復(fù)合材料輪環(huán)與金 屬輪轂之間也為過(guò)盈配合，而根據(jù)碳纖維復(fù)合材料的性能特點(diǎn)，由于其線膨脹系數(shù)很小，要 實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料輪環(huán)各環(huán)之間的過(guò)盈配合較為困難。通過(guò)改變其成型方法，選用連續(xù)纖維纏 繞成型技術(shù)，纏繞角度為全部環(huán)向，輪環(huán)各環(huán)厚度進(jìn)行分層纏繞，分次固化。在纏繞過(guò)程中， 按照設(shè)計(jì)設(shè)定的過(guò)盈配合量，計(jì)算纖維所需應(yīng)變量，然后根據(jù)所選纖維性能計(jì)算纏繞預(yù)緊 力，從而通過(guò)纏繞過(guò)程中張力控制實(shí)現(xiàn)各環(huán)的過(guò)盈配合。
[0022] 考慮到最后裝配為過(guò)盈裝配，飛輪輪轂選用材料為3J33合金，其線膨脹系數(shù)為 10. 7?11 X 1(T6/°C，在液氮下將金屬輪轂進(jìn)行冷卻，然后與復(fù)合材料輪環(huán)按設(shè)計(jì)過(guò)盈量進(jìn) 行裝配。
[0023] 綜上所述，本實(shí)用新型通過(guò)選用連續(xù)纖維纏繞成型的復(fù)合材料飛輪，實(shí)現(xiàn)了復(fù)合 材料飛輪輪環(huán)整體成型以及各輪環(huán)之間的過(guò)盈配合，提高了飛輪結(jié)構(gòu)的環(huán)向抗拉強(qiáng)度，使 其在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)不發(fā)生破壞，從而提高飛輪轉(zhuǎn)速。解決了金屬飛輪強(qiáng)度低，無(wú)法高速旋轉(zhuǎn)進(jìn) 行儲(chǔ)能的問(wèn)題，為后續(xù)進(jìn)行高能存儲(chǔ)飛輪研制奠定了基礎(chǔ)。
[0024] 以上對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本實(shí)用新型并不局 限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改， 這并不影響本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。
【權(quán)利要求】
1. 一種復(fù)合材料飛輪，其特征在于，所述復(fù)合材料飛輪由復(fù)合材料多層輪環(huán)與金屬輪 轂過(guò)盈配合后，通過(guò)中心軸整體裝配而成；所述復(fù)合材料多層輪環(huán)為多層纏繞成型的復(fù)合 材料輪環(huán)； 所述復(fù)合材料多層輪環(huán)為通過(guò)連續(xù)碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料纏繞成型的復(fù)合材料輪環(huán)；所 述復(fù)合材料多層輪環(huán)的各層輪環(huán)之間通過(guò)預(yù)緊力進(jìn)行過(guò)盈配合。
2. 如權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料飛輪，其特征在于，所述復(fù)合材料多層輪環(huán)為多層厚 度不同的復(fù)合材料輪環(huán)。
3. 如權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料飛輪，其特征在于，所述復(fù)合材料多層輪環(huán)與金屬輪 轂過(guò)盈配合，所述金屬輪轂與中心軸過(guò)盈配合。
【文檔編號(hào)】F16F15/305GK203892451SQ201320792772
【公開(kāi)日】2014年10月22日 申請(qǐng)日期:2013年12月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月4日
【發(fā)明者】葉周軍, 梁燕民, 鄧順龍 申請(qǐng)人:上海復(fù)合材料科技有限公司