一種新型中小型發(fā)動(dòng)機(jī)扭力蓄能啟動(dòng)裝置

摘要：傳統(tǒng)中小型發(fā)動(dòng)機(jī)的人力啟動(dòng)多采取拉繩或手柄機(jī)構(gòu)，發(fā)動(dòng)時(shí)需要很大的爆發(fā)力，在使用中對老人、婦女和體弱者造成很大的不便。文章設(shè)計(jì)了一種新型的扭力蓄能裝置很好的解決了這個(gè)問題，主要介紹了該裝置的整體運(yùn)行原理和部分關(guān)鍵部件的結(jié)構(gòu)。該裝置方便了使用者，它的推廣將會(huì)帶來極大的社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞：扭力蓄能啟動(dòng)裝置；平面渦卷彈簧；人力啟動(dòng)

中圖分類號：U472 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1006—8937（2012）23—0011—02

1 發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)裝置簡介

發(fā)動(dòng)機(jī)由靜止?fàn)顟B(tài)進(jìn)入運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，必須借助外力使克服起動(dòng)阻力，以一定的轉(zhuǎn)速連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動(dòng)活塞不斷往復(fù)運(yùn)動(dòng)，直至氣缸內(nèi)形成的可燃混合氣被壓燃或點(diǎn)燃后，發(fā)動(dòng)機(jī)才能轉(zhuǎn)入正常的工作循環(huán)。因此發(fā)動(dòng)機(jī)必須要有起動(dòng)裝置來達(dá)到起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)轉(zhuǎn)速，才能起動(dòng)。

起動(dòng)轉(zhuǎn)矩必須克服壓縮阻力和內(nèi)磨擦阻力矩，能夠使曲轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)，它與發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比、溫度、機(jī)油粘度等有關(guān)，通常起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的125%以上。起動(dòng)轉(zhuǎn)速在0～20℃時(shí)，汽油機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)速為30～40 r/min，柴油機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)速為150～300 r/min。

起動(dòng)裝置一般分為三大類：人力起動(dòng)、電機(jī)啟動(dòng)和輔助汽油機(jī)啟動(dòng)。而中小型發(fā)動(dòng)機(jī)多用人力起動(dòng)。人力起動(dòng)主要借助手柄或拉繩等方式直接轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸或飛輪。這種起動(dòng)方式結(jié)構(gòu)簡單、成本低，廣泛使用在農(nóng)用機(jī)械、園林機(jī)械等行業(yè)，但其缺點(diǎn)是起動(dòng)不便且勞動(dòng)強(qiáng)度大，特別是嚴(yán)寒冬季由于機(jī)油粘度增高，起動(dòng)阻力矩增大，以及燃油氣化性能變壞的緣故起動(dòng)困難。傳統(tǒng)人力裝置的起動(dòng)困難已嚴(yán)重制約了老人、婦女和體弱者的使用。

2 新型扭力蓄能釋放啟動(dòng)機(jī)構(gòu)整體運(yùn)行原理

本文介紹一種新型扭力蓄能釋放啟動(dòng)機(jī)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

使用者以較小扭力轉(zhuǎn)動(dòng)扭力主動(dòng)小齒輪1，扭力被傳動(dòng)大齒輪4上，對通過蓄能撥輪組件中平面渦卷彈簧5，進(jìn)行倍力扭力蓄能。平面渦卷蓄能彈簧因勢能增加而收緊，勢能積聚至最大，按壓釋放限位按鍵2，限位裝置3失去限位作用，主扭力蓄能彈簧的最大勢能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能經(jīng)扭力輸出到棘齒機(jī)構(gòu)6，傳遞扭力動(dòng)能至各種小型燃油動(dòng)力機(jī)械。

3 蓄能裝置原理和計(jì)算

扭力蓄能啟動(dòng)裝置的原理是將人力起動(dòng)的能量通過平面渦卷彈簧積蓄，然后通過瞬間釋放，這樣能產(chǎn)生很大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)轉(zhuǎn)速。因?yàn)椴皇侵苯訋?dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)，所以人力起動(dòng)的能量的積蓄過程中并不需要消耗多少力氣，而且積蓄能量越多，釋放功率就越高。基本可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)人力起動(dòng)裝置的缺點(diǎn)。外端鉸接的非接觸型平面渦卷彈簧1的型式如圖2所示。

在設(shè)計(jì)時(shí)一般給出承受轉(zhuǎn)矩T的相應(yīng)變形角ψ。根據(jù)工作條件本設(shè)計(jì)中渦卷彈簧選取T8A 為彈簧材料，汽油機(jī)選擇本田G100K2，空冷四沖程SV，單氣缸，最大轉(zhuǎn)矩為4.5 NM，進(jìn)行下列計(jì)算。

彈簧的變形角：式中：K1為系數(shù)，外端固定時(shí)K1=1，外端鉸接時(shí)K1=1.25；T為承受轉(zhuǎn)矩，這里選擇汽油機(jī)最大轉(zhuǎn)矩4.5 NM，l是材料的工作長度，E為材料的彈性模量，T8A的彈性模量為2.23E+11 N/m2，b是指彈簧寬度，h為彈簧厚度。

也就是說從動(dòng)大齒輪部分旋轉(zhuǎn)4.45圈后蓄能釋放出來的勢能能夠達(dá)到汽油機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。按照傳動(dòng)比為3來計(jì)算，操作者旋轉(zhuǎn)搖柄大概14圈（4.45×3）后就可以發(fā)動(dòng)本田G100K2汽油機(jī)了，人力旋轉(zhuǎn)過程中，操作者受力從0慢慢增大，但最大受力為3 kg，途中如果操作者要放手休息，由于每四分之一圈就是一個(gè)限位塊可以防止搖柄回轉(zhuǎn)，這樣即使是老人或婦女也能很輕松的啟動(dòng)汽油機(jī)。

由于扭力蓄能啟動(dòng)裝置使用頻率比較高，確定和彈簧的各項(xiàng)參數(shù)后，還須進(jìn)行彈簧的強(qiáng)度校核。彈簧的強(qiáng)度校驗(yàn)公式如下：

當(dāng)轉(zhuǎn)矩作用次數(shù)按照1萬次算，對于碳素鋼帶和合金鋼帶許用應(yīng)力按[？滓]=0.7？滓b選取。如果不能滿足要求，還要對彈簧的寬度、有效使用長度等幾何參數(shù)來進(jìn)行選擇調(diào)整，具體數(shù)值就不多闡述。

4 限位裝置原理

限位裝置的原理如圖3所示，限位撥片1的和限位盤3之間之間只能單向旋轉(zhuǎn)，蓄能時(shí)由于限位撥片固定不動(dòng)，所以限位盤無法回轉(zhuǎn)，當(dāng)按下限位按鍵2時(shí)，可以瞬間釋放蓄能。

5 結(jié) 語

由于中小型發(fā)動(dòng)機(jī)的使用領(lǐng)域很廣，在各行各業(yè)都有大規(guī)模的使用，該裝置的專利申請和批量生產(chǎn)都在進(jìn)行中，它的推廣將會(huì)產(chǎn)生極大的社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1] 沈波.平面渦卷彈簧的應(yīng)用[J].機(jī)械，2001，（5）.

[2] 汪明樂.手搖發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)搖把是取出的嗎——搖把的脫離、傷人原因及安全操作[J].農(nóng)業(yè)開發(fā)與裝備，2007，（10）.

[3] 胡君.CFM56—3發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、加速慢故障分析[J].航空工程與維修，2002，（4）.

[4] 張希海.蓄電池虧電不能啟動(dòng)機(jī)器的應(yīng)急措施[J].工程機(jī)械與維修，2006，（6）.

[5] 鄧運(yùn)志.寒冷地區(qū)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)應(yīng)急措施[J].建筑機(jī)械化，2002，（5）.

[6] 安玉成.淺談柴油發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)不良陋習(xí)及易產(chǎn)生的故障[J].農(nóng)機(jī)使用與維修，2005，（6）.