МАХОВИК С ИЗМЕНЯЕМОЙ ГЕОМЕТРИЕЙ, ОСНАЩЕННЫЙ ЗУБЧАТЫМ МЕХАНИЗМОМ

Предполагаемая полезная модель относится к машиностроению и может быть использована в приводах транспортных средств с целью уменьшения расхода топлива за счет рекуперации энергии торможения.
Известен маховик переменного момента инерции (Патент РФ №2516883), содержащий поворотные маховичные секторы с механизмом их разворота и пружину кручения, способную накапливать потенциальную энергию упругой деформации. Маховик предназначен для накопления энергии при рекуперативном торможении транспортного средства с последующим ее использованием при трогании с места и разгоне.
Однако ось маховика предлагается располагать горизонтально (соосно с коленчатым валом двигателя), что будет затруднять управляемость транспортного средства из-за гироскопического эффекта, возникающего во вращающихся массах.
Задачей полезной модели является расширение арсенала средств для рекуперации механической энергии торможения транспортных средств.
Техническим результатом полезной модели является улучшение управляемости транспортного средства при рекуперативном торможении с использованием маховика с изменяемой геометрией, оснащенного зубчатым механизмом.
Технический результат достигается предлагаемым маховиком с изменяемой геометрией, оснащенным зубчатым механизмом, (далее - маховик) содержащим вал маховика, на котором жестко закреплен трехлучевой кронштейн и установлена с помощью подшипников центральная шестерня с возможностью поворота вокруг вала маховика. На концах трехлучевого кронштейна с возможностью поворота закреплены соосно маховичные секторы и зубчатые секторы, жестко соединенные друг с другом планками, причем зубчатые секторы находятся в зацеплении с центральной шестерней. В полости, образованной валом маховика и центральной шестерней, расположен накопитель потенциальной энергии, выполненный в виде пружины кручения, навитой вокруг вала маховика, концы которой соединены с центральной шестерней и с валом маховика. Для передачи вращения с коленчатого вала двигателя на вал маховика используется коническая зубчатая передача, образованная конической шестерней маховика и конической шестерней промежуточного вала, а также электромагнитная фрикционная муфта. При этом вал маховика установлен вертикально на упорном подшипнике и двух радиально-упорных подшипниках, а промежуточный вал установлен на радиально-упорных подшипниках.
Применение в конструкции маховика конической зубчатой передачи позволит расположить ось вращения маховика вертикально, что приведет к уменьшению влияния гироскопического эффекта на управляемость транспортного средства при рекуперативном торможении с использованием маховика с изменяемой геометрией.
На фиг. 1 изображен маховик в сложенном положении. На фиг. 2 изображен маховик в раскрытом положении. На фиг. 3 изображен разрез маховика в сложенном положении.
Маховик с изменяемой геометрией, оснащенный зубчатым механизмом, содержит вал маховика 1, на котором жестко закреплен трехлучевой кронштейн 2 и установлена с помощью подшипников 3 центральная шестерня 4 с возможностью поворота вокруг вала маховика 1. На концах трехлучевого кронштейна 2 с возможностью поворота закреплены соосно маховичные секторы 5 и зубчатые секторы 6, жестко соединенные друг с другом планками 7, причем зубчатые секторы 6 находятся в зацеплении с центральной шестерней 4. В полости, образованной валом маховика 1 и центральной шестерней 4, расположен накопитель потенциальной энергии, выполненный в виде пружины кручения 8, навитой вокруг вала маховика 1, концы которой соединены с центральной шестерней 4 и с валом маховика 1. Для передачи вращения с коленчатого вала 9 двигателя на вал маховика 1 используется коническая зубчатая передача, образованная конической шестерней маховика 10 и конической шестерней 11 промежуточного вала 12, а также электромагнитная фрикционная муфта 13. При этом вал маховика 1 установлен вертикально на упорном подшипнике 14 и двух радиально-упорных подшипниках 15, а промежуточный вал 12 установлен на радиально-упорных подшипниках 16.
В остановленном положении с выключенной электромагнитной фрикционной муфтой 13 маховик находится в сложенном положении (фиг. 1, 3): маховичные секторы 5 прижаты к центру маховика усилием пружины кручения 8 посредством зацепления зубчатых секторов 6 с центральной шестерней 4. При рекуперативном торможении вращение с коленчатого вала 9 двигателя необходимо передать на вал маховика 1. Для этого включается электромагнитная фрикционная муфта 13, которая передает вращение с коленчатого вала 9 двигателя на промежуточный вал 12 с конической шестерней 11 промежуточного вала 12. С конической шестерни 11 промежуточного вала 12 посредством зубчатого зацепления вращение передается на коническую шестерню маховика 10, которая начинает вращаться вместе с валом маховика 1. При увеличении частоты вращения вала маховика 1 маховичные секторы 5 за счет действия на них центробежных сил разворачиваются вокруг своих осей, преодолевая через зацепление зубчатых секторов 6 и центральной шестерни 4 усилие пружины кручения 8. Маховик переходит в раскрытое положение (фиг. 2), его момент инерции увеличивается, участвуя при этом в торможении транспортного средства и накапливая энергию. Причем накапливается не только кинетическая энергия вращающихся маховичных секторов 5, но и потенциальная энергия упруго деформированной пружины кручения 8. В конце цикла торможения электромагнитная фрикционная муфта 13 выключается, а маховик продолжает свободно вращаться в раскрытом положении.
Впоследствии, когда необходимо продолжить движение, накопленная энергия маховика используется для трогания с места и разгона транспортного средства. Для этого снова включается электромагнитная фрикционная муфта 13, через которую вращение с вала 1 маховика через зубчатое зацепление конической шестерни маховика 10 с конической шестерней 11 промежуточного вала 12 передается на коленчатый вал 9 двигателя. Отдавая энергию, маховик стремится замедлиться, что приводит к уменьшению центробежных сил, действующих на маховичные секторы 5 и к их складыванию за счет действия пружины кручения 8. При этом маховик отдает накопленную кинетическую энергию вращающихся маховичных секторов 5 и потенциальную энергию упругодеформированной пружины кручения 8.
Кроме того, уменьшение момента инерции маховика не дает ему замедлиться до полного складывания маховичных секторов 5, что позволяет поддерживать частоту вращения вала 1 маховика вместе с коленчатым валом 9 двигателя в диапазоне его устойчивой работы. При полном складывании маховичных секторов 5 к центру маховика электромагнитная фрикционная муфта 13 выключается и маховик снова готов к работе.