Рекуператор транспортного средства с упругими элементами и маховиком

Полезная модель относится к машиностроению и может быть использована в приводах транспортных средств с целью уменьшения расхода топлива за счет рекуперации энергии торможения.
Известен рекуператор транспортного средства с упругими элементами (патент РФ №2653221), состоящий из двух первичных валов, установленных на подшипниках с возможностью вращения, а также вторичных осей, установленных на радиальных подшипниках с возможностью вращения. На первичных валах и осях установлены упругие элементы, выполненные в виде пружин кручения, навитых вокруг валов и осей, а также цилиндрические шестерни для передачи вращения между пружинами. Для передачи вращения от вала отбора мощности на рекуператор и в обратном направлении предусмотрен механизм, состоящий из конических шестерен с управляемыми электромагнитными фрикционными муфтами.
Недостатком данного рекуператора является малый крутящий момент, создаваемый пружинами кручения. Кроме того, пружины не способны отдать всю накопленную энергию за короткий промежуток времени, что увеличивает время разгона транспортного средства.
Задачей полезной модели является создание рекуператора, способного накапливать потенциальную энергию упругодеформированных элементов, а также обеспечивать быструю отдачу накопленной энергии и достаточный крутящий момент для разгона транспортного средства.
Техническим результатом является уменьшение расхода топлива в двигателе транспортного средства за счет рекуперации энергии торможения, а также обеспечение достаточной динамики разгона.
Технический результат достигается предлагаемым рекуператором транспортного средства с упругими элементами и маховиком (впоследствии - рекуператор), содержащим два первичных вала, установленных на радиально-упорных подшипниках с возможностью вращения, а также вторичные оси, установленные на радиальных подшипниках с возможностью вращения. На первичных валах установлены упругие элементы, выполненные в виде пружин кручения, навитых вокруг валов, а на вторичных осях установлены упругие элементы, выполненные в виде пружин кручения, навитых вокруг осей. Пружины кручения, навитые вокруг первичных валов, соединяют своими концевыми зацепами первичные валы, с цилиндрическими шестернями, которые установлены на первичных валах и вторичных осях с возможностью вращения относительно них. Концевые зацепы пружин кручения, навитых вокруг вторичных осей, закреплены в цилиндрических шестернях, установленных на противоположных концах осей.
На концах первичных валов жестко закреплены конические шестерни рекуператора, одновременно находящиеся в зацеплении с входной конической шестерней и выходной конической шестерней, установленными с возможностью вращения относительно вала отбора мощности посредством радиально-упорных подшипников. Корпус входной конической шестерни имеет площадку под контакт, которая вместе с полумуфтой, пружиной сжатия и электромагнитной катушкой образует входную электромагнитную фрикционную муфту. Корпус выходной конической шестерни также имеет площадку под контакт, которая вместе с полумуфтой, пружиной сжатия и электромагнитной катушкой образует выходную электромагнитную фрикционную муфту. Полумуфты установлены с возможностью перемещения вдоль вала отбора мощности и передачи вращения посредством шлицевых соединений при включении муфт.
На валу отбора мощности посредством подшипников установлен маховик с возможностью вращения относительно вала отбора мощности. Маховик имеет площадку под контакт, которая вместе с полумуфтой маховика, электромагнитной катушкой и пружиной образует управляемую электромагнитную фрикционную муфту маховика. Полумуфта маховика установлена с возможностью перемещения вдоль вала отбора мощности и при включении муфты маховика способна передавать вращение посредством шлицевого соединения. Для периодического соединения вала отбора мощности с валом ведущего моста транспортного средства предусмотрена муфта рекуператора, состоящая из подвижной полумуфты с электромагнитной катушкой и пружиной, а также входной полумуфты. Причем подвижная полумуфта установлена на валу отбора мощности с возможностью осевого перемещения и передачи вращения посредством шлицевого соединения, а входная полумуфта жестко установлена на валу ведущего моста транспортного средства.
Применение предлагаемого рекуператора позволит уменьшить расход топлива в двигателе за счет накопления энергии при рекуперативном торможении с последующим ее использованием для трогания с места и разгона транспортного средства, обеспечивая высокий крутящий момент и достаточную динамику разгона.
На фиг. 1 и 2 изображен рекуператор в нейтральном положении.
На фиг. 3 и 4 изображен рекуператор в положении, соответствующем рекуперативному торможению (накоплению энергии).
На фиг. 5 и 6 изображен рекуператор в положении, соответствующем разгону маховика (преобразование потенциальной энергии упругой деформации пружин в кинетическую энергию вращения маховика).
На фиг. 7 и 8 изображен рекуператор в положении, соответствующем троганию с места и разгону (отдаче накопленной энергии).
Рекуператор содержит два первичных вала 1 и 2, установленных на радиально-упорных подшипниках 3 с возможностью вращения, а также вторичные оси 4-8, установленные на радиальных подшипниках 9 с возможностью вращения. На первичных валах 1, 2 установлены упругие элементы, выполненные в виде пружин кручения 10, навитых вокруг валов, а на вторичных осях 4-8 установлены упругие элементы, выполненные в виде пружин кручения 11 - 15, навитых вокруг осей. Пружины кручения 10, навитые вокруг первичных валов 1 и 2, соединяют своими концевыми зацепами первичные валы 1 и 2, с цилиндрическими шестернями 16, которые установлены на первичных валах 1, 2 и вторичных осях 4 - 8 с возможностью вращения относительно них. Концевые зацепы пружин кручения 11 - 15, навитых вокруг вторичных осей 4-8, закреплены в цилиндрических шестернях 16, установленных на противоположных концах осей.
На концах первичных валов 1 и 2 жестко закреплены конические шестерни рекуператора 17 и 18, одновременно находящиеся в зацеплении с входной конической шестерней 19 и выходной конической шестерней 20, установленными с возможностью вращения относительно вала отбора мощности 21 посредством радиально-упорных подшипников 22 и 23. Корпус входной конической шестерни 19 имеет площадку под контакт 24, которая вместе с полумуфтой 25, пружиной сжатия 26 и электромагнитной катушкой 27 образует входную электромагнитную фрикционную муфту 28. Корпус выходной конической шестерни 20 также имеет площадку под контакт 29, которая вместе с полумуфтой 30, пружиной сжатия 31 и электромагнитной катушкой 32 образует выходную электромагнитную фрикционную муфту 33. Полумуфты 25 и 30 установлены с возможностью перемещения вдоль вала отбора мощности 21 и передачи вращения посредством шлицевых соединений 34 и 35 при включении муфт. На валу отбора мощности 21 посредством подшипников 36 установлен маховик 37 с возможностью вращения относительно вала отбора мощности 21. Маховик имеет площадку под контакт 38, которая вместе с полумуфтой маховика 39, электромагнитной катушкой 40 и пружиной 41 образует управляемую электромагнитную фрикционную муфту маховика 42. Полумуфта маховика 39 установлена с возможностью перемещения вдоль вала отбора мощности 21 и при включении муфты маховика 42 способна передавать вращение посредством шлицевого соединения 43. Для периодического соединения вала отбора мощности 21 с валом ведущего моста транспортного средства 44 предусмотрена муфта рекуператора 45, состоящая из подвижной полумуфты 46 с электромагнитной катушкой 47 и пружиной 48, а также входной полумуфты 49. Причем подвижная полумуфта 46 установлена на валу отбора мощности 21 с возможностью осевого перемещения и передачи вращения посредством шлицевого соединения 50, а входная полумуфта 49 жестко установлена на валу ведущего моста транспортного средства 44.
Рекуператор работает следующим образом.
При движении транспортного средства рекуператор находится в нейтральном положении (фиг. 1 и 2): электромагнитные фрикционные муфты 28, 33, 42 и 45 разомкнуты, вал ведущего моста транспортного средства 44 свободно вращается, а рекуператор неподвижен.
При рекуперативном торможении вращение с вала ведущего моста транспортного средства 44 необходимо передать на рекуператор (фиг. 3 и 4). Для этого на электромагнитные катушки 27 и 47 подается напряжение, под действием магнитного поля, возбуждаемого в них, подвижная полумуфта 46 прижимается к входной полумуфте 49, приводя во вращение вал отбора мощности 21, а полумуфта 25, вращающаяся вместе с валом отбора мощности 21, прижимается к площадке контакта 24 и приводит во вращение входную коническую шестерню 19. Вращение с входной конической шестерни 19 посредством зубчатого зацепления передается на конические шестерни рекуператора 17 и 18, которые начинают вращаться в противоположные стороны вместе с первичными валами 1 и 2. Вращаясь, валы 1 и 2 закручивают пружины кручения 10, расположенные на них, а через зубчатые зацепления цилиндрических шестерен 16 закручивают пружины кручения 11-15, расположенные на вторичных осях 4-8. При этом в пружинах кручения 10-15 накапливается потенциальная энергия упругой деформации, а после их полного закручивания муфта рекуператора 45 размыкается, а входная электромагнитная фрикционная муфта 28 замыкается. Таким образом, включенные входная и выходная электромагнитные фрикционные муфты 28 и 33 фиксируют пружины кручения 10-15 в закрученном положении.
Затем необходимо преобразовать потенциальную энергию упругой деформации пружин 10-15 в кинетическую энергию вращения маховика 37 (фиг. 5 и 6). Для этого входная электромагнитная фрикционная муфта 28 размыкается, а выходная электромагнитная фрикционная муфта 33 и муфта маховика 42 замыкаются. Скрученные пружины кручения 10-15 приводят во вращение первичные валы 1 и 2 вместе с коническими шестернями рекуператора 17 и 18, которые заставляют вращаться входную 19 и выходную 20 конические шестерни. Посредством включенной выходной электромагнитной фрикционной муфты 33 и шлицевого соединения 35 вращение с выходной конической шестерни 20 передается на вал отбора мощности 21, а через муфту маховика 42 и шлицевого соединения 43 приводится во вращение маховик 37. При этом потенциальная энергия упругой деформации пружин кручения 10-15 преобразуется в кинетическую энергию вращения маховика 37. После полного раскручивания пружин кручения 10-15 выходная электромагнитная фрикционная муфта 33 и муфта маховика 42 размыкаются, и маховик 37 продолжает свободно вращаться.
Для трогания с места и разгона транспортного средства включается муфта маховика 42 (фиг. 7 и 8), передавая вращение с маховика 37 на вал отбора мощности 21, и муфта рекуператора 45, посредством которой вращение с вала отбора мощности 21 передается на вал ведущего моста транспортного средства 44. При этом маховик 37 отдает накопленную кинетическую энергию, обеспечивая высокий крутящий момент и достаточную динамику разгона.
После окончания цикла разгона транспортного средства муфта маховика 42 и муфта рекуператора 45 размыкаются, и рекуператор снова переходит в нейтральное положение.