Накопитель механической энергии с упругими элементами

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 накопитель механической энергии с упругими элементами (патент №160201), содержащий неподвижную ось, четырехлучевой кронштейн, центральную шестерню, находящуюся в зацеплении с шестернями, в полостях которых размещены четыре упругих элемента в виде пружин кручения. Накопитель позволяет рекуперировать энергию торможения транспортного средства, однако, для соединения с валом отбора мощности в нем предлагается использовать однодисковые электромагнитные фрикционные муфты, обладающие слабой нагрузочной способностью. Кроме того, следует рассмотреть возможность увеличения энергоемкости накопителя без внесения существенных изменений в его конструкцию.
Задачей предполагаемой полезной модели является создание накопителя механической энергии, способного запасать потенциальную энергию упругодеформированных элементов в большем объеме, и при этом имеющего более надежный механизм соединения с валом отбора мощности транспортного средства.
Техническим результатом является уменьшение расхода топлива в двигателе транспортного средства за счет накопления энергии при рекуперативном торможении и последующего использования накопленной энергии для трогания с места и разгона.
Технический результат достигается предлагаемым накопителем механической энергии с упругими элементами (впоследствии - накопитель), состоящим из неподвижной оси накопителя, на которой жестко закреплен четырехлучевой кронштейн и установлена с помощью подшипников центральная шестерня с возможностью поворота вокруг оси накопителя. На концах четырехлучевого кронштейна закреплены оси кронштейна, на которых с помощью подшипников установлены с возможностью вращения шестерни, находящиеся в зацеплении с центральной шестерней. Шестерни установлены на осях кронштейна с образованием полостей, в которых размещены упругие элементы, выполненные в виде пружин кручения, навитых вокруг осей кронштейна и прикрепленных своими концами к осям кронштейна и шестерням.
На корпусе центральной шестерни жестко закреплена коническая шестерня накопителя, одновременно находящаяся в зацеплении с входной конической шестерней и выходной конической шестерней, установленными с возможностью вращения относительно вала отбора мощности посредством подшипников. Корпус входной конической шестерни имеет шлицы, которые вместе с фрикционными дисками, входным нажимным диском и пакетом тарельчатых пружин образует входную многодисковую фрикционную муфту. Корпус выходной конической шестерни также имеет шлицы, которые вместе с фрикционными дисками, выходным нажимным диском и пакетом тарельчатых пружин образует выходную многодисковую фрикционную муфту. Фрикционные выполнены с возможностью перемещения вдоль вала отбора мощности по его шлицам и передачи вращения посредством шлицевых соединений при включении муфт. При этом в полости, образованной осью накопителя и центральной шестерней расположен еще один упругий элемент в виде пружины кручения, навитой вокруг оси накопителя и соединенной своими концами с осью накопителя и центральной шестерней.
Применение предлагаемого накопителя 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.
На фиг. 1 изображен накопитель механической энергии в нейтральном положении. На фиг. 2 изображен накопитель механической энергии в положении, соответствующем рекуперативному торможению (накоплению энергии). На фиг. 3 изображен накопитель механической энергии в положении, соответствующем разгону (отдаче накопленной энергии).
Накопитель включает неподвижную ось накопителя 1, на которой жестко закреплен четырехлучевой кронштейн 2 и установлена с помощью подшипников 3 центральная шестерня 4 с возможностью поворота вокруг оси накопителя 1. На концах четырехлучевого кронштейна 2 закреплены оси кронштейна 5, на которых с помощью подшипников 6 установлены с возможностью вращения шестерни 7, находящиеся в зацеплении с центральной шестерней 4. Шестерни 7 установлены на осях кронштейна 5 с образованием полостей, в которых размещены упругие элементы, выполненные в виде пружин кручения 8, навитых вокруг осей кронштейна 5 и прикрепленных своими концами к осям кронштейна 5 и шестерням 7.
На корпусе центральной шестерни 4 жестко закреплена коническая шестерня накопителя 9, одновременно находящаяся в зацеплении с входной конической шестерней 10 и выходной конической шестерней 11, установленными с возможностью вращения относительно вала отбора мощности 12 посредством подшипников, соответственно, 13 и 14. Корпус входной конической шестерни 10 имеет шлицы 15, которые вместе с фрикционными дисками 16, входным нажимным диском 17 и пакетом тарельчатых пружин 18 образует входную многодисковую фрикционную муфту 19. Корпус выходной конической шестерни 11 также имеет шлицы 20, которые вместе с фрикционными дисками 21, выходным нажимным диском 22 и пакетом тарельчатых пружин 23 образует выходную многодисковую фрикционную муфту 24.
Фрикционные диски 16 и 21 выполнены с возможностью перемещения вдоль вала отбора мощности 12 по его шлицам, соответственно, 25 и 26 и передачи вращения посредством шлицевых соединений при включении муфт. При этом в полости, образованной осью накопителя 1 и центральной шестерней расположен еще один упругий элемент в виде пружины кручения 27, навитой вокруг оси накопителя 1 и соединенной своими концами с осью накопителя 1 и центральной шестерней 4.
Накопитель работает следующим образом.
При движении транспортного средства накопитель находится в нейтральном положении (фиг. 1): многодисковые фрикционные муфты 19 и 24 разомкнуты, вал отбора мощности 12 свободно вращается, а накопитель неподвижен.
При рекуперативном торможении вращение с вала отбора мощности 12 необходимо передать на накопитель (фиг. 2). Для этого входной нажимной диск 17 смещается влево, прижимая друг к другу фрикционные диски 16. Таким образом, включается входная многодисковая фрикционная муфта 19, приводя во вращение входную коническую шестерню 10 через фрикционные диски 16 и шлицы 25 и 15. Вращение с входной конической шестерни 10 посредством зубчатого зацепления передается на коническую шестерню накопителя 9, которая начинает вращаться вместе с центральной шестерней 4 вокруг неподвижной оси накопителя 1. При вращении центральной шестерни 4 с шестернями 7, внутри них закручиваются пружины кручения 8 и 27, накапливая потенциальную энергию упругой деформации.
Впоследствии, для трогания с места и разгона транспортного средства (фиг. 3) накопленную энергию необходимо передать обратно на вал отбора мощности 12. Для этого входная многодисковая фрикционная муфта 19 выключается, а выходная многодисковая фрикционная муфта 24 включается. При этом входной нажимной диск 17 смещается вправо, а выходной нажимной диск 22 смещается влево. Скрученные пружины кручения 8 и 27 приводят во вращение шестерни 7 и центральную шестерню 4, которая вращается вместе с конической шестерней накопителя 9. Посредством зубчатого зацепления вращение с конической шестерни накопителя 9 передается на выходную коническую шестерню 11, а с нее посредством включенной выходной многодисковой фрикционной муфты 24 и шлицевого соединения 26 - на вал отбора мощности 12.
Таким образом, накопитель отдает потенциальную энергию упругодеформированных пружин 8, после чего выходной нажимной диск 22 отводится влево, выходная многодисковая фрикционная муфта 24 отключается, и накопитель снова переходит в нейтральное положение.