НАКОПИТЕЛЬ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ, ОСНАЩЕННЫЙ 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 (патент РФ №152889), включающий вал, на котором жестко закреплено четырехлучевое водило и установлены центральная шестерня с возможностью поворота вокруг вала и обгонная муфта для обеспечения одностороннего вращения центральной шестерни. На концах четырехлучевого водила закреплены оси, на которых установлены с возможностью вращения шестерни-сателлиты, находящиеся в зацеплении с центральной шестерней. Шестерни-сателлиты установлены на осях с образованием полостей, в которых размещены накопители потенциальной энергии, выполненные в виде пружин кручения, навитых вокруг осей и прикрепленных своими концами к осям и шестерням-сателлитам. Вал установлен с возможностью осевого перемещения. На одном его конце установлена двухсторонняя электромагнитная конусная фрикционная муфта, состоящая из обоймы с площадками под контакт и двух полумуфт: одна полумуфта жестко соединена с валом, а другая - с центральной шестерней.
Недостатком данной конструкции является то, что рабочие поверхности полумуфт содержат электромагнитные катушки, управление которыми при их вращении затруднительно. Кроме того, центральная шестерня установлена на радиальных подшипниках, не способных воспринимать значительные осевые усилия, которые будут возникать при включении конусной фрикционной муфты.
Задачей предполагаемой полезной модели является создание накопителя механической энергии, способного накапливать потенциальную энергию упругодеформированных элементов, и содержащего эффективную систему управления включением.
Техническим результатом является уменьшение расхода топлива в двигателе за счет накопления энергии при рекуперативном торможении и последующего использования накопленной энергии для трогания с места и разгона транспортного средства.
Технический результат достигается предлагаемым накопителем механической энергии, оснащенным упругими элементами (впоследствии - накопитель), включающим вал, на котором жестко закреплено четырехлучевое водило и установлена с помощью подшипников центральная шестерня с возможностью поворота вокруг вала. На концах четырехлучевого водила закреплены оси, на которых с помощью подшипников установлены с возможностью вращения шестерни-сателлиты, находящиеся в зацеплении с центральной шестерней. Шестерни-сателлиты установлены на осях с образованием полостей, в которых размещены накопители потенциальной энергии, выполненные в виде пружин кручения, навитых вокруг осей и прикрепленных своими концами к осям и шестерням-сателлитам. Центральная шестерня установлена на валу с образованием полости, в которой размещен накопитель потенциальной энергии, выполненные в виде пружины кручения, навитой вокруг вала и прикрепленной своими концами к валу и центральной шестерне. Вал установлен на опоре с возможностью вращения и осевого перемещения вдоль нее. Вращение с вала отбора мощности на накопитель и в обратном направлении передается через двухстороннюю конусную фрикционную муфту, состоящую из обоймы с площадками под контакт и двух полумуфт: полумуфты, жестко соединенной с валом, и полумуфты, жестко соединенной с центральной шестерней. Для управления двухсторонней конусной фрикционной муфтой предусмотрены соленоиды с общим штоком, возвратными пружинами и рычагом. Для периодической остановки вращения вала на другом его конце установлена конусная фрикционная муфта, а для возврата вала в среднее (нейтральное) положение предусмотрены пружины сжатия. Для обеспечения одностороннего вращения центральной шестерни на ее корпусе установлена обгонная муфта. При этом подшипники выполнены радиально-упорными.
Применение предлагаемого накопителя энергии 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 и фиг. 2 изображен накопитель и его фронтальная проекция в нейтральном положении. На фиг. 3 и фиг. 4 изображен накопитель и его фронтальная проекция в положении, соответствующем рекуперативному торможению (накоплению энергии). На фиг. 5 и фиг. 6 изображен накопитель и его фронтальная проекция в положении, соответствующем разгону (отдаче накопленной энергии).
Накопитель включает вал 1, на котором жестко закреплено четырехлучевое водило 2 и установлена с помощью подшипников 3 центральная шестерня 4 с возможностью поворота вокруг вала 1. На концах четырехлучевого водила 2 закреплены оси 5, на которых с помощью подшипников 6 установлены с возможностью вращения шестерни-сателлиты 7, находящиеся в зацеплении с центральной шестерней 4. Шестерни-сателлиты 7 установлены на осях 5 с образованием полостей, в которых размещены накопители потенциальной энергии, выполненные в виде пружин кручения 8, навитых вокруг осей 5 и прикрепленных своими концами к осям 5 и шестерням-сателлитам 7. Центральная шестерня 4 установлена на валу 1 с образованием полости, в которой размещен накопитель потенциальной энергии, выполненный в виде пружины кручения 9, навитой вокруг вала 1 и прикрепленной своими концами к валу 1 и центральной шестерне 4. Вал 1 установлен на опоре 10 с возможностью вращения и осевого перемещения вдоль нее. Вращение с вала отбора мощности 11 на накопитель и в обратном направлении передается через двухстороннюю конусную фрикционную муфту 12, состоящую из обоймы 13 с площадками под контакт 14 и двух полумуфт: полумуфты 15, жестко соединенной с валом 1, и полумуфты 16, жестко соединенной с центральной шестерней 4. Для управления двухсторонней конусной фрикционной муфтой 12 предусмотрены соленоиды 17 и 18 с общим штоком 19, возвратными пружинами 20, 21 и рычагом 22. Для периодической остановки вращения вала 1 на другом его конце установлена конусная фрикционная муфта 23, а для возврата вала 1 в среднее (нейтральное) положение предусмотрены пружины сжатия 24. Для обеспечения одностороннего вращения центральной шестерни 4 на ее корпусе установлена обгонная муфта 25. При этом подшипники 3 выполнены радиально-упорными.
Накопитель работает следующим образом. При движении транспортного средства накопитель находится в нейтральном положении (фиг. 1 и 2): пружины сжатия 24 удерживают вал 1 в среднем (нейтральном) положении, конусные фрикционные муфты 12 и 23 разомкнуты, вал отбора мощности 11 с обоймой 13 вращаются, а накопитель неподвижен.
При рекуперативном торможении вращение с вала отбора мощности 11 необходимо передать на накопитель (фиг. 3 и 4). Для этого на соленоид 18 подается напряжение, под действием магнитного поля, возбуждаемого в нем, шток 19 утапливается в соленоид 18, поворачивая рычаг 22, который перемещает вал 1 вдоль его оси вправо. Полумуфта 16 прижимается к левой площадке контакта 14 обоймы 13 и приводит во вращение центральную шестерню 4, а фрикционная муфта 23 фиксирует вал 1 от вращения. При неподвижном вале 1 с четырехлучевым водилом 2 вращающаяся центральная шестерня 4 закручивает пружину кручения 9 и приводит во вращение шестерни-сателлиты 7, которые закручивают пружины кручения 8. При этом в пружинах кручения 8 и 9 накапливается потенциальная энергия упругой деформации.
Впоследствии для трогания с места и разгона транспортного средства вращение с накопителя необходимо передать обратно на вал отбора мощности 11 (фиг. 5 и 6). Для этого с соленоида 18 напряжение переключается на соленоид 17. Под действием магнитного поля, возбуждаемого в нем, шток 19 утапливается в соленоид 17, поворачивая в другую сторону рычаг 22, который перемещает вал 1 вдоль его оси влево. Конусная фрикционная муфта 23 расцепляется, давая валу 1 возможность вращаться, а полумуфта 15 прижимается к правой площадке контакта 14 обоймы 13. При неподвижной центральной шестерне 4, зафиксированной от вращения в обратную сторону обгонной муфтой 25, скрученные пружины кручения 8 приводят во вращение шестерни-сателлиты 7, которые обкатываются по центральной шестерне 4, а пружина кручения 9 приводит во вращение вал 1, заставляя вращаться четырехлучевое водило 2 вместе с валом 1. При этом вращение с вала 1 передается на вал отбора мощности 11 посредством сцепления полумуфты 15 с обоймой 13.
Таким образом, накопитель отдает потенциальную энергию упругодеформированных пружин кручения 8 и 9, после чего напряжение в соленоиде 17 отключается, и под действием пружин сжатия 24 накопитель снова переходит в среднее (нейтральное) положение.