Рекуператор транспортного средства с упругими элементами

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 №2653221), содержащий 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. Рекуператор оснащен механизмом подключения к валу отбора мощности, оснащенным коническими шестернями и электромагнитными фрикционными муфтами. Однако данный механизм имеет передаточное число, равное единице, что не обеспечивает достаточный крутящий момент на валу отбора мощности и ограничивает дистанцию рекуперативного торможения транспортного средства.
Задачей полезной модели является создание рекуператора транспортного средства с упругими элементами, способного развивать достаточный крутящий момент на валу отбора мощности, а также накапливать и отдавать потенциальную энергию упругодеформированных элементов на более длинной дистанции рекуперативного торможения и разгона 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 рекуператором транспортного средства с упругими элементами (впоследствии - рекуператор), содержащим входной и выходной валы, установленные на радиально-упорных подшипниках с возможностью вращения, а также оси, установленные на радиальных подшипниках с возможностью вращения. На входном и выходном валу установлены упругие элементы, выполненные в виде пружин кручения, навитых вокруг валов, а на осях установлены упругие элементы, выполненные в виде пружин кручения, навитых вокруг осей. Пружины кручения, навитые вокруг входного и выходного валов, соединяют своими концевыми зацепами входной и выходной вал с цилиндрическими шестернями, которые установлены на валах и осях с возможностью вращения относительно них. Концевые зацепы пружин кручения, навитых вокруг осей, закреплены в цилиндрических шестернях, установленных на противоположных концах осей.
На входном валу жестко закреплено входное зубчатое колесо, находящееся в зацеплении с входной шестерней. Причем зубчатая передача, образованная входной шестерней и входным зубчатым колесом, является понижающей с передаточным числом, равным трем. На выходном валу жестко закреплена выходная шестерня, находящаяся в зацеплении с выходным зубчатым колесом. Причем зубчатая передача, образованная выходной шестерней и выходным зубчатым колесом, также является понижающей с передаточным числом, равным трем. Входная шестерня и выходное зубчатое колесо установлены с возможностью вращения относительно вала отбора мощности посредством радиально-упорных подшипников. Корпус входной шестерни имеет площадку под контакт, которая вместе с полумуфтой, пружиной сжатия и электромагнитной катушкой образует входную электромагнитную фрикционную муфту. Корпус выходного зубчатого колеса 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 при включении муфт передавать вращение посредством шлицевых соединений.
В неподвижном корпусе рекуператора установлен фиксатор рекуператора с электромагнитной катушкой и пружиной. Фиксатор рекуператора установлен посредством шлицевого соединения с возможностью осевого перемещения вдоль корпуса рекуператора. Входная шестерня и выходное зубчатое колесо имеют площадки под контакт с фиксатором рекуператора.
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.
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 троганию с места и разгону (отдаче накопленной энергии).
Рекуператор содержит входной 1 и выходной 2 валы, установленные на радиально-упорных подшипниках 3 с возможностью вращения, а также оси 4-8, установленные на радиальных подшипниках 9 с возможностью вращения. На входном 1 и выходном 2 валу установлены упругие элементы, выполненные в виде пружин кручения 10, навитых вокруг валов, а на осях 4-8 установлены упругие элементы, выполненные в виде пружин кручения 11-15, навитых вокруг осей. Пружины кручения 10, навитые вокруг входного 1 и выходного 2 валов, соединяют своими концевыми зацепами входной 1 и выходной 2 вал с цилиндрическими шестернями 16, которые установлены на валах 1, 2 и осях 4-8 с возможностью вращения относительно них. Концевые зацепы пружин кручения 11-15, навитых вокруг осей 4-8, закреплены в цилиндрических шестернях 16, установленных на противоположных концах осей.
На входном валу 1 жестко закреплено входное зубчатое колесо 17, находящееся в зацеплении с входной шестерней 18. Причем зубчатая передача, образованная входной шестерней 18 и входным зубчатым колесом 17, является понижающей с передаточным числом, равным трем. На выходном валу 2 жестко закреплена выходная шестерня 19, находящаяся в зацеплении с выходным зубчатым колесом 20. Причем зубчатая передача, образованная выходной шестерней 19 и выходным зубчатым колесом 20, также является понижающей с передаточным числом, равным трем. Входная шестерня 18 и выходное зубчатое колесо 20 установлены с возможностью вращения относительно вала отбора мощности 21 посредством радиально-упорных подшипников 22 и 23. Корпус входной шестерни 18 имеет площадку под контакт 24, которая вместе с полумуфтой 25, пружиной сжатия 26 и электромагнитной катушкой 27 образует входную электромагнитную фрикционную муфту 28. Корпус выходного зубчатого колеса 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 при включении муфт передавать вращение посредством шлицевых соединений соответственно 34 и 35.
В неподвижном корпусе рекуператора 36 установлен фиксатор рекуператора 37 с электромагнитной катушкой 38 и пружиной 39. Фиксатор рекуператора 37 установлен посредством шлицевого соединения 40 с возможностью осевого перемещения вдоль корпуса рекуператора 36. Входная шестерня 18 и выходное зубчатое колесо 20 имеют площадки под контакт 41 и 42 с фиксатором рекуператора.
Рекуператор работает следующим образом.
При движении транспортного средства рекуператор находится в нейтральном положении (фиг. 1 и 2): электромагнитные фрикционные муфты 28 и 33 разомкнуты, вал отбора мощности 21 с полумуфтами 25 и 30 свободно вращается, фиксатор рекуператора 37 прижат пружиной 39 к выходному зубчатому колесу 20, остальные детали рекуператора неподвижны.
При рекуперативном торможении вращение с вала отбора мощности 21 необходимо передать на рекуператор (фиг. 3 и 4). Для этого на электромагнитную катушку 27 подается напряжение, под действием магнитного поля, возбуждаемого в ней, полумуфта 25, вращающаяся вместе с валом отбора мощности 21, прижимается к площадке контакта 24 и приводит во вращение входную шестерню 18. Вращение с входной шестерни 18 посредством зубчатого зацепления передается на входное зубчатое колесо 17, которое начинает вращаться вместе с входным валом 1. Вращаясь, вал 1 закручивает пружину кручения 10, расположенную на нем, и через зубчатые зацепления цилиндрических шестерен 16 закручивает пружины кручения 11-15, расположенные на осях 4-8. При этом в пружинах кручения 10-15 накапливается потенциальная энергия упругой деформации, а зубчатая передача, образованная входной шестерней 18 и входным зубчатым колесом 17, уменьшает количество оборотов входного вала 1 и одновременно увеличивает момент закручивания пружин 10-15 в три раза, что позволяет увеличить дистанцию рекуперативного торможения.
Впоследствии, для трогания с места и разгона транспортного средства вращение с рекуператора необходимо передать обратно на вал отбора мощности 21 (фиг. 5 и 6). Для этого с электромагнитной катушки 27 напряжение переключается на электромагнитную катушку 32, под действием магнитного поля, возбуждаемого в ней, полумуфта 30 прижимается к площадке под контакт 29. При этом входная электромагнитная фрикционная муфта 28 размыкается под действием пружины сжатия 26, а выходная электромагнитная фрикционная муфта 33, наоборот, замыкается. Одновременно с этим подается напряжение на электромагнитную катушку 38, и под действием магнитного поля, возбуждаемого в ней, фиксатор рекуператора 37, преодолевая усилие пружины 39, перемещается вдоль неподвижного корпуса рекуператора 36 влево, прижимаясь к площадке под контакт 41 входной шестерни с фиксатором рекуператора. Тем самым фиксатор рекуператора 37 освобождает выходное зубчатое колесо 20 и фиксирует входную шестерню 18.
Скрученные пружины кручения 10-15 приводят во вращение выходной вал 2 вместе с выходной шестерней 19, которая через зубчатое зацепление вращает выходное зубчатое колесо 20. Посредством включенной выходной электромагнитной фрикционной муфты 33 и шлицевого соединения 35 вращение с выходного зубчатого колеса 20 передается на вал отбора мощности 21. Таким образом, рекуператор отдает потенциальную энергию упругодеформированных пружин 10-15, а зубчатая передача, образованная выходной шестерней 19 и выходным зубчатым колесом 20, увеличивает крутящий момент, передаваемый на вал отбора мощности в три раза.
В конце цикла разгона транспортного средства напряжение в электромагнитных катушках 32 и 38 отключается, под действием пружин сжатия 31 и 39 выходная электромагнитная фрикционная муфта 33 размыкается, а фиксатор рекуператора перемещается вправо, фиксируя выходное зубчатое колесо 20. Рекуператор переходит в нейтральное положение и снова готов к работе.