CN101857013A - 同轴渐开线弹簧制动蓄能器 - Google Patents

Abstract

一种同轴渐开线弹簧制动蓄能器，其特征是：转轴在制动时将制动所消耗的能量转变为弹簧的弹力扭矩，在转轴启动时将弹簧的弹力扭矩同转向释放。制动时制动器使弹簧盘架停止转动，系统的惯性顺时针转动通过花键、离合器(此时齿和)带动弹簧内圈转动收紧弹簧一直达到弹簧扭矩等于转轴扭矩。系统启动，制动脱离弹簧盘架因弹簧力的作用向顺时针方向转动并通过动棘轮推动凸轮机构使离合器断开，此时弹簧内圈由于定棘轮的作用成为支点使弹簧外圈推动弹簧盘架、动棘轮、凸轮销、凸轮槽端头、斜齿离合器B、花键、转轴同向转动，释放弹簧扭矩。图2是此机械装置的剖面图和关键部件的立体外形图。

Description

同轴渐开线弹簧制动蓄能器

所属技术领域

本发明涉及交通工具制动能的蓄积与释放。

背景技术

世界上几乎所有的交通工具都是轮式系统，轮式系统在行进的过程中除了正常行驶外还要不断的进行制动和启动的过程，尤其是城市交通，这种停止起步的工况非常平凡。列如我驾驶一辆汽车，如果是长途行驶车的油耗可能就是6L/100km，但在城市里也许油耗可达到10L/km，这个差别就是车辆频繁的制动过程消耗的能量，其消耗的能量可占整个能量消耗的30％-40％。我们可以想象这其中的差别就是交通工具从静止状态到正常的行驶状态的过程中要消耗很多能量加速，同样制动的过程同样要消耗的能量，这部分能量纯粹是制动过程中变成了热量散失浪费并且损伤制动装置。可以想象交通工具除了正常行驶消耗能源以克服行驶阻力外，还有大量能源消耗在制动和启动过程中。如何将制动过程消耗的能源蓄存起来并在启动过程释放，这是一个节约能源的重大的课题。世界上有很多方案来解决这个问题，有机械的也有电动的，但是至今没有一个成本低廉和实用的方案。

发明内容

本人设计的一个机械装置可以较为简单方便的解决上述的问题，其原理是利用渐开线弹簧和一组倒向装置将转动系统制动时的能量蓄存起来，在启动时再将蓄存的能量释放，以达到节能的目的。

本发明采用的技术方案是

本装置是一个机械系统。它由定棘爪棘轮和斜齿离合器A部分、渐开线弹簧和弹簧盘架部分、动棘爪棘轮和凸轮销部分、斜齿离合器B部分、弹簧盘架的制动部分组成，其各部分相互嵌套共同安装在同一转动轴上。部件的安装关系：定棘爪安装固定在非运动的壳架上是系统的定支点，定棘轮和斜齿离合器A为一体结构直接套装在转轴上，它一个端面是棘轮，另一个端面是斜齿；渐开线弹簧里端径向固定在定棘轮斜齿离合器A的外圆面上，外端固定在一个轴销上，同时轴销安装在弹簧盘架的一个径向开槽中可自由滑动，弹簧盘架是一个外形像一个圆盘的圆柱体，弹簧在里面盘绕；动棘爪固定在弹簧盘架一面上，斜齿离合器B同轴嵌套在动棘轮内圆中并通过花键套装在转轴上；动棘轮圆面上丝装有三个里端面向着轴心的凸轮销分布在一个轴断面上相隔120°，三个凸轮销里端嵌入到套装在动棘轮内圆的轴套形的斜齿离合器B外圆面上的三个与径向有一定角度的凸轮槽里；动棘轮外端面直接套装在转轴上并通过垫圈、卡环或轴挡使其不能做轴向移动。本装置的工作分以下几部分：

制动蓄能工作阶段：轮式系统开始制动停止，弹簧盘制动器动作压住弹簧盘架，因弹簧盘架此时停止转动使渐开线弹簧外端停止转动。因此时转轴系统在惯性作用下是继续顺时针转动同时经花键带动斜齿离合器B(此时斜齿离合器A和B为结合状态)、定棘轮转动并带动渐开线弹簧内端转动将弹簧收紧，将系统动能蓄存在弹簧上直到转轴力矩和弹簧力矩达到平衡使系统停止。

启动释放工作阶段：系统启动，弹簧盘架制动器释放，此时弹簧盘架在弹簧力的作用下顺时针转动通过动棘爪推动动棘轮顺时针转动，动棘轮转动通过凸轮销和凸轮斜槽推动斜齿离合器B向分离的方向做轴向运动，结果使离合器分离，此时因渐开线弹簧在弹簧力的作用下驱使定棘轮产生逆时针转矩，但在定棘轮的作用下使其不能做逆时针旋转并固定不动，此时弹簧蓄存的转矩只能通过弹簧外圈和固定滑销顺时针推动弹簧盘架转动并通过定棘轮、凸轮销、凸轮槽端头、斜齿离合器B、花键带动转轴做顺时针转动，释放弹簧的转矩助动系统启动。

离合器结合：当弹簧释放完力矩或释放过程中，转轴重新获得动力加速转动，并带动离合器B顺时针转动，这时由于定棘轮的惯性的作用与其中的离合器B产生一个后滞力，这个后滞力带动凸轮销向相反的方向运动与离合器B的凸轮槽的作用使离合器B向里运动同离合器A结合。如果在离合器B与动棘轮之间加一个弹簧可加强这种结合力，可增加装置的可靠性。

本发明的有益效果是，因为此装置结构简单对材料没有特殊要求，成本低廉可靠性强而且直接安装在传动轴上，可以简单的实现制动力的蓄能与输出，所以可以应用于各种轮式交通工具中以达到节能的目的。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本发明纵向的剖面图及个部件编号。

图2是关键部件的安装位置。

图3是此装置的立体投影图。

图4是此装置在电动自行车和自行车应用实列一。

图5是此装置在电动自行车和自行车应用实列二。

图中1.弹簧盘架制动片，2.固定滑销，3.定棘轮抓，4.弹簧固定螺丝，5.定棘轮和斜齿离合器A，6.转轴，7.垫圈，8.制动片固定架，9.渐开线弹簧，10.制动器护盘架，11.渐开线弹簧盘架，12.动棘轮，13.凸轮销，14.凸轮槽，15.花键，16.花键槽，17.卡圈，18.动棘轮爪固定盘，19.动棘轮爪，20.斜齿离合器B。

具体实施方式

图5是本装置在电动自行车或自行车上的应用设计，定棘爪(3)和棘爪盘架固定安装在后轴和车架上，定棘轮(5)、弹簧盘架(11)、动棘轮(12)、斜齿离合器B(20)安装在一个轴套上，这个轴套的一端有丝扣丝接在后辐丝轮上，弹簧盘架制动装置同一般自行车的盘式后杀，这样就可以简单的组成了一个自行车的制动蓄能装置。制动时左手捏下制动把后轮开始制动蓄能，当放开手把即可释放弹簧力助动后轮前行，可起到起步省力的效果。图4是利用飞轮替代定棘轮可节省空间和材料，但操作起来有些不便。

Claims (3)

1.一种同轴渐开线弹簧制动蓄能器，利用渐开线弹簧蓄能，由一个弹簧盘架和渐开线弹簧、一个弹簧盘架的制动机构、两组棘轮、一组离合器组成自动倒向机构的机械装置，其特征是：转轴在制动时将制动所消耗的能量转变为弹簧的弹力扭矩，在转轴启动时将弹簧的弹力扭矩同转向释放。

2.根据权利要求1所述的机械装置特征是：它由定棘爪、定棘轮和斜齿离合器A部分、渐开线弹簧和弹簧盘架、动棘爪棘轮和凸轮销、斜齿离合器B部分、弹簧盘架的制动部分组成，其各部分相互嵌套共同安装在同一转动轴上。部件的安装关系：定棘爪安装固定在非活动的壳架上是系统的定支点，定棘轮和斜齿离合器A为一体结构直接套装在转轴上，一个端面是棘轮，另一个端面是斜齿；渐开线弹簧内端径向固定在定棘轮斜齿离合器A的外圆面上，外端固定在一个轴销上，轴销固定在弹簧盘架两面的一个径向开槽中；动棘爪固定在弹簧盘架一面上，斜齿离合器B同轴嵌套在动棘轮内圆中并通过其内圆花键槽同转轴上的花键套和，它的里端面是斜齿另一端面是光圆面，斜齿端对应定棘轮的斜齿；动棘轮圆面上丝装有三个内端面向着轴心的圆柱形凸轮销并分布在一个轴断面上相隔120°，三个凸轮销里端嵌入套装在动棘轮内圆的轴套形的斜齿离合器B外圆面上的三个对应的与径向有一定角度的凸轮槽里，这个角度与凸轮槽的长度决定与斜齿离合器B的行程；动棘轮里端面是棘轮外端面90°角收回到直径同转轴直径相同套装在转轴上，内通过垫圈外用卡环或轴挡使其不能做轴向移动。

3.根据权利要求1所述的机械装置特征是：动棘轮将相对于内套的斜齿离合器B的转动通过凸轮机构转变成斜齿离合器的轴向运动，其运动的范围一个端点是离合器完全齿和，另一个端点是离合器的完全分离并分开有一定间隙，分离状态时斜齿离合器B的光面端与动棘轮收回头的内端留有一定空间里面可装推动齿和弹簧。

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