CN105114503B - 一种汽车馈能式减震器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种汽车馈能式减震器，涉及汽车工程技术领域，它能有效地解决汽车行驶时产生的震动机械能转化为电能的问题。包括工作缸、一组超越离合器和发电机，工作圆板与下工作缸的上端面固定，工作圆板的上端面设有轴承座；齿轮轴的两端通过双列角接触球轴承固定在轴承座上，超越离合器一和超越离合器二的内圈通过键配合并列连接在齿轮轴的左侧，齿轮一和齿轮二分别与位于在齿轮轴两侧的齿条一和齿条二啮合，齿轮轴的右侧设有与圆锥齿轮二相啮合的圆锥齿轮一；圆锥齿轮二通过键配合与发电机输入轴连接，发电机通过螺钉与工作圆板的下端面固定。主要用于电动汽车的电能补充。

Description

一种汽车馈能式减震器
技术领域
本发明涉及汽车工程技术领域，特别涉及一种减震器的馈能技术。
背景技术
众所周知，汽车悬架是一个含有弹性和阻尼元件的振动非线性系统，该系统在路面不平度和发动机等振源激励下会产生随机振动，目前，汽车传统减震器将这部分振动机械能直接转化为热能耗散掉。近年来，中国汽车产量与保有量逐年上升，汽车对石油的消耗和对环境的破坏都是巨大的。然而，汽车对能源的利用效率很低，随着能源日趋紧缺，发展节能技术已成为汽车工业的重要趋势，如果能够将汽车传统减震器耗散掉的能量加以回收利用，可以降低汽车能耗，提高汽车对能源的利用效率，从而实现节约能源的目的。
据检索，目前已有将汽车振动能量回收的馈能式减震器，如申请号为200920271818.1的中国专利申请公开了一种有发电功能的汽车减震器，其包括气缸、活塞杆和减震弹簧，减震弹簧位于气缸和活塞杆外；活塞杆中空，其内部底面上围绕中心轴固定有长条形永久磁铁，内壁上缠绕固定有导线；气缸的内壁固定有圆筒形永久磁铁，底部固定有永久磁铁，圆筒形永久磁铁的内壁上缠绕固定有导线；两导线的正、负极之间串联后，总的正、负极由导线与汽车蓄电池相连接，将汽车车架和车轮的往复震动，转化为永久磁铁和线圈绕组之间的相对运动，从而进行发电。
中国专利2014205157565公开了一种基于汽车振动的运动转换装置，包括工作缸以及含有一组离合方向互为相反的单向离合器和发电机，上工作缸内侧壁与下工作缸外侧壁之间为间隙配合，上工作缸内部设有齿条，齿条的顶端与上工作缸的下端面刚接；下工作缸的上端面同向间隔设有三个支承座，齿轮轴一的中部通过轴承与支承座上中部固定，齿轮轴一前端设有与齿条啮合的小齿轮，后端设有齿轮一；齿轮轴二和齿轮轴三的一端通过轴承与支承座固定并与齿轮轴一保持在同一水平线上，另一端分别与单向离合器一和单向离合器二的内圈连接，齿轮轴二和齿轮轴三的中部分别设有与齿轮一相啮合的齿轮二和齿轮三；齿轮轴四和齿轮轴五的中部通过轴承与支承座固定，其一端分别与单向离合器一和单向离合器二的外圈连接，另一端分别设有相互啮合的齿轮四和齿轮五；齿轮轴五穿过齿轮五与增速器的输入轴与相连，增速器的左端面与支承座固定，发电机的输入轴与增速器输出轴连接，发电机通过底座与下工作缸的上端面固定。下工作缸的上端面还设有两支液压弹簧。
上述两种对汽车减震式发电装置的技术方案中，第一种技术方案存在以下不足：一、没有指出该方案的减震性能，例如减震器的阻尼力或者等效阻尼系数都没有提到，并且磁铁和线圈绕组之间的阻尼力比较小，该减震器难以满足汽车所需的减震性能；二、没有提出该方案的发电性能，由于汽车减震器的运动速度比较小，该方案没有加增速装置，所以发电功率小，回收利用的能量低，难以提高汽车对能源的利用效率。对于第二种技术方案，存在以下不足：它是附加在底盘的馈能装置而不是减震器，在汽车悬架加上一个馈能装置，会改变汽车原有的阻尼性能，影响汽车的平顺性、舒适性等，其齿轮轴一为悬臂梁布置，在高频振动下易产生扰动，增加其失效概率。另外，其四轴布置，造成齿轮等零件布置拥挤，造价高。
鉴于上述现有汽车馈能式减震器，存在的实际问题，例如减震性能差、发电效率低等，提供一种减震性能好、结构简单、发电效率高、安全可靠及使用寿命高的汽车馈能式减震器是本发明的目的，该减震器能够将汽车悬架震动时的机械能转化为电能，给汽车的充电电池进行充电，提高汽车对能源的利用效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种汽车馈能式减震器，它能有效地解决汽车行驶时产生的震动机械能转化为电能的问题，发挥汽车对自身的电池充电功能，提高汽车对能源的利用效率。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种汽车馈能式减震器，包括工作缸、一组超越离合器和发电机，上工作缸内侧壁与下工作缸外侧壁之间为间隙配合，上工作缸内部设有与上端面螺纹连接的齿条一和齿条二，工作圆板与下工作缸的上端面固定，工作圆板的上端面设有轴承座；齿轮轴的两端通过双列角接触球轴承固定在轴承座上，超越离合器一和超越离合器二的内圈通过键配合并列连接在齿轮轴的左侧，超越离合器一和超越离合器二的外圈通过键配合分别与齿轮一和齿轮二连接，齿轮一和齿轮二分别与位于在齿轮轴两侧的齿条一和齿条二啮合，齿轮轴的右侧设有与圆锥齿轮二相啮合的圆锥齿轮一；圆锥齿轮二通过键配合与发电机输入轴连接，发电机通过螺钉与工作圆板的下端面固定。
所述发电机带有增速器,发电机的输出线与汽车的充电电路连接。
所述轴承座的两侧设有轴承端盖。
所述上工作缸的顶端设有上吊环，下工作缸的底端设有下吊环,上吊环与汽车车身销轴连接，下吊环与车轮销轴连接。
本发明的工作过程和原理是：汽车行驶过程中由于路面颠簸造成悬架上下震动，因为本发明的使用状态是上工作缸顶端的吊环跟汽车车身销轴连接，下工作缸底端的小吊环与车轮销轴连接，所以悬架震动时上工作缸相对于下工作缸上下运动。于是，上工作缸内垂直设置的齿条一和齿条二随上工作缸同时做上下运动。由于齿条一和齿条二分别位于齿轮轴的两侧，所以跟它们啮合的齿轮一和齿轮二的转动方向互为相反。超越离合器在沿某一方向回转时可以传递转矩，而沿另一方向回转时具有空转的超越功能，所以当齿条向上运动时，只有其中一个齿轮可以传递转矩带动齿轮轴旋转，当齿条向下运动时，另外一个齿轮传递转矩带动齿轮轴旋转。另外，齿条改变运动方向时，与之啮合的齿轮回转方向也改变方向，而且齿轮一和齿轮二的转动方向互为相反，所以，在任一时刻，无论齿条向上或者向下运动，齿轮轴都只沿某一方向连续旋转运动。由于齿轮轴只沿某单一方向连续旋转运动，齿轮轴右端的圆锥齿轮一带动与其啮合的圆锥齿轮二沿某单一方向连续旋转，圆锥齿轮二则带动发电机的输入轴沿某单一方向转动，经过增速器放大运动，实现发电机的高速旋转，发电机进行发电存储到汽车的充电电池。所以该馈能式减震器不仅能够具有满足汽车所需的减震性能，而且还能够有效地将汽车行驶时产生的震动机械能转化为电能，给汽车的充电电池进行充电，提高汽车对能源的利用效率。
与现有技术相比的有益效果是：
一、本发明通过双齿条与齿轮的啮合，巧妙的实现整个传动机构简化,使其结构简单、零件大大减少、制造成本降低且传动连续不间断、传动效率高。
二、本发明对传动机构结构进行了优化，改善了传动机构受力状况，使得主动轴由悬臂梁改为简支梁。
三、本发明提供了减震器的等效阻尼系数公式，能够满足汽车所需的减震性能，并且可以根据不同的车型需要，改变减震器的参数，从而调节减震器的等效阻尼系数，使其能够适用于不同类型的汽车，适配性好。
四、本发明安装方便，不用改变汽车原有的悬架结构，可直接代替原有的汽车减震器，具有较高的应用前景。
附图说明
图1是本发明的三维剖视图
图2是本发明的正视剖视图
图3是本发明图2的I部局部放大图
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步的详细说明：一种汽车馈能式减震器，包括工作缸、一组超越离合器和发电机13，上工作缸1内侧壁与下工作缸2外侧壁之间为间隙配合，上工作缸1内部设有齿条一5和齿条二7，齿条一5和齿条二7的顶端与上工作缸1的上端面螺纹连接；工作圆板3通过螺纹连接固定在下工作缸2的上端面上，工作圆板3的上端面设有轴承座14，轴承端盖15通过螺栓固定在轴承座14的两端；齿轮轴10的两端通过双列角接触球轴承16固定在轴承座14上，齿轮轴10的左侧分别设有超越离合器一8和超越离合器二9，超越离合器一8和超越离合器二9的内圈通过键配合与齿轮轴10连接，超越离合器一8和超越离合器二9的外圈通过键配合分别与齿轮一4和齿轮二6连接，齿轮一4和齿轮二6分别与齿条一5和齿条二7啮合，齿条一5和齿条二7分别位于在齿轮轴10的两侧，齿轮轴10的右侧还设有与圆锥齿轮二12相啮合的圆锥齿轮一11；圆锥齿轮二12通过键配合与发电机13输入轴连接，发电机13通过螺钉固定在工作圆板3上。
所述发电机13带有增速器13A,发电机13的输出线13B与汽车的充电电路连接。
所述上工作缸1的顶端设有上吊环1A，下工作缸2的底端设有下吊环2A,上吊环1A与汽车车身销轴连接，下吊环2A与车轮销轴连接。
进一步，该馈能式减震器的等效阻尼系数为：其中ceq是该减震器的等效阻尼系数，ke是发电机的反电动势常数，kt是发电机的扭矩常数，R该减震器的电阻，包括发电机的内阻和外接电路电阻之和，i是该该减震器的传动比，包括齿轮机构传动比和增速器的传动比之积，r是跟齿条啮合的齿轮的半径大小，η是该减震器的传动效率，包括齿轮机构、轴承、增速器的传动效率之积。
本发明在某一实施例下的等效阻尼系数为1025Ns/m,在该实施例下进行仿真分析，汽车的振动振幅设为20mm,振动频率分别设为0.5HZ、1HZ、1.5HZ、2HZ，仿真出该馈能减震器的发电平均功率如下表1所示。
表1馈能式减震器在不同振动频率下的发电功率
频率(HZ) 0.5 1 1.5 2
平均功率(W) 1.39 5.59 12.57 22.34
通过表1可以看出，随着振动频率的增加，发电平均功率非常可观，该汽车馈能式减震器不仅能够具有满足汽车所需的减震性能，而且还能够有效地将汽车行驶时产生的震动机械能转化为电能，给汽车的充电电池进行充电，提高汽车对能源的利用效率。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能够理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易对这些实施例做出各种修改。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种汽车馈能式减震器，包括工作缸、一组超越离合器和发电机(13)，上工作缸(1)内侧壁与下工作缸(2)外侧壁之间为间隙配合，上工作缸(1)内部设有与上端面螺纹连接的齿条一(5)和齿条二(7)，其特征在于：工作圆板(3)与下工作缸(2)的上端面固定，工作圆板(3)的上端面设有轴承座(14)；齿轮轴(10)的两端通过双列角接触球轴承(16)固定在轴承座(14)上，超越离合器一(8)和超越离合器二(9)的内圈通过键配合并列连接在齿轮轴(10)的左侧，超越离合器一(8)和超越离合器二(9)的外圈通过键配合分别与齿轮一(4)和齿轮二(6)连接，齿轮一(4)和齿轮二(6)分别与位于在齿轮轴(10)两侧的齿条一(5)和齿条二(7)啮合，齿轮轴(10)的右侧设有与圆锥齿轮二(12)相啮合的圆锥齿轮一(11)；圆锥齿轮二(12)通过键配合与发电机(13)输入轴连接，发电机(13)通过螺钉与工作圆板(3)的下端面固定。
2.根据权利要求1所述的一种汽车馈能式减震器，其特征在于：所述发电机(13)带有增速器(13A),发电机(13)的输出线(13B)与汽车的充电电路连接。
3.根据权利要求1所述的一种汽车馈能式减震器，其特征在于：所述轴承座(14)的两侧设有轴承端盖(15)。
4.根据权利要求1所述的一种汽车馈能式减震器，其特征在于：所述上工作缸(1)的顶端设有上吊环(1A)，下工作缸(2)的底端设有下吊环(2A)。
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