CN2530824Y - 一种利用势能和动能的节能省力车轮机构 - Google Patents

Abstract

一种利用势能和动能的节能省力车轮机构，用于运输工具及代步工具的车轮上。达到节省能源，稳定速率和阶段性自动提高输出功率的目的。该机构的结构为：车辆支架空套着车轮轮毂，车轮轴线上又空套着一飞轮，飞轮通过轮系与车轮相连，实现飞轮与车轮之间的转速转变和能量的相互传递。当车速变化时，通过飞轮的更大的转速变化来存储或放出能量，达到所述功能。

Description

一种利用势能和动能的节能省力车轮机构

所属技术领域

本实用新型涉及车辆的车轮机构。

背景技术

传统的车轮仅起承重和运转前进的作用。我国是一个多山的国家，很多道路有较大坡度。当车辆下坡时，由于车辆自身和荷载物的强大的重力势能，使车速激增，为减速安全行驶，人们不得不刹车。结果把重力势能白白浪费。相反，当车辆上坡时，又往往苦于没有足够的动力即输出功率。

发明内容

本实用新型的目的是，提供一种利用势能和动能的节能省力车轮机构。适时积蓄车辆自身和荷载物的重力势能，和行进中车辆原动装置的动能，并可恰当放出能量，达到节省能源，稳定速率和阶段性自动提高输出功率的目的。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种利用势能和动能的节能省力车轮机构，用在该车辆的车轮上，该机构包括车辆支架、车轮、飞轮、轮系、离合器，由原动装置、飞轮和重力势能分别或组合作用，使车辆运动，其特征在于：

1、在车轮的车轮轴线位置上安装与车轮同轴线的蓄能飞轮，通过飞轮的高速转动来积蓄能量。该飞轮通过一组相互啮合的齿轮即轮系与车轮相连接，建立飞轮与车轮之间的传动比即转速之比，从而可实现飞轮与车轮之间的转速转变和能量的相互传递。原动装置的动力可加在飞轮上或直接加在车轮上。因飞轮积蓄的能量与其转速的平方成正比，又因为飞轮的转速与车轮的转速成正比，比例系数为飞轮与车轮之间轮系的传动比，所以，当车辆下坡车轮加速时，飞轮也加速积蓄能量，因飞轮积蓄了部分能量，避免了车速的激增，从而不用刹车，并利用起了势能。当车辆在平路行驶时，加速，并使车辆保持一个较高的车速，此车速可以是正常车速，而此时飞轮以传动比的关系保持着一个更高的转速，积蓄着巨大的动能。当车辆上坡车轮减速时，飞轮也减速，放出能量，从而提高了车辆的输出功率，并且飞轮的转速变化越大，飞轮积蓄或放出的能量就越多，达到所要设计的阶段性自动提高输出功率的目的。

2、在连接飞轮与车轮之间的轮系上，或独立于轮系可以有一离合装置，以便在紧急刹车时，迅速切断飞轮与车轮之间的能量传递。

3、连接飞轮与车轮的轮系其传动比可以是固定或可变的。因其传动比决定了飞轮与车轮的转速关系，因飞轮积蓄的能量与其转速的平方成正比，所以可通过调节传动比来调节车轮单位转速时飞轮动能的积蓄量，从而可调节飞轮动能的积蓄量与输出量。

4、在连接飞轮与车轮之间的轮系上，或独立于轮系可以有一缓冲元件(如弹簧)。因为刹车时，飞轮与车轮的运动和能量关系由离合装置切断，所以刹车不影响飞轮的转动，而当离合闭合时，高速转动的飞轮与静止的车轮之间有一转速突变，加一缓冲元件以便使刹车后的车轮的启动能柔和进行，避免离合器刚性冲击。

本实用新型有以下积极有益的效果：

A、充分利用了车辆自身和荷载物在下坡时的重力势能。因为此势能由原动装置在车辆上坡时提升车辆和荷载物的高度而得来，故而避免了能量的浪费，降低了能耗。

B、稳定了车辆行进过程中的速率，减小了路面对车速的影响，有利于原动装置的正常工作及使用寿命。

C、可阶段性自动提高车辆的输出功率，因此可降低输入功率，利用功率小的原动装置，降低整车成本。

D、本车辆机构可在上下坡时，由飞轮自动放出和积蓄能量，又加上离合器，使操作方便安全可靠。

E、本机构设计紧凑，可应用于汽车、三轮车、摩托车、电动车、自行车等各种依靠车轮旋转向前运动的车辆，适用范围十分广泛。

附图说明

下面结合附图和实施例子对本实用新型进一步说明。

此说明书附图是一种实施例子的结构原理图及示意图，也是此种实施例子的以过车轮轴线的截面为剖面的剖视图。

图中1.车轮，2.轮毂，3.飞轮轴，4.飞轮，5.齿轮，6.齿轮，7.齿轮，8.轴，9.齿轮，10.车辆支架。

具体实施方式

请参照说明书附图：

车轮(1)可做成外圆直径为1.2m，轮辐间有较大间隙的结构形式。车轮(1)与轮毂(2)固接在一起，构成传统车轮的承重和运转前进结构。轮毂(2)最好通过一对深沟球轴承安装在飞轮轴(3)上，使飞轮轴(3)可在轮毂(2)内自由转动。飞轮(4)可做成直径1m，质量为15kg，并且质量主要集中在飞轮边缘的形式。飞轮轴(3)与飞轮(4)固接在一起。飞轮轴(3)与齿轮(6)固接。齿轮(6)与齿轮(7)啮合。齿轮(7)、齿轮(9)与轴(8)固接。轴(8)可通过滑动轴承安装在车辆支架(10)上，并司饶其轴线自由转动。齿轮(9)与齿轮(5)啮合。车辆支架(10)最好通过滚柱轴承安装在轮毂(2)上，并可使轮毂(2)在车辆支架(10)上自由转动。其中相互啮合各齿轮的压力角、模数均相同，齿数情况可以如下：

齿轮(5)齿数为40，齿轮(6)齿数为8，齿轮(7)齿数为40，齿轮(9)齿数为8。

以车辆支架(10)为参照，则齿轮(5)、齿轮(6)、齿轮(7)、齿轮(9)及各自的轴组成一定轴轮系，其传动比为25。该车轮机构可以用此定轴轮系来确定飞轮与车轮之间的转速比，此时即当飞轮转速为25r/s(转/秒)时，车轮转速为1r/s，实现飞轮(4)与车轮(1)之间的转速转变和能量的相互传递。由飞轮的结构参数知其转动惯量为J＝MR²(J为转动惯量、M为飞轮质量、R为飞轮半径)，J＝15×0.5×0.5得J＝3.75(kgm²)。则由绕定轴转动刚体的动能公式：E＝Jω²/2(E绕定轴转动刚体的动能、ω角速度)知当飞轮由30r/s(转/秒)即30×2πrad/s(角速度单位：弧度每秒)降到10r/s即10×2πrad/s时其放出的能量ΔE＝J(ω₀ ²-ω₁ ²)/2＝3.75×(188²-63²)/2＝60000J。可见其放出的能量是巨大的。如果用此能量将一个60kg的人提升则可垂直提升100米。飞轮轴(3)与轮毂(2)间的轴承可用锂基润滑剂，其摩擦系数可忽略不计。另外齿轮的传动效率可达98％。排除空气阻力，此机构总体效率为90％以上。

原动装置的动力可以加在飞轮轴(3)或车轮轮毂(2)上。

可以在轴(8)与齿轮(9)之间设一离合器，则当离合器打开时轴(8)可在齿轮(9)内空转。从而切断了飞轮(4)与车轮(1)之间的转速转变和能量的相互传递，达到安全使用的目的。

Claims (4)

1、一种利用势能和动能的节能省力车轮机构，用在该车辆的车轮上，该车辆的构造包括车辆支架、车轮，其特征是：在车轮的轴线位置上安装与车轮同轴线的蓄能飞轮，该飞轮通过轮系与车轮建立传动连接。

2、按照权利要求1所述的车轮机构，其特征是，飞轮与车轮之间的传动连接线路上有一离合器。

3、按照权利要求1或权利要求2所述的车轮机构，其特征是，飞轮与车轮之间的轮系，其传动比是固定或可变的。

4、按照权利要求1或权利要求2所述的车轮机构，其特征是，飞轮与车轮之间的传动连接线路上有一缓冲元件。