RU164025U1

RU164025U1 - VARIABLE GEOMETRY FLYWHEEL, EQUIPPED WITH A GEAR MECHANISM

Info

Publication number: RU164025U1
Application number: RU2016111088/11U
Authority: RU
Inventors: Андрей Александрович Война
Priority date: 2016-03-24
Filing date: 2016-03-24
Publication date: 2016-08-20

Abstract

Маховик с изменяемой геометрией, оснащенный зубчатым механизмом, содержащий вал маховика, на котором жестко закреплен трехлучевой кронштейн и установлена с помощью подшипников центральная шестерня с возможностью поворота вокруг вала маховика, на концах трехлучевого кронштейна с возможностью поворота закреплены соосно маховичные секторы и зубчатые секторы, жестко соединенные друг с другом планками, причем зубчатые секторы находятся в зацеплении с центральной шестерней, в полости, образованной валом маховика и центральной шестерней, расположен накопитель потенциальной энергии, выполненный в виде пружины кручения, навитой вокруг вала маховика, концы которой соединены с центральной шестерней и с валом маховика, отличающийся тем, что для передачи вращения с коленчатого вала двигателя на вал маховика содержит коническую зубчатую передачу, образованную конической шестерней маховика и конической шестерней промежуточного вала, а также электромагнитную фрикционную муфту, при этом вал маховика установлен вертикально на упорном подшипнике и двух радиально-упорных подшипниках, а промежуточный вал установлен на радиально-упорных подшипниках.A flywheel with a variable geometry, equipped with a gear mechanism, comprising a flywheel shaft on which the three-beam bracket is rigidly fixed and a central gear mounted with bearings rotatably around the flywheel shaft, coaxially flywheel sectors and gear sectors rigidly connected at the ends of the three-beam bracket are rotatably fixed each other with strips, the gear sectors being engaged with the central gear, in the cavity formed by the flywheel shaft and the central gear, there is a potential energy storage device made in the form of a torsion spring wound around the flywheel shaft, the ends of which are connected to the central gear and the flywheel shaft, characterized in that for transmitting rotation from the engine crankshaft to the flywheel shaft it contains a bevel gear formed by the bevel gear of the flywheel and a bevel gear of the intermediate shaft, as well as an electromagnetic friction clutch, while the flywheel shaft is mounted vertically on the thrust bearing and two angular contact bearings nuts, and the intermediate shaft is mounted on angular contact bearings.

Description

Предполагаемая полезная модель относится к машиностроению и может быть использована в приводах транспортных средств с целью уменьшения расхода топлива за счет рекуперации энергии торможения.The proposed utility model relates to mechanical engineering and can be used in vehicle drives in order to reduce fuel consumption by recovering braking energy.

Известен маховик переменного момента инерции (Патент РФ №2516883), содержащий поворотные маховичные секторы с механизмом их разворота и пружину кручения, способную накапливать потенциальную энергию упругой деформации. Маховик предназначен для накопления энергии при рекуперативном торможении транспортного средства с последующим ее использованием при трогании с места и разгоне.Known flywheel of variable moment of inertia (RF Patent No. 2516883), containing rotary flywheel sectors with the mechanism of their rotation and torsion spring, capable of accumulating potential energy of elastic deformation. The flywheel is designed to accumulate energy during regenerative braking of the vehicle with its subsequent use when starting and accelerating.

Однако ось маховика предлагается располагать горизонтально (соосно с коленчатым валом двигателя), что будет затруднять управляемость транспортного средства из-за гироскопического эффекта, возникающего во вращающихся массах.However, the flywheel axis is proposed to be positioned horizontally (coaxially with the crankshaft of the engine), which will complicate the controllability of the vehicle due to the gyroscopic effect that occurs in rotating masses.

Задачей полезной модели является расширение арсенала средств для рекуперации механической энергии торможения транспортных средств.The objective of the utility model is to expand the arsenal of means for the recovery of mechanical braking energy of vehicles.

Техническим результатом полезной модели является улучшение управляемости транспортного средства при рекуперативном торможении с использованием маховика с изменяемой геометрией, оснащенного зубчатым механизмом.The technical result of the utility model is to improve the controllability of the vehicle during regenerative braking using a flywheel with variable geometry, equipped with a gear mechanism.

Технический результат достигается предлагаемым маховиком с изменяемой геометрией, оснащенным зубчатым механизмом, (далее - маховик) содержащим вал маховика, на котором жестко закреплен трехлучевой кронштейн и установлена с помощью подшипников центральная шестерня с возможностью поворота вокруг вала маховика. На концах трехлучевого кронштейна с возможностью поворота закреплены соосно маховичные секторы и зубчатые секторы, жестко соединенные друг с другом планками, причем зубчатые секторы находятся в зацеплении с центральной шестерней. В полости, образованной валом маховика и центральной шестерней, расположен накопитель потенциальной энергии, выполненный в виде пружины кручения, навитой вокруг вала маховика, концы которой соединены с центральной шестерней и с валом маховика. Для передачи вращения с коленчатого вала двигателя на вал маховика используется коническая зубчатая передача, образованная конической шестерней маховика и конической шестерней промежуточного вала, а также электромагнитная фрикционная муфта. При этом вал маховика установлен вертикально на упорном подшипнике и двух радиально-упорных подшипниках, а промежуточный вал установлен на радиально-упорных подшипниках.The technical result is achieved by the proposed flywheel with variable geometry, equipped with a gear mechanism (hereinafter referred to as the flywheel) containing the flywheel shaft, on which the three-beam bracket is rigidly fixed and the central gear is mounted using bearings with the possibility of rotation around the flywheel shaft. Coaxially flywheel sectors and gear sectors rigidly connected to each other by strips are fixed at the ends of the three-beam bracket with the possibility of rotation, and the gear sectors are meshed with the central gear. In the cavity formed by the flywheel shaft and the central gear, there is a potential energy storage device made in the form of a torsion spring wound around the flywheel shaft, the ends of which are connected to the central gear and the flywheel shaft. To transmit rotation from the engine crankshaft to the flywheel shaft, a bevel gear is used, formed by the bevel gear of the flywheel and the bevel gear of the intermediate shaft, as well as an electromagnetic friction clutch. In this case, the flywheel shaft is mounted vertically on a thrust bearing and two angular contact bearings, and the intermediate shaft is mounted on angular contact bearings.

Применение в конструкции маховика конической зубчатой передачи позволит расположить ось вращения маховика вертикально, что приведет к уменьшению влияния гироскопического эффекта на управляемость транспортного средства при рекуперативном торможении с использованием маховика с изменяемой геометрией.The use of a bevel gear in the flywheel design will allow the flywheel to rotate vertically, which will reduce the influence of the gyroscopic effect on the controllability of the vehicle during regenerative braking using a variable geometry flywheel.

На фиг. 1 изображен маховик в сложенном положении. На фиг. 2 изображен маховик в раскрытом положении. На фиг. 3 изображен разрез маховика в сложенном положении.In FIG. 1 shows the flywheel in the folded position. In FIG. 2 shows the flywheel in the open position. In FIG. 3 shows a flywheel section in a folded position.

Маховик с изменяемой геометрией, оснащенный зубчатым механизмом, содержит вал маховика 1, на котором жестко закреплен трехлучевой кронштейн 2 и установлена с помощью подшипников 3 центральная шестерня 4 с возможностью поворота вокруг вала маховика 1. На концах трехлучевого кронштейна 2 с возможностью поворота закреплены соосно маховичные секторы 5 и зубчатые секторы 6, жестко соединенные друг с другом планками 7, причем зубчатые секторы 6 находятся в зацеплении с центральной шестерней 4. В полости, образованной валом маховика 1 и центральной шестерней 4, расположен накопитель потенциальной энергии, выполненный в виде пружины кручения 8, навитой вокруг вала маховика 1, концы которой соединены с центральной шестерней 4 и с валом маховика 1. Для передачи вращения с коленчатого вала 9 двигателя на вал маховика 1 используется коническая зубчатая передача, образованная конической шестерней маховика 10 и конической шестерней 11 промежуточного вала 12, а также электромагнитная фрикционная муфта 13. При этом вал маховика 1 установлен вертикально на упорном подшипнике 14 и двух радиально-упорных подшипниках 15, а промежуточный вал 12 установлен на радиально-упорных подшипниках 16.A variable geometry flywheel equipped with a gear mechanism comprises a flywheel shaft 1 on which a three-beam bracket 2 is rigidly fixed and a central gear 4 is mounted with bearings 3 and can rotate around the flywheel shaft 1. At the ends of the three-beam bracket 2, coaxially flywheel sectors are mounted for rotation 5 and the gear sectors 6, rigidly connected to each other by the straps 7, and the gear sectors 6 are engaged with the Central gear 4. In the cavity formed by the shaft of the flywheel 1 and the Central 4, there is a potential energy storage device made in the form of a torsion spring 8, wound around the flywheel shaft 1, the ends of which are connected to the central gear 4 and to the flywheel shaft 1. To transmit rotation from the crankshaft 9 of the engine to the flywheel shaft 1, a bevel gear is used formed by the bevel gear of the flywheel 10 and the bevel gear 11 of the intermediate shaft 12, as well as the electromagnetic friction clutch 13. The shaft of the flywheel 1 is mounted vertically on the thrust bearing 14 and two angular contact bearings 15, and the intermediate shaft 12 is mounted on angular contact bearings 16.

В остановленном положении с выключенной электромагнитной фрикционной муфтой 13 маховик находится в сложенном положении (фиг. 1, 3): маховичные секторы 5 прижаты к центру маховика усилием пружины кручения 8 посредством зацепления зубчатых секторов 6 с центральной шестерней 4. При рекуперативном торможении вращение с коленчатого вала 9 двигателя необходимо передать на вал маховика 1. Для этого включается электромагнитная фрикционная муфта 13, которая передает вращение с коленчатого вала 9 двигателя на промежуточный вал 12 с конической шестерней 11 промежуточного вала 12. С конической шестерни 11 промежуточного вала 12 посредством зубчатого зацепления вращение передается на коническую шестерню маховика 10, которая начинает вращаться вместе с валом маховика 1. При увеличении частоты вращения вала маховика 1 маховичные секторы 5 за счет действия на них центробежных сил разворачиваются вокруг своих осей, преодолевая через зацепление зубчатых секторов 6 и центральной шестерни 4 усилие пружины кручения 8. Маховик переходит в раскрытое положение (фиг. 2), его момент инерции увеличивается, участвуя при этом в торможении транспортного средства и накапливая энергию. Причем накапливается не только кинетическая энергия вращающихся маховичных секторов 5, но и потенциальная энергия упруго деформированной пружины кручения 8. В конце цикла торможения электромагнитная фрикционная муфта 13 выключается, а маховик продолжает свободно вращаться в раскрытом положении.In the stopped position with the electromagnetic friction clutch turned off, 13 the flywheel is in the folded position (Fig. 1, 3): the flywheel sectors 5 are pressed against the center of the flywheel by the force of the torsion spring 8 by engaging the gear sectors 6 with the central gear 4. During regenerative braking, rotation from the crankshaft 9 of the engine must be transferred to the shaft of the flywheel 1. For this, the electromagnetic friction clutch 13 is turned on, which transmits rotation from the crankshaft 9 of the engine to the intermediate shaft 12 with a bevel gear 11 of the intermediate shaft 12. From the bevel gear 11 of the intermediate shaft 12, by means of gearing, the rotation is transmitted to the bevel gear of the flywheel 10, which begins to rotate together with the shaft of the flywheel 1. When the speed of the shaft of the flywheel 1 increases, the flywheel sectors 5 are rotated due to the action of centrifugal forces on them around its axes, overcoming through the engagement of the gear sectors 6 and the central gear 4, the force of the torsion spring 8. The flywheel goes into the open position (Fig. 2), its moment of inertia increases, while participating in the braking of the vehicle and accumulating energy. Moreover, not only the kinetic energy of the rotating flywheel sectors 5 is accumulated, but also the potential energy of the elastically deformed torsion spring 8. At the end of the braking cycle, the electromagnetic friction clutch 13 is turned off, and the flywheel continues to rotate freely in the open position.

Впоследствии, когда необходимо продолжить движение, накопленная энергия маховика используется для трогания с места и разгона транспортного средства. Для этого снова включается электромагнитная фрикционная муфта 13, через которую вращение с вала 1 маховика через зубчатое зацепление конической шестерни маховика 10 с конической шестерней 11 промежуточного вала 12 передается на коленчатый вал 9 двигателя. Отдавая энергию, маховик стремится замедлиться, что приводит к уменьшению центробежных сил, действующих на маховичные секторы 5 и к их складыванию за счет действия пружины кручения 8. При этом маховик отдает накопленную кинетическую энергию вращающихся маховичных секторов 5 и потенциальную энергию упругодеформированной пружины кручения 8.Subsequently, when it is necessary to continue the movement, the accumulated energy of the flywheel is used to pull off and accelerate the vehicle. To do this, the electromagnetic friction clutch 13 is turned on again, through which the rotation from the flywheel shaft 1 through the gearing of the bevel gear of the flywheel 10 with the bevel gear 11 of the intermediate shaft 12 is transmitted to the crankshaft 9 of the engine. Giving energy, the flywheel tends to slow down, which leads to a decrease in the centrifugal forces acting on the flywheel sectors 5 and to their folding due to the action of the torsion spring 8. Moreover, the flywheel gives up the accumulated kinetic energy of the rotating flywheel sectors 5 and the potential energy of the elastically deformed torsion spring 8.

Кроме того, уменьшение момента инерции маховика не дает ему замедлиться до полного складывания маховичных секторов 5, что позволяет поддерживать частоту вращения вала 1 маховика вместе с коленчатым валом 9 двигателя в диапазоне его устойчивой работы. При полном складывании маховичных секторов 5 к центру маховика электромагнитная фрикционная муфта 13 выключается и маховик снова готов к работе.In addition, the decrease in the moment of inertia of the flywheel does not allow it to slow down until the flywheel sectors 5 are fully folded, which makes it possible to maintain the rotation frequency of the flywheel shaft 1 together with the crankshaft 9 of the engine in the range of its stable operation. When the handwheel sectors 5 are fully folded to the center of the flywheel, the electromagnetic friction clutch 13 is turned off and the flywheel is again ready for operation.

Claims

A flywheel with a variable geometry, equipped with a gear mechanism, comprising a flywheel shaft on which the three-beam bracket is rigidly fixed and a central gear mounted with bearings rotatably around the flywheel shaft, coaxially flywheel sectors and gear sectors rigidly connected at the ends of the three-beam bracket are rotatably fixed each other with strips, the gear sectors being engaged with the central gear, in the cavity formed by the flywheel shaft and the central gear, there is a potential energy storage device made in the form of a torsion spring wound around the flywheel shaft, the ends of which are connected to the central gear and the flywheel shaft, characterized in that for transmitting rotation from the engine crankshaft to the flywheel shaft it contains a bevel gear formed by the bevel gear of the flywheel and a bevel gear of the intermediate shaft, as well as an electromagnetic friction clutch, while the flywheel shaft is mounted vertically on the thrust bearing and two angular contact bearings nuts, and the intermediate shaft is mounted on angular contact bearings.