RU181468U1

RU181468U1 - Mechanical energy storage with elastic elements

Info

Publication number: RU181468U1
Application number: RU2017141852U
Authority: RU
Inventors: Андрей Александрович Война; Сергей Борисович Бережной; Антон Эдуардович Каплюхин
Priority date: 2017-11-30
Filing date: 2017-11-30
Publication date: 2018-07-16

Abstract

Полезная модель относится к машиностроению и может быть использована в приводах транспортных средств с целью уменьшения расхода топлива за счет рекуперации энергии торможения.Задачей полезной модели является создание накопителя механической энергии, способного запасать потенциальную энергию упругодеформированных элементов в большем объеме, и при этом имеющего более надежный механизм соединения с валом отбора мощности 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 накопителем механической энергии, содержащим упругие элементы в виде пружин кручения, а также двухконтурный механизм накопления и отдачи механической энергии, оснащенный двумя многодисковыми фрикционными муфтами.The utility model relates to mechanical engineering and can be used in vehicle drives in order to reduce fuel consumption by recovering braking energy. The objective of the utility model is to create a mechanical energy storage device capable of storing potential energy of elastically deformed elements in a larger volume, while having a more reliable mechanism connection to the vehicle’s power take-off shaft. The technical result is a reduction in fuel consumption in the vehicle’s engine This is due to the accumulation of energy during regenerative braking and the subsequent use of the accumulated energy for starting and accelerating. The technical result is achieved by a mechanical energy storage device containing elastic elements in the form of torsion springs, as well as a two-circuit mechanism for the storage and transfer of mechanical energy, equipped with two multi-plate friction clutches .

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 накопитель механической энергии с упругими элементами (патент №160201), содержащий неподвижную ось, четырехлучевой кронштейн, центральную шестерню, находящуюся в зацеплении с шестернями, в полостях которых размещены четыре упругих элемента в виде пружин кручения. Накопитель позволяет рекуперировать энергию торможения транспортного средства, однако, для соединения с валом отбора мощности в нем предлагается использовать однодисковые электромагнитные фрикционные муфты, обладающие слабой нагрузочной способностью. Кроме того, следует рассмотреть возможность увеличения энергоемкости накопителя без внесения существенных изменений в его конструкцию.Known drive mechanical energy with elastic elements (patent No. 160201), containing a fixed axis, four-beam bracket, a central gear engaged with gears, in the cavities of which are four elastic elements in the form of torsion springs. The drive allows you to recover the braking energy of the vehicle, however, it is proposed to use single-disk electromagnetic friction clutches with a low load capacity to connect to the power take-off shaft. In addition, you should consider the possibility of increasing the energy intensity of the drive without making significant changes to its design.

Задачей предполагаемой полезной модели является создание накопителя механической энергии, способного запасать потенциальную энергию упругодеформированных элементов в большем объеме, и при этом имеющего более надежный механизм соединения с валом отбора мощности транспортного средства.The objective of the proposed utility model is to create a mechanical energy storage device capable of storing the potential energy of elastically deformed elements in a larger volume, and at the same time having a more reliable mechanism for connecting to the vehicle power take-off shaft.

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.The technical result is to reduce fuel consumption in a vehicle engine due to the accumulation of energy during regenerative braking and the subsequent use of accumulated energy for starting and accelerating.

Технический результат достигается предлагаемым накопителем механической энергии с упругими элементами (впоследствии - накопитель), состоящим из неподвижной оси накопителя, на которой жестко закреплен четырехлучевой кронштейн и установлена с помощью подшипников центральная шестерня с возможностью поворота вокруг оси накопителя. На концах четырехлучевого кронштейна закреплены оси кронштейна, на которых с помощью подшипников установлены с возможностью вращения шестерни, находящиеся в зацеплении с центральной шестерней. Шестерни установлены на осях кронштейна с образованием полостей, в которых размещены упругие элементы, выполненные в виде пружин кручения, навитых вокруг осей кронштейна и прикрепленных своими концами к осям кронштейна и шестерням.The technical result is achieved by the proposed mechanical energy storage device with elastic elements (subsequently - storage), consisting of a fixed axis of the drive on which the four-beam bracket is rigidly fixed and the central gear is mounted with bearings with the possibility of rotation around the axis of the drive. At the ends of the four-beam bracket, the axis of the bracket is fixed, on which gears are rotatably engaged with bearings and engaged with the central gear. Gears are mounted on the axes of the bracket with the formation of cavities in which elastic elements are placed, made in the form of torsion springs, wound around the axes of the bracket and attached at their ends to the axes of the bracket and gears.

На корпусе центральной шестерни жестко закреплена коническая шестерня накопителя, одновременно находящаяся в зацеплении с входной конической шестерней и выходной конической шестерней, установленными с возможностью вращения относительно вала отбора мощности посредством подшипников. Корпус входной конической шестерни имеет шлицы, которые вместе с фрикционными дисками, входным нажимным диском и пакетом тарельчатых пружин образует входную многодисковую фрикционную муфту. Корпус выходной конической шестерни также имеет шлицы, которые вместе с фрикционными дисками, выходным нажимным диском и пакетом тарельчатых пружин образует выходную многодисковую фрикционную муфту. Фрикционные выполнены с возможностью перемещения вдоль вала отбора мощности по его шлицам и передачи вращения посредством шлицевых соединений при включении муфт. При этом в полости, образованной осью накопителя и центральной шестерней расположен еще один упругий элемент в виде пружины кручения, навитой вокруг оси накопителя и соединенной своими концами с осью накопителя и центральной шестерней.The bevel gear of the drive rigidly fixed to the housing of the central gear is simultaneously engaged with the input bevel gear and the output bevel gear mounted rotatably with respect to the power take-off shaft by means of bearings. The input bevel gear housing has slots, which, together with the friction disks, the input pressure plate and the disk spring package, form the input multi-plate friction clutch. The housing of the output bevel gear also has slots, which, together with the friction disks, the output pressure plate and the disk spring package, form the output multi-plate friction clutch. Friction made with the possibility of movement along the power take-off shaft along its splines and transmission of rotation by means of splined joints when the clutch is turned on. Moreover, in the cavity formed by the drive axis and the central gear, there is another elastic element in the form of a torsion spring wound around the drive axis and connected at its ends to the drive axis and the central gear.

Применение предлагаемого накопителя 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.The use of the proposed drive will reduce fuel consumption in the engine due to the accumulation of energy during regenerative braking, followed by its use for moving away and accelerating the vehicle.

На фиг. 1 изображен накопитель механической энергии в нейтральном положении. На фиг. 2 изображен накопитель механической энергии в положении, соответствующем рекуперативному торможению (накоплению энергии). На фиг. 3 изображен накопитель механической энергии в положении, соответствующем разгону (отдаче накопленной энергии).In FIG. 1 shows a mechanical energy storage device in a neutral position. In FIG. 2 shows a mechanical energy storage device in a position corresponding to regenerative braking (energy storage). In FIG. 3 shows the storage of mechanical energy in a position corresponding to acceleration (return of stored energy).

Накопитель включает неподвижную ось накопителя 1, на которой жестко закреплен четырехлучевой кронштейн 2 и установлена с помощью подшипников 3 центральная шестерня 4 с возможностью поворота вокруг оси накопителя 1. На концах четырехлучевого кронштейна 2 закреплены оси кронштейна 5, на которых с помощью подшипников 6 установлены с возможностью вращения шестерни 7, находящиеся в зацеплении с центральной шестерней 4. Шестерни 7 установлены на осях кронштейна 5 с образованием полостей, в которых размещены упругие элементы, выполненные в виде пружин кручения 8, навитых вокруг осей кронштейна 5 и прикрепленных своими концами к осям кронштейна 5 и шестерням 7.The drive includes a fixed axis of the drive 1, on which the four-beam bracket 2 is rigidly fixed and the central gear 4 is mounted using bearings 3 and can be rotated around the axis of the drive 1. At the ends of the four-beam bracket 2, the axis of the bracket 5 is fixed, on which the bearings 6 are mounted the rotation of the gear 7, meshed with the Central gear 4. The gear 7 is mounted on the axes of the bracket 5 with the formation of the cavities in which the elastic elements are made, made in the form of torsion bars 8, wound around the axes of the bracket 5 and attached at their ends to the axes of the bracket 5 and gears 7.

На корпусе центральной шестерни 4 жестко закреплена коническая шестерня накопителя 9, одновременно находящаяся в зацеплении с входной конической шестерней 10 и выходной конической шестерней 11, установленными с возможностью вращения относительно вала отбора мощности 12 посредством подшипников, соответственно, 13 и 14. Корпус входной конической шестерни 10 имеет шлицы 15, которые вместе с фрикционными дисками 16, входным нажимным диском 17 и пакетом тарельчатых пружин 18 образует входную многодисковую фрикционную муфту 19. Корпус выходной конической шестерни 11 также имеет шлицы 20, которые вместе с фрикционными дисками 21, выходным нажимным диском 22 и пакетом тарельчатых пружин 23 образует выходную многодисковую фрикционную муфту 24.On the housing of the central gear 4, the bevel gear of the drive 9 is rigidly fixed, while it is meshed with the input bevel gear 10 and the output bevel gear 11 mounted for rotation relative to the power take-off shaft 12 through bearings, respectively, 13 and 14. The housing of the input bevel gear 10 it has slots 15, which, together with the friction discs 16, the input pressure plate 17 and the disk spring package 18, form the input multi-plate friction clutch 19. The output conical housing Second pinion 11 also has splines 20 which together with the friction discs 21, an output pressure plate 22 and the package cup springs 23 constitutes an output multidisk friction clutch 24.

Фрикционные диски 16 и 21 выполнены с возможностью перемещения вдоль вала отбора мощности 12 по его шлицам, соответственно, 25 и 26 и передачи вращения посредством шлицевых соединений при включении муфт. При этом в полости, образованной осью накопителя 1 и центральной шестерней расположен еще один упругий элемент в виде пружины кручения 27, навитой вокруг оси накопителя 1 и соединенной своими концами с осью накопителя 1 и центральной шестерней 4.Friction disks 16 and 21 are made with the possibility of moving along the power take-off shaft 12 along its splines, 25 and 26, respectively, and transmitting rotation by means of splined joints when the couplings are turned on. Moreover, in the cavity formed by the axis of the drive 1 and the central gear is another elastic element in the form of a torsion spring 27, wound around the axis of the drive 1 and connected at its ends with the axis of the drive 1 and the Central gear 4.

Накопитель работает следующим образом.The drive operates as follows.

При движении транспортного средства накопитель находится в нейтральном положении (фиг. 1): многодисковые фрикционные муфты 19 и 24 разомкнуты, вал отбора мощности 12 свободно вращается, а накопитель неподвижен.When the vehicle is moving, the drive is in the neutral position (Fig. 1): the multi-plate friction clutches 19 and 24 are open, the power take-off shaft 12 rotates freely, and the drive is stationary.

При рекуперативном торможении вращение с вала отбора мощности 12 необходимо передать на накопитель (фиг. 2). Для этого входной нажимной диск 17 смещается влево, прижимая друг к другу фрикционные диски 16. Таким образом, включается входная многодисковая фрикционная муфта 19, приводя во вращение входную коническую шестерню 10 через фрикционные диски 16 и шлицы 25 и 15. Вращение с входной конической шестерни 10 посредством зубчатого зацепления передается на коническую шестерню накопителя 9, которая начинает вращаться вместе с центральной шестерней 4 вокруг неподвижной оси накопителя 1. При вращении центральной шестерни 4 с шестернями 7, внутри них закручиваются пружины кручения 8 и 27, накапливая потенциальную энергию упругой деформации.During regenerative braking, rotation from the power take-off shaft 12 must be transferred to the drive (Fig. 2). To do this, the input pressure disk 17 is shifted to the left, pressing the friction discs 16 against each other. Thus, the input multi-plate friction clutch 19 is turned on, driving the input bevel gear 10 through the friction disks 16 and the slots 25 and 15. Rotation from the input bevel gear 10 by gearing it is transmitted to the bevel gear of the drive 9, which begins to rotate together with the central gear 4 around the fixed axis of the drive 1. When the central gear 4 is rotated with gears 7, twisting them inside torsion springs 8 and 27 are accumulated, accumulating the potential energy of elastic deformation.

Впоследствии, для трогания с места и разгона транспортного средства (фиг. 3) накопленную энергию необходимо передать обратно на вал отбора мощности 12. Для этого входная многодисковая фрикционная муфта 19 выключается, а выходная многодисковая фрикционная муфта 24 включается. При этом входной нажимной диск 17 смещается вправо, а выходной нажимной диск 22 смещается влево. Скрученные пружины кручения 8 и 27 приводят во вращение шестерни 7 и центральную шестерню 4, которая вращается вместе с конической шестерней накопителя 9. Посредством зубчатого зацепления вращение с конической шестерни накопителя 9 передается на выходную коническую шестерню 11, а с нее посредством включенной выходной многодисковой фрикционной муфты 24 и шлицевого соединения 26 - на вал отбора мощности 12.Subsequently, in order to drive off and accelerate the vehicle (Fig. 3), the stored energy must be transferred back to the power take-off shaft 12. For this, the input multi-plate friction clutch 19 is turned off and the output multi-plate friction clutch 24 is turned on. In this case, the input pressure disk 17 is shifted to the right, and the output pressure disk 22 is shifted to the left. Twisted torsion springs 8 and 27 drive the gears 7 and the central gear 4, which rotates together with the bevel gear of the drive 9. By gearing, the rotation from the bevel gear of the drive 9 is transmitted to the output bevel gear 11, and from it by means of the included multi-plate friction clutch 24 and spline connection 26 to the power take-off shaft 12.

Таким образом, накопитель отдает потенциальную энергию упругодеформированных пружин 8, после чего выходной нажимной диск 22 отводится влево, выходная многодисковая фрикционная муфта 24 отключается, и накопитель снова переходит в нейтральное положение.Thus, the drive gives up the potential energy of the elastically deformed springs 8, after which the output push disk 22 is diverted to the left, the output multi-plate friction clutch 24 is disconnected, and the drive is again in the neutral position.

Claims

Накопитель механической энергии с упругими элементами, состоящий из неподвижной оси накопителя, на которой жестко закреплен четырехлучевой кронштейн и установлена с помощью подшипников центральная шестерня с возможностью поворота вокруг оси накопителя, на концах четырехлучевого кронштейна закреплены оси кронштейна, на которых с помощью подшипников установлены с возможностью вращения шестерни, находящиеся в зацеплении с центральной шестерней, причем шестерни установлены на осях кронштейна с образованием полостей, в которых размещены упругие элементы, выполненные в виде пружин кручения, навитых вокруг осей кронштейна и прикрепленных своими концами к осям кронштейна и шестерням, на корпусе центральной шестерни жестко закреплена коническая шестерня накопителя, одновременно находящаяся в зацеплении с входной конической шестерней и выходной конической шестерней, установленными с возможностью вращения относительно вала отбора мощности посредством подшипников, корпус входной конической шестерни имеет шлицы, которые вместе с фрикционными дисками, входным нажимным диском и пакетом тарельчатых пружин образует входную многодисковую фрикционную муфту, корпус выходной конической шестерни также имеет шлицы, которые вместе с фрикционными дисками, выходным нажимным диском и пакетом тарельчатых пружин образует выходную многодисковую фрикционную муфту, фрикционные диски выполнены с возможностью перемещения вдоль вала отбора мощности по его шлицам и передачи вращения посредством шлицевых соединений при включении муфт, при этом в полости, образованной осью накопителя и центральной шестерней расположен еще один упругий элемент в виде пружины кручения, навитой вокруг оси накопителя и соединенной своими концами с осью накопителя и центральной шестерней.A mechanical energy storage device with elastic elements, consisting of a fixed drive axis, on which the four-beam bracket is rigidly fixed and a central gear mounted with bearings rotatably around the drive axis, bracket axes are fixed at the ends of the four-beam bracket, on which the bearings are rotatably mounted gears meshed with the central gear, the gears mounted on the axes of the bracket with the formation of cavities in which elastic elements, made in the form of torsion springs, wound around the axis of the bracket and fastened at their ends to the axis of the bracket and gears, the bevel gear of the drive is rigidly fixed to the housing of the central gear, while it is meshed with the input bevel gear and the output bevel gear installed with the possibility rotation relative to the power take-off shaft by means of bearings, the housing of the input bevel gear has splines, which together with the friction discs, the input pressure it forms an input multi-plate friction clutch with a suit and a package of disk springs, the housing of the output bevel gear also has slots, which, together with the friction disks, the output pressure disk and the disk spring package, forms the output multi-plate friction clutch, the friction disks are movable along the power take-off shaft along it splines and transmission of rotation by means of splined joints when the couplings are turned on, while in the cavity formed by the drive axis and the central gear shte one elastic element in the form of a torsion spring wound around the drive axis and connected with their ends to the drive shaft and central gear.