Рекуперативный тормоз Советский патент 1989 года по МПК F16D61/00 

1

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в рекуперативных тормозах механизмов работающих с частыми остановками и интенсивными разгонами.

Цель изобретения - увеличение КПД за счет обеспечения бесступенчатой передачи энергии к аккумулирующему элементу и ее рекуперации.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема рекуперативного тормоза выполненного с пружинным упругим элементом и возможностью осевого смещения инерционной массы совместно с солнечным колесом; на фиг. 2 - рекуперативный тормоз с гидравлическим упругим элементоч в виде жидкостной пружины; на фиг. 3 - то же, с гидропневматическим упругим элементом в виде гидроцилиндра с гидропневматическими аккумуляторами; на фиг. 4 - рекуперативный тормоз, в котором солнечное колесо связано с валом инерционной массы посредством шлицевого соединения.

Рекуперативный тормоз содержит вал 1, который соединен с двигателем, приводящим в движение машину или механизм, и установлен с возможностью взаимодействия через сцепление 2 с валом 3 трансмиссии, на котором установлера на подшипнике шестерня 4 с возможностью взаимодействия с валом 3 через сцепление 5. В зацепление с шестерней 4 входит шестерня 6, выполненная заодно с води- лом 7 планетарной передачи 8 и имеющая возможность свободного вращения. На водиле 7 установлены сателлиты 9, в зацепление с которыми входит солнечное косозубое колесо 10 с наружным зацеплением. Непосредственно с солнечным колесом 10 связаны вал 11 и инерционная масса, например

маховик 12, являющийся аккумулирующим элементом рекуперативного тормоза. Вал 11 и маховик 12 установлены в подшипниках 13 скольжения. С другой стороны солнечного Колеса 10

имеются упорные подшипники 14 и 15, шток 16, диски 17 и 18 и упругий элемент, выполненный в виде винтовой пружины 19.

Упругий элемент может быть выпол нен в виде жидкостной пружины 20 либо в виде гидроцилиндра 21 с гидропневматическими аккумуляторами 22. Маховик 12 может быть соединен с солнечным колесом 10 посредством

0 шлицевого соединения 23, выполненного на валу 11.

Ширина зубчатого венца солнечного колеса 10 равна двойной величине осевого смещения при сжатии пружины 19. Эта ширина назначается исходя из конструктивных соображений и габаритов тормоза,а величина жесткости пружины 19 рассчитывается в зависимости от величины кинетической энергии, запа0 саемой маховиком 12 тормоза и от возможного осевого сжатия пружины 19, а именно при вращательном движении затормаживаемого рабочего органа механизма или машины (не показаны)

5

35 .

с 1-1

Р h2 2

при поступательном движении

г „ 40 h 2

Де С

Р

W

m

-жесткость упругого элемента (пружины 19);

-момент инерции затормаживаемого рабочего органа машины;

-угловая скорость, с кото- рой начинается затормаживание;

-величина осевого смещения при сжатии упругого элемента (пружины 19), равная половине ширины зубчатого венца солнечного колеса 10

-масса затормаживаемой машины;

v - скорость затормаживаемой машины, I которой начинается затормаживание.

Рекуперативный тормоз работает следующим образом.

При торможении вала J трансмиссии сцепление 2 выключается, отсоединяя вал 1, связанный с двигателем, а сцепление 5 включается, приводя в движение шестерню 4. Крутящий момент от вала 3 через шестерню 4 и 6, водило 7 планетарной передачи 8, сателлиты 9, центральное солнечное колесо -10 и вал 11 передается на маховик 12. Под действием крутящего момента маховик 12 начинает раскручиваться. Однако маховик 12 не может раскрутиться до максимальной угловой скорости за промежуток времени, равный времени срабатывания сцепления 5, так как в начальный момент раскручивания угловая скорость маховика 12 мала или равна нулю, а момент инерции маховика 12 оказывает большое сопротивление крутящему моменту от вала 3.

Наличие косозубого зацепления сателлитов 9 и солнечного колеса 10 позволяет раскладывать усилие, возникающее от действия крутящего.мо- . мента, на две составляющих - окружную и осевую. Под действием осевой составляющей солнечное колесо 10 вместе с валом 11 и маховиком 12 начинает смещаться, например, вправо, сжимая через упорный подшипник 14 и диск 17 пружину 19. В результате пружина 19, сжимаясь, оказывает сопротивление осевой составляющей, а момент инерции маховика 12 - окружной составляющей крутящего момента.Складываясь, эти составляющие создают тормозной момент, который через во0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

дило 7, шестерни 6 и 4 сцепление 5 передается валу 3, замедляя его без потери кинетической энергии в сцеплении 5.

Таким образом, происходит,раскручивание маховика 12 р уменьшением его сопротивления окружной составляющей, сжатие пружины 19 с накапливанием потенциальной энергии и увеличением сопротивления осевой составляющей и замедление вращения вала 3. В тот момент, когда сопротивление сжатия пружины 19 становится равным осевой составляющей крутящего момента, сжатие пружины 19 прекращается. Дальнейшее замедление вращения вала 3 осуществляется за счет выравнивания угловых скоростей маховика 12 и вала 3 с. учетом передаточного отношения привода (шестерни 4 и 6 планетарной передачи 8), а также под действием разжатия пружины 19. При разжатии пружины 19 солнечное колесо 10 с валом 11 и маховиком 12 начинает смещаться назад, т.е. влево. В результате этого смещения маховик 12 получает дополнительное ускорение за счет замедления вращения вала 3. В момент максимальной раскрутки маховика 12 и полной остановки вала 3 сцепление 5 выключается.

При рекуперации процесс разгона вала 3 проходит подобно процессу раскрутки маховика 12 при торможении.

Вследствие того, что вал 3 также имеет большой момент инерции, который оказывает сопротивление раскручивающему моменту от маховика 12, усилия, возникающие в начальный момент в косоэубом зацеплении солнечного колеса 10 и сателлитов 9, заставляют солнечное колесо 10 с валом 11 и маховиком- 12 перемещаться в осевом направлении, противоположном смещению при торможении. Через упорный подшипник 15, шток 16 и диск 18 сжимается пружина 19, накапливая потенциальную энергию. По мере раскручивания вала 3 окружная составляющая сопротивления .уменьшается, а осевая - возрастает. Когда усилие сжатия пружины 19 становится равным осевой составляющей раскручивающего момента от маховика 12, пружина 19 начинает разжиматься, перемещая солнечное колесо 10 в обратном направлении. От перемещения солнечного колеса 10 при разжатии пружилы 14 вал 3 получает

дополнительное ускорение за счет замедления вращения маховика 12. В мо- мент остановки маховика 12 и полного разжатия пружины 19 сцепление 5 выключается, а сцепление 2 включается. Дальнейшее вращение вала 3 происходит от вала 1 двигателя, а шестерня 4 получает возможность вращаться независимо от вала 3.

Формула изобретения

1. Рекуперативный тормоз, содержащий вал трансмиссии, соединенный посредством планетарной передачи с инерционной массой и упругим элементом сжатия, взаимодействующим с солнечным колесом с наружным зацеплением, отличающийся тем, что, с целью увеличения КПД за счет обеспечения бесступенчатой передачи энергии к аккумулирующему элементу и ее рекуперации, планетарная передача выполнена косозубой, солнечное колесо установлено с возможностью

осевого перемещения и взаимодействия в осевом направлении с упругим элементом, а инерционная масса кинематически связана с солнечным колесом, при этом солнечное колесо имеет ширину зубчатого венца, равную двойной величине его осевого смещения при сжатии упругого элемента.

2. Тормоз по п. отличающийся теме что солнечное колесо планетарной передачи связано с инерционной массой посредством шлицевого соединения.

5 3. Тормоз по пп. 1 и 2, о т л и- чающийся тем, что упругий элемент выполнен в виде винтовой пружины.

4.Тормоз по пп. 1 о чающийся тем,

элемент выполнен в виде гидравлического устройства.

5.Тормоз по пп. 1 и 2, о т л и- чающийся тем, что упругий

5 элемент выполнен в виде гидропневматического устройства.

и 2, о т л и- ., что упругий

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в рекуперативных тормозах механизмов, работающих с частыми остановками и интенсивными разгонами. Цель изобретения - увеличение КПД за счет обеспечения бесступенчатой передачи энергии к аккумулирующему элементу и ее рекуперации. Рекуперативный тормоз содержит вал 3 трансмиссии, соединяющийся через сцепление (С) 2 с валом 1 двигателя. На валу 3 установлена на подшипниках шестерня 4 с возможностью соединения с валом 3 через С 5. В зацепление с шестерней 4 входит шестерня 6, выполненная заодно с водилом 7 косозубой планетарной передачи 8. Ширина зубчатого венца солнечного колеса (СК) 10 равна двойной величине его осевого смещения при сжатии упругого элемента 19. С СК 10 связаны вал 11 и маховик (M) 12, установленные в подшипниках 13 скольжения с возможностью вращения и перемещения в осевом направлении. С другой стороны СК 10 соединено через упорные подшипники 14 и 15, шток 16, диски 17 и 18 с упругим элементом 19. При торможении вала 3 сцепление 2 выключается, а С 5 включается. Крутящий момент от вала 3 передается на вал 11 и М 12. В косозубом зацеплении СК 10 и сателлитов 9 возникает усилие, раскладывающееся на две составляющих - окружную и осевую. Окружная - раскручивает М 12, осевая - смещает СК 10 вместе с валом 11 и М 12 и сжимает упругий элемент 19. При этом передаточное отношение от вала 3 к М 12 изменяется бесступенчато. После выравнивания угловых скоростей вала 3 и М 12 упругий элемент 19 разжимается, дополнительно раскручивая М 12 и останавливая вал 3. Раскручивание вала 3 осуществляется за счет кинетической энергии М 12 аналогично, только упругий элемент 19 сжимается в другую сторону. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

Фиг. 2