автомобиль с инерционным движителем

Формула изобретения

Автомобиль с инерционным движителем, содержащий двухдверный кузов, задние колеса с независимой торсионной подвеской и гидравлическими амортизаторами, переднее управляемое колесо с торсионной подвеской и гидравлическим амортизатором, двигатель, установленный в задней части кузова, муфту сцепления, ведущий вал которой соединен с валом двигателя, механизмы управления, отличающийся тем, что ведущий вал инерционного движителя, закрепленного в задней части кузова, соединен с ведомым валом муфты сцепления, причем инерционный движитель содержит корпус, закрытый передней и задней крышками, внутри которого размещены одинаковые по конструкции инерционный механизм переднего хода, инерционный механизм заднего хода, развернутые в горизонтальной плоскости относительно друг друга на 180°, векторы действия инерционных сил которых направлены навстречу друг другу, и муфта переключения переднего и заднего хода, причем первый конец ведущего вала инерционного движителя пропущен в отверстие задней крышки, а второй конец - вставлен в торец переднего ведомого вала инерционного движителя, второй конец которого вставлен в подшипник передней крышки, кроме того, задний ведомый пустотелый вал инерционного движителя надет на ведущий вал инерционного движителя, имеющий в передней части паз, в который входит зуб каретки, установленной с возможностью перемещения по ведущему валу инерционного движителя и имеющей по бокам втулки с внутренними зубчатыми венцами, входящими в зацепление то с одной, то с другой цилиндрическими шестернями, одна из которых закреплена на переднем ведомом валу инерционного движителя, а другая - на заднем ведомом пустотелом валу инерционного движителя, причем каретка через вилку, закрепленную на валу, связана с ручкой управления передним и задним ходом, закрепленной на этом же валу, кроме того, на переднем ведомом валу инерционного движителя и заднем ведомом пустотелом валу инерционного движителя закреплены крестовины, на четырех концах каждой из которых установлены свободно сидящие на осях зубчатые шестерни с дебалансами, входящие в зацепление соответственно с передней неподвижной шестерней, прикрепленной к передней крышке корпуса, и с задней неподвижной шестерней, прикрепленной к задней крышке корпуса, причем у четырех шестерен в каждой крестовине каждый последующий дебаланс смещен относительно предыдущего дебаланса на 90°.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к области транспорта и может быть использовано в качестве транспортного средства.

Известен автомобиль ЗАЗ-968 "Запорожец" (4×2), содержащий двухдверный кузов с багажником в передней части, переднюю ходовую часть с независимой рычажно-торсионной подвеской, заднюю ходовую часть с независимой пружинной подвеской, двигатель, коробку передач, задний мост, выполненные в одном корпусе и расположенные в задней части кузова, механизмы управления. Собственная масса 790 кг. Полная масса 1110 кг. Количество мест 4. Мощность двигателя 40 л.с. при 4200-4400 об/мин. Максимальная скорость 116 км/час. Расход топлива 5,9 л на 100 км при скорости 30-40 км/час. Тормозной путь при скорости движения 50 км/час 16 м.

/Краткий автомобильный справочник, НИИАТ, 8 изд. М.: Транспорт, с.33-36/.

Недостатками известного автомобиля ЗАЗ-968 "Запорожец" являются сложность конструкции, недостаточная маневренность, большой тормозной путь.

Указанные недостатки обусловлены конструкцией автомобиля.

Известен также автомобиль повышенной проходимости ЛуАЗ-969А, (4×4), содержащий двухдверный полунесущий кузов с задним открывающимся бортом и мягким верхом, ходовую часть с передней и задней независимыми торсионными подвесками и гидравлическими амортизаторами, колесными редукторами, двигатель, коробка передач, ведущий передний мост, выполненные в одном корпусе, редуктор заднего моста, механизмы управления. Собственная масса 950 кг. Полная масса 1350 кг. Максимальная скорость 85 км/час. Мощность двигателя 39 л.с. при 4100-4300 об/мин. Расход топлива при скорости 40 км/час 10 л на 100 км. /Там же, с.66-70./

Известный автомобиль ЛуАЗ-969А, как наиболее близкий по технической сущности и достигаемому полезному результату, принят за прототип.

Недостатками известного автомобиля ЛуАЗ-969А, принятого за прототип, являются сложность конструкции, недостаточная мощность двигателя, недостаточная проходимость, плохая маневренность, большой расход топлива.

Указанные недостатки обусловлены конструкцией автомобиля.

Целью настоящего изобретения является упрощение конструкции и повышение эксплуатационных качеств автомобиля.

Указанная цель согласно изобретению обеспечивается тем, что коробка передач, передний мост, редуктор заднего моста, колесные редукторы заменены инерционным движителем, закрепленным в задней части кузова, вал которого соединен с ведомым валом муфты оцепления, содержащим корпус, закрытый передней и задней крышками, внутри которого размещены одинаковые по конструкции инерционный механизм переднего хода, инерционный механизм заднего хода, развернутые в горизонтальной плоскости относительно друг друга на 180 градусов, векторы действия инерционных сил которых направлены навстречу друг другу, и муфта переключения переднего и заднего хода, причем первый конец ведущего вала пропущен в отверстие задней крышки, а второй конец вставлен в торец переднего ведомого вала, второй конец которого вставлен в подшипник передней крышки, кроме того, задний ведомый пустотелый вал надет на ведущий вал, имеющий в передней части паз, в который входит зуб каретки, установленной с возможностью перемещения по ведущему валу и имеющей по бокам втулки с внутренними зубчатыми венцами, входящими в зацепление то с одной, то с другой цилиндрическими шестернями, одна из которых закреплена на переднем ведомом валу, а другая - на заднем ведомом пустотелом валу, причем каретка через вилку, закрепленную на валу, связана с ручкой управления передним и задним ходом, кроме того, на переднем ведомом валу и заднем ведомом пустотелом валу закреплены крестовины, на четырех концах каждой из которых установлены, свободно сидящие на осях, зубчатые шестерни с дебалансами, входящие в зацепление соответственно с передней неподвижной шестерней, прикрепленной к передней крышке корпуса, и с задней неподвижной шестерней, прикрепленной к задней крышке корпуса, причем у четырех шестерен в каждой крестовине каждый последующий дебаланс смещен относительно предыдущего дебаланса на 90 градусов, передним колесом с торсионной подвеской и масляным амортизатором, которое кинематически связано с рулевым механизмом.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фигуре 1 изображен общий вид автомобиля с инерционным движителем, на фигуре 2 - вид на силовую установку снизу, на фигуре 3 - общий вид инерционного движителя, на фигуре 4 - расположение деталей и узлов инерционного движителя внутри корпуса, на фигуре 5 - общий вид инерционного механизма переднего хода, на фигуре 6 - вид слева на инерционный механизм переднего хода, на фигуре 7 - развертка боковой поверхности неподвижной шестерни и расположение дебалансов относительно друг друга, на фигуре 8 - траектория движения дебаланса при движении шестерни крестовины по зубьям неподвижной шестерни и создание тяги в продольном направлении, на фигуре 9 - схема сил инерции, действующих на шестерни и дебалансы в поперечном направлении, на фигуре 10 - кинематическая схема инерционного движителя, на фигуре 11 - схема сил инерции, действующих за единицу времени при движении дебалансов.

Предлагаемый автомобиль содержит двухдверный двухместный кузов 1, к которому посредством независимой торсионной подвески с гидравлическими амортизаторами прикреплены задние колеса 2, 3 и переднее колесо 4, которое кинематически связано с рулевым механизмом. В задней части автомобиля закреплен двигатель 5, который соединен с ведущим валом муфты сцепления 6, ведомый вал которой через соединительную муфту 7 соединен с ведущим валом инерционного движителя 8. Он содержит корпус 9, закрытый передней 10 и задней 11 крышками. Сбоку на корпусе расположена ручка переключения 12, закрепленная на валу 13, имеющем вилку 14, входящую в круговой паз каретки 15. Ручка переключения имеет три положения: нейтральное (Н), передний ход (Пх) и задний ход (Зх). Внутри корпуса расположены, одинаковые по конструкции, инерционный механизм переднего хода 16, инерционный механизм заднего хода 17, развернутые относительно друг друга в горизонтальной плоскости на 180 градусов, векторы действия инерционных сил которых направлены навстречу друг другу, и соединительная муфта 18. Ведущий вал 19, установленный в подшипнике задней крышки, имеет на переднем конце паз 20, в который входит зуб каретки, установленной с возможностью продольного перемещения и имеющей по бокам внутренние зубчатые венцы. Передний конец ведущего вала вставлен в торец переднего ведомого вала 21, на котором закреплена цилиндрическая шестерня 22 с наружным зубчатым венцом, который взаимодействует с передним внутренним зубчатым венцом каретки. Задний ведомый пустотелый вал 23, на котором закреплена цилиндрическая шестерня 24, взаимодействующая с задним внутренним зубчатым венцом каретки, надет на ведущий вал. Оба инерционных механизма содержат неподвижные шестерни 25, 26. У инерционного механизма заднего хода неподвижная шестерня привернута к передней крышке, а у инерционного механизма переднего хода неподвижная шестерня привернута к задней крышке. На торцевых частях неподвижные шестерни имеют зубчатые венцы, а в центре отверстия. У инерционного механизма заднего хода через отверстие в неподвижной шестерне пропущен передний ведомый вал, на котором закреплена крестовина 27, на четырех концах которой установлены с возможностью свободного вращения зубчатые шестерни 28, 29, 30, 31, каждая из которых имеет по одному дебалансу 32, 33, 34, 35. Через отверстие в неподвижной шестерне инерционного механизма переднего хода пропущены ведущий вал и надетый на него задний ведомый пустотелый вал, на котором закреплена крестовина 36, на четырех концах которой установлены с возможностью свободного вращения зубчатые шестерни 37, 38, 39, 40, каждая из которых имеет по одному дебалансу 41, 42, 43, 44. В каждой крестовине шестерни установлены таким образом, что каждый последующий дебаланс смещен относительно предыдущего дебаланса на 90 градусов.

Работа автомобиля с инерционным движителем

После осмотра автомобиля производится запуск и прогрев двигателя 5. Для движения автомобиля вперед необходимо выключить муфту оцепления 6, передвинуть ручку переключения 12 в положение "Пх", а затем плавно включить муфту сцепления 6 и увеличить частоту вращения вала двигателя 5, нажимая на педаль акселератора. Автомобиль начнет движение вперед. При этом вал двигателя 5 соединится с валом 19 инерционного движителя. Вращающийся момент от двигателя станет передаваться на ведущий вал 19 и каретку 15, внутренний зубчатый венец которой войдет в зацепление с зубчатой шестерней 24 и приведет ее во вращение, а вместе с ней и задний ведомый пустотелый вал 23 и крестовину 36 с шестернями 37, 38, 39, 40 и дебалансами 41, 42, 43, 44. В этом случае указанные зубчатые шестерни станут вращаться вокруг своих осей и обкатываться по зубьям неподвижной шестерни 26, а дебалансы 41, 42, 43, 44 станут двигаться по криволинейным траекториям радиуса R, как показано на фигуре 8. Возникающие при этом составляющие сил инерции Fи каждого дебаланса станут суммироваться и вектор этих сил будет направлен вдоль продольной оси инерционного движителя в направлении передней крышки 10. Одновременно составляющие сил инерции Fи1 и Fи2 будут действовать на шестерни 37, 38, 39, 40, 28, 29, 30, 31 и дебалансы 32, 33, 34, 35, 41, 42, 43, 44 в поперечном направлении, уравновешивая друг друга, как показано на фигуре 9. Вместе о тем каждый из дебалансов в разное время станет находиться в крайних точках своей траектории и останавливаться в них на некоторое время. В каждой из этих точек будет действовать сила инерции Fи1, направленная вдоль продольной оси корпуса инерционного движителя в сторону противоположную действию остальных составляющих сил инерции. Из схемы на фигуре 11 видно, что при перемещении дебалансов по своим траекториям за время t в каждый отдельный момент (ограничен двумя тонкими вертикальными линиями) из четырех дебалансов только один и то не всегда может находиться в крайних точках, а создаваемая им сила инерции Fи1 будет уравновешиваться составляющими сил инерции Fи других дебалансов, которые превосходят ее в несколько раз. Таким образом при вращении ведущего вала 19 на корпус 9 инерционного движителя и кузов 1 автомобиля будет действовать равнодействующая сил инерции Fир, направленная вдоль продольной оси автомобиля, приложенная к кузову и приводящая автомобиль в движение. Для движения задним ходом необходимо отключить муфту оцепления 6 и повернуть ручку переключения 12 в положение "Зх", а затем включить муфту оцепления 6. Инерционный механизм переднего хода 16 отключится, а инерционный механизм заднего хода 17 включится. Каретка 15 своим внутренним зубчатым венцом войдет в зацепление с зубьями шестерни 22. Передний ведомый вал 21 станет вращаться, а вместе с ним и крестовина 27, шестерни 28, 29, 30, 31 с дебалансами 32, 33, 34, 35 и все повторится, как было описано выше. Разница только в том, что составляющие сил инерции, образованные вращением несбалансированных масс, будут действовать в противоположном направлении от передней крышки 10 корпуса 9 в сторону задней крышки 11. Автомобиль станет двигаться задним ходом. Изменение направления тяги инерционного движителя во время движения может быть использовано для торможения, особенно при езде на скользких и горных дорогах. Во всех случаях при переключении инерционных механизмов необходимо отключать муфту сцепления. При трогании с места инерционный механизм должен развивать максимальное усилие, а при установившемся движении усилие может быть уменьшено до необходимого уровня. Величина инерционной силы обоих движителей может изменяться путем изменения частоты вращения вала двигателя 5. На стоянке ручка переключения 12 устанавливается в нейтральное положение "Н".

Предлагаемый автомобиль может быть использован для небольших туристических поездок, для поездки на дачу, на рыбалку, а также в черте города.

Положительный эффект - более высокая проходимость из-за того, что сила тяги приложена к кузову, а не осям колес, исключена пробуксовка колес, меньший расход топлива из-за уменьшения трения, более высокая маневренность, более высокая безопасность из-за уменьшения тормозного пути.