Передача

 

Использование: машиностроение, приводы различных машин и механизмов. Сущность изобретения: передача содержит корпус и размещенные в нем два передающих элемента, установленные с зазором между рабочими поверхностями. На рабочих поверхностях передающих элементов последовательно расположены цилиндрические электроды. 8 зазоре размещена электрореологическая жидкость. Блок управления , выполненный в виде электрических ключей, подключает соответствующие электроды к источнику напряжения. В зазоре между электродами возникает электрическое поле, под действием которого электрореологическая жидкость меняет свою вязкость (затвердевает). 9 з.п. ф-лы, 12 ил.

СОЮЗ СО8ЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

{5I)5 F 1 6 Н 15/01

ГОСУДАР СТ8Е ННЫ Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4755424/28; 4755460/28 (22) 31.10.89 (46) 07.08,92. Бюл. ¹ 29 (75) В,В.Арсеньев (56) Авторское свидетельство СССР № 1193338, кл. F 16 Н 15/01, 1984.

Авторское свидетельство СССР

¹ 806949, кл. F 16 Н 13/00, 1979. (54) ПЕРЕДАЧА (57) Использование: машиностроение, приводы различных машин и механизмов. Сущность изобретения: передача содержит корпус и размещенные в нем два передаюИзобретение относится к передачам и механизмам с использованием электрореологических жидкостей.

Известен аариатор с коническими колесами. .Недостатком его является отсутствие возможности чисто электрического управления передаточным отношением.

Известна передача с электрореологической жидкостью.

Недостатком ее является отсутствие возможности широкого изменения передаточного отношения и скоростей чисто электрическим управлением, Это сужает эксплуатационные возможности передачи.

Цель изобретения — расширение эксплуатационных возможностей передачи.

На фиг,1 показана коробка передач (передача), продольное сечение (первый вариант); на фиг.2 — эквивалентная электрическая схема питания электродов коробки передач; на фиг,3 — функциональная схема

„„5U„„1753107 А1

2 щих элемента, установленные с зазором между рабочими поверхностями. На рабочих поверхностях передающих элементов последовательно расположены цилиндрические электроды. В зазоре размещена электрореологическая жидкость. Блок управления, выполненный в виде электрических ключей, подключает соответствующие электроды к источнику напряжения. В зазоре между электродами возникает электрическое поле, под действием которого электрореологическая жидкость меняет свою вязкость ("затвердевает"). 9 з,п, ф-лы, 12 ил. управления ключами, подключаемых к электродам коробки передач; на фиг.4— две коробки передач, соединенные последовательно; на фиг.5 — функциональная схема управления ключами, подключенными к электродам двух последовательно соединенных коробок передач; на фиг,6 — условная схема работы коробки передач (в поперечной проекции); на фиг.? — коробка

-передач в продольном сечении (второй вариант исполнения); на фиг,8 — эквивалентная электрическая схема питания электродов коробки передач, выполненной по второму варианту; на фиг.9 — коробка передач в продольном сечении (третий вариант исполнения); на фиг.10- эквивалентная электрическая схема питайия электродов коробки передач, выполненной по третьему варианту; на фиг.11 — функциональная схема управления ключами, подключаемыми к электродам коробки передач, выполненной по третьему варианту; на фиг.12 — коробка передач в продольном сечении (четвертый вариант), (Л (I

I !

Ъ (Л

Ы

С>, 1753107

3 4

Передача является по сути коробкой пе- пары электродов 10, 13 подключаются к выредач и содержит конусообразные переда- ходам соответствующих им ключей 17 — 17 ющие элементы 1 и 2, выполненные в виде аналогично. полыхступенчатых конусов, а также валы 3 В выходную цепь двухпозиционного и 4, соединенные с конусами-элементами 1 5 ключа 17t можно ставить и небольшой резии 2. Валы 3, 4 и конусы-элемейты 1, 2 уста- стор 19 (фиг.2). Входы двухпозиционных реновлены с возможностью вращения, т.е. на ле ключей 17 — 17 (фиг.3) или их обмотки подшипниках. подключаются к соответствующим выходам

Внутри конусообразных элементов 1 и коммутирующего (или распределительного)

2 установлены неподвижные конусообраз- 10 устройства 20, которое управляет переклюные выступы 5 и 6, которые соединяются с чениями 17е-17. Устройство 20 может быть неподвижным корпусом 7. На фиг.1-12 не- выполнено в виде простого распределителя подвижные части коробки передач, т.е, кор- или коммутатора, .фиг.3), пус 7 и высТупы 5, 6, заштрихованы косыми Коробка передач работает следующим линиями, а вращающиеся части, т.е. элемен- 15 образом. ты 1, 2 и валы 3, 4; не закрашены. Если все ключи 17 -17 (или реле) отклюНа неподвижных частях(например, вы- чены от источника 18 питания (фиг,2) и их ступе 5) коробки передвчустановлены алек- контакты находятся в правом положении троды 8. На выступе 6 также могут быть (например, фиг.2), то на электродах 10 и 13 установлены электроды 9. На конусе-эле- 20 напряжения нет. От этого в зазоре между менте 1 соответственно устанавливаются конусами-элементами 1 и 2 (фиг.1) электризлектроды 10 и 11, соединенные проводя- ческого поля нет и данные конусы-элементы щими ток перемычками 12, а на конусе-зле- 1, 2 tto сути не сцеплены, Вращение с вала менте 2 устанавливаются электроды 13 и 14, 3 на вал 4 практически не передается. Если соединяемые друг с другом перемычками 25 требуется передать вращение с вала 3 на

15, которые тоже могут проводить ток, Все вал 4 с определенным передаточным отноэлектроды 8, 9, 10,.11, 13, 14 могут выпол- шением, то с помощью коммутирующего няться кольцевыми, т.е. в виде колец на со- устройства 10 (фиг.3) коммутируется соотответствующих поверхностях выступов 5, 6 ветствующий из ключей 17 -17. Данный и конусов-элементов 1,2, Кольцевые элект- 30 ключ (например, ключ 17t, фиг.2) переклюроды 10, 13 элементов 1, 2 располагаются чает свой контакт в левое (по фиг.2) положепоследовательно один напротив другого. ние., от чего электроды 10 и 13 данной

Соответственно расположены и исполни- группы (соответствующей ключу 171) подтельные электроды 8 и 11, а также и допол- ключаются к источнику 18 питания. Подклюнительные электроды 9 и 14. Электроды 8, 35 чение электродов 10 и 13 к источнику 18

11 и 9, 14 могут соприкасаться один с дру- питания осуществляется посредством догим.. полнительных (промежуточных) электродов

Между конусами-элементами 1 и 2, а 8, 11 и 9, 14 (фиг,2), которые по сути могут такжевзазоремеждуихкольцевымиэлект- играть роль контактных щеток и пластин. родами 10 и 13 помещена электрореологи- 40 Если электроды 8, 11 и 9, 14 (фиг.2.1). соприческая жидкость 16. Электрореологическая касаются, то они осуществляют обычный жидкость 16 (или электрореологическая щеточный контакт (для подвода электричесуспензия ) — это жидкость, которая может ства к электродам 10, 13), а если кольцевые менять свою вязкость и плотность под дей- электроды 8, 11 и 9, 14 (фиг, 2,1) располагаствием электрического поля. Между элект- 45 ются друг напротив друга без непосредстродами 8, 11 и 9, 14 (т.е. между элементами венного соприкосновения (но очень близко, 1; 2 и выступами 5, 6) электрореологической с минимальными зазорами между электрожидкости 16 нет, эти места могут быть загер- дами), то электрические заряды на рабочие метизированы специальными подшипника- электроды 10, 13 передаются путем злектми. 50 ростатической индукции, аналогично как

Кольцевые электроды 10, 13, выходящие это происходит в конденсаторах, В любом в зазор с электрореологической жидкостью случае, в результате такого включения клю16, электрически (через промежуточные ча 17> (фиг.2) между рабочими электродами электроды 8, 11, 9, 14) соединены с выхода- 10 и 13 данной группы возникает разность ми соответствующих двухпозиционных ре- 55 потенциалов, приводящая к тому, что в зале или ключей 17е-17 (фиг.2,3), которые зоре междузапитаннымиэлектродами10и могут питаться от источника 18 напряжения 13 появляется электрическое поле, От возили тока, На фиг.2 для примера дана цепь никновения электрического поля (в данном подключения к ключу 17> одной пары рабо- месте) электрореологическая жидкость 16 чих кольцевых электродов 10, 13, Остальные между запитанными кольцевыми электро1753107 дами 10, 13 (фиг.2, 1) повышает свою вяз- наплатформе23. Припоследовательномсокость, твердеет(фиг.1,6) и конус элемента 1 единении выходной вал коробки 21 через сцепляется с конусом элемента 2 у данных, муфту соединен с входным валом коробки запитанных электродов 10, 13, Переда- 22..При данном каскадном соединении коточное отношение при таком сцеплении 5 робок 21 и 22 их система управления может определяется соотношением диаметров ко- содержать управляющие (или коммутирую- . нусов-элементов 1, 2 (фиг.1) у данных, запи- щее) устройство 20 (фиг.5), к выходам кототанныхэлектродов10, 13, Вращение с вала рого подключены ключи 17> — 17 и 24 -24, 3 передается на вал 4 с указанным (опреде- Ключи 171 — 17, аналогичные ключам 17>-17 ленным) передаточным отношением. 10 на фиг.3, подключаются к.электродам коЕсли требуется изменить передаточное робки 21 (по схемам, аналогичным фиг,2), отношение коробки(фиг,1 — 3), то коммутиру- а ключи 24> — 24 (фиг.5) подключаются к элекющим устройством 20 (фиг.3) надо скомму- тродам коробки 22. При работе управляютировать другой из ключей 171 — 17, который щее устройство 20 (фиг.5) коммутирует, т,e, всвою очередь, подключит питание(напря- 15 подключает к источнику питания каждый жение) к электродам 10, 13 другой группы раз по два ключа одновременно, т.е, один (соответствующей данному ключу). От этого ключ из группы ключей 1?i-17 и один ключ электрическое поле повысит вязкость жид- из группы ключей 24> — 24. От этого в короб кости 16 и сцепит конусы-элементы 1 и 2 у ках 21 и 22 электрически выставляются соданных (запитанных) электродов 10, 13, где 20 ответствующие передаточные отношения и диаметры конусов-элементов 1, 2 уже дру- весь каскад коробок 21, 22 (фиг,4) передает гие (фиг.1). Соотношение диаметрбв кону- вращение с общим передаточным отношесов-элементов 1, 2 у новых запитанных нием, зависящий-от указанных передаточэлектродов 10, 13 и определяет новое пере- ных отношений коробок 21 и 22. Коммутируя даточное отношение коробки (фиг.1). 25 ключи 17>-17 и 24> — 24 в различных сочетаИсходя из указанного, нетрудно заклю- ниях (по два ключа одновременно), можно чить, что, переключая ключи 17 — 17 с по- получать очень большое число значений обмощью устройства 20 (фиг,З) по одному, щего передаточного отношения, Так, если в можно электрически менять передаточное каждой из коробок 21, 22 (фиг.4) на соототношение коробки (фиг.1). Число значений 30 ветствующем конусе-элементе имеется по передаточного отношения(меняемых чисто десять рабочих кольцевых электродов, упэлектрическим путем) равно числу ключей равляемых десятью соответствующими

1? — 17 (фиг.1) или, соответственно, числу, ключами; то в системе йз каскадного соединапример, колец-электродов 10, располо- нения двух коробок 21, 22 (фиг.4), управляйженных последовательно на конусе элемен- 35 мых всего двадцатью ключами 17>-17 и

24 — 24 (фиг.5), можно получить не менее ста

Электрическая замена значений пере- разных значений общего передаточного отдаточного отношения является одним из ос- ношения. При этом все сто значений общего новных положительных качеств коробки передаточного отношения меняются чисто передач, При этом следует заметить, что 40 электрически, с помощью управляющего усреализация сцепления посредством элек- тройства 20 (фиг.5) или компьютера. тричества от множества разных колец-элек- Следующим вариантом предлагаемого тродов 10, 13 и электрореологической устройства является вариант по фиг.7, кожидкости 16 позволяет достигать большого торый отличается от варианта коробки пебыстродействия смены передач и умень- 45 редач по фиг.1 лишь тем, что рабочие шения габаритов самой коробки (фиг.1), кольцевые электроды 13 на конусе-элеменКоробка передач (фиг.1) получается весьма те 2 слиты, соединены друг с другом в один компактной и довольно простой, большой электрод 13 (например, ступенчаЭлектрическое управление сменой пе-. того кольцевого типа), который расположен редач позволяет применять в качестве уп- 50 напротив всех последовательно установравляющего устройства 20 и компьютеры. ленных кольцевых электродов 10 (фиг,7), Это дополнительно расширяет возможно- Схема питания электродов 10 и 13 коробки сти данной коробки по управлению. (фиг.7), которая дана на фиг.8, по сути анаРасширение эксплуатационных воз- логична ранее ойисанной схеме фиг.2. Бальможностей устройства может быть достиг- 55 шой (ступенчатый) электрод 13 элемента 2 нуто и за счет последовательного (или (фиг.7, 8) через промежуточные или контаккаскадного) соединения нескольких коро- тные электроды 9, 14 может быть подключен бок. Так (фиг.4) в качестве примера, пока- к цепям всех ключей 17 -17 (фиг.3), которые заны коробки 21 и 22 передач, которые управляютработой коробки(фиг.7).В целом соединены последовательно и установлены вариант по фиг.7 проще, чем вариант по

1753107 фиг.1, поскольку для подвода электричества к одному(но большому) электроду 13 вращающегося конуса-элемента 2 требуется всего одна пара контактных электродов 9, 14 (фиг.7р). Работает вариант фиг.7 и 8 аналогично варианту фиг,1 — 3, для управления вариантом фиг.7 и 8 можно применять все ту же схему фиг.3.

Разобрав более простые варианты, можно отметить, что возможны и более сложные (многоступенчатые) варианты коробки передач. Один из таких вариантов показан на фиг,9. Данный вариант (фиг.9) строится на базе варианта фиг.7, но представляет собой более сложную (многоступенчатую) передачу с увеличенным числом передаточных отношений, которые можно менять чисто электрическим путем. Из фиг.9 видно, что помимо ранее описанных конусов-элементов 1 и 2 с сойутствующимидеталями и электродами, e данном варианте коробки передач установлены еще и конусовидный передающий элемент 24 и вал 25.

Вал 25 соединен с конусовидным передающим. элементом 24 (они оба могут вращаться), а конусовидный передающий элемент

24 (как и элемент 1) выполнен полым. Внутри конуса-элемента 24 установлен неподвижный конусовидный выступ 26, на котором установлены контактные электроды 27, Напротив электродов 27 на конусеэлементе 24 установлены контактные электроды 28, которые могут соприкасаться с электродами 27,а на внешней поверхности конуса-элемента 24 расположены кольцевые электроды 29, которые являются рабочими и соединены с соответствующими контактными электродами 28 проводниковыми перемычками 30, Конус-элемент 24 (фиг.9) с сопутствующими деталями и электродами практически аналогичен конусу-элементу 1, имеющему аналогичные детали и электроды. Валы 3, 4, 25 могут быть выполнены длинными (сквозными), они могут опираться на подшипники корпуса 7. Дополнительно соединенные с валами вращающиеся, конусовидные элементы 1, 2, 24 могут также (дополнительно) опираться и на вращающиеся уплотнения 31, роль которых могут выполнить герметичные подшипники скольжения. Неподвижные части коробки (корпус 7 и выступы 5, 6, 26) закрашены косыми линиями, вращающиеся части (валы

3, 4, 25 и конусы-элементы 1, 2, 24) условно не закрашены.

При выполнении коробки по варианту фиг.9 электрореологическая жидкость 16 находится в зазорах между электродами 10 и 13, а также между электродами 13 и 29.

Система управления и питания коробкой (фиг.9) во многом аналогична описанным системам управления и питания предыдущих вариантов. Так, питание рабо5 чих электродов 10, 13 и 13, 29 можно осуществлять по схеме (фиг.10, где видно, что электроды коробки подключаются к двухпозиционным реле или ключам 32 и 33, питание которых осуществляется от источника

10 34 постоянного или переменного напряжения. При указанном управляющие обмотки реле-ключей 33 и 32, являющиеся входами данных ключей, подключаются (фиг.11) к со- ответствующим выхздам управляющего ус15 тройства 35, которое может быть выполнено аналогично управляющему (или коммутирующему) устройству по фиг.5. Управляющее устройство 35 может коммутировать ключи

32 и 33 (фиг.11) в различных сочетаниях по

20 два ключа одновременно (один — из группы ключей 32 и один — из группы ключей 33). На фиг,10 все реле-ключи 32 и 33 показаны в положении отключения их контактов от источника 34 (т.е. в исходном положении).

25 Соответственно при включении (или коммутации) устройством 35 (фиг.11) двух ключей

32 и 33 данные реле-ключи изменяют положения своих контактов, т.е. у ключа 32 контакт переходит вправо (фиг.10), а у ключа 33

30 контакт переходит влево (фиг.10), в результате указанные (коммутируемые) ключи 32 и

33 подключают соответствующие электрдды

10 и 29 к полюсу источника 34, противоположному полюсу источника 34, соединенно35 ro с общим электродом 13, и между данными рабочими электродами (10,29,13) возникает разность потенциалов:, которая и дает сцепление между элементами 1, 2, 24 (фиг.9) в местах расположения запитанных злектро40 дов. Вращение с вала 3 через элемент 2 (на валу 4) передается на элемент 24, насаженный на выходной вал 25. Передаточное отношение при такой передаче определяется соотношениями диаметров конусов-эле45 ментов 1, 2, 24 у колец запитанных электродов 10, 13, 29. Меняя сочетания ключей 32, 33 (по два), можно соответственно менять и значения передаточного отношения. В качестве примера можно указать, что при пяти

50 ключах 32 (фиг.11) и пяти ключах 33, что соответствует, естественно, пяти электродам 10 (фиг.9) и пяти электродам 29, в коробке передач (фиг.9) можно получить не менее

25 разных значений передаточного отноше55 ния. Соответственно, если взять коробку (фиг.9) с десятью электродами 10 и десятью электродами 29, то можно, естественно, получить не менее 100 разных значений передаточного отношения. В целом, коробка по фиг,9 по своим функциональным возмож1753107

10

20 настям близка к каскадному соединению коробок 21 и 22 (фиг.4, 5).

У коробки передач (фиг,12) сцепление конусов-элементов 1 и 2 выполнено внутренним, для чего конус элемента 2 помещен внутрь конуса элемента 1, Исходя из этого (фиг.12) конус-элемент 1 помещается в конусообразное отверстие (или расточку) корпуса 7, на стенках которого устанавливаются контактные электроды 8, соприкасающиеся с электродами 11 элемента 2, Между электродами 10 элемента 1 и общим электродом

13 элемента 2 находится электрореологическая жидкость 16. Схемы питания и управления варианта (фиг.12) можно использовать прежние (фиг.8 и 3). При работе, изменяя положение ключей 17 -17 (фиг.3), можно запитывать определенные из электродов 10 (фиг.12), от чего во внутреннем сцеплении элемента 1 и элемента 2 изменяется передаточное отношение. Таким образом в данном варианте (фиг.12), как и во всех предыдущих, передаточное отноше.ние передачи меняется электрически, т.е. с помощью простой перекоммутации ключейреле с помощью электрического управляющего устройства или компьютера, Формула изобретсния

1. Пеоедача, содерж- ùàÿ корпус,,размещенные в нем с возможностью вращения по крайней мере два передающих элемента, установленные с зазором между рабочими поверхностями, размещенную в зазоре электрореологическую жидкость, установленные на рабочих поверхностях передающих элементов электроды и связанный с ними блок управления, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что, с целью расширения эксплуатационных возможностей, передающие элементы выполнены конусообразными, электроды выполнены в виде колец и по крайней мере, на одном передающем элементе установлены последовательно, а блок управления выполнен в виде электрических ключей, связанных с соответствующими ,электродами.

2. Передача поп,1, отл ича ю щаяс я тем, что она снабжена, по крайней мере одним первым дополнительным электродом, установленным на свободной поверхности передающего элемента и соединенным с соответствующим кольцевым электродом последнего, и по крайней мере одним вторым дополнительным электродом, неподвижно закрепленным на корпусе напротив первого дополнительного злект25

55 рода, по крайней мере один иэ дополнительных электродов выполнен в виде кольца, а по крайней мере один из основных кольцевых электродов связан с соответствующим ключом через соответствующую пару дополнительных электродов, 3. Передача по пп. 1 и 2, о т л и ч а ющ а я с я тем, что на корпусе выполнен по крайней мере один конусообразный выступ, а по крайней мере один передающий элемент выполнен с конусообразной расточкой и установлен коаксиально конусообразному выступу.

4, Передача по пп.1 — ", о т л и ч а ющ а яс я тем, что один из передающих элементов — внутреннего зацепления, в корпусе выполнено конусообразное отверстие, наружная поверхность конусообразного передающего элемента внутреннего зацепления выполнена конусообразной, а последний размещен коаксиально в конусообразном отверстии.

5. Передача по пп,1 — 4; о т л и ч а ющ а я с я тем, что все дополнительные электроды выполнены кольцевыми.

6, Передача по пп,1 — 5, о т л и ч а ющ а я с я тем, что расположенные друг напротив друга дополнительные кольцевые электроды установлены с радиальным зазором.

7. Передача по пп.1-5, от л и ч а ющ а я с я тем, что расположенные друг напротив друга дополнительные кольцевые электроды установлены с воэможностью контакта, 8. Передача по пп,1-7, о т л и ч а ющ а я с я тем, что основные кольцевые электроды на рабочей поверхности одного из передающих элементов соединены между собой.

9, Передача по пп,1-8, о т л и ч а ющ а я с я тем, что она снабжена по крайней мере одним дополнительным конусообразным передающим элементом наружного зацепления, выполненным аналогично одному из основных передающих элементов и взаимодействующим с по крайней мере, одним из основных передающих элементов, а в зазоре вдоль рабочей поверхности дополнительного передающего элемента помещена электрореологическая жидкость.

10. Передача по пппб — 9, о т л и ч а ющ а я с я тем, что поверхность по крайней мере одного кольцевого электрода — цилиндрическая, 1753107

1753 i07

1753 707

1753107

17531 О7

Составитель В.Арсеньев

Редактор С.Патрушева Техред M.Mopãåíòàë Корректор Н,Тупица

Заказ 275О Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101