Передача

 

Использование: машиностроение, передачи с использованием магнитореологических жидкостей. Передача содержит корпус 5 с конусообразными передающими элементами 1, 2, установленными на валах 3, 4, а также магнитореологическую жидкость 6. находящуюся в зазоре между конусообразными передающими элементами 1,2. Конусообразный передающий элемент 2 выполнен ферромагнитным, а конусообразный передающий элемент 1 имеет чередующиеся ферромагнитные кольцевые участки 7 и неферромагнитные кольцевые участки 8 и 9. В полости конусообразного передающего элемента 1 установлены секции управле

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

{я)5 F 16 H 15/01

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОспАтент сссР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

11 ц

16

10 !

О

17 (21) 4797339/28 (22) 17.01.90 (46) 23,03,93. Бюл. N. 11 (75) В,В.Арсеньев (56) Авторское свидетельство СССР

М 1193338, кл. F 16 Н 15/01, 1984.

Авторское свидетельство СССР

М 1753107. кл. F 16 Н 15/01, 1989. (54)ПЕРЕДАЧА (57) Использование: машиностроение, передачи с использованием магнитореологических жидкостей. Передача содержит корпус

„„Я2„„1803650 А1

5 с конусообразными передающими элементами 1, 2, установленными на валах 3, 4; а также магнитореологическую жидкость 6, находящуюся в зазоре между конусообразными передающими элементами 1, 2, Конусообразный передающий элемент 2 выполнен ферромагнитным, а конусообразный передающий элемент 1 имеет чередующиеся ферромагнитные кольцевые участки

7 и неферромагнитные кольцевые участки 8 и 9. В полости конусообразного передающего элемента 1 установлены секции управле1803650 ния, содержащие радиальные магнитопроводы 10, магнитопроводные перемычки 11 и электрические катушки 12, подключенные к электрическим ключам или реле, Секции с магнитопроводами 10 и катушками 12 собраны в единый пакет, скрепленный стержнем 16, соединенным с крышкой 17, опирающейся на корпус 5. Между секциями магнитопроводов 10 помещены неферромагнитные диски 13. Конусообразный передающий элемент 1 вместе с соединенным. с ним валом 3 установлен на подшипниках, конусообразный передающий элемент 2 посредством конусовидной втулки 18 жестко соединен с валом 4, который также установлен на подшипниках, а пакет секций магнитопроводов 10 и катушек 12 установлен

Изобретение относится к области передач и механизмов с использованием магнитореологических жидкостей, Цель изобретения — повышение нагрузочной способности передачи.

На фиг.1 показан первый вариант предлагаемой передачи, продольное сечение; на фиг.2 — ее второй. вариант, продольное сечение; на фиг.3- электрическая схема питания и управления первым вариантом передачи; на фиг.4 — электрическая схема питания и управления вторым вариантом передачи, Настоящая передача представляет собой по сути коробку передач с электрическим управлением сменой скоростей и может быть реализована по двум конкретным вариантам(первый вариант — . фиг.1,3, а второй — фиг.2, 4).

Коробка передач или передача (фиг.1 — 4) содержит конусообразные передающие элементы 1 и 2, выполненные в виде, напри мер, конусовидных ступенчатых колес (фиг,1 или 2). Конусовидные передающие элементы 1, 2 (или колеса) соединены с соответствующими валами 3 и 4, которые могут вращаться. .Конусовидные элементы 1 и 2 располагаются внутри корпуса 5 коробки, в полости, где помещена магнитореологическая жидкость 6. Магнитореологическая жидкость 6 заполняет и ступенчатый зазор между передающими элементами 1 и 2.

Конусовидный передающий элемент 1 выполнен полым, ступенчатым и имеет чередующиеся в осевом направлении кольценеподвижно. Конусообразные передающие элементы 1, 2 могут выполняться ступенчатыми. При подаче на какую-либо из катушек

12 тока в месте ее установки возникает магнитное поле, которое, воздействуя на магнитореологическую жидкость 6 в зазоре между конусообразными передающими элементами 1, 2, сцепляет их в данном месте. Вращение с конусообразного передающего элемента 1 передается на конусообразный передающий элемент 2 в месте установки запитанной катушки 12.

При запитывании током других катушек 12 конусообразные передающие элементы 1, 2 сцепляются в других местах, отчего изменяется передаточное отношение передачи. 4 з.п. ф-лы, 4 ил, вые ферромагнитные участки 7 и кольцевые неферромагнитные участки 8, 9. Полый сту-. пенчатый конус-элемент 1 можно выполнять и шихтованным, из ферромагнитных колец

5 разного диаметра, Конус-элемент 1, как и соединенный с ним вал 3, может вращаться, для чего конусовидный элемент 1 опирается слева (фиг,1, 2) на широкий подшипник, установленный

10 на корпусе 5. Правый, конец передающего элемента 1 жестко соединен с валом 3, опирающийся на соответствующий подшипник справа (фиг.1, 2), Внутри полого конусовидного элемента

15 1 неподвижно установлены ступенчатые секции магнитопроводов с катушками, Каждая такая секция содержит (фиг,1, 2) парурадиальных магнитопроводов 10, выпол.ненных, например,. в виде ферромагнитных

20 дисков, которые соединены друг с другом магнитопроводной перемычкой 11, выполненной, например, в виде втулки, а между дисками-магнитопроводами 10 и вокруг втулки-перемычки 11 расположена электри25 ческая катушка 12 (или соленоид). Аналогично выполнены и другие ступенчатые секции внутри конуса-элемента 1, Из фиг.1 или 2 видно, что всего таких секций магнитопроводов с катушками 12 (расположенных под

30 конусовидным элементом 1) — пять, а каждая секция с катушкой 12 отделена от соседней с ней секции неферромагнитным диском 13, Секции магнитопроводов 10, как и диски 13, могут быть разного диаметра (фиг.1, 2) и

35 составлять собою конусовидный пакет, не1803650

55 подвижно установленный под конусом-элементом 1, Иэ фиг.1, 2 также видно, что кольцевые ферромагнитные участки 7 вращающегося конуса-элемента 1 расположены напротив радиальных дисковых магнитопроводов 10 с минимальными зазорами или даже могут опираться на данные неподвижные дискимагнитопроводы 10 (аналогично подшипникам скольжения).

Электрические катушки 12 секций коробки передач (фиг. 1,2,3,4) могут питаться от электрических ключей 14 или реле (фиг.3, 4), а входы ключей 14 или реле могут быть подключены к соответствующим выходам управляющего устройства 15, роль которого может выполнить коммутатор, компьютер или какое-либо иное электронное переключающее устройство.

Секции магнитопроводов 10 с втулкамиперемычками 11 и неферромагнитными дисками 13 (фиг.1, 2), составля ющие ступенчатый конусовидный пакет, могут быть нанизаны на единый стержень 16, ко. торый, в свою очередь, может быть соединен также и с дискообразной крышкой 17, соединяющей весь конусообразный пакет с внешним корпусом 5 коробки. Из указанного нетрудно видеть, что весь компактный конусообразный пакет секций управления (скрепленный стержнем 16) можно легко вынимать и сменять, не трогая конуса-элемента 1 и не сливая магнитореологической жидкости 6. Выемка и смена пакета секций управления (с катушками 12) осуществляется простым движением конусовидного пакета с крышкой 17 влево (фиг,1, 2). Для неподвижного крепления пакета секций управления у крышки 17 можно установить специальный замок или штыри для скрепления крышки 17 этого пакета с корпусом 5, Таким образом конструкция коробки передач (фиг.1 и 2) позволяет легко эксплуатировать коробку передач и производить ремонт ее секций-и катушек 12 управления.

Передающий конусовидный элемент 2 (фиг.1, 2) по всей своей наружной (рабочей) ступенчатой поверхности может быть выполнен ферромагнитным. Передающий конусовидный элемент 2 (или колесо) может соединяться с валом 4 посредством конусовидной втулки 18. Так из фиг,1, 2 видно, что на вал 4 насаживается конусовидная втулка

18, а на конусовидную втулку 18 насаживается конусовидный ступенчатый передающий элемент 2. Такая сборная конструкция позволяет выполнять ферромагнитным только конусовидный элемент 2, а втулка 18 и вал 4 могут быть выполнены (при этом) из

45 более дешевых, неферромагнитных материалов, На фиг. I, 2 ферромагнитные части коробки передач для наглядности заштрихованы косыми линиями, а все остальные детали, которые можно выполнить из дешевых неферромагнитных материалов на фиг.1, 2 не закрашены.

При необходимости конусовидный элемент 2 можно выполнить и с про тым (неконусовидным) внутренним отверстием, B которое продевается вал 4. Такая конструкция проще, но требует большего расхода ферромагнетика.

Из неферромагнитных материалов (для деталей, но закрашенных на фиг,1, 2) можно применять пластмассы, керамику или алюминий.

Подшипники, применяемые в коробке передач (фиг,1, 2), целесообразно использовать с уплотнениями, чтобы магнитореологическая жидкость 6 через эти подшипники не проходила. Для этой цели применимы любые известные вращающиеся уплотнения.

В целом, коробка передач (фиг.1 или 2) получается весьма компактной. Компактность и простота являются существенными положительными качествами данной коробки, Коробка передач работает (по варианту фиг,1, 3) следующим образом, Один из валов, например, вал 3 приводится во вращение от стороннего устройства. Если требуется передать вращение с вала 3 íà вал 4 с определенным (заданным) передаточным отношением, то управляющее устройство 15 (или коммутатор) вкл ючает соответствующий из ключей 14 (фиг.3), который, в свою очередь, запитывает соответствующую из катушек 12 (фиг,3 и 1). От запитывания-соответствующей из катушек

12 она создает соответствующее магнитное поле, силовые линии которого замыкаются через радиальные магнитопроводы 10, магнитоводную втулку-перемычку 11, ферромагнитные участки 7 передающего элемента 1, передающий элемент 2 и магнитореологическую жидкость 6 в зазоре между передающими элементами 1 и 2 (силовые линии поля одной из катушек 12 показаны на фиг.1 стрелками у магнитопроводов 10).

Возникновение магнитного поля в зазоре между передающими элементами 1 и 2 приводит к повышению вязкости (или отвердеванию) магнитореологической жидкости 6 в данном месте зазора (фиг.1) и передающий элемент 1 сцепляется с передающим элементом 2 в данном месте приложения поля.

Передаточное отношение определяется, ес1803650 тественно, соотношением радиусов конусов-элементов 1 и 2 напротив запитанной катушки 12. Если требуется изменить передаточное отношение коробки передач, то управляющим устройством 15(или коммутатором) включается другой из реле-ключей

14, который запитывает другую из катушек

12 (фиг.3, 1). Новое передаточное отношение определяется соотношением радиусов конусов-элементов I и 2 у новой запитан ной катушки 12 (фиг.1). Если все ключи 14 выключить, то все катушки 12 будут обесточены и передающие элементы 1 и 2 полностью расцепятся.

В данном варианте (фиг.1, 3)с пятью катушками 12 обеспечивается не менее пяти разных значений передаточного отношения. При увеличении числа катушек 12 и секций магнитопроводов соответственно увеличивается и число значений передаточного отношения, Смена значений передаточного отношения обеспечивается чисто электрически, путем перекоммутации управляющего устройства 15 (или коммутатора).

Второй вариант (фиг,2, 4) коробки передач строится на базе первого варианта (фиг.1, 3), он .имеет те же элементы и узлы, что и у первого варианта, которые на фиг,2, 4 обозначены теми же цифровыми позиционными обозначениями, что для фиг,1, 3, В частности, во втором варианте (фиг.2, 4) имеются те же конусовидные передающие элементы 1, 2, валы 3, 4 и пакет секций магнитопроводов 10 (с катушками 12), что были описаны ранее.

Особенностью второго варианта коробки (фиг.2, 4) является то, что в коробку передач введен третий конусообразный передающий элемент 19, выполненный полым, вал 20, соединенный с конусом-элементом 19, а также дополнительный пакет секций магнитоправодов с катушками.

Конус-элемент 19 выполнен аналогично ранее описанному конусу-элементу 1, т.е. передающий элемент 19 имеет кольцевые ферромагнитные участку 21 и кольцевые неферромагнитные участки 22, 23. Конус-элемент 19 жестко соединяется с валом 20 и вся вращающаяся система из элемента 19 и вала 20 устанавливается на подшипйиках с уплотнениями аналогично установке элемента 1 и вала 3.

Дополнительный пакет секций управления выполняется аналогично ранее описанному пакету секций магнитопроводов и катушек 12 под конусом-элементом 1, т,е. дополнительный. пакет секций управления, расположенный под конусом-элементом 19, имеет радиальные магнитопроводы 24, например, в виде дисков, магнитопроводные втулки-перемычки 25, соединяющие пары соответствующих дисков-магнитопроводов

24, электрические катушки 26, намотанные

5 вокруг втулок-перемычек 26, а также неферромагнитные прокладки-диски 27, расположенные между парами дисков-магнитопроводов 24. Все диски-маг. нитопроводы 24, втулки-перемычки 25 и

10 прокладки-диски 27 нанизаны на центрирующий стержень 28, а стержень 28 держится на торцевой дисковой крышке 29, замком или штырями соединенной с корпусом 5, Как нетрудно видеть, весь пакет магнито15 проводов 24 с катушками 26 практически полностью аналогичен ранее описанному пакету магнитопроводов 10 с катушками 12, он также легко может быть вынут или заменен для ремонта (из под конуса-элемента

20 19). Вариант по фиг.2, таким образом, также прост и удобен в эксплуатации,как и вариант по фиг.1., r

Из фиг.2 также видно, что конусообразный передающий элемент 2 расположен

25 между. передающими элементами 1 и 19, а в ступенчатых зазорах между конусами-элементами 1 и 2, а также конусами-элементами 2 и 19 находится магнитореологическая жидкость 6, 30 Между пакетом магнитопроводов 10 и конусом- элементом 1, а также между пакетом магнитопроводов 24 и конусом-элемен. том 19 магнитореологической 3кидкости 6 . нет. Конусы-элементы 1 и 19 могут соприка35 саться с дисками-магнитопроводами 10 и 24 аналогично подшипникам скольжения (возможны и небольшие зазоры), Второй вариант коробки передач (фиг.2) требует электрической схемы управления, 40 показанной на фиг.4, Так на фиг,4, видно, что катушки 12 первого пакета секций (под конусом-элементом 1) подключены к выхо- дам реле или ключей 14, а катушки 26 второго, дополнительного пакета секций, 45 расположенного под конусом-элементом

19, подключены к выходам реле или ключей

30. Реле или ключи 14, 30 своими входами подключены к соответствующим выходам управляющего устройства 15, которое при

50 данном варианте (фиг.4) должно быть выполнено на коммутацию сразу двух свих выходов при одном положении коммутации.

Иными словами, коммутирующее устройстВо 15 в варианте по фиг,4 должно коммути55 ровать сразу по два ключа, один ключ — из группы ключей 14, а другой ключ — из группы ключей 30, Такие коммутирующие устройства 15 (фиг,4) легко реализуемы. Например, коммутирующее устройство 15 (для варианта фиг.4) можно выполнить в виде электрон1803650

10 ной или микросхемы, имеющей электронный распределитель (или коммутатор), к выходам которого подключены логические элементы "ИЛИ" (по числу выходов устройства 15). Помимо указанного, устройство 15 5 (фиг.4) можно также выполнить на двух электронных коммутаторах, один из которых управляет группой ключей 14, а другой— группой ключей 30. Возможны и другие варианты устройства 15 (фиг,4). В качестве ус- 10 тройства 15 (фиг.4) можно использовать и компьютеры, Вариант коробки по фиг.2, 4 работает следующим образом, Один из валов, например, вал З.коробки 15 приводится во вращение от стороннего устройства. Если требуется передать вращение с вала 3 на выходной вал 20 с определенным (заданным) передаточным отношением, то коммутирующее устройство 15 (фиг.4) циф- 20 ровым или тактовым сигналом переводится в соответствующее положение, при котором оно включает соответствующую комбинацию из двух ключей, один ключ — из группы

30

40

55 ключей 14, а другой ключ — из группы ключей

30. От включения данной комбинации или пары ключей 14, 30 эти ключи 14, 30 запитывают соответствующую пару катушек 12, 26.

Проще говоря, компьютером или коммутирующим устройством 15 берется по сути соответствующая нужному значению передаточного отношения выборка-комбинация из обмоток 12, 26, которая и запитывается током, От запитывания выбранной пары обмоток 12, 26 данные катушки 12, 26 создают соответствующие магнитные поля, аналогичные во многом полю обмотки 12 для варианта фиг.1, от чего передающий элемент 1 сцепляется с передающим элементом 2 (фиг,2), а элемент 2 сцепляется с конусом-элементом 19 в местах расположения запитанных катушек 12, 26. Вращение с конуса-элемента 1 через конус-элемент 2 передается на конус-элемент 19 и его вал

20. Передаточное отношение всей передачи при этом определяется, естественно, соотношениями радиусов конусов- элементов 1, 2, 19 в местах у запитанных катушек 12, 26 (фиг.2). Сцепление конусов обеспечивается повышением вязкости (или отвердеванием) магнитореологической жидкости 6 под действием магнитных полей запитанных катушек 12, 26. Если требуется изменить передаточное отношение между валом 3 и. валом 20, то, соответственно, коммутирующим устройством 15 (или компьютером) берется другая выборка-комбинация ключей

14, 30, которая запитывает другую пару катушек 12. 26, От этого конусовидные передающие элементы 1, 2, 19 сцепляются в других местах, у других (запитанных) катушек 12, 26 и общее передаточное отношение коробки, естественно, изменяется. Беря каждый раз новую комбинацию ключей 14, ЗО (по два сразу), тем самым по сути выставляют соответствующее (новое) значение передаточного отношения коробки. Исходя из указанного, нетрудно подсчитать, что при пяти катушках 12 одного пакета секций и пяти катушках 26 второго пакета секций (фиг,2, 4) вариант коробки передач на фиг.2, 4 может дать не менее двадцати пяти разных значений передаточного отношения (или двадцать пять скоростей). Это говорит о широких функциональных возможностях коробки и существенных перспективах ее развития. Так при увеличении числа катушек 12, 26 по двадцати (т,е. при применении двух пакетов по десять катушек или секций) вариант коробки по фиг,2, 4 способен дать не менее ста разных значений передаточного отношения.

В обоих вариантах (фиг.1, 2) смена значений передаточного отношения обеспечивается чисто электрическая, Это упрощает систему управления коробкой, повышает ее быстродействие и надежность, э также позволяет использовать для управления коробкой чисто электронные или цифровые . устройства или компьютеры, Для надежного сцепления и передачи существенных мощностей (с одного вала на другой) достаточно подачи очень небольших мощностей и напряжений на катушки 12 или

26, Широкие функциональные возможности в сочетании с небольшими мощностями и напряжениями (управления) делают данную коробку передач очень удобной для применения в таких областях техники, как транспорт или станкостроение.

Формула изобретения

1. Передача, содержащая корпус, размещенные в нем с возможностью вращения, по крайней мере два конусообразных. пере45 дающих элемента с кольцевыми участками, установленных с радиальным зазором между рабочими поверхностями последних, и по крайней мере один из которых полый, размещенную в зазоре жидкость, меняющую свою вязкость под воздействием внешнего поля, и устройство управления, выполненное в виде по крайней мере одного электрического ключа, отличающаяся тем, что, с целью повышения нагрузочной спо. собности, кольцевые участки выполнены из ферромагнитного материала, жидкость— магн итореологическая, передача снабжена по крайней мере одной установленной в полости по крайней мере одного конусообразного передаЮщего элемента, секций

1803550 магнитопроводов, состоящей из двух радиальных магнитопроводов и соединяющей их магнитопроводной перемычкой, и по крайней мере одной электрической катушкой, установленной на соответствующей перемычке, кольцевые участки первого конусообразного передающего элемента, в полости которого установлена секция магнитопроводов, попарно расположены напротив радиальных магнитопроводов соответствующей секции, кольцевые участки второго конусообразного передающего элемента расположены напротив пар кольцевых участков первого конусообразного передающего элемента для замыкания магнитного потока, а по крайней мере один электрический ключ соединен с по крайней мере одной соответствующей электрической катушкой.

2. Передача по п.1, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что по крайней мере одной секции магнитопроводов радиальные магнитопроводы выполнены в виде дисков из ферромагнитного материала, а магнитопроводная перемычка выполнена в виде втулки из ферромагнитного материала, 3. Передача по ппЛ и 2, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что она снабжена по крайней мере одной крышкой, расположенной на корпусе напротив большего диаметра первого конусообразного передающего элемента, и стержнем, установленным соосно с послед5 ним и закрепленным на крышке, а количество секций магнитопроводов больше одной и они последовательно установлены на стержне.

4. Передача по пп.1-3, о т л и ч а ю щ а я10 с я тем, что все остальные участки второго конусообразного передающего элемента также выполнены из ферромагнитного материала.

5, Передача по пп.1 — 4, о т л и ч а ю щ а я15 с я тем, что она снабжена третьим конусообразным передающим элементом, имеющим полость и кольцевые ферромагнитные участки, и по крайней мере одной секцией магнитопроводов с электрической катушкой, 20 выполненными аналогично установленным в полости первого передающего элемента, третий конусообразный передающий элемент установлен с радиальным зазором между рабочими поверхностями его кольце25 вых участков и кольцевых участков второго конусообразного передающего элемента, а радиальный зазор между ними заполнен магнитореологической жидкостью, 1803650

Я Q Q

V@2. 3

Л 86 86 .24 86

Составитель В.Арсеньев

Техред М.Моргентал Корректор З.Салко

Редактор

Заказ 1044 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