Центробежный вариатор
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано на различных видах транспорта для плавного и динамичного их разгона, а также в различных механизмах для безударного включения валов. Центробежный вариатор состоит из ротора и ведомого цилиндрического корпуса с торцевыми крышками и преобразован из центробежной муфты, содержащей ведущую полумуфту, выполненную в виде установленных на шлицевом валу пары дисков с глухими, радиальными, зеркально отображенными пазами, в которых расположены пластины, а между дисками на валу установлен кольцевой постоянный магнит, и ведомую полумуфту в виде цилиндрического корпуса, в котором поверхность скольжения для упомянутых пластин имеет эллипсоидную форму и образована сменной эллипсоидной гильзой, запрессованной в цилиндрический корпус. Упомянутые диски установлены на полом валу (трубе). Между дисками на валу в кольцевой обойме установлены магнитные вставки, каждая из которых находится в той же плоскости, что и симметрично расположенные пазы дисков. Форма и распределение вставок в кольцевой обойме обеспечивают оптимальную конфигурацию силовых линий создаваемого ими магнитного поля. С каждой стороны внутри цилиндрического корпуса выбраны места для свободного вращения указанных дисков ротора, и в этих местах толщина корпуса одинакова по всей его окружности, а промежуток между кромкой диска и корпусом минимальный. Технический результат - упрощение конструкции, повышение эффективности, надежности и долговечности устройства. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано на различных видах транспорта для плавного и динамичного их разгона, а также в устройствах и механизмах, где необходимо безударное включение валов.
Известна, например, /см. RU 2126501 C1/ центробежная муфта, содержащая ведущую полумуфту в виде нескольких пар дисков, жестко закрепленных на валу, с внутренними симметричными пазами, в которых установлены плунжеры, расположенные внутри колец ведомой полумуфты, имеющих возможность смещения под действием центробежных сил плунжеров и смазывающей жидкости, благодаря чему в рабочем режиме крутящий момент двигателя плавно передается на цилиндрический корпус ведомой полумуфты и далее на трансмиссию автомобиля. Эта конструкция, однако, оказывается слишком громоздкой, малоэффективной и плохо сбалансированной. Предусмотренные в ней постоянные магниты не способны удерживать массивные кольца и заключенные в них плунжеры на холостых оборотах, и муфта оказывается "нагруженной" практически с первых же оборотов двигателя. Изготовление плунжеров, представляющих собой пластину с цилиндрическим бруском на конце, превращается в сложную техническую задачу. Динамичного разгона транспортного средства не получается.
Известна другая /см. RU 2190131 С2/ конструкция центробежной муфты, в которой упомянутые диски выполнены с глухими радиальными пазами, зеркально отображающими друг друга, в которых расположены пластины, а между дисками на шлицевом валу установлен кольцевой постоянный магнит. При этом в цилиндрическом корпусе ведомой полумуфты поверхность скольжения пластин имеет эллипсоидную форму и образована сменной эллипсоидной гильзой. Муфта хорошо сбалансирована, применение кольцевого постоянного магнита позволяет четко разделить холостой и рабочий режимы.
Недостатками известной центробежной муфты являются следующие. В момент отрыва от постоянного магнита большая часть пластин начинает одновременно проталкивать рабочую жидкость в активных зонах, создавая гидроудар, который отрицательно сказывается на эффективности работы муфты. Кроме того, отсутствие возможности эффективного перетекания рабочей жидкости и сохранения плотности ее воздействия на ведомый корпус устройства приводит к тому, что жидкость быстро "разбивается", вспенивается, теряет вязкость, т.е. эффективность работы центробежной муфты резко падает сразу же после включения рабочего режима. Отсутствие же эластичного, но непосредственного механического зацепления ротора и внешнего корпуса устройства не позволяет добиться желаемого плавного, но быстрого и эффективного разгона транспортного средства или передачи крутящего момента от силовой установки на ведомый вал. Центробежная муфта этой конструкции так же, как, впрочем, и все ее предшественники, работает на чистой "пробуксовке". Никакая жидкость не выдерживает передачи мощности подобного рода, ее вязкость резко падает, а температура при этом повышается, что незамедлительно сказывается на эффективности работы устройства в целом. Центробежная муфта, таким образом, не выполняет функции собственно вариатора, что абсолютно необходимо для плавного и эффективного разгона транспортного средства.
Цельные кольцевые магниты обладают излишней массой и не способствуют рациональному распределению силовых линий магнитного поля, т.е. их использование нерационально с точки зрения экономичности и эффективности устройства.
Столь же нерационально и неэффективно использовать массивный шлицевой вал, обладающий излишней массой.
Целью изобретения является создание центробежного вариатора благодаря введению прямого эластичного зацепления между ротором и внешним корпусом центробежной муфты, преобразование трения скольжения внешних кромок лопастей по поверхности гильзы в трение качения роликов, а также упрощение конструкции, снижение массы, повышение эффективности, надежности и долговечности устройства.
Поставленная цель достигается тем, что центробежная муфта, содержащая ведущую полумуфту, выполненную в виде установленных на шлицевом валу пары дисков о глухими, радиальными, зеркально отображенными пазами, в которых расположены пластины, а между дисками на валу установлен кольцевой постоянный магнит, и ведомую полумуфту в виде цилиндрического корпуса, в котором поверхность скольжения для упомянутых пластин имеет эллипсоидную форму и образована сменной эллипсоидной гильзой, запрессованной в цилиндрический корпус, преобразуется в центробежный вариатор, состоящий из ротора и ведомого цилиндрического корпуса с торцевыми крышками.
Ротор состоит из установленной на полом валу /труба/, как минимум, одной пары дисков, на внутренней поверхности которых выполнены пазы, расположенные симметрично и являющиеся зеркальным отображением друг друга. Между дисками на валу в кольцевой обойме установлены магнитные вставки, каждая из которых находится в той же плоскости, что и симметрично расположенные пазы, а их форма и распределение в кольцевой обойме обеспечивают оптимальную конфигурацию силовых линий создаваемого ими магнитного поля. В каждую пару симметрично расположенных пазов дисков вложена лопасть в виде пластины, нижняя кромка которой плотно прилегает к плоской поверхности магнитной вставки. Боковые кромки пластин скруглены и плотно прилегают к внутренней поверхности паза, имеющей тот же радиус скругления. Внешние углы каждой пластины срезаны. Боковые кромки паза также скруглены, что создает оптимальные условия скольжения и минимальную выработку торцевых поверхностей пластин. Диски и обойма с магнитными вставками стянуты между собой шпильками в виде стоек, от проворота на валу их удерживают шпонки.
В каждом пазе выполнена продольная прорезь для стального шарика, который в момент включения вариатора проталкивается пластиной внутрь прорези и входит в зацепление с канавкой качения, выполненной на внутренней стороне каждой из торцевых крышек вариатора; стенки канавки качения служат направляющей и упором для стальных шариков, которые, таким образом, служат элементами механического зацепления ротора с цилиндрическим корпусом вариатора. Вслед за установкой пластин и шариков в каждую пару симметрично расположенных пазов дисков вкладывается стальная трубка, которая может быть снабжена боковыми заглушками, радиус скругления которых равен радиусу скругления пазов. Стальные трубки с заглушками служат для удержания шариков в заданном положении, а также для преобразования трения скольжения верхних кромок пластин в трение качения по внутренней поверхности корпуса вариатора. Их можно использовать и для регулирования общей центробежной массы лопастей и роликов относительно силы притяжения магнитов, т.е. момента включения вариатора.
Внутренняя поверхность ведомого цилиндрического корпуса вариатора выполнена в виде эллипса, выбранного по всей его длине, а поверхность качения для роликов образована установленной в нем эллипсоидной гильзой, имеющей тот же радиус кривизны. Это может быть, например, медно-графитовая полоса, установленная встык внутри корпуса.
С каждой стороны цилиндрического корпуса выполнены посадочные места для свободного вращения дисков ротора, т.е. в этих местах толщина корпуса одинакова по всей его окружности. Зазор между диском и корпусом минимальный. Благодаря этому при включении вариатора и отрыве лопастей от поверхности магнитов лопасти все также плотно "сидят" в симметричных пазах дисков, а плотность прогона смазывающей рабочей композиции равномерна.
На внутренней поверхности каждой торцевой крышки выполнена канавка качения для шариков, стенки которой служат для них направляющей и упором. Крышки могут быть литыми, а диски штампованными. Корпус, торцевые крышки, диски, вал, кольцевую обойму изготавливают из немагнитных материалов. К задней крышке вариатора крепится цапфа, которая служит элементом сопряжения вариатора с остальной частью трансмиссии.
Внутренняя полость вариатора заполнена смазывающей рабочей композицией, например спиртом с присадкой графитового порошка или аналогичного по свойствам состава.
На фиг.1 показан вид на центробежный вариатор с торца без одного из дисков, в нерабочем положении;
на фиг. 2 - то же в рабочем положении;
на фиг.3 представлен вид на вариатор сбоку, с частичным вырезом.
Ротор центробежного вариатора содержит полый вал 1 с углублениями под шпонки, два диска 2 с глухими радиальными пазами, кольцевую обойму 3, установленную на валу между дисками 2, с магнитными вставками 4, пластины 5, шпильки 6, стягивающие диски и кольцевую обойму с магнитными вставками, шарики 7, трубчатые ролики 8 с боковыми заглушками 9.
Ведомый цилиндрический корпус 9 вариатора с внутренней поверхностью эллипсоидной формы содержит сменную эллипсоидную гильзу 10, установленную в цилиндрическом корпусе 9, торцевые крышки 11 и 12, на внутренней поверхности которых выполнена канавка качения, стенки которой служат направляющей и упором для шариков 7, с подшипниками качения 13. В торцевой крышке 11 - со стороны ведущего вала 1 - установлена как минимум одна уплотнительная манжета 14 с заглушкой 15, к другой торцевой крышке 12 жестко присоединена цапфа 16 с ведомым валом 17.
Перед окончательной сборкой внутренний объем вариатора заполняют как минимум на 50% смазывающей рабочей композицией.
Центробежный вариатор работает следующим образом.
При вращении ротора на холостых оборотах пластины шарики и ролики удерживаются в исходном положении силой притяжения магнитных вставок и не оказывают воздействия на эллипсоидную внутреннюю поверхность корпуса и торцевые крышки, т.е., крутящий момент на нем равен нулю.
При дальнейшем раскручивании ротора, когда центробежные силы преодолевают силы притяжения магнитов, пластины отрываются от магнитных вставок, проталкивают шарики в прорези пазов дисков и далее внутрь канавки качения торцевых крышек, а ролики в виде стальных трубок с заглушками - в направлении внутренней эллипсоидной поверхности корпуса. Лопасти одновременно начинают проталкивать смазывающую рабочую жидкость в активных зонах, оказывая на корпус вариатора комбинированное воздействие гидродинамическими, механическими, а затем и нарастающими центробежными силами и собственной инерционной массой и создавая на нем оптимально максимальный крутящий момент в зависимости от нагрузки. Совокупное действие этих сил приводит к плавному троганию с места и разгону транспортного средства с оптимальной приемистостью, исключая при этом так называемый гидроудар, отрицательное влияние которого столь характерно для прототипа заявляемого устройства.
Канавка качения, выполненная в торцевых крышках, и продольные прорези в пазах дисков расположены относительно друг друга таким образом, что на рабочих оборотах шарики четко входят в зацепление с канавкой качения, а при обратном перемещении пластин за счет естественного уменьшения радиуса кривизны эллипса плавно выходят из зацепления со стенками канавки и вновь входят в него на следующем витке.
При снижении числа оборотов ротора до холостых пластины, шарики и ролики возвращаются в исходное положение под действием силы притяжения магнитов, т.е. вариатор выключается.
Переключение режимов работы вариатора /нейтральное положение, рабочий режим, задний ход/ может осуществляться при помощи одного из известных механизмов.
1. Центробежный вариатор, состоящий из ротора и ведомого цилиндрического корпуса с торцевыми крышками, преобразованный из центробежной муфты, содержащей ведущую полумуфту, выполненную в виде установленных на шлицевом валу пары дисков с глухими радиальными зеркально отображенными пазами, в которых расположены пластины, а между дисками на валу установлен кольцевой постоянный магнит, и ведомую полумуфту в виде цилиндрического корпуса, в котором поверхность скольжения для упомянутых пластин имеет эллипсоидную форму и образована сменной эллипсоидной гильзой, запрессованной в цилиндрический корпус, отличающийся тем, что упомянутые диски установлены на полом валу (труба), между дисками на валу в кольцевой обойме установлены магнитные вставки, каждая из которых находится в той же плоскости, что и симметрично расположенные пазы дисков, а форма и распределение вставок в кольцевой обойме обеспечивают оптимальную конфигурацию силовых линий создаваемого ими магнитного поля, с каждой стороны внутри цилиндрического корпуса выбраны места для свободного вращения указанных дисков ротора и в этих местах толщина корпуса одинакова по всей его окружности, а промежуток между кромкой диска и корпусом минимальный.
2. Центробежный вариатор по п.1, отличающийся тем, что в каждую пару симметрично расположенных пазов дисков вложена лопасть в виде пластины, нижняя кромка которой плотно прилегает к плоской поверхности магнитной вставки, боковые кромки пластины скруглены и плотно прилегают к внутренней поверхности паза, имеющей тот же радиус скругления, внешние углы каждой пластины срезаны, боковые кромки паза также скруглены, что создает оптимальные условия скольжения и минимальную выработку торцевых поверхностей пластин, диски и обойма с магнитными вставками стянуты между собой шпильками в виде стоек.
3. Центробежный вариатор по п.1, отличающийся тем, что в каждом пазе выполнена продольная прорезь для стального шарика, который в момент включения вариатора проталкивается пластиной внутрь прорези в пазе диска и входит в зацепление с канавкой качения, выполненной на внутренней стороне каждой из торцевых крышек вариатора, стенки канавки качения служат направляющей и упором для стальных шариков, шарик установлен внутри паза на уровне срезанного угла пластины, вслед за установкой пластин и шариков в каждую пару симметрично расположенных пазов дисков вложен ролик в виде стальной трубки, которая может быть снабжена боковыми заглушками, имеющими тот же радиус скругления, что и пазы дисков.
4. Центробежный вариатор по п.1, отличающийся тем, что внутренняя поверхность ведомого цилиндрического корпуса вариатора выполнена в виде эллипса, выбранного по всей его длине, а поверхность качения для роликов образована установленной в нем эллипсоидной гильзой, имеющей тот же радиус кривизны, например медно-графитовой полосой, установленной встык внутри корпуса.
5. Центробежный вариатор по п.1, отличающийся тем, что в каждом из симметрично расположенных пазов дисков выполнена продольная прорезь, в которую лопасть в момент включения вариатора проталкивает шарик, при этом шарик входит в зацепление с канавкой качения, выполненной на внутренней стороне каждой из торцевых крышек вариатора, стенки канавки качения служат направляющей и упором для стальных шариков, которые служат элементами механического зацепления ротора с цилиндрическим корпусом вариатора, канавки качения, выполненные в торцевых крышках, и продольные прорези в пазах дисков расположены относительно друг друга таким образом, что на рабочих оборотах шарики четко входят в зацепление с канавкой качения, а при обратном перемещении пластин за счет естественного уменьшения радиуса кривизны эллипса плавно выходят из зацепления со стенками канавки, с тем чтобы вновь войти в него на новом витке.
6. Центробежный вариатор по п.1, отличающийся тем, что его внутренний свободный объем как минимум на 50% заполнен смазывающей рабочей композицией.
