Передача

(9) О) 53107 Р 16 Н 15/ ИСАНИ РЕТЕНИ ение, примое. Сущсодержит передаюИзобретение отн механизмам с исполь логических жидкосте Известен вариато сами..Недостатком его возможности чисто э ления передаточнымачам и трореои колеутствие управсится к перед ованием элек с коничес является отслектрического тношением,вава% а с электрореологич е является отсутствие кого изменения перения и скоростей чисто авлением, Это сужает возможности передачи. ния - расширение эксможностей передачи. зана коробка передач ьное сечение (первый эквивалентная электриия электродов коробки функциональная схема ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ 1(56) Авторское свидетельство ССМ 1193338, кл. Р 16 Н 15/01, 198Авторское свидетельство ССМ 806949, кл. Р 16 Н 13/00, 1979(57) Использование. машиностроводы различных машин и механиность изобретения: передачакорпус и размещенные в нем дв Известна перед ской жидкостью,Недостатком е возможности шир даточного отноше электрическим упр эксплуатационные Цель изобрете плуатационных воз На фиг,1 пока/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 источникунапряжения. В зазоре между электродами возникает электрическое поле, под действием которого злектрореологическая жидкость меняет свою вязкость ("затвердевает"). 9 з,п, ф-лы, 12 ил. управления ключами, подключаемых к С электродам коробки передач; на фиг,4 - две коробки передач, соединенные последовательно; на фиг.5 - функциональная схема управления ключами, подключенными кэлектродам двух последовательно соединенных коробок передач; на фиг,6 - условная схема работы коробки передач (в СЛ поперечной проекции); на фиг.7 - коробка Ы 3 передач в продольномсечении (второй вариант исполнения); на фиг,8 - эквива- ( лентная 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 алек- - ф трическая схема питайия электродов коробки передач, выполненной по третьему варианту; на фиг.11 - функциональная схема управления ключамиподключаемыми к электродам коробки передач, выполненной по третьему варианту; на фиг.12 - коробка передач в продольном сечении (четвертый вариант),1753107 Корректор Н,Туп Т ССС Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 Составитель В.Арсеньеедактор С.Патрушева Техред М.Моргентал Заказ 2750 Тираж ВНИИПИ Государственного комитета по из 113035, Москва, Ж, РПодписноетениям и открытиям иская наб 4/51753107 3Передача является по сути коробкой пе- пары электродов 10, 13 подключаются к выредач и содержит конусообразные переда- ходам соответствующих им ключей 171 - 17ющие элементы 1 и 2, выполненные в виде аналогично.полыхступенчатых конусов,атакже валы 3 В выходную цепь двухпозиционногои 4, соединенные с конусами-элементами 1 5 ключа 171 можно ставить и небольшой резии 2. Валы 3, 4 и конусы-элемейты 1, 2 уста- стор 19 (фиг.2). Входы двухпозиционных реновленыс возможностью вращения,т.е. нале ключей 171 - 17 (фиг.З) или их обмоткиподшипниках. подключаются к соответствующим выходамВнутри конусообразных элементов 1 и коммутирующего (или распределительного)2 установлены неподвижные конусообраз устройства 20, которое управляет переклюные выступы 5 и 6, которые соединяются с чениями 171-17. Устройство 20 может бытьнеподвижным корпусом 7. На фиг.1-12 не- выполнено в виде простого распределителяподвижные части коробки передач, т,е, кор- или коммутаторафиг.З),пус 7 и выступы 5, 6, заштрихованы косыми Коробка передач работает следующимлиниями, а вращающиеся части, т.е. элемен образом.ты 1, 2 и валы 3, 4; не закрашены, Если все ключи 171-17 (или реле) отклюНа неподвижных частях(например, вы- чены от источника 18 питания (фиг,2) и ихступе 5) коробки передэчустановлены алек- контакты находятся в правом положениитроды 8, На выступе 6 также могут быть (например, фиг.2), то на электродах 10 и 13установлены электроды 9. На конусе-эле напряжения нет. От этого в зазоре междументе 1 соответственно устанавливаются конусами-элементами 1 и 2 (фиг.1) электризлектроды 10 и 11, соединенные проводя- ческого поля нет и данные конусы-элементыщими ток перемычками 12, а на конусе-зле, 2 по сути не сцеплены, Вращение с валаменте 2 устанавливаются электроды 13 и 14, 3 на вал 4 практически не передается. Еслисоединяемые друг с другом перемычками 25 требуется передать вращение с вала 3 на15, которые тоже могут проводить ток, Все вал 4 с определенным передаточным отноэлектроды 8, 9, 10,.11, 13, 14 могут выпол- шением, то с помощью коммутирующегоняться кольцевыми, т,е. в виде колец на со- устройства 10 (фиг.З) коммутируется соотответствующих поверхностях выступов 5, 6 ветствующий из ключей 171-17. Данныйи конусов-элементов 1,2, Кольцевые элект ключ (например, ключ 17 з, фиг.2) переклюроды 10, 13 элементов 1, 2 располагаются чаетсвой контакт в левое(по фиг.2) положепоследовательно один напротив другого. ние., от чего электроды 10 и 13 даннойСоответственно 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 1811 и 9, 14 могут соприкасаться один с дру- питания осуществляется посредством догим полнительных (промежуточных) электродовМежду конусами-элементами 1 и 2, а 8, 11 и 9, 14 (фиг,2), которые по сути могуттакжевзазоремеждуихкольцевымиэлект- играть роль контактных щеток и пластин.родами 10 и 13 помещена электрореологи Если электроды 8, 11 и 9, 14 (фиг.2.1) соприческая жидкость 16. Электрореологическая касаются, то они осуществляют обычныйжидкость 16 (или электрореологическая щеточный контакт (для подвода электричесуспензия ) - это жидкость, которая может ства к электродам 10, 13), а если кольцевыеменять своювязкость И плотность под дей- электроды 8, 11 и 9, 14 (фиг, 2,1) располагаствием электрического поля, Между элект 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 рабочиеметизированы специальными подшипника- электроды 10, 13 передаются путем злектми, 50 ростатической индукции, аналогично какКольцевые электроды 10, 13, выходящие это происходит в конденсаторах, В любомв зазор с электрореологической жидкостью случае, в результате такого включения клю 16, электрически (через промежуточные ча 171 (фиг.2) между рабочими электродамиэлектроды 8, 11, 9, 14) соединены с выхода и 13 данной группы возникает разностьми соответствующих двухпозиционных ре потенциалов, приводящая к тому, что в зале или ключей 171-17 (фиг,2,3), которые зоре междузапитаннымиэлектродами 10 имогут питаться от источника 18 напряжения 13 появляется электрическое поле, От возили тока, На фиг.2 для примера дана цепь никновения электрического поля (в данномподключения к ключу 171 одной пары рабо- месте) электрореологическая жидкость 16чих кольцевых электродов 10, 13, Остальные между запитанными кольцевыми электродами 10, 13 (фиг,2, 1) повышает свою вяз- наплатформе 23, 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,.При данном каскадном соединении коточное отношение при таком сцеплении 5 робок 21 и 22 ихсистемауправления 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 кототанныхэлектродов 10, 13, Вращение с вала рого подключены ключи 171 - 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,З, 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.З) надо скомму- тродам коробки 22. При работе управляютировать другой из ключей 17 - 17, который щее устройство 20 (фиг.5) коммутирует, т,е, всвоюочередь, подключит питание(напря 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 171-17 и один ключ электрическое поле повысит вязкость жид- из группы ключей 241 - 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 диаметрбвкону- вращение с общим передаточным отношесов-элементов 1, 2 у новых запитанных нием, зависящимотуказанныхпередаточэлектродов 10, 13 и определяет новое пере- ных отношений коробок 21 и 22, Коммутируя даточное отношение коробки (фиг.1), 25 ключи 17-17 и 241 - 24 в различных сочетаИсходя из указанного, нетрудно заклю- ниях (по два ключа одновременно), можно чить, что, переключая ключи 171 - 17 с по- получать очень большое число значений обмощью устройства 20 (фиг,З) по одному,щего передаточногоотношения, 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 передаточногоотношения(меняемых чисто десять рабочих кольцевых электродов, упэлектрическим путем) равно числу ключей равляемых десятью соответствующими 171 - 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 мых всего двадцатью ключами 171-17 и24 - 24 (фиг.5), можно получить не менее стаЭлектрическая 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 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 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- логичнаранее ойисанной схемефиг,2. Бальможностей устройства может быть достиг 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 171-17(фиг,З), которые заны коробки 21 и 22 передач, которые управляют работой коробки(фиг.7), В целом соединены последовательно и установлены вариант по фиг.7 проще, чем вариант пофиг.1, поскольку для подвода электричества к одному(но большому) электроду 13 вращающегося конуса-элемента 2 требуется всего одна пара контактных электродов 9, 14 (фиг.7 р), 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.З,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, вданном 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 конусе- элементе 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 рабо 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 выходам управляющего ус тройства 35, которое может быть выполненоаналогично управляющему (или коммутирующему) устройству по фиг.5. Управляющее устройство 35 может коммутировать ключи 32 и ЗЗ (фиг.11) в различных сочетаниях по 20 два ключа одновременно (один - из группыключей 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, соединенно гас общим электродом 13, и междуданнымирабочими электродами (1 0,29,13) возникает разность потенциалов:, которая и дает сцепление между элементами 1, 2, 24 (фиг,9) в местах расположения запитанных злектро дов. Вращение с вала 3 через элемент 2 (навалу 4) передается на элемент 24, насаженный на выходной вал 25. Передаточное отношение при такой передаче определяется соотношениями диаметров конусов-эле 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, чтосоответствует, естественно, пяти электродам 10 (фиг.9) и пяти электродам 29, в коробке передач (фиг.9) можно получить не менее 25 разных значений передаточного отноше 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 возмож10 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 ключей- реле с помощью электрического управляющего устройства или компьютера,Формула изобретсния 1. Пеоедача, содержащая 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 злект 25 30 35 40 45 50 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 парудополнительных 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 - 3, 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.б, 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,