Передача

(5)5 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССР(ГОспАтент сссР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ство СССР/01, 1989. иностроение, перемагнитореологичеча содержит корпус О 17 Ю 7879Фц(57) Использование: машдачи с использованиемских жидкостей, Переда 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, например, 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 кольцевыенеферромагнитные участки 8, 9. Полый сту-.пенчатый конус-элемент 1 можно выполнятьи шихтованным, из ферромагнитных колец5 разного диаметра,Конус-элемент 1, как и соединенный сним вал 3, может вращаться, для чего конусовидный элемент 1 опирается слева (фиг,1,2 на широкий подшипник, установленный10 на корпусе 5. Правый , конец передающегоэлемента 1 жестко соединен с валом 3, опирающийся на соответствующий подшипниксправа (фиг.1, 2),Внутри полого конусовидного элемента .15 1 неподвижно установлены ступенчатыесекции магнитопроводов с катушками, Каждая такая секция содержит (фиг,1, 2) пару.радиальных магнитопроводов 10, выполненных, например, в виде ферромагнитных20 дисков, которые соединены друг с другоммагнитопроводной перемычкой 11, выполненной, например, в виде втулки, а междудисками-магнитопроводами 10 и вокругвтулки-перемычки 11 расположена электри 25 ческая катушка 12 (или соленоид). Аналогично выполнены и другие ступенчатые секциивнутри конуса-элемента 1, Из фиг.1 или 2видно, что всего таких секций магнитопроводов с катушками 12 (расположенных под30 конусовидным элементом 1) - пять, а каждаясекция с катушкой 12 отделена от соседнейс ней секции неферромагнитным диском 13,Секции магнитопроводов 10, как и диски 13,могут быть разного диаметра (фиг.1, 2) и35 составлять собою конусовидный пакет, не50 55 подвижно установленный под конусом-элементом 1,Иэ фиг.1, 2 также видно, что кольцевыеферромагнитные участки 7 вращающегосяконуса-элемента 1 расположены напротиврадиальных дисковых магнитопроводов 10с минимальными зазорами или даже могутопираться на данные неподвижные дискимагнитопроводы 10 (аналогично подшипникам скольжения).Электрические катушки 12 секций коробки передач (фиг. 1,2,3,4) могут питатьсяот электрических ключей 14 или реле (фиг.З,4), а входы ключей 14 или реле могут бытьподключены к соответствующим выходамуправляющего устройства 15, роль которогоможет выполнить коммутатор, компьютерили какое-либо иное электронное переключающее устройство.Секции магнитопроводов 10 с втулкамиперемычками 11 и неферромагнитными дисками 13 (фиг.1, 2), составля ющиеступенчатый конусовидный пакет, могутбыть нанизаны на единый стержень 16, ко. торый, в свою очередь, может быть соединен также и с дискообразной крышкой 17,соединяющей весь конусообразный пакет свнешним корпусом 5 коробки, Из указанного нетрудно видеть, что весь компактныйконусообразный пакет секций управления(скрепленный стержнем 16) можно легко вынимать и сменять, не трогая конуса-элемента 1 и не сливая магнитореологическойжидкости 6. Выемка и смена пакета секцийуправления (с катушками 12) осуществляется простым движением конусовидного пакета с крышкой 17 влево (фиг,1, 2). Длянеподвижного крепления пакета секций управления у крышки 17 можно установитьспециальный 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 ремонтее 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 10 15 20 25 30 35 40 45 более дешевых, неферромагнитных материалов,На фиг.1, 2 ферромагнитные части коробки передач для наглядности заштрихованы косыми линиями, а все остальныедетали, которые можно выполнить из дешевых неферромагнитных материалов нафиг.1, 2 не закрашены.При необходимости конусовидный элемент 2 можно выполнить и с про тым (неконусовидным) внутренним отверстием, вкоторое продевается вал 4. Такая конструкция проще, но требует большего расходаферромагнетика,Из неферромагнитных материалов (длядеталей, но закрашенных на фиг,1, 2) можноприменять пластмассы, керамику или алюминий.Подшипники, применяемые в коробкепередач (фиг,1, 2), целесообразно использовать с уплотнениями, чтобы магнитореологическая жидкость 6 через эти подшипникине проходила. Для этой цели применимылюбые известные вращающиеся уплотнения,В целом, коробка передач (фиг.1 или 2)получается весьма компактной. Компактность и простота являются существеннымиположительными качествами данной коробки,Коробка передач работает (по вариантуфиг,1, 3) следующим образом,Один из валов, например, вал 3 приводится во вращение от стороннего устройства. Если требуется передать вращение свала 3 на вал 4 с определенным (заданным)передаточным отношением, то управляющее устройство 15 (или коммутатор) вкл ючает соответствующий из ключей 14 (фиг.З),который, в свою очередь, запитывает соответствующую из катушек 12 (фиг,З и 1). Отзапитывания соответствующей из катушек12 она создает соответствующее магнитноеполе, силовые линии которого замыкаютсячерез радиальные магнитопроводы 10, магнитоводную втулку-перемычку 11, ферромагнитные участки 7 передающегоэлемента 1, передающий элемент 2 и магнитореологическую жидкость 6 в зазоре междупередающими элементами 1 и 2 (силовыелинии поля одной из катушек 12 показанына фиг,1 стрелками у магнитопроводов 10).Возникновение магнитного поля в зазоремежду передающими элементами 1 и 2 приводит к повышению вязкости (или отвердеванию) магнитореологической жидкости 6 вданном месте зазора (фиг,1) и передающийэлемент 1 сцепляется с передающим элементом 2 в данном месте приложения поля,Передаточное отношение определяется, естественно, 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 запитцвает другую из катушек 12 (фиг.З, 1). Новое передаточное отношение определяется соотношением радиусов конусов-элементов 1 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 теже 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 магнитопроводов с катушками.Конус-элемент 19 выполнен аналогично ранее описанному конусу-элементу 1, т,е. передающий элемент 19 имеет кольцевые ферромагнитные участку 21 и кольцевые не- ферромагнитные 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, магнитопроводныевтулки-перемычки 25, соединяющие парысоответствующих дисков-магнитопроводов24, электрические катушки 26, намотанные5 вокруг втулок-перемычек 26, а также неферромагнитные прокладки-диски 27, расположенные между парамидисков-магнитопроводов 24, Все диски-маг. нитопроводы 24, втулки-перемычки 25 и10 прокладки-диски 27 нанизаны на центрирующий стержень 28, а стержень 28 держитсяна торцевой дисковой крышке 29, замкомили штырями соединенной с корпусом 5,Как нетрудно видеть, весь пакет магнито 15 проводов 24 с катушками 26 практическиполностью аналогичен ранее описанномупакету магнитопроводов 10 с катушками 12,он также легко может быть вынут или заменен для ремонта (из под конуса-элемента20 19). Вариант по фиг.2, таким образом, такжепрост и удобен в эксплуатации,как и вариантпо фиг.1.,гИз фиг.2 также видно, что конусообразный передающий элемент 2 расположен25 между передающими элементами 1 и 19, а вступенчатых зазорах между конусами-элементами 1 и 2, а также конусами-элементами 2 и 19 находится магнитореологическаяжидкость 6,ЗО Между пакетом магнитопроводов 10 иконусом-элементом 1, а также между пакетом магнитопроводов 24 и конусом-элемен. том 19 магнитореологической 3 кидкости 6,нет. Конусы-элементы 1 и 19 могут соприка 35 саться с дисками-магнитопроводами 10 и 24аналогично 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 (подконусом-элементом 1) подключены к выхо-дам реле или ключей 14, а катушки 26 второго, дополнительного пакета секций45 расположенного под конусом-элементом19, подключены к выходам реле или ключей30. Реле или ключи 14, 30 своими входамиподключены к соответствующим выходамуправляющего устройства 15, которое при50 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 коммути 55 ровать сразу по два ключа, один ключ - изгруппы ключей 14, а другой ключ - из группыключей 30, Такие коммутирующие устройства 15 (фиг,4) легко реализуемы, Например,коммутирующее устройство 15 (для варианта фиг.4) можно выполнить в виде электронной 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 тройства 15 (фиг,4) можно использовать и компьютеры,Вариант коробки по фиг.2, 4 работает следующим образом,Один из валов, например, вал 3 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 ровым или тактовым сигналом переводится в соответствующее положение, при котором оно включает соответствующую комбинацию из двух ключей, один ключ - из группы 25 30 35 40 50 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, а также позволяет использовать для управления коробкой чисто электронные или цифровые. устройства или компьютеры,Для надежного сцепления и передачисущественных 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. пере 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, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения нагрузочной спо. собности, кольцевые участки выполнены изферромагнитного материала, жидкость - магнитореологическая, передача снабжена по крайней мере одной установленной в полости по крайней мере одного конусообразного передаЮщего элемента, секциймагнитопроводов, состоящей из двух радиальных магнитопроводов и соединяющей их магнитопроаодной 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. Передачапо п.1, о тл 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 фер-. ромагнитного 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 корпусенапротив большего диаметра первого конусообразного передающего элемента, истержнем, установленным соосно с послед 5 ним и закрепленным на крышке, а количество секций магнитопроводов больше одной иони последовательно установлены на стержне.4, Передача по пп.1- 3, о т л и ч а ю щ а я 10 с я тем, что все остальные участки второгоконусообразного передающего элементатакже выполнены из ферромагнитного материала.5, Передача по пп,1 - 4, о т л и ч а ю щ а я 15 с я тем, что она снабжена третьим конусообразным передающим элементом, имеющимполость и кольцевые ферромагнитные участки, и по крайней мере одной секцией магнитопроводов с электрической катушкой,20 выполненными аналогично установленнымв полости первого передающего элемента,третий конусообразный передающий элемент установлен с радиальным зазороммежду рабочими поверхностями его кольце 25 вых участков и кольцевых участков второгоконусообразного передающего элемента, арадиальный зазор между ними заполненмагнитореологической жидкостью,, 2686 Составитель В.Арсеньев Техред М,Моргентал Корректор З.Са актор аказ 1044 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5дательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина,изводствен