ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ УЗЕЛ Российский патент 1994 года по МПК F16D37/02 

Изобретение относится к машиностроению, в частности может быть использовано в системах, оснащенных тормозами.

Известен способ регулирования крутящего момента муфты, заключающийся в воздействии электромагнитного поля на рабочее тело в виде магнитной среды, которой заполнена камера муфты (авт. св. N 949241, кл. F 16 D 37/02, 1980).

Однако в известной электромагнитной муфте крутящий момент муфты регулируется в зависимости от вязкости магнитной среды под действием электромагнитного поля, поэтому, так как муфта при этом некоторое время прокручивается с другой скоростью, пока ее крутящий момент не будет соответствовать установившейся вязкости магнитной среды, то быстродействие передачи крутящего момента не будет достаточно высоким.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является электромагнитная порошковая муфта, содержащая корпус с камерой, заполненной ферроэластичным материалом, увеличивающим свой объем в магнитном поле, упругий элемент и ротор, расположенный в указанной камере с контактом одним из торцов с ферроэластичным материалом и выполненный с торцовыми выступами, расположенными вне камеры (авт. св. N 407113, кл. F 16 D 37/02, 1971).

В известной электромагнитной порошковой муфте остановка ротора происходит только после того, как ферроэластичный материал, увеличившись в объеме под действием электромагнитного поля, соприкасается с поверхностью ротора и тормозит его.

Цель изобретения - повышение быстродействия.

Это достигается тем, что функциональный узел содержит корпус с камерой, заполненной магнитной средой, увеличивающей свой объем в магнитном поле, упругий элемент и фрикционный элемент, расположенный в указанной камере с контактом одним из своих торцов с магнитной средой и выполненный с торцовыми выступами, расположенными вне камеры. Отличие от прототипа состоит в том, что корпус выполнен с выступами, размещенными между магнитной средой, внутренней поверхностью корпуса и поверхностью фрикционного элемента, в выступах корпуса выполнены проточки, в которых размещены упругие элементы, взаимодействующие с поверхностью фрикционного элемента, выполненного упругим с возможностью упругого перемещения торцов элемента в осевых направлениях.

Кроме того, в функциональном узле может быть корпус выполнен с внешними торцовыми выступами, соосными между собой, и выступами фрикционного элемента и зазором между ними, а в качестве магнитной среды может быть использована магнитная жидкость на водной основе.

Также в функциональном узле внешние торцовые выступы корпуса дополнительно снабжены направляющими поступательного перемещения, установленными в зазоре между торцовыми выступами фрикционного элемента и внешними торцовыми выступами корпуcа.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема функционального узла, вид спереди (в разрезе); на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - узел в динамике.

Функциональный узел состоит из корпуса 1 с камерой 2, заполненной магнитной жидкостью 3, увеличивающей свой объем в электромагнитном поле, и с выступами 4, размещенными между магнитной жидкостью, внутренней поверхностью корпуса и поверхностью фрикционного элемента 5, расположенного в камере с контактом торцом 6 с магнитной жидкостью и выполненного упругим с возможностью упругого перемещения его торцовых выступов 7, расположенных вне камеры 2, в осевых направлениях.

В выступах 4 корпуса выполнены проточки 8, в которых размещены упругие элементы 9, взаимодействующие с поверхностью фрикционного элемента 5. Корпус 1 выполнен с внешними торцовыми выступами 10, соосными между собой и торцовыми выступами 7 фрикционного элемента 5 и зазором 11 между ними и снабженными направляющими 12 поступательного перемещения, установленными в зазоре. Электромагнитное поле создает электрическая обмотка 13.

Корпус 1 изготавливается из немагнитного материала, например из тефлона, винидура или немагнитного металла, камера 2 которого предназначена для выполнения магнитной жидкостью 3. Магнитная жидкость на водной основе, заполняющая камеру корпуса, предназначена для изменения конфигурации фрикционного элемента 5 при увеличении объема магнитной жидкости под действием электромагнитного поля, приводящего к перемещению внешних торцовых выступов 7 фрикционного элемента в направлении тормозного объекта, например обода колеса. В качестве магнитной жидкости 3 используют, например, 58 мас. % водную суспензию ферритового порошка (состав, мас. % : Fe₂O₃ 71; MnO 15; ZnO 14).

Выступы 4 с проточками 8, в которых размещены упругие элементы 9 корпуса, предназначены для предотвращения вытекания магнитной жидкости из камеры 2, в том числе при перемещении фрикционного элемента 5 при изменении его конфигурации под действием увеличивающейся в объеме магнитной жидкости. Выступы 4 выполнены из немагнитного материала, например тефлона, винидура, или немагнитного металла и имеют конфигурацию поверхности, взаимодействующую с поверхностью фрикционного элемента, ответную конфигурацию поверхности фрикционного элемента. Упругий элемент 9 выполнен, например, из полиуретана.

Фрикционный элемент 5 предназначен для изменения конфигурации под действием увеличивающейся в объеме магнитной жидкости 3, воздействующей на торец 6, обеспечивающей перемещение его внешних торцовых выступов 7 в направлении тормозимого объекта, например обода колеса, и возвращения фрикционного элемента в исходное положение при отключении электромагнитного поля и, как следствие, уменьшении объема магнитной жидкости 3 до первоначального.

Фрикционный элемент имеет форму, например, усеченного диска и выполнен из немагнитного материала, например, с пружинно-рессорными свойствами (например, из немагнитной или маломагнитной стали пружинно-рессорной).

По линиям ББ', ВВ' и СС' фрикционный элемент 5 изготовлен с возможностью изменения угла связи между сопряженными сторонами за счет своих упругих свойств, например с пружинно-рессорными свойствами.

Внешние торцовые выступы 10 корпуса 1, снабженные направляющими 12 поступательного перемещения, установленными в зазоре 11, предназначены для перемещения внешних торцовых выступов 7 по оси X и обеспечения полного контакта торцов выступов с тормозимым объектом, например ободом колеса. В качестве направляющих поступательного движения используют, например, шарикоподшипники.

Электрическая обмотка 13 предназначена для создания электромагнитного поля и воздействия им на магнитную жидкость. Электрическая обмотка наматывается на корпус функционального узла в районе заполнения камеры 2 магнитной жидкостью. В качестве электрической обмотки может использоваться соленоид, создающий постоянное электромагнитное поле в зависимости от силы тока.

Функциональный узел работает следующим образом.

Камеру 2 корпуса функционального узла заполняют магнитной жидкостью, исключающей взаимодействие тормозных выступов 7, фрикционного элемента 5, расположенных вне камеры, с тормозимым объектом (фиг. 1). При этом тормозимый объект, например колесо, является свободным при перемещении. При подаче на электрическую обмотку 13 электропитания мощностью 0,4-10 кВт создается электромагнитное поле, вызывающее увеличение объема магнитной жидкости в камере. При этом магнитная жидкость давит на торец 6 фрикционного элемента 5 и увеличивает свой объем за счет изменения конфигурации фрикционного элемента 5.

Конфигурация изменяется, когда торец фрикционного элемента перемещается к центру симметрии в точке 0, увеличивая межсвязевые углы СБВ, БВС', С'В'Б', В'Б'С, а концы фрикционного элемента одновременно в точках С и С' перемещаются от центра симметрии О вместе с внешними торцовыми выступами 7 по направлению к тормозимому объекту, например ободу колеса, соприкасаясь с ним и тормозя его, причем межсвязевые углы ВС'В' и БСБ' уменьшаются по величине.

Фрикционный элемент занимает положение, представленное на фиг. 3 (пунктиром). Величина перемещения внешних торцовых выступов 7 зависит от подаваемой мощности электропитания электрообмотки 13 на магнитную жидкость 3 и от соотношения длин диска по оси Z (ББ') к длине диска по оси Х (СС' ). Чем больше соотношение ББ' к СС' , тем при меньшей величине перемещения торца 6 фрикционного элемента 5 вдоль оси Z (ББ ') происходит большее перемещение СС' , и внешних торцовых выступов 7 вдоль оси Х. При перемещении сторон фрикционного элемента БС, BС', Б'С и В'С' под действием увеличивающегося объема магнитной жидкости 3 вдоль выступов 4 с проточками 8, в которых размещены полиуретановые прокладки, обеспечивается с их помощью предотвращение вытекания магнитной жидкости 3 из камеры 2.

Обратный процесс растормаживания тормозимого объекта осуществляют отключением электропитания электрической обмотки 13. При этом магнитная жидкость практически мгновенно восстанавливает свой первоначальный объем (как при торможении практически мгновенно увеличивала его под действием электромагнитного поля) до минимального, вызывая перемещение части фрикционного элемента 3 с торцом 6 в первоначальное значение (фиг. 1). Также и часть фрикционного элемента 3 (СС') с внешними торцовыми выступами 7 перемещается к центру симметрии О, занимая первоначальное положение и обуславливая растормаживание тормозимого объекта, приобретающего возможность перемещения.

При мощности электропитания электрической обмотки меньше 0,4 кВт увеличение объема магнитной жидкости незначительное < 1% . При мощности электропитания свыше 10 кВт магнитная жидкость затвердевает и не увеличивает свой объем. Оптимальной мощностью электропитания является 0,5-1 кВт, обеспечивающей значительное увеличение объема магнитной жидкости и невысокий расход электроэнергии в процессе торможения. Благодаря такому свойству жидкости как несжимаемость обеспечивается надежность торможения тормозимого объекта.

Проведенные испытания показали, что торможение колеса автомобиля "Москвич-408" происходит за 1-2 с, что значительно быстрее, чем аналогичное торможение (3-6 с) с использованием в качестве тормозного средства электромагнитной порошковой муфты с использованием в качестве магнитной среды ферроэластичного материала (по прототипу).

Предлагаемый функциональный узел позволяет повысить быстродействие торможения не менее чем в 3 раза (по сравнению с прототипом),
использовать более технологично изготовленную магнитную среду за счет использования вместо ферроэластичного материала на основе каучука водосодержащей магнитной жидкости, а также обеспечивает точное и надежное торможение движущегося объекта за счет наличия направляющих поступательного движения и такого свойства жидкости как несжимаемость. (56) Авторское свидетельство СССР N 1315684, кл. F 16 D 37/02, 1987.

Использование: в системах, оснащенных тормозами. Сущность: в функциональном узле, содержащем корпус с камерой, заполненной магнитной средой, увеличивающей свой объем в магнитном поле, упругий элемент и фрикционный элемент, расположенный в указанной камере с возможностью контакта одним из своих торцов с магнитной средой, и выполненный с торцовыми выступами, расположенными вне камеры, корпус выполнен с выступами, размещенными между магнитной средой, внутренней поверхностью корпуса и поверхностью фрикционного элемента. В выступах корпуса выполнены проточки, в которых размещены упругие элементы, взаимодействующие с поверхностью фрикционного элемента, который выполнен упругим с возможностью упругого перемещения торцов элемента в осевых направлениях. В функциональном узле корпус выполнен с внешними торцовыми выступами, соосными между собой и выступами фрикционного элемента и зазором между ними. В качестве магнитной среды использована магнитная жидкость на водной основе, внешние торцовые выступы корпуса снабжены направляющими поступательного перемещения, установленными в зазоре между торцовыми выступами фрикционного элемента и внешними торцовыми выступами корпуса. 2 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ УЗЕЛ, содержащий корпус с камерой, заполненной магнитной средой, увеличивающей свой объем в магнитном поле, фрикционный элемент, расположенный в камере с контактом одной из своих поверхностей с магнитной средой и выполненный с торцевыми выступами, расположенными вне камеры с возможностью осевого перемещения, и уплотнительные элементы, установленные в корпусе с возможностью взаимодействия с поверхностью фрикционного элемента, отличающийся тем, что фрикционный элемент выполнен упругим, корпус выполнен с выступами на внутренней поверхности, размещенными между магнитной средой и поверхностью фрикционного элемента и имеющим проточки, а уплотнительные элементы выполнены в виде упругих элементов и размещены в указанных проточках. 2. Узел по п. 1, отличающийся тем, что корпус выполнен с внешними торцевыми выступами, расположенными соосно между собой и с выступами фрикционного элемента и с зазором между ними, а в качестве магнитной среды использована магнитная жидкость на водной основе. 3. Узел по п. 1, отличающийся тем, что внешние торцевые выступы корпуса снабжены направляющими поступательного перемещения, установленными в зазоре между торцевыми выступами фрикционного элемента и внешними торцевыми выступами корпуса.