ВАРИАТОР СКОРОСТИ Российский патент 1998 года по МПК F16H15/01 

Изобретение относится к фрикционным системам передач вращения и может быть использовано в тех областях техники, где необходимо получить плавное изменение скорости вращения, например в машиностроении и автомобилестроении.

Известна группа устройств, предназначенных для автоматического регулирования заданной угловой скорости. Среди них широко используются фрикционные вариаторы (Чернавский С.А. Проектирование механических передач. -М.: Машиностроение, 1967, с. 486 - 470).

Известен автоматизированный вариатор скорости [1].

Общим недостатком устройств является низкая нагрузочная способность ведущего элемента.

Известно устройство, у которого ведущий элемент выполнен из ферромагнитного материала, а нажимное и регулирующее устройство изготовлено в виде электромагнита, содержащего ряд последовательно расположенных от периферии к оси ведомого элемента обмоток соленоидов, и контактора, последовательно-избирательно подключающего обмотки соленоида к источнику питания [2].

Основным недостатком данного устройства является конструктивная сложность и низкая нагрузочная способность ведущего элемента.

Наиболее близкой по технической сущности является магнитозубчатая передача, у которой ведущий элемент выполнен из магнитомягкого материала с источником магнитного поля, ведомый элемент также выполнен из магнитомягкого материала, представляющего упругодеформируемую пленку [3].

Недостатком данного устройства является также низкая нагрузочная способность ведомого элемента.

Устранить подобный недостаток позволяет предлагаемый вариатор скорости, включающий выполненные из магнитного материала ведомый и ведущий элементы, причем последний выполнен из магнитомягкого материала и соединен с источником магнитного поля, который отличается тем, что ведущий элемент выполнен в виде двух имеющих собственные оси вращения торообразных электромагнитов, установленных с возможностью контакта с магнитной жидкостью с зазором по отношению к ведомому элементу, при этом две части корпуса ведущего элемента имеют между собой зазор, поверхности обеих частей, обращенные в зазор, симметрично через равные промежутки прорезаны канавками, а ведомый элемент выполнен в виде двух установленных на валу дисков, на которых выполнены насечки, шаг которых равен шагу канавок в зазоре ведущего элемента.

Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что в зазоре между двумя частями электромагнита собирается магнитная жидкость, которая благодаря нарезанным в зазоре канавкам имеет переменную плотность, равную шагу канавок. Заполняя при этом зазор между ведущим и ведомым элементами, магнитная жидкость образует поверхность сцепления. При этом наиболее плотные участки магнитной жидкости ведущего элемента, попадая в насечки дисков ведомого элемента, улучшают его нагрузочную способность.

На фиг. 1 представлен общий вид вариатора скорости; на фиг.2 - ведущий элемент в виде тороидального электромагнита; на фиг.3 - вид по А-А на поверхность в зазоре с нарезанными канавками; на фиг.4 - профиль поверхности в зазоре ведущего элемента (разрез по Б-Б) и симметричный профиль поверхности напротив; на фиг.5 - ведомый элемент (диски с насечками).

Вариатор скорости состоит из эксцентриков 1, закрепленных шарнирно в центре рычагов 2 и связанных пружинами 3 с ведомым валом 4, ведомого элемента, выполненного в виде двух дисков 5, размещенных на оси 6, редуктора 7, оси 8, ведущих элементов, выполненных в виде тороидальных электромагнитов 9, размещенных на оси 10, через редуктор 11 связанных с двигателем 12, токосъемников 13 и проводов 14, связывающих ведущий элемент с источником магнитного поля. Ведущий элемент помещен в ванну 15 с магнитной жидкостью. Между ведущим элементом 9 и ведомым элементом 5 имеется зазор.

Ведущий элемент (фиг. 2) выполнен в виде тора и состоит из корпуса 16, насаженного на вал 10, крышки 17 и вмонтированной внутри корпуса обмотки электромагнита 18. Корпус и крышка выполнены из ферромагнитного материала. Между корпусом 16 и крышкой 17 имеется зазор 19. На поверхностях крышки и корпуса, обращенных в зазор, через равные промежутки симметрично с обеих сторон зазора выполнены насечки 20 с шагом, равным шагу канавок, выполненных в зазоре 19 ведущего элемента.

Предлагаемый вариатор скорости работает следующим образом.

Вал двигателя 12, вращаясь, передает крутящий момент через редуктор 11 ведущим валам 10 и размещенным на них ведущим элементам 9, вращающимся в одну сторону. В момент времени сцепление осуществляет один ведущий элемент 9, вращая диски 8 ведомого элемента, которые насажены на вал 6. От вала 6 вращение через редуктор 7 и ось 8 передается ведомому валу 4 и эксцентрикам 1, закрепленным шарнирно в центре рычагов 2 и связанным пружинами 3 через ось 8 с ведомым валом 4.

Сцепление между ведущим элементом 9 и диском 5 ведомого элемента осуществляется следующим образом.

При подаче электрического тока на обмотку электромагнита 18 ведущего элемента 9 вокруг него образуется магнитное поле, наибольшая напряженность которого будет в зазоре 19 между корпусом 16 и крышкой 17 электромагнита, в результате чего магнитная жидкость ванны 15 собирается у зазора. Так как плоскости, обращенные в зазор, прорезаны канавками, то магнитное поле будет переменным и магнитная жидкость будет распределяться в зазоре с переменной плотностью, изменяющейся через промежуток, равный шагу канавок. При этом зазор между ведущим элементом 9 и ведомым диском 5 также заполняется магнитной жидкостью с равной степенью плотности, образуя поверхность сцепления между ними, благодаря которой крутящий момент передается ведомому элементу, а так как на ведомом диске 5 выполнены насечки с шагом, равным шагу канавок, то более плотные участки магнитной жидкости в зазоре 19 ведущего элемента 9, попадая в насечки 20 ведомого диска 5, увеличивают нагрузочную способность ведущего элемента. Система работает как шестереночная передача. Ведомый диск 5 через редуктор 7 и ось 8 передает крутящий момент ведомому валу. При этом эксцентрики 1 начинают вращаться и под действием центробежных сил расходятся, растягивая пружины 3 и перемещая весь ведомый элемент относительно ведущего элемента. Ведущие элементы 9 смещаются ближе к центру дисков 5, в результате чего передаточное число увеличивается. При снижении оборотов ведомого вала вся система ведомого элемента начинает перемещаться в обратном направлении, центр ведомого диска 5 удаляется от ведущего элемента 9 и передаточное число уменьшается.

При подаче электрического напряжения на электромагнит другого ведущего элемента 9 направление вращения меняется на противоположное.

Таким образом, предлагаемая конструкция вариатора скорости, осуществляющая сцепление ведущего и ведомого элементов с помощью электромагнита и магнитной жидкости переменной плотности с одной стороны и насечек на дисках с другой стороны, позволяет увеличить нагрузочную способность ведущего элемента; регулируя напряжение на электромагнитах, включать систему с необходимой плавностью и жесткостью, а также изменять направление вращения ведомого вала. Все это осуществляется при значительном упрощении конструкции.

Использование в предлагаемой конструкции системы эксцентриков, связанных с ведомым элементом посредством рычагов и пружин, позволяет автоматически плавно регулировать скорость вращения ведомого вала 4 в зависимости от нагрузки на нем.

Использование: машиностроение и автомобилестроение, передачи с плавным изменением скорости вращения. Сущность изобретения: вариатор скорости содержит выполненные из магнитного материала ведомый и ведущий элементы, причем последний выполнен из магнитомягкого материала и соединен с источником магнитного поля. Ведущий элемент выполнен в виде двух имеющих собственные оси вращения торообразных электромагнитов, корпус каждого из которых выполнен из двух частей, установленных с зазором относительно друг друга. На обращенных в зазор поверхностях обеих частей корпуса симметрично через равные промежутки прорезаны канавки. Ведомый элемент выполнен в виде установленных на валу двух дисков, на которых выполнены насечки с шагом, равным шагу канавок торообразных магнитов. Последние установлены с зазором относительно дисков, а вариатор снабжен магнитной жидкостью, размещенной в зазорах. 5 ил.

Вариатор скорости, включающий выполненные из магнитного материала ведомый и ведущий элементы, причем последний выполнен из магнитомягкого материала и соединен с источником магнитного поля, отличающийся тем, что ведущий элемент выполнен в виде двух имеющих собственные оси вращения торообразных электромагнитов, корпус каждого из которых выполнен из двух частей, установленных с зазором относительно друг друга, на обращенных в зазор поверхностях обеих частей корпуса симметрично через равные промежутки прорезаны канавки, ведомый элемент выполнен в виде установленных на валу двух дисков, на которых выполнены насечки с шагом, равным шагу канавок торообразных магнитов, последние установлены с зазором относительно дисков, а вариатор снабжен магнитной жидкостью, размещенной в зазорах.