ФРИКЦИОННЫЙ ВАРИАТОР Российский патент 2004 года по МПК F16H15/00 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в механизмах с необходимостью поддержания стабильной скорости вращения ведомого вала.

Известен фрикционный вариатор с изменяемым передаточным отношением, содержащий установленные на валах конический или дисковый и цилиндрический фрикционные элементы, выполненные из материалов с различными коэффициентами трения скольжения /см. Пронин Б. Н. и др. Бесступенчатые клиноременные фрикционные передачи /вариаторы/. - М.: Машиностроение, 1967, с. 253/, при этом известны конструкции, в которых дополнительно конический или дисковый фрикционный элемент выполнен из двух частей, одна из которых выполнена с возможностью ограниченного возвратно-поступательного перемещения вдоль оси или радиуса относительно другой части /см. а.с. СССР 1272034, кл. F 16 H 15/18, 1984/.

Недостатками данных фрикционных вариаторов являются ограниченные функциональные эксплуатационные возможности. Это объясняется тем, что вариаторы позволяют изменять свое передаточное отношение только в процессе специальной регулировки путем приложения усилий вдоль оси фрикционного элемента для смещения друг относительно друга его составляющих частей. Однако данные вариаторы не позволяют автоматически в процессе работы изменить свое передаточное отношение и, тем более, обеспечить таким изменением постоянство скорости вращения ведомого вала, что необходимо в целых классах механизмов регулирования и стабилизации.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является фрикционный вариатор, содержащий установленные на взаимно перпендикулярных осях ведущий и ведомый дисковые фрикционные элементы, первый из которых имеет возможность ограниченного возвратно-поступательного перемещения вдоль радиуса второго элемента посредством выполнения ведомого элемента из двух частей, одна из которых закреплена на другой с возможностью упругого радиального перемещения /см. а.с. СССР 1486668, кл. F 16 H 15/18, 1987/, и принятый за прототип.

Недостатками данного устройства-прототипа являются ограниченные функциональные возможности, что объясняется невозможностью автоматического изменения передаточного отношения непосредственно в процессе эксплуатации и, соответственно, невозможностью обеспечить таким изменением постоянство /стабильность/ скорости вращения ведомого вала.

Сущность изобретения заключается в создании фрикционного вариатора, позволяющего автоматически в процессе эксплуатации поддерживать постоянную скорость вращения ведомого вала путем изменения передаточного отношения автоматической перестройкой места контактирования ведущего и ведомого фрикционных элементов с использованием для этой цели центробежных сил инерции вращающейся жидкости и сил магнитного взаимодействия.

Технический результат - автоматическое изменение передаточного отношения вариатора для обеспечения постоянной скорости вращения ведомого вала.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что во фрикционном вариаторе, содержащем установленные на взаимно перпендикулярных осях ведущий и ведомый дисковые фрикционные элементы, первый из которых имеет возможность ограниченного возвратно-поступательного перемещения вдоль радиуса второго элемента, особенность заключается в том, что ведущий дисковый элемент выполнен в виде аксиально намагниченного постоянного магнита, а ведомый дисковый элемент выполнен полым, при этом в периферийной части полости свободно установлена упругая пористая кольцевая прокладка из магнитной резины с фиксацией ее в полости по наружной торцевой поверхности кольца, а свободное пространство полости заполнено жидкостью.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично изображен предлагаемый вариатор, общий вид с поперечным разрезом; на фиг.2 - вид сверху на фиг.1.

Фрикционный вариатор содержит установленные на взаимно перпендикулярных осях ведущий 1 и ведомый 2 дисковые фрикционные элементы, при этом ведущий элемент 1 имеет возможность ограниченного возвратно-поступательного перемещения вдоль радиуса ведомого элемента 2 и выполнен в виде аксиально намагниченного постоянного магнита, а ведомый дисковый элемент 2 выполнен полым, при этом в периферийной части полости 3 в дисковом элементе 2 свободно установлена упругая пористая кольцевая прокладка 4 из магнитной резины с фиксацией ее в полости 3 по наружной торцевой поверхности кольца 4 с помощью фиксирующего материала /клея/ 5, а свободное пространство полости 3 заполнено жидкостью 6.

Работа устройства осуществляется следующим образом. В статическом состоянии устройства при отсутствии вращения /см. фиг.1, фиг.2/ упругая кольцевая прокладка 4 из магнитной резины не деформирована, жидкость 6 занимает весь свободный объем полости 3, а ведущий элемент 1, выполненный в виде дискового постоянного магнита, за счет сил магнитного взаимодействия с магнитной прокладкой 4 и возможности возвратно-поступательного перемещения вдоль радиуса ведомого элемента 2 автоматически устанавливается симметрично между внутренней окружностью прокладки 4 и ее периферией.

При возникновении режима вращения под действием центробежных сил жидкость 6 стремится сместиться к периферии полости 3, что приводит к равномерной деформации упругой пористой прокладки 4 в радиальных направлениях. Так как последняя свободно установлена в полости 3 и зафиксирована только по наружному контуру, то такая деформация приведет к увеличению внутреннего диаметра прокладки 4, то есть уменьшению ее ширины. Естественно, что ведущий элемент /постоянный магнит/ 1 за счет сил магнитного взаимодействия с прокладкой 4 отслеживает такую ее деформацию и вместе с ней смещается вдоль радиуса ведомого элемента 2 в направлении к периферии последнего.

При увеличении по какой-либо причине угловой скорости ведущего элемента 1 и, соответственно, ведомого элемента 2 увеличиваются центробежные силы, действующие на упругую прокладку 4 со стороны жидкости 6. Это вызывает деформацию прокладки 4 и смещение ее к периферии полости 3. Ведущее звено /постоянный магнит/ 1 за счет связи с прокладкой 4 силами магнитного взаимодействия стремится по прежнему расположиться симметрично относительно внешнего и внутреннего контуров прокладки 4, в результате чего смещается в радиальном направлении в сторону периферии ведомого элемента 2. В результате этого фрикционное /одновременно с магнитным/ контактирование ведущего 1 и ведомого 2 элементов происходит по большому радиусу элемента 2, то есть автоматически изменяется передаточное отношение, что вызовет уменьшение угловой скорости ведомого элемента 2 при той же скорости ведущего элемента 1.

Необходимым подбором конструктивно-технологических параметров конструкции: плотности жидкости 6, радиальной жесткости прокладки 4, геометрических размеров конструкции и т.п. можно добиться стабильности угловой скорости ведомого элемента 2 в достаточно широком диапазоне. Таким образом, автоматическое изменение передаточного отношения между элементами 1 и 2 позволяет поддерживать стабильную угловую скорость ведомого элемента 2 при вариациях угловой скорости ведущего элемента 1. Магнитные характеристики постоянного магнита 1 и прокладки 4 из магнитной резины выбираются таким образом, чтобы усилия магнитного взаимодействия между этими элементами, с одной стороны, были достаточны для совместного смещения магнита 1 с прокладкой 4 в радиальном направлении, а с другой стороны - обеспечивали бы необходимый фрикционный контакт при качении диска 1 по диску 2 в окружном направлении, то есть не позволяли бы диску 1 проскальзывать при качении /если силы магнитного взаимодействия малы/, но и не исключали бы возможность качения вследствие значительной величины сил магнитного взаимодействия.

При малых угловых скоростях для обеспечения необходимой величины центробежных сил может быть использована жидкость 6 с более высокой плотностью по сравнению с водой. При сравнительно узком диапазоне стабилизируемых угловых скоростей, однако, при более жестких требованиях к точности прокладка 4 выполняется из обычной пористой резины, а по ее внутреннему контуру закрепляется кольцо из магнитной резины. Это позволяет более точно привязать постоянный магнит 1 к магнитной прокладке, однако ограничивает диапазон силовых характеристик за счет уменьшения сил магнитного взаимодействия между тонким кольцом из магнитной резины и постоянным магнитом 1.

Предлагаемое устройство предельно просто по конструкции, дает возможность чрезвычайно широким образом перестраивать и регулировать свои параметры, а главное - резко расширяет функциональные возможности устройств, позволяя стабилизировать в довольно широких пределах угловую скорость ведомого звена за счет автоматической перестройки своего передаточного отношения.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в механизмах с необходимостью поддержания стабильной скорости вращения ведомого вала. Фрикционный вариатор содержит установленные на взаимно перпендикулярных осях ведущий 1 и ведомый 2 дисковые фрикционные элементы. Ведущий элемент 1 выполнен в виде аксиально намагниченного постоянного магнита и имеет возможность ограниченного возвратно-поступательного перемещения вдоль радиуса ведомого элемента 2. Ведомый элемент 2 выполнен полым. В периферийной части полости 3 свободно установлена упругая пористая кольцевая прокладка 4 из магнитной резины. Прокладка 4 зафиксирована в полости по своей наружной торцевой поверхности, свободное пространство полости 3 заполнено жидкостью 6. Технический результат - автоматическое изменение передаточного отношения для обеспечения постоянной скорости вращения ведомого вала. 2 ил.

Фрикционный вариатор, содержащий установленные на взаимно перпендикулярных осях ведущий и ведомый дисковые фрикционные элементы, первый из которых имеет возможность ограниченного возвратно-поступательного перемещения вдоль радиуса второго элемента, отличающийся тем, что ведущий дисковый элемент выполнен в виде аксиально намагниченного постоянного магнита, а ведомый дисковый элемент выполнен полым, при этом в периферийной части полости свободно установлена упругая пористая кольцевая прокладка из магнитной резины с фиксацией ее в полости по наружной торцевой поверхности кольца, а свободное пространство полости заполнено жидкостью.