Передающий механизм Советский патент 1992 года по МПК F16H15/01 

(Л

С

Использование: машиностроение, приводы различных машин и механизмов, Пере- дающий механизм содержит корпус и размещенные в нем два передающих элемента. Первый из них имеет концентрично расположенные рабочую поверхность внутреннего и рабочую поверхность наружного зацеплений, а второй расположен между ними и имеет рабочую поверхность наружного зацепления. Электрореологическая жидкость размещена в зазоре между рабочими поверхностями. На последних расположены кольцевые электроды, связанные с блоком управления. При подаче на кольцевые электроды напряжения в зазоре возникает электрическое поле, под действием которого электрореологическая жидкость меняет свою вязкость. В результате этого второй передающий элемент взаимодействует или с рабочей поверхностью наружного зацепления, или с рабочей поверхностью внутреннего зацепления первого передающего элемента. 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к области механизмов и передач с использованием электрореологических жидкостей.

Известен вариант с несколькими колесами, недостатком которого является отсутствие возможности чисто электрического управления его передаточным отношением и реверсом.

Известна передача с электрореологической жидкостью, недостатком которой является отсутствие возможности электрического управления реверсом и широкой сменой передаточных отношений и скоростей. Это сужает кинематические возможности и область применения передачи.

Целью изобретения является расширение кинематических возможностей и области применения устройства.

На фиг.1 показан передающий механизм, продольное сечение (первый вариант исполнения); на фиг.2 - условная схема работы передающего механизма (поперечное сечение); на фиг.З - электрическая схема питания электродов передающего механизма, первый вариант; на фиг.4 - передающий механизм, продольное сечение (второй вариант исполнения); на фиг.5 - электрическая схема питания электродов передающего механизма, второй вариант; на фиг.6 - передающий механизм, продольное сечение, третий вариант; на фиг.7 - электрическая схема питания электродов

vi со ю

ю

4 CJ

передающего механизма, третий вариант; на фиг.8 - функциональная схема управления ключами, подключаемыми к электродам передающего механизма, третий вариант.

Передающий механизм (фиг. 1-8) явля- ется реверсивной передачей вращения с одного вала на другой.

Передающий механизм (фиг. 1-8) содержит колеса 1-3, из которых жестко соединенные друг с другом колеса 1 и 3 составляют первый передающий элемент, а колеса 2 являются вторым передающим элементом передачи. Колеса 1 и 3 соединены с валом 4, а колесо 2-е валом 5. Внутри колеса 1 неподвижно установлен выступ б, а внутри колеса 2 находится неподвижный выступ 7 корпуса 8 механизма. Неподвижные части механизма-передачи (например, корпус 8 с его выступами 6 и 7) на фиг. 1,4 и 6 для наглядности закрашены косыми лини- ями, а вращающиеся части устройства (т.е. колеса 1-3 и валы 4 и 5) на фиг.1, 4 и 6 не закрашены. Колеса 1-3 и валы 4 и 5 могут устанавливаться на подшипниках (фиг. 1,4 и 6).

На внутренней поверхности корпуса 8 (или его расточки) установлен вспомогательный электрод 9, напротив которого на колесе 3 установлен вспомогательный электрод 10. Вспомогательный электрод 10 соединен с кольцевым рабочим электродом 11, расположенным на внутренней поверхности колеса 3, посредством токопроводной перемычки 12. Напротив кольцевого электрода 11 на внешней поверхности колеса 2 установлен кольцевой рабочий электрод 13, который соединен с вспомогательным электродом 14, расположенным на внутренней поверхности колеса 2, посредством токопроводной перемычки 15. На колесе 1 на- против кольцевого электрода 13 колеса 2 установлен кольцевой рабочий электрод 16, который соединен с вспомогательным электродом 17, расположенные на внутренней поверхности колеса 1, посредством токо- проводной перемычкой 18. На выступе 6 напротив электрода 17 установлен вспомогательный электрод 19, а на выступе 7 напротив электрода 14 установлен вспомогательный электрод 20. В передаче электроды 11,13 и 16 являются основными, рабочими, они выполняются кольцевыми (т.е. в виде колец на соответствующих поверхностях колес), а электроды 9,10,14,17,19 и 20 являются вспомогатёль- ными, они служат цели передачи электрических зарядов на основные, рабочие кольцевые электроды 11,13 и 16, Вспомогательные электроды также можно выполнять в виде колец.

Между колесами 1-3 помещена электрореологическая жидкость 21 (или электрореологическая суспензия). Исходя из конструкций передачи (фиг.1,4 и 6), элекро- реологическая жидкость 21 находится междуосновными, рабочими электродами 11,13 и 13,16, т.е. те кольцевые электроды (11,13 и 16), которые выходят в зазоры между колесами 1-3, где находится электрореологическая жидкость 21, являются основными или рабочими. Между вспомогательными электродами 9 и 10, а также 17,19 и 14,20 электрореологической жидкости 21 нет, зазоры между вспомогательными электродами изолированы от жидкости 21 герметичными подшипниками или вращающимися уплотнениями колес 1-3. Электрические схемы соединения электродов и перемычек можно также видеть и на фиг.З или 5, они соответствуют конструкциям фиг,1 или 4.

По схемам фиг.З и 5 можно также видеть, что электроды передачи подключаются к выходным цепям двухпозиционных реле-ключей 22 и 23, которые подключены к источнику 24 питания. Обмотки реле-ключей 22 и 23 являются их входами (по управлению). Ключи 22 и 23 могут быть выполнены и на полупроводниковых элементах (например, транзисторах или тиристорах), в любом случае каждый из ключей 22 и 23 должен иметь по два положения переключения (фиг.З и 5).

Работа передачи (фиг. 1-5) осуществляется следующим образом.

Если оба ключа 22 и 23 выключены, т.е. их контакты находятся в положениях, показанных на фиг.З и 5, то вся система электродов 9-20 по сути отключена от напряжения источника 24. От этого между рабочими электродами 11,13 и 16, где находится электрореологическая жидкость 21, разности потенциалов не приложены w колесо 2 расцеплено с колесами 1 и 3 (фиг.1 и 2). Вращение с вала 5 на выходной вал 4 не передается.

Если требуется получить вращение вала 4, причем в определенную сторону, то контакт ключа 22 переводят в левое (на фиг.З и 5) положение (это можно сделать запитыва- нием обмотки ключа 22). От этого напряжение источника 24 прикладывается к емкостной цепи от электрода 19 до электрода 20 (фиг.З и 5). Между рабочими электродами 16 и 13 образуется разность потенциалов, которая действует на электрореологическую жидкость 21 (между данными электродами 16 и 13, фиг.З и 5). В свою очередь, электрореологическая жидкость 21, подвергаясь воздействию разности потенциалов или электрического поля между электродами 16 и 13 (фиг. 1,2 и 4), повышает свою плотность или твердеет. В результате колесо 2 сцепляется с колесом 1 (фиг.1 и 4) в месте расположения запитанных электродов 13 и 16. Вращение с вала 5 передается на вал 4 через внешнее сцепление колес 2 и 1 (у электродов 13 и 16). Передаточное отношение передачи при этом определяется соотношением диаметров сцепленных колес 2 и 1. В силу внешнего сцепления колес 2 и 1 вал 4 вращается в сторону, противоположную вращению вала 5.

Если требуется получить вращение вала 4 в другую сторону, т.е. если требуется, чтобы вал 4 вращался в ту же сторону, что и вал 5, то контакт реле-ключа 22 возвращают в прежнее (правое на фиг.З и 5) положение, а контакт ключа 23 переводят тоже в правое (по фиг.З и 5) положение. От этого напряжение источника 24 прикладывается к емкостной цепи от электрода 9 до электрода 20 (фиг.З и 5). Между рабочими электродами 11 и 13 образуется разность потенциалов, которая действует на электрореологическую жидкость 21 (фиг.1 и 4). Жидкость 21 повышает свою вязкость, твердеет и колесо 2 сцепляется с колесом 3 у данных запитыва- ющих электродов 11 и 13 (фиг.1 и 4), Вращение вала 5 передается на вал 4 через внутреннее сцепление колеса 3 с колесом 2. Передаточное отношение передачи при этом определяется соотношением диаметров сцепленных колес 3 и 2. В силу внутреннего сцепления колеса 3 с колесом 2 вал 4, соединенный с колесом 3, вращается в ту же сторону, что и вал 5.

Исходя из указанного нетрудно заключить, что в данной передаче (фиг.1 и 4) электрическимпутем,т.е.путем перекоммутаций реле-ключей 22 и 23 (фиг.З и 5), можно менять направление вращения выходного вала 4 (по отношению к вращению вала 5 входного), а также менять и передаточное отношение передачи. Это расширяет кинематические возможности передачи и позволяет использовать для ее управления удобные электронные устройства. В частности, входы (или обмотки) реле- ключей 22 и 23 можно подключать к различным электронным управляющим устройствам или компьютерам.

Разобрав работу двух похожих вариантов передачи (по фиг. 1,3 и 4,5), можно также указать, что отличие варианта по фиг.4 и 5 от вариантов по фиг. 1 и 3 состоит лишь в том, что у варианта по фиг.4 и 5 подвод электричества к рабочим электродам 11,13 и 16 осуществляется контактным путем, т.е.

путем контактного соприкосновения вспомогательных электродов 9,10,17,19,14 и 20, а в варианте фиг.1 и 3 электричество на

электроды наводится электростатически (аналогично как это происходит в конденсаторах).

На базе простейших вариантов по фиг.1 и 4, которые могут обеспечивать по два зна0 чения передаточного отношения (одно со знаком плюс, а другое со знаком минус), можно создать и более функционально широкую передачу со множеством сменяемых значений передаточного отношения. Такая

5 передача, которая по сути уже представляет собой реверсивную коробку передач, показана на фиг.6. Особенность данной передачи состоит в том, что на колесах 3 и 1 установлено уже не по одному рабочему

0 электроду, а по несколько рабочих кольцевых электродов 11 и 16, расположенных ступенчато на данных конусовидных колесах 3 и 1. Соответственно на конусовидном колесе 2 напротив всех кольцевых электродов 11

5 и 16 установлен один (большой) общий кольцевой электрод 13 ступенчатого типа. Подвод электричества для каждого из кольцевых электродов 11,13 и 16 осуществляется через соответствующие пары вспо0 могательных электродов 9 и 10, а также 14,20 и 17,19. Схема подключения электродов (через соответствующие перемычип 12,18 и 15) показана также на фиг.7. Изфиг.7 также видно, что электроды передачи под5 ключаются к выходным цепям двухпозици- онных реле-ключей 22 и 23, которые питаются от источника 24 напряжения. Входы (или управляющие обмотки) реле-ключей 22 и 23 подключаются к соответствующим

0 выходам управляющего (или коммутирующего) устройства 25 (фиг.З), роль которого могут играть различные электронные логические схемы или компьютеры. Таким образом основными особенностями передачи

5 (фиг,6-8) являются наличие множества последовательно расположенных кольцевых электродов (например 11 и 16) разных диаметров, наличие большого кольцевого электрода 13 ступенчатого типа, выполнение

0 колес 1-3 (фиг.6) конусовидными (например, с конусностями ступенчатого типа), на которых расположены кольцевые рабочие электроды 11,16 и 13, а также наличие множества соответствующих реле-ключей

5 22 и 23, подключаемых к управляющему (коммутирующему) устройству 25 (фиг.8).

К указанному можно также добавить, что при выполнении колеса 1 конусовидным (фиг.6) неподвижный выступ б также может быть выполнен конусовидным (фиг.6). При этом конусовидный выступ 6 сначала помещается на подшипниках внутрь конусовидного колеса 1, затем колесо 1 соединяется с колесом 3 и валом 4, а после выступ 6 неподвижно соединяется с корпусом 8, т.е. поместить конус выступа 6 внутрь конуса колеса

Iвполне (при сборке) можно.

Между кольцевыми электродами 11,13 и 16,13 находится электрореологическая жидкость 21 (или электрореологическая суспензия (фиг.6).

Работает коробка-передача (фиг.б-8) следующим образом.

При коммутации (включении) какого-либо из ключей 22 запитывается соответствующий из кольцевых электродов 16 и вращение с вала 5 передается на вал 4 через внешнее сцепление колес 2 и 1 с передаточным отношением, определяемым соотношением диаметров конусовидных колес 2 и 1 у запитанного электрода 16 (электрод 13 - общий). Если надо изменить передаточное отношение при вращении вала 4 в ту же сторону, то коммутатором-устройством 25 (фиг.8) надо скоммутировать другой из ключей 22, от чего он переведет свой контакт в левое положение (фиг.7) и к источнику 24 напряжения подключится другой из электродов 16 . От этого колеса 2 и 1 сцепятся в другом месте (где находится запитанный электрод 16) и передаточное отношение изменится, оно будет определяться новым соотношением диаметров конусовидных колес 2 и 1 у данного (запитанного) электрода 16.

Если требуется изменить вращение вала 4 и выставить соответствующее (требуемое) передаточное отношение, то коммутатором (устройством 25) включается соответствующий из ключей 23 (фиг.8). Данный ключ 23 (фиг,8 и 7) переводит свой контакт вправо (фиг.7) и к источнику 24 питания подключается соответствующий из электродов 11. В результате колесо 2 будет сцеплено уже с колесом 3 (или его внутренней расточкой, фиг.6) и вращение вала 4 изменится, оно уже будет происходить в ту же сторону, что и вращение вала 5. Передаточное отношение при этом определяется соотношением диаметра расточки колеса 3 и диаметра колеса 2 у запитанного электрода

II(электрод 13 - общий). Если надо изменить передаточное отношение передачи при вращении вала 4 в ту же сторону, то

коммутирующим устройством 25 включается (перекоммутируется) другой из ключей 23 (фиг.8), от чего напряжение будет подано на другой из электродов 11, где диаметр расточки колеса 3 и диаметр колеса 2 уже другие. Коробка передач (фиг.6) изменит свое передаточное отношение.

Из вышеуказанного можно заключить, что вариант по фиг.6-8 представляет собой

многоскоростную коробку передач с передаточными отношениями, которые меняются чисто электрически (путем перекоммутации управляющего коммутатора 25). При этом реверсирование (или изменение знака передаточных отношений) достигается также чисто электрическим управлением, т.е. с помощью перекоммутации того же управляющего коммутатора 25. Это говорит о широких функциональных возможностях передачи (фиг,6 -8) и позволяет использовать для ее управления широко известные электронные схемы и компьютеры. Формула изобретения

размещенную в зазоре электрореологическую жидкость, электроды, расположенные на рабочих поверхностях передающих элементов, и блок управления, отличающийся тем, что, с целью расширения кинематических возможностей и области применения, на первом передающем элементе выполнена дополнительная рабочая поверхность наружного зацепления, расположенная концентрично основной, второй

передающий элемент расположен между рабочими поверхностями первого передающего элемента для попеременного взаимодействия с ними, электроды выполнены кольцевыми и установлены напротив друг

друга, а блок управления выполнен в виде электрических ключей, связанных с соответствующими электродами.

элементов выполнены конусообразными, а кольцевые электроды на рабочей поверхности по крайней мере одного передающего элемента расположены последовательно.

tl

OL

OZ

Ы

Ј1

zi

u

и

я

;///7 ////77//Л

и

01 6

ei

Риъ.5

2/

21

Фиг. В

PllZ.8