Передача Советский патент 1992 года по МПК F16H15/01 

Изобретение относится к передачам и механизмам с использованием электрореологических жидкостей.

Известен вариатор с коническими колесами.

Недостатком его является отсутствие возможности чисто электрического управления передаточным отношением.

Известна передача с электрореологической жидкостью.

Недостатком ее является отсутствие возможности широкого изменения передаточного отношения и скоростей чисто электрическим управлением. Это сужает эксплуатационные возможности передачи,

Цель изобретения - расширение эксплуатационных возможностей передачи.

На фиг.1 показана коробка передач (передача), продольное сечение (первый вариант); на фиг.2 - эквивалентная электрическая схема питания электродов коробки передач; на фиг.З - функциональная схема

управления ключами, подключаемых к электродам коробки передач; на фиг.4 - две коробки передач, соединенные после- довательйо; на фиг.5 - функциональная схема управления ключами, подключенными к электродам двух последовательно соединенных коробок передач; на фиг.6 - условная схема работы коробки передач (в поперечной проекции); на фиг.7 - коробка передач в продольном сечении (второй вариант исполнения); на фиг.8 - эквивалентная электрическая схема питания электродов коробки передач, выполненной по второму варианту; на фиг.9 - коробка передач в продольном сечении (третий вариант исполнения); нафиг.Ю-эквивалентная электрическая схема питания электродов коробки передач, выполненной по третьему варианту; на фиг. 11 - функциональная схема управления ключами, подключаемыми к электродам коробки передач, выполненной по третьему варианту; на фиг. 12 - коробка передач в продольном сечении (четвертый вариант).

сл

С

i

СП

со

о VJ

Передача является по сути коробкой передач и содержит конусообразные передающие элементы 1 и 2, выполненные в виде полых ступенчатых конусов, а также валы 3 и 4, соединенные с конусами-элементами 1 и 2. Валы 3, 4 и конусы-элементы 1, 2 установлены с возможностью вращения, т.е. на подшипниках.

Внутри конусообразных элементов 1 и 2 установлены неподвижны конусообразные выступы 5 и 6, которые соединяются с неподвижным корпусом 7. На фиг.1-12 неподвижные части коробки передач, т.е. корпус 7 и высТупы 5, 6, заштрихованы косыми линиями, а вращающиеся части, т.е. элементы 1, 2 и валы 3,4, не закрашены.

На неподвижных частях (например, выступе 5) коробки передач установлены электроды 8. На выступе 6 также могут быть установлены электроды 9. На конусе-элементе 1 соответственно устанавливаются электроды 10 и 11, соединенные проводящими ток перемычками 12, а на конусе-элементе 2 устанавливаются электроды 13 и 14, соединяемые друг с другом перемычками

15,которые тоже могут проводить ток. Все электроды 8, 9, 10, 11, 13, 14 могут выполняться кольцевыми, т.е. в виде колец на соответствующих поверхностях выступов 5, 6 и конусов-элементов 1,2. Кольцевые электроды 10, 13 элементов 1, 2 располагаются последовательно один напротив другого. Соответственно расположены и исполнительные электроды 8 и 11, а также и дополнительные электроды 9 и 14. Электроды 8, 11 и 9, 14 могут соприкасаться один с другим.

Между конусами-элементами 1 и 2, а также в зазоре между их кольцевыми электродами 10 и 13 помещена электрореологическая жидкость 16. Электрореологическая жидкость 16 (или электрореологическая суспензия) - это жидкость, которая может менять свою вязкость и плотность под действием электрического поля. Между электродами 8, 11 и 9,14 (т.е. между элементами 1,2 и выступами 5,6) электрореологической жидкости 16 нет, эти места могут быть загерметизированы специальными подшипниками.

Кольцевые электроды 10,13, выходящие в зазор с электрореологической жидкостью

16,электрически (через промежуточные электроды 8,11,9,14) соединены с выходами соответствующих двухпозиционных реле или ключей 17i-17 (фиг.2,3), которые могут питаться от источника 18 напряжения или тока. На фиг.2 для примера дана цепь подключения к ключу 17i одной пары рабочих кольцевых электродов 10,13. Остальные

пары электродов 10, 13 подключаются к выходам соответствующих им ключей 17г-17 аналогично.

В выходную цепь двухпозиционного

ключа 17i можно ставить и небольшой резистор 19 (фиг.2). Входы двухпозиционных реле ключей 171-17 (фиг.З) или их обмотки подключаются к соответствующим выходам коммутирующего (или распределительного)

0 устройства 20, которое управляет переключениями 17-1-17. Устройство 20 может быть выполнено в виде простого распределителя или коммутатора фиг.З).

Коробка передач работает следующим

5 образом.

Если все ключи 171-17 (или реле) отключены от источника 18 питания (фиг,2) и их контакты находятся в правом положении (например, фиг.2), то на электродах 10 и 13

0 напряжения нет. От этого в зазоре между конусами-элементами 1 и 2 (фиг.1) электрического поля нет и данные конусы-элементы 1, 2 по сути не сцеплены. Вращение с вала 3 на вал 4 практически не передается. Если

5 требуется передать вращение с вала 3 на вал 4 с определенным передаточным отношением, то с помощью коммутирующего устройства 10 (фиг.З) коммутируется соответствующий из ключей 171-17. Данный

0 ключ (например, ключ 17i, фиг.2) переключает свой контакт в левое (по фиг.2) положение, от чего электроды 10 и 13 данной группы (соответствующей ключу 17i) подключаются к источнику 18 питания. Подклю5 чение электродов 10 и 13 к источнику 18 питания осуществляется посредством дополнительных (промежуточных) электродов 8, 11 и 9, 14 (фиг.2), которые по сути могут играть роль контактных щеток и пластин.

0 Если электроды 8,11 и 9,14 (фиг.2.1) соприкасаются, то они осуществляют обычный щеточный контакт (для подвода электричества к электродам 10,13), а если кольцевые электроды 8,11 и 9,14 (фиг. 2,1) располага5 ются друг напротив друга без непосредственного соприкосновения (но очень близко, с минимальными зазорами между электродами), то электрические заряды на рабочие электроды 10, 13 передаются путем элект0 ростатическ ой индукции, аналогично как это происходит в конденсаторах. В любом случае, в результате такого включения ключа 17i (фиг.2) между рабочими электродами 10 и 13 данной группы возникает разность

5 потенциалов, приводящая к тому, что в зазоре между запитанными электродами 10 и 13 появляется электрическое поле. От возникновения электрического поля (в данном месте) электрореологическая жидкость 16 между запитанными кольцевыми электродами 10, 13 (фиг.2, 1) повышает свою вязкость, твердеет (фиг.1,6) и конус элемента 1 сцепляется с конусом элемента 2 у данных, запитанных электродов 10, 13, Передаточное отношение при таком сцеплении определяется соотношением диаметров конусов-элементов 1, 2 (фиг.1) у данных, запитанных электродов 10, 13. Вращение с вала 3 передается на вал 4 с указанным (определенным) передаточным отношением.

Если требуется изменить передаточное отношение коробки (фиг. 1-3), то коммутирующим устройством 20 (фиг.З) надо скомму- тировать другой из ключей 17i-17, который в свою очередь, подключит питание (напря- жение) к электродам 10, 13 другой группы (соответствующей данному ключу). От этого электрическое поле повысит вязкость жид- кости 16 и сцепит конусы-элементы 1 и 2 у данных (запитанных) электродов 10, 13, где диаметры конусов-элементов 1, 2 уже другие (фиг.1). Соотношение диаметров конусов-элементов 1, 2 у новых запитанных электродов 10,13 и определяет новое передаточное отношение коробки (фиг.1).

Исходя из указанного, нетрудно заключить, что, переключая ключи 171-17 с помощью устройства 20 (фиг.З) по одному, можно электрически менять передаточное отношение коробки (фиг.1). Число значений передаточного отношения (меняемых чисто электрическим путем) равно числу ключей 171-17 (фиг,1) или, соответственно, числу, например, колец-электродов 10, расположенных последовательно на конусе элемен- та 1.

Электрическая замена значений передаточного отношения является одним из основных положительных качеств коробки передач. При этом следует заметить, что реализация сцепления посредством электричества от множества разных колец-электродов 10, 13 и электрореологической жидкости 16 позволяет достигать большого быстродействия смены передач и умень- шения габаритов самой коробки (фиг.1). Коробка передач (фиг.1) получается весьма компактной и довольно простой.

Электрическое управление сменой передач позволяет применять в качестве уп- равляющего устройства 20 и компьютеры. Это дополнительно расширяет возможности данной коробки по управлению.

Расширение эксплуатационных возможностей устройства может быть достиг- нуто и за счет последовательного (или каскадного) соединения нескольких коробок. Так (фиг.4) в качестве примера, показаны коробки 21 и 22 передач, которые соединены последовательно и установлены

на платформе 23. При последовательном соединении выходной вал коробки 21 через муфту соединен с входным валом коробки 22. При данном каскадном соединении коробок 21 и 22 их система управления может содержать управляющие (или коммутирующее) устройство 20 (фиг.5), к выходам которого подключены ключи 17f-17 и 241-24. Ключи 171-17, аналогичные ключам 17г 17 на фиг.З, подключаются к электродам коробки 21 (по схемам, аналогичным фиг.2), а ключи 241-24 (фиг.5) подключаются к электродам коробки 22. При работе управляющее устройство 20 (фиг.5) коммутирует, т.е. подключает к источнику питания каждый раз по два ключа одновременно, т.е. один ключ из группы ключей 17Н7 и один ключ из группы ключей 24i-24. От этого в коробках 21 и 22 электрически выставляются соответствующие передаточные отношения и весь каскад коробок 21, 22 (фиг.4) передает вращение с общим передаточным отноше нием, зависящим от указанных передаточных отношений коробок 21 и 22. Коммутируя ключи 171-17 и 241-24 в различных сочетаниях (по два ключа одновременно), можно получать очень большое число значений общего передаточного отношения. Так, если в каждой из коробок 21, 22 (фиг.4) на соответствующем конусе-элементе имеется по десять рабочих кольцевых электродов, управляемых десятью соответствующими ключами, то в системе из каскадного соединения двух коробок 21, 22 (фиг.4), управляемых всего двадцатью ключами 17i-17 и 24i-24 (фиг.5), можно получить не менее ста разных значений общего передаточного отношения. При этом все сто значений общего передаточного отношения меняются чисто электрически, с помощью управляющего устройства 20 (фиг.5) или компьютера.

Следующим вариантом предлагаемого устройства является вариант по фиг.7, который отличается от варианта коробки передач по фиг.1 лишь тем, что рабочие кольцевые электроды 13 на конусе-элементе 2 слиты, соединены друг с другом в один большой электрод 13 (например, ступенчатого кольцевого типа), который расположен напротив всех последовательно установленных кольцевых электродов 10 (фиг.7). Схема питания электродов 10 и 13 коробки (фиг.7), которая дана на фиг.8, по сути аналогична ранее описанной схеме фиг.2. Большой (ступенчатый) электрод 13 элемента 2 (фиг.7, 8) через промежуточные или контактные электроды 9, 14 может быть подключен к цепям всех ключей 17i-17 (фиг.З), которые управляют работой коробки (фиг.7). В целом вариант по фиг.7 проще, чем вариант по

фиг.1, поскольку для подвода электричества к одному (но большому) электроду 13 вращающегося конуса-элемента 2 требуется всего одна пара контактных электродов 9, 14 (фиг.7р). Работает вариант фиг.7 и 8 аналогично варианту фиг. 1-3. для управления вариантом фиг.7 и 8 можно применять все ту же схему фиг.З.

Разобрав более простые варианты, можно отметить, что возможны и более сложные (многоступенчатые) варианты коробки передач. Один из таких вариантов показан на фиг.9. Данный вариант (фиг.9) строится на базе варианта фиг.7, но представляет собой более сложную (многоступенчатую) передачу с увеличенным числом передаточных отношений, которые можно менять чисто электрическим путем. Из фиг.9 видно, что помимо ранее описанных кону- сов-эле энтов 1 и 2 с сопутствующимидета- лями и электродами, в данном варианте коробки передач установлены еще и конусовидный передающий элемент 24 и вал 25. Вал 25 соединен с конусовидным передающим элементом 24 (они оба могут вращаться), а конусовидный передающий элемент 24 (как и элемент 1) выполнен полым. Внутри конуса-элемента 24 установлен неподвижный конусовидный выступ 26, на котором установлены контактные электроды 27, Напротив электродов 27 на конусе- элементе 24 установлены контактные электроды 28, которые могут соприкасаться с электродами 27,а на внешней поверхности конуса-элемента 24 расположены кольцевые электроды 29, которые являются рабочими и соединены с соответствующими контактными электродами 28 проводниковыми перемычками 30. Конус-элемент 24 (фиг.9) с сопутствующими деталями и электродами практически аналогичен конусу-элементу 1, имеющему аналогичные детали и электроды. Валы 3,4, 25 могут быть выполнены длинными (сквозными), они могут опираться на подшипники корпуса 7. Дополнительно соединенные с валами вращающиеся конусовидные элементы 1, 2, 24 могут также (дополнительно) опираться и на вращающиеся уплотнения 31, роль которых могут выполнить герметичные подшипники скольжения. Неподвижные части коробки (корпус 7 и выступы 5, 6, 26) закрашены косыми линиями, вращающиеся части (валы 3, 4, 25 и конусы-элементы 1, 2, 24) условно не закрашены.

При выполнении коробки по варианту фиг.9 электрореологическая жидкость 16 находится в зазорах между электродами 10 и 13, а также между электродами 13 и 29.

Система управления и питания коробкой (фиг.9) во многом аналогична описанным системам управления и питания предыдущих вариантов. Так, питание рабочих электродов 10,13 и 13,29 можно осуществлять по схеме (фиг.10, где видно, что электроды коробки подключаются к двухпо- зиционным реле или ключам 32 и 33, питание которых осуществляется от источника

0 34 постоянного или переменного напряжения. При указанном управляющие обмотки реле-ключей 33 и 32, являющиеся входами данных ключей, подключаются (фиг.11) к соответствующим выходам управляющего ус5 тройства 35, которое может быть выполнено аналогично управляющему (или коммутирующему) устройству по фиг.5. Управляющее устройство 35 может коммутировать ключи 32 и 33 (фиг. 11) в различных сочетаниях по

0 два ключа одновременно (один - из группы ключей 32 и один - из группы ключей 33). На фиг. 10 все реле-ключи 32 и 33 показаны в положении отключения их контактов от источника 34 (т.е. в исходном положении).

5 Соответственно при включении (или коммутации) устройством 35 (фиг.11) двух ключей

32и 33 данные реле-ключи изменяют положения своих контактов, т.е. у ключа 32 контакт переходит вправо (фиг. 10), а у ключа 33

0 контакт переходит влево (фиг.Ю), в результате указанные (коммутируемые) ключи 32 и

33подключают соответствующие электрбды 10 и 29 к полюсу источника 34, противоположному полюсу источника 34, соединенно5 го с общим электродом 13, и между данными рабочими электродами (10,29,13) возникает разность потенциалов; которая и дает сцепление между элементами 1, 2. 24 (фиг.9) в местах расположения запитанных электро0 дов. Вращение с вала 3 через элемент 2 (на валу 4) передается на элемент 24, насаженный на выходной вал 25. Передаточное отношение при такой передаче определяется соотношениями диаметров конусов-эле5 ментов 1,2, 24 у колец запитанных электродов 10, 13, 29. Меняя сочетания ключей 32, 33 (по два), можно соответственно менять и значения передаточного отношения. В качестве примера можно указать, что при пяти

0 ключах 32 (фиг.11) и пяти ключах 33, что соответствует, естественно, пяти электродам 10 (фиг.9) и пяти электродам 29, в коробке передач (фиг.9) можно получить не менее 25 разных значений передаточного отноше5 ния. Соответственно, если взять коробку (фиг.9) с десятью электродами 10 и десятью электродами 29, то можно, естественно, получить не менее 100 разных значений передаточного отношения. В целом, коробка по фиг.9 по своим функциональным возможностям близка к каскадному соединению коробок 21 и 22 (фиг А 5).

У коробки передач (фиг. 12) сцепление конусов-элементов 1 и 2 выполнено внутренним, для чего конус элемента 2 помещен внутрь конуса элемента 1. Исходя из этого (фиг. 12) конус-элемент 1 помещается в конусообразное отверстие (или расточку) корпуса 7, на стенках которого устанавливаются контактные электроды 8, соприкасающиеся с электродами 11 элемента 2. Между электродами 10 элемента 1 и общим электродом 13 элемента 2 находится электрореологическая жидкость 16. Схемы питания и управления варианта (фиг.12) можно использовать прежние (фиг.8 и 3). При работе, изменяя положение ключей 17i-17 (фиг.З), можно запитывать определенные из электродов 10 (фиг.12), от чего во внутреннем сцеплении элемента 1 и элемента 2 изменяется передаточное отношение. Таким образом в данном варианте (фиг.12), как и во всех предыдущих, передаточное отношение передачи меняется электрически, т.е. с помощью простой перекоммутации ключей- реле с помощью электрического управляющего устройства или компьютера.

Формула изобретения

1.Передача, содержащая корпус, размещенные в нем с возможностью вращения по крайней мере два передающих элемента, установленные с зазором между рабочими поверхностями, размещенную в зазоре электрореологическую жидкость, установленные на рабочих поверхностях передающих элементов электроды и связанный с ними блок управления, отличающая- с я тем, что, с целью расширения эксплуатационных возможностей, передающие элементы выполнены конусообразными, электроды выполнены в виде колец и по крайней мере, на одном передающем элементе установлены последовательно,а блок управления выполнен в виде электрических ключей, связанных с соответствующими лектродами.

2.Передача по п.1, отличающая- с я тем, что она снабжена, по крайней мере одним первым дополнительным электродом, установленным на свободной поверхности передающего элемента и соединенным с соответствующим кольцевым электродом последнего, и по крайней мере одним вторым дополнительным электродом, неподвижно закрепленным на корпусе напротив первого дополнительного электрода, по крайней мере один из дополнительных электродов выполнен в виде кольца, а по крайней мере один из основных кольцевых электродов связан с соответствующим ключом через соответствующую пару дополнительных электродов.

3.Передача по пп. 1и 2, отличающая с я тем, что на корпусе выполнен по крайней мере один конусообразный выступ, а по крайней мере один передающий элемент выполнен с конусообразной расточкой и установлен коаксиально конусообразному выступу.

4.Передача по пп.1-3, о т л и ч а ющ а я- с я тем, что один из передающих элементов

- внутреннего зацепления, в корпусе выполнено конусообразное отверстие, наружная поверхность конусообразного передающего элемента внутреннего зацепления выпол- нена конусообразной, а последний размещен коаксиально в конусообразном отверстии.

5.Передача по пп.1-4, отличающаяся тем, что все дополнительные электроды выполнены кольцевыми.

6.Передача по пп.1-5, отличающаяся тем, что расположенные друг напротив друга дополнительные кольцевые электроды установлены с радиальным зэзором,

7.Передача по пп.1-5, отличающаяся тем, что расположенные друг напротив друга дополнительные кольцевые электроды установлены с возможностью

контакта.

8.Передача по пп,1-7, отличающаяся тем, что основные кольцевые электроды на рабочей поверхности одного из передающих элементов соединены между

собой.

-9. Передача по пп,1-8, отличающаяся тем, что она снабжена по крайней мере одним дополнительным конусообразным передающим элементом наружного зацепления, выполненным аналогично одному из основных передающих элементов и взаимодействующим с по крайней мере, одним из основных передающих элементов, а в зазоре вдоль рабочей поверхности дополнительного передающего элемента помещена электрореологическая жидкость.

10. Передача по пп.1-9, отличающаяся тем, что поверхность по крайней

мере одного кольцевого электрода - цилиндрическая.

4/Vxl

2/У

/И

Использование: машиностроение, приводы различных машин и механизмов. Сущность изобретения: передача содержит корпус и размещенные в нем два передающих элемента, установленные с зазором между рабочими поверхностями. На рабочих поверхностях передающих элементов последовательно расположены цилиндрические электроды. 8 зазоре размещена электрореологическая жидкость. Блок управления, выполненный в виде электрических ключей, подключает соответствующие электроды к источнику напряжения. В зазоре между электродами возникает электрическое поле, под действием которого электрореологическая жидкость меняет свою вязкость (затвердевает). 9 з.п. ф-лы, 12 ил.

I УЯГ j1 :

-Ьг

12

rrff

Тут

15

Ю 13

№

1/J Фиг. г

22

21

23

J-

Фиг 4

Фиг.1

20

т-тт

Юа %

Фиг.З 20

Фиг. 5

18

i I ;

8

11 10

1В 13

м

(Риг. 6

Фиг.1

Ј

.X.

штШШШ

Щи г. 9

я

I

фиг П

13 ft 8

10

ft