Фрикционный конический вариатор

 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в механизмах с необходимостью поддержания стабильной скорости вращения ведомого вала. Фрикционный вариатор содержит установленные в корпусе на валах 4, 5 ведущий 1 и ведомый 2 фрикционные конические элементы. Ведомый элемент 2 выполнен в виде полой камеры в форме усеченного конуса, частично заполненного ферромагнитной жидкостью 7. Основания 8 и 9 камеры выполнены жесткими. Коническая боковая поверхность камеры выполнена в виде набора тонких, равномерно отстоящих друг от друга колец 10 с плавно изменяющимся диаметром, жестко установленных на валу 5 с помощью спиц 11. Кольца 10 покрыты пленкой 12, свободно надетой на образованную кольцами поверхность и закрепленную по всему периметру колец 10. Постоянный магнит 13 выполнен в виде аксиально намагниченного диска и установлен на меньшем основании 9 камеры. Технический результат - расширение функциональных возможностей вариатора за счет обеспечения стабильной скорости вращения ведомого вала, повышение надежности вариатора. 2 ил.

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

Известен фрикционный конический вариатор с изменяемым передаточным отношением, содержащий установленные в корпусе на параллельных валах фрикционные конические элементы и промежуточный элемент, размещенный между ними (см. Пронин Б.А., Ревков Г.А. Бесступенчатые клиноременные и фрикционные передачи (вариаторы). М.: Машиностроение, 1980, с. 300.

Недостатком данного вариатора являются ограниченные функциональные возможности, что объясняется невозможностью вариатора автоматически в процессе работы изменять свое передаточное отношение и обеспечивать, тем самым, постоянство скорости вращения ведомого вала, что необходимо в целом классе механизмов регулирования, стабилизации и т.п.

Известен также фрикционный конический вариатор, содержащий корпус, размещенные в нем и взаимодействующие между собой ведущий и ведомый конусы с параллельными осями и генератор магнитного поля, имеющий возможность перемещения вдоль образующей конусов, при этом рабочая поверхность одного из конусов выполнена из упругого пористого материала, пропитанного ферромагнитной жидкостью (см. а.с. СССР 1240981, кл. F 16 Н 15/01, 1984).

Недостатком данного вариатора является чрезвычайная сложность конструкции. Однако главный недостаток в том, что вариатор способен изменять свое передаточное отношение не автоматически в процессе работы, а только в процессе специальной регулировки путем перемещения электромагнита, отверждения определенного участка слоя рабочей поверхности конуса и изменения, тем самым, места контактирования конусов. Это резко ограничивает функциональные возможности известного вариатора, не позволяя автоматически поддерживать неизменной скорость вращения ведомого вала при вариациях скорости вращения ведущего вала.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является фрикционный конический вариатор, содержащий ведущий и ведомый фрикционные конические элементы, установленные в корпусе на параллельных валах, размещенный между ними промежуточный элемент в виде слоя ферромагнитной жидкости и постоянный магнит, установленный на параллельных валах с возможностью осевого перемещения в полостях конических элементов (см. а. с. СССР 1193338, кл. F 16 Н 15/01, 1984), и принятый за прототип.

Недостатками данного устройства, принятого за прототип, являются ограниченные функциональные и эксплуатационные возможности, что объясняется невозможностью автоматического изменения передаточного отношения вариатора непосредственно в процессе его работы и, соответственно, невозможностью обеспечить таким изменением постоянство (стабильность) скорости вращения ведомого вала. Изменение передаточного отношения в устройстве-прототипе осуществляется в процессе специальной регулировки путем перемещения постоянного магнита вдоль валов и смещения, тем самым, промежуточного контактирующего элемента (ферромагнитной жидкости) относительно конических элементов. Кроме того, известное устройство имеет низкую надежность за счет большой вероятности нарушения контакта конических элементов через жидкость при тряске, вибрациях и т.п.

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

Технический результат - расширение функциональных возможностей вариатора за счет обеспечения стабильной скорости вращения ведомого вала, а также повышение надежности вариатора.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном фрикционном коническом вариаторе, содержащем ведущий и ведомый фрикционные конические элементы, установленные в корпусе на параллельных валах и отделенные друг от друга радиальным зазором, постоянный магнит и ферромагнитную жидкость, особенность заключается в том, что ведомый элемент выполнен в виде полой камеры в форме усеченного конуса, частично заполненной ферромагнитной жидкостью, при этом основания камеры выполнены жесткими, а боковая коническая поверхность камеры выполнена в виде набора тонких, равномерно отстоящих друг от друга колец с плавно изменяющимся диаметром, жестко установленных на валу с помощью радиальных спиц и покрытых снаружи эластичной пленкой, свободно надетой на образованную кольцами коническую поверхность и закрепленной по всему периметру колец, а постоянный магнит выполнен в виде аксиально намагниченного диска, установленного на меньшем основании камеры.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично изображен предлагаемый вариатор, общий вид с продольным разрезом; на фиг.2 - сечение по А-А на фиг.1.

Фрикционный конический вариатор содержит ведущий 1 и ведомый 2 фрикционные конические элементы, установленные в корпусе 3 на параллельных осях (валах) 4, 5 и отделенные друг от друга радиальным зазором 6, при этом ведомый элемент 2 выполнен в виде полой камеры в форме усеченного конуса, частично заполненной ферромагнитной жидкостью 7, причем основания 8, 9 камеры выполнены жесткими, а боковая коническая поверхность камеры выполнена в виде набора тонких, равномерно отстоящих друг от друга колец 10 с плавно изменяющимся диаметром, жестко установленных на валу 5 с помощью радиальных спиц 11 и покрытых снаружи эластичной пленкой 12, свободно надетой на образованную кольцами 10 коническую поверхность и закрепленной по всему периметру колец 10, а на меньшем основании 9 камеры установлен постоянный магнит 13, выполненный в виде аксиально намагниченного диска.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

В статическом состоянии при отсутствии вращения (это состояние не показано) ферромагнитная жидкость 7 под действием магнитных сил находится вблизи постоянного магнита 13, то есть у меньшего основания 9 конической камеры ведомого звена 2. При этом жидкость 7 распирает эластичную пленку 12 в зоне между меньшим основанием 9 и ближайшим к нему кольцом 10, вызывая выпучивание пленки 12 в данной зоне и контактирование по всему периметру "выпучивания" ведущего 1 и ведомого 2 конических элементов. При вращении ведущего 1 и соответственно ведомого 2 элементов жидкость 7 под действием центробежных сил устремляется к периферии конической камеры 2 в сторону увеличения диаметра камеры. При некотором смещении жидкости 7 (например, в зону между вторым и третьим по счету кольцами 10 со стороны меньшего основания 9, см. фиг.1) достигается равновесие действующих на жидкость 7 центробежных сил и сил магнитного взаимодействия, в результате чего в указанной зоне происходит контактирование ведущего 1 и ведомого 2 звеньев. Данное место контактирования (точнее радиусы ведущего 1 и ведомого 2 звеньев в данном месте) и обуславливают величину передаточного отношения вариатора. Очевидно, что точным выбором конструктивно-технологических параметров вариатора (магнитных характеристик жидкости 7 и постоянного магнита 13, массой и плотностью жидкости 7, геометрическими размерами камеры 2 и т.п.) обеспечивается заданная величина угловой скорости ведомого вала 5 (заданное передаточное отношение) при определенной угловой скорости ведущего вала 4. При увеличении по какой-либо причине угловой скорости ведущего элемента 1 и, соответственно, ведомого элемента 2 увеличиваются центробежные силы, действующие на жидкость 7. Под действием этих сил жидкость 7 сразу же удаляется от меньшего основания 9 в сторону больших диаметров конуса 2, в эту же сторону смещается соответственно и зона выпучивания эластичной пленки 12, то есть место контактирования ведущего 1 и ведомого 2 звеньев автоматически смещается в сторону меньшего радиуса ведущего элемента 1 и соответственно большего радиуса ведомого элемента 2. Это равносильно уменьшению передаточного отношения вариатора, то есть автоматическому уменьшению скорости вращения ведомого элемента 22. При правильном подборе конструктивно-технологических параметров вариатора не сложно добиться стабильности угловой скорости ведомого элемента 2 в достаточно широком диапазоне изменения угловых скоростей ведущего звена 1. Таким образом, автоматическое изменение передаточного отношения между элементами 1 и 2 непосредственно в процессе работы вариатора позволяет поддерживать стабильную угловую скорость вращения ведомого элемента 2.

Предлагаемое устройство имеет сравнительно простую конструкцию, дает возможность чрезвычайно широким образом перестраивать и регулировать свои параметры. Устройство резко расширяет функциональные возможности известных устройств данного класса за счет возможности стабилизации в широких пределах скорости вращения ведомого вала путем автоматической перестройки своего передаточного отношения непосредственно в процессе работы. Устройство имеет повышенную надежность за счет надежного контакта элементов и уменьшения вероятности вытекания жидкости из корпуса, а также исключения необходимости перемещения магнита.

Формула изобретения

Фрикционный конический вариатор, содержащий ведущий и ведомый фрикционные конические элементы, установленные в корпусе на параллельных валах и отделённые друг от друга радиальным зазором, постоянный магнит и ферромагнитную жидкость, отличающийся тем, что ведомый элемент выполнен в виде полой камеры в форме усеченного конуса, частично заполненной ферромагнитной жидкостью, при этом основания камеры выполнены жесткими, а боковая коническая поверхность камеры выполнена в виде набора тонких, равномерно отстоящих друг от друга колец с плавно изменяющимся диаметром, жестко установленных на валу с помощью радиальных спиц и покрытых снаружи эластичной пленкой, свободно надетой на образованную кольцами коническую поверхность и закрепленной по всему периметру колец, а постоянный магнит выполнен в виде аксиально намагниченного диска, установленного на меньшем основании камеры.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2