Конический фрикционный 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.

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.

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).

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.

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.

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.

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.

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.

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.