RU2222735C1

RU2222735C1 - Friction-type variable-speed drive

Info

Publication number: RU2222735C1
Application number: RU2002128099/11A
Authority: RU
Inventors: Д.М. Белый
Original assignee: Ульяновский государственный технический университет
Priority date: 2002-10-18
Filing date: 2002-10-18
Publication date: 2004-01-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: invention can be used in mechanisms where maintaining of stable speed of rotation of rotation of driven shaft is required. Proposed friction-type variable-speed drive contains driving disk friction member 1 and driven disk friction member 2 installed on relatively perpendicular axles. Driving member 1 is made in from of axially magnetized permanent magnet and is provided with possibility of limited reciprocation along radius of driven member 2. Driven member 2 is hollow. Flexible porous ring gasket 4 made of magnetic rubber is freely fitted in peripheral part of space 3. gasket 4 is fixed in space over its outer end face surface. Free space of space 3 is filled with liquid 6. EFFECT: provision of automatic change of gear ratio to ensure constant rotation of driven shaft. 2 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в механизмах с необходимостью поддержания стабильной скорости вращения ведомого вала. The invention relates to mechanical engineering and can be used in mechanisms with the need to maintain a stable speed of rotation of the driven shaft.

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/. Known friction variator with variable gear ratio, containing conical or disk and cylindrical friction elements mounted on shafts made of materials with different sliding friction coefficients / cm. Pronin B. N. et al. Stepless V-belt friction gears / variators /. - M.: Mechanical Engineering, 1967, p. 253 /, there are known constructions in which an additional conical or disk friction element is made of two parts, one of which is made with the possibility of limited reciprocating movement along an axis or radius relative to the other part / cm. A.S. USSR 1272034, class 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. The disadvantages of these friction variators are limited functional operational capabilities. This is because the variators allow you to change their gear ratio only in the process of special adjustment by applying forces along the axis of the friction element to offset its component parts relative to each other. However, these variators do not automatically change their gear ratio during operation and, all the more, provide such a change in the constancy of the speed of the driven shaft, which is necessary in whole classes of control and stabilization mechanisms.

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. The closest device of the same purpose to the claimed invention in terms of features is a friction variator containing leading and driven disk friction elements mounted on mutually perpendicular axes, the first of which has the possibility of limited reciprocating movement along the radius of the second element by performing a driven element in two parts , one of which is fixed to the other with the possibility of elastic radial movement / cm A.S. USSR 1486668, class F 16 H 15/18, 1987 /, and adopted as a prototype.

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. The disadvantages of this prototype device are limited functionality, which is explained by the inability to automatically change the gear ratio directly during operation and, accordingly, the inability to provide such a change in the constancy / stability / rotation speed of the driven shaft.

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. The essence of the invention lies in the creation of a friction variator, which automatically maintains a constant speed of rotation of the driven shaft during operation by changing the gear ratio by automatically restructuring the contact point of the driving and driven friction elements using centrifugal inertia forces of a rotating fluid and magnetic forces for this purpose.

Технический результат - автоматическое изменение передаточного отношения вариатора для обеспечения постоянной скорости вращения ведомого вала. The technical result is an automatic change in the gear ratio of the variator to ensure a constant speed of rotation of the driven shaft.

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. The specified technical result in the implementation of the invention is achieved by the fact that in the friction variator containing mounted on mutually perpendicular axes leading and driven disk friction elements, the first of which has the possibility of limited reciprocating movement along the radius of the second element, the feature is that the leading disk the element is made in the form of an axially magnetized permanent magnet, and the driven disk element is hollow, while in the peripheral part of the polo The elastic porous annular gasket of magnetic rubber is freely installed with its fixation in the cavity along the outer end surface of the ring, and the free space of the cavity is filled with liquid.

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. The invention is illustrated by drawings, where figure 1 schematically shows the proposed variator, a General view with a cross section; figure 2 is a top view of figure 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. Friction variator contains mounted on mutually perpendicular axes leading 1 and slave 2 disk friction elements, while the leading element 1 has the possibility of limited reciprocating movement along the radius of the driven element 2 and is made in the form of an axially magnetized permanent magnet, and the driven disk element 2 is made hollow , while in the peripheral part of the cavity 3 in the disk element 2 is freely installed elastic porous annular gasket 4 of magnetic rubber with its fixation in the cavity 3 to n ruzhnoy end surface of the ring 4 by a fixing material / adhesive / 5 and the cavity 3 is filled with a liquid space 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. The operation of the device is as follows. In the static state of the device in the absence of rotation / cm. figure 1, figure 2 / the elastic ring gasket 4 of magnetic rubber is not deformed, the liquid 6 occupies the entire free volume of the cavity 3, and the leading element 1, made in the form of a disk permanent magnet, due to the forces of magnetic interaction with the magnetic gasket 4 and the possibility the reciprocating movement along the radius of the driven element 2 is automatically set symmetrically between the inner circumference of the strip 4 and its periphery.

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. When a rotation mode occurs under the action of centrifugal forces, the fluid 6 tends to shift to the periphery of the cavity 3, which leads to uniform deformation of the elastic porous strip 4 in radial directions. Since the latter is freely installed in the cavity 3 and is fixed only along the outer contour, such deformation will lead to an increase in the inner diameter of the gasket 4, that is, to a decrease in its width. Naturally, the leading element / permanent magnet / 1 due to the forces of magnetic interaction with the gasket 4 monitors its deformation and along with it moves along the radius of the driven element 2 in the direction to the periphery of the latter.

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. When, for some reason, the angular velocity of the driving element 1 and, accordingly, of the driven element 2 increases, the centrifugal forces acting on the elastic gasket 4 from the liquid side 6 increase. This causes the gasket 4 to deform and shift to the periphery of the cavity 3. Driving link / constant the magnet / 1 due to the connection with the gasket 4 by the forces of magnetic interaction tends to still be located symmetrically relative to the external and internal contours of the gasket 4, as a result of which it is shifted in the radial direction towards the periphery of the driven element 2. As a result, the frictional / simultaneously with the magnetic / contacting of the leading 1 and driven 2 elements occurs over a large radius of the element 2, that is, the gear ratio automatically changes, which will cause a reduction in the angular velocity of the driven element 2 at the same speed of the driving element 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. The necessary selection of structural and technological design parameters: fluid density 6, radial stiffness of the strip 4, geometric dimensions of the structure, etc. it is possible to achieve the stability of the angular velocity of the driven element 2 in a fairly wide range. Thus, the automatic change in the gear ratio between elements 1 and 2 allows you to maintain a stable angular velocity of the driven element 2 with variations in the angular velocity of the driving element 1. The magnetic characteristics of the permanent magnet 1 and gaskets 4 of magnetic rubber are selected so that the forces of magnetic interaction between these elements , on the one hand, they were sufficient for the joint displacement of magnet 1 with the gasket 4 in the radial direction, and on the other hand, they would provide the necessary fritz the ion contact when the disk 1 is rolling along the disk 2 in the circumferential direction, that is, they would not allow the disk 1 to slip during rolling / if the magnetic interaction forces are small /, but would not exclude the possibility of rolling due to the significant magnitude of the magnetic interaction forces.

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. At low angular velocities, liquid 6 with a higher density than water can be used to provide the necessary centrifugal force. With a relatively narrow range of stabilized angular velocities, however, with more stringent accuracy requirements, gasket 4 is made of ordinary porous rubber, and a magnetic rubber ring is fixed along its inner contour. This allows you to more accurately bind the permanent magnet 1 to the magnetic pad, but limits the range of power characteristics by reducing the forces of magnetic interaction between a thin ring of magnetic rubber and a permanent magnet 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. The proposed device is extremely simple in design, makes it possible to reconstruct and adjust its parameters in an extremely wide way, and most importantly - dramatically expands the functionality of the devices, allowing the angular speed of the driven link to be stabilized over fairly wide limits due to the automatic adjustment of its gear ratio.

Claims

Friction variator containing mounted on mutually perpendicular axes leading and driven disk friction elements, the first of which has the possibility of limited reciprocating movement along the radius of the second element, characterized in that the leading disk element is made in the form of an axially magnetized permanent magnet, and the driven disk element made hollow, while in the peripheral part of the cavity is freely installed elastic porous annular gasket of magnetic rubber with fixing it in p Lost on the outer end surface of the ring and the free space of the cavity filled with liquid.