Электромагнитные муфты

В современных станках широко используют фрикционные электромагнитные муфты. Такие муфты отличаются простотой управления и малыми размерами. Их используют для пуска, торможения, реверсирования и переключения ступеней скорости кинематических цепей станков в главном приводе и в приводах подачи. Электромагнитные муфты позволяют переключать скорости и подачи во время работы станка как вхолостую, так и под нагрузкой. Кроме того, время срабатывания таких муфт очень мало, и это позволяет использовать их в следящих системах электрокопировальных станков. Частота срабатывания муфт в таких системах доходит до 50 раз в секунду и более.

Выпускаемые электромагнитные муфты рассчитаны на номинальный передаваемый момент 250–1600 Н·м. Для питания муфт используют постоянный Электромагнитные муфты ток напряжением в 24 В. По способу подвода тока муфты делят на контактные и бесконтактные, а по конструкции фрикционного узла – на муфты с магнитопроводящими и вынесенными дисками.

По области применения электромагнитные муфты делят на масляные, сухие и быстродействующие. Масляные муфты предназначены для включения и переключения степеней скорости кинематических цепей при больших значениях передаваемых моментов и возникающих при этом сравнительно длительных проскальзываниях ведущих и ведомых дисков. Для отвода выделяющегося при этом тепла муфты работают в масляной среде. Сухие муфты работают без масла в зоне трения, их применяют преимущественно для переключения ступеней скорости в момент относительно неподвижного состояния вращающихся частей кинематический цепи.

При необходимости Электромагнитные муфты быстрых переключений применяют быстродействующие муфты. Они рассчитаны на коммутацию полупроводниковыми ключами с резким разрывом цепи и воздействием коротких (1–10 мс) формирующих импульсов 10–15-кратного напряжения. В зависимости от габарита (от 0,5 до 12) время нарастания передаваемого момента до 0,9 его номинального значения составляет 4–20 мс, а время снижения момента до 0,3 его номинального значения 1,8–14 мс.

Фрикционная быстродействующая электромагнитная муфта контактного исполнения с магнитопроводящими дисками показана на рис. 2.21а. Один вывод катушки 4, размещенной в кольцевом сердечнике 1, соединен с ее корпусом, а другой – с металлическим кольцом 3, отделенным от сердечника изолирующим кольцом 2. Ток к катушке подводится через корпус станка и неподвижную щетку (на рис. не показана), прижатую к вращающемуся Электромагнитные муфты кольцу 3. При пропускании тока через катушку 4 образуется магнитный поток Ф, и якорь 8 притягивается к сердечнику 1. Ведущие фрикционные диски 5 и 7 сцепленные с втулкой 11, жестко сидящей на валу 12, сжимаются якорем 8 с ведомым диском 6. Поводком 9 крутящий момент передается с диска 6 зубчатому колесу 10. При отключении тока якорь отталкивается сжатыми пружинящими дисками 5, 6 и 7 и муфта расцепляет вал 12 и зубчатое колесо 10.

Электромагнитная быстродействующая муфта бесконтактного исполнения с магнитопроводящими дисками показана на рис. 2.21б. Катушка 4 расположена в сердечнике-катушкодержателе 2, неподвижно закрепленном в корпусе 3 станка.

Рис. 2.21. Электромагнитные муфты



При пропускании тока через катушку 4 магнитный поток замыкается через зазор между катушкодержателем 2 и вращающимся вместе с валом 5 корпусом Электромагнитные муфты 1 муфтой. Из-за наличия дополнительных зазоров магнитодвижущая сила катушки должна быть увеличена на 25–30 %. В дальнейшем процесс протекает так же, как и у муфты, описанной выше.

Магнитопроводящие диски электромагнитных муфт имеют толщину 0,4 – 2,5 мм. Их изготовляют из закаленной стали, остаточным магнетизм которой недостаточен для того, чтобы воспрепятствовать полному расцеплению муфты. После отключения муфты ее остаточный момент не превосходит 1 % от номинального. В средней части диски имеют отверстия, расположенные по кольцу, что уменьшает замыкание потока через эту часть дисков. При этом возрастает поток, замыкающийся через якорь, и повышается сила сцепления.

Для торможения быстровращающихся валов применяют тормозные муфты. Такая муфта с магнитопроводящими дисками в бесконтактном Электромагнитные муфты исполнении показана на рис. 2.21в. На валу 9 закреплена втулка 1, по которой вдоль оси вала перемещаются ведущие и ведомые диски 6. Ведущие диски зацепляются со шлицами втулки 1, а ведомые – с неподвижным относительно корпуса 8 станка поводком 4. При пропускании тока через катушку 3, закрепленную в неподвижном относительно корпуса станка катушкодержателе 2, якорь 7 притягивается к катушкодержателю и сжимает ведущие и ведомые диски, вызывая торможение вала 9.

Во время работы электромагнитных муфт в результате трения дисков друг о друга выделяется значительное количество тепла, особенно при реверсировании и торможении. Для охлаждения дисков применяют принудительный полив их маслом через специальные отверстия 5.

Если требуется передать увеличенный момент, а быстродействие несущественно, применяют электромагнитные муфты Электромагнитные муфты с вынесенными дисками (рис. 2.21г) в бесконтактном исполнении. При пропускании тока через катушку 3, размещенную в катушкодержателе 2, вращающемся вместе с втулкой 1 и валом 11, возникает магнитный поток Ф, в результате чего к катушкодержателю 2 притягивается якорь 4. Якорь тягами 10 соединен с нажимным диском 9, который прижимает ведущие 6, 8 и ведомый 7 фрикционные диски к упору 5. Упор можно перемещать в осевом направлении и закреплять в положении, обеспечивающем необходимую силу сжатия фрикционных дисков. Эти диски изготовляют стальными или снабжают их накладками из материала с повышенными фрикционными свойствами. Применение бесконтактных электромагнитных муфт с вынесенными дисками ограничено из-за их значительно больших размеров.

В отечественном станкостроении на Электромагнитные муфты основе электромагнитных муфт и в течение многих лет используют автоматические коробки перемены передач (АКП, ранее они обозначались АКС). Они предназначены для автоматизированного привода главного движения станков. АКП могут работать с одно- или многоскоростными асинхронными двигателями, а так же с двигателем постоянного тока. В первом случае возможно дискретное изменение на ходу скорости на выходном валу. Скорость регулируется посредством переключения электромагнитных муфт с магнитопроводными дисками и бесконтактным токопроводом. Зубчатые колеса коробки находятся в постоянном сцеплении (передвижение колес или их блоков отсутствует). Электромагнитные муфты за весь срок службы не требуют никакого обслуживания и нуждаются лишь в периодическом смазывании. АКП имеет от 4 до Электромагнитные муфты 18 ступеней скорости со знаменателями ряда от 1,25–3,2. На выходном валу АКП развивают номинальный момент в пределах 63–1000 Н·м.

Поскольку все неработающие зубчатые колеса находятся в постоянном зацеплении, в АКП имеют место повышенные потери мощности. АКП имеют многочисленные исполнения, дающие возможности применения различных способов пристройки их к станку.

Для питания электромагнитных муфт обычно применяют полупроводниковые выпрямители (рис. 2.22).

Муфты включают и отключают контактами К1, К1 и т. д. (рис. 2.22а). При отключении муфты исчезающее магнитное поле наводит в ее катушке ЭДС большой величины. Эта ЭДС может вызвать пробой изоляции катушки. Для снижения ЭДС применяют разрядные резисторы R1, R2. ЭДС самоиндукции направлена в сторону убывающего Электромагнитные муфты тока; под ее действием по замкнутому контуру будет некоторое время протекать затухающий ток, которой замедлит изменение магнитного потока и уменьшит ЭДС. Вентили VD1, VD2 не пропускают тока через разрядные резисторы R1, R2, когда муфты включены, и в это время не будет потерь энергии в резисторах.

Рис. 2.22. Схемы включения электромагнитных муфт

Скорость нарастания вращающего момента можно увеличить, повысив напряжение питания на время срабатывания муфты (форсирование). Для этого последовательно с обмоткой муфты включают резистор R2 (рис. 2.22б), шунтированный конденсатором С. Муфту включает контакт К1, подающий на нее большой зарядный ток конденсатора. Когда конденсатор зарядится, он перестает пропускать ток. Сопротивление резистора R2 подбирают так Электромагнитные муфты, чтобы сила тока при повышенном напряжении была равна номинальному значению силы тока.

В станкостроении применяют так же электромагнитные порошковые муфты. У этих муфт зазор между сцепляющимися поверхностями заполнен текучими или сыпучими смесями, главной составной частью которых являются железные порошки.

Помимо них в состав смеси вводят минеральные масла или порошки окисей металлов, назначение этих частей смеси – предотвратить слипание частиц железа и уменьшить трение между ними. В магнитном поле такая смесь обращается в пластический слой, сцепляющий между собой полумуфты и создающий значительное сопротивление сдвигу. Изменяя магнитный поток, можно управлять вязкостью пластического слоя и величиной сопротивления сдвигу.

Для магнитных смесей употребляют Электромагнитные муфты порошки карбонильного железа или порошки, полученные методом распыления жидкого металла. Средний диаметр частиц порошка карбонильного железа 4–10 мкм. Частицы карбонильного железа должны быть разделены средой, защищающей их от механического разрушения вследствие трения и окисления и от слипания. Обычно применяют жидкую смесь порошка карбонильного железа с маловязким маслом типа трансформаторного. Содержание железа в смеси в среднем 0,3–0,45 (по объему). В порошковых муфтах с жидкой смесью употребляют уплотнительные резиновые кольца, предотвращающие вытекание смеси. В муфтах с сыпучей смесью применяют лабиринтные и магнитные уплотнения.

Электромагнитные порошковые муфты могут работать как в режиме сцепления, так и в режиме скольжения. При работе муфты со Электромагнитные муфты скольжением момент муфты практически не зависит от частоты вращения. Это позволяет применять порошковые муфты в качестве нагрузочных устройств при испытаниях двигателей, в том числе электрических, редукторов и коробок скоростей.

Основным недостатком порошковых муфт является старение магнитной смеси, проявляющееся в уменьшении ее подвижности. При этом уменьшается передаваемый муфтой момент, поэтому требуется периодически заменять смесь. Дополнительное затруднение при эксплуатации муфты создается необходимостью обеспечения в порошковых муфтах надлежащей герметичности и непрерывного наблюдения за ее состоянием. Эксплуатационные затруднения приводят к использованию порошковых муфт в станкостроении лишь в тех случаях, когда применение фрикционных электромагнитных муфт невозможно или нецелесообразно.

Ниже изложена методика выбора электромагнитных муфт.

Номинальный Электромагнитные муфты момент электромагнитной муфты:

, (2.13)

где – максимальное значение приведенного статического момента нагрузки; К – коэффициент запаса, зависящий от характера нагрузки (K = 1,1–1,6).

Вращающий момент муфты при её включении:

, (2.14)

где – максимальное значение приведенного момента трогания механизма.

Время разгона (с) механизма муфтой с приведенным моментом инерции J (кгм2) от скорости ω1=0 до скорости ωН (рад/с) при приведенном моменте сопротивления движению МСТ (Нм):

. (2.15)

Время торможения от скорости ωН до скорости ω1=0

. (2.16)

Время реверса

. (2.17)

Средние потери (Вт) в муфте

, (2.18)

где – потери на трение при разгоне

, (2.19)

при торможении

, (2.20)

при реверсе

. (2.21)

Z – число включений в час.

Потери холостого хода муфты:

, (2.22)

где – относительная угловая скорость вращения дисков при отключенной муфте;

– момент потерь в катушке, Нм; – мощность потерь в Электромагнитные муфты катушке, Вт;

ПВ – относительная продолжительность включения, %;

– потери холостого хода муфты, Вт.

Основное неравенство при выборе электромагнитной муфты

. (2.23)


documentauorbnl.html
documentauorixt.html
documentauorqib.html
documentauorxsj.html
documentauosfcr.html
Документ Электромагнитные муфты