Муфта скольжения механическая своими руками

Добавил пользователь Morpheus
Обновлено: 18.09.2024

Щетинин Т. А.
Электромагнитные муфты скольжения. — Москва: Энергоатомиздат, 1985.

Рассмотрены принцип действия и конструкции электромагнитных муфт скольжения, электроприводов и электромеханических передач с муфтами. Изложены вопросы теории, расчета, проектирования и эксплуатации муфт, определения их оптимальных параметров и показателей при статических и динамических режимах работы с различными видами нагрузок. Описаны системы управления и охлаждения муфт.
Для инженерно-технических работников в области электрических машин и электропривода и может быть полезна студентам электротехнических вузов.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Электромагнитные муфты скольжения находят применение в регулируемых электроприводах самых различных отраслей промышленности.
Муфты скольжения используются также для пуска и разгона механизмов с большими маховыми массами или с пусковым моментом, превышающим пусковой момент двигателя. Иногда муфты применяются для регулирования ускорения и ограничения динамических нагрузок при разгоне привода, предохранения двигателя и рабочего механизма от перегрузок, безударного соединения механизма с работающим двигателем.
В связи с расширением областей применения муфт значительно возрос интерес к теоретическим и практическим вопросам, связанным с расчетом, конструированием и эксплуатацией муфт скольжения. Однако в настоящее время расчет, проектирование и изготовление муфт скольжения базируются в основном на результатах экспериментальных работ и рекомендаций, полученных при эксплуатации. Причину этого можно усмотреть в отсутствии простых и удобных для практических инженерных расчетов формул для определения основных параметров муфты, поскольку входящие в них величины не постоянны, а, в свою очередь, являются сложными функциями многих параметров. Приводимые в литературе уравнения вращающего момента не являются универсальными, не обеспечивают достаточной точности расчета всего многообразия конструкций муфт и их типоразмеров и не могут использоваться для расчета переходных процессов и решения многих других задач. Для этих целей механические характеристики муфт аппроксимируются различными уравнениями, дающими удовлетворительную точность лишь в частных случаях расчета муфт определенных типоразмеров на отдельных участках диапазона скольжений. Многие вопросы расчета параметров и показателей муфт скольжения вообще не затронуты в изданной литературе.

В предлагаемой вниманию читателей книге автор дает инженерные методы расчета оптимальных параметров магнитных систем муфт, их показателей и характеристик при статических и динамических режимах работы с нагрузками различного вида; рассматривает также новые конструкции муфт, автоматизированных электроприводов и электромеханических передач с муфтами, системы управления и охлаждения муфт.
Основная часть материалов книги отражает результаты многолетней работы автора в области теоретических и экспериментальных исследований муфт, создания новых конструкций, имеющих улучшенные показатели.
Некоторые материалы книги могут быть использованы для расчета не только муфт, но и других электромагнитных и электромеханических систем и устройств. Приведенные методы определения оптимальных параметров магнитных систем муфт могут быть применены при анализе и расчете магнитных систем различных электромагнитных механизмов. Уравнения относительных механических характеристик муфт, определяющие зависимость их формы от различных параметров, могут использоваться в применении к электродвигателям с массивным ротором.
Автор надеется, что его книга будет способствовать дальнейшему развитию и распространению в различных отраслях народного хозяйства современных конструкций муфт, приводов и передач с муфтами, повышению их технического уровня.
Автор выражает глубокую благодарность рецензенту канд. техн. наук Г. М. Фридлидеру за ряд ценных замечаний и советов, а также доктору техн. наук С. Р. Мизюрину, выполнившему большую работу по редактированию рукописи.

ВВЕДЕНИЕ

Электромагнитные муфты скольжения (называемые также индукционными, асинхронными, муфтами на вихревых токах или с массивным якорем) получили наибольшее распространение в промышленности в качестве элемента регулируемого автоматизированного электропривода переменного тока, включающего помимо муфты нерегулируемый электродвигатель и систему автоматического регулирования тока возбуждения муфты.
К достоинствам привода с муфтой скольжения относятся простота устройства и эксплуатации, низкая стоимость, высокая надежность и долговечность, малая мощность управления, облегчающая автоматизацию различных процессов и режимов работы.
Бесконтактные муфты скольжения по своей надежности и низким требованиям к обслуживанию не уступают асинхронным короткозамкнутым двигателям и даже превосходят их, имея массивный магнитопровод вместо шихтованного и простейшую кольцевую обмотку возбуждения.
По сравнению с тиристорными электроприводами постоянного и переменного тока приводы с муфтами обеспечивают более высокий коэффициент мощности на всех режимах работы и не искажают форму кривой напряжения питающей сети. Работа тиристорных электроприводов сопровождается появлением в кривой напряжения питающей сети высших гармоник, что ухудшает работу электрических машин и аппаратов, повышает потери, вызывает помехи и нарушения работы электронной аппаратуры, приборов, устройств автоматики.
Недостатками муфт скольжения являются большие потери мощности при работе на низких частотах вращения и низкий КПД, приблизительно равный отношению частот вращения ведомого и ведущего валов муфты.
Электромагнитные тормоза скольжения, являющиеся конструктивной разновидностью муфт, применяются для плавного торможения механизмов и в качестве динамометров для испытательных стендов. От тормозных устройств фрикционного типа их выгодно отличает отсутствие быстроизнашивающихся элементов, возможность плавного 0 регулирования тормозного момента и работы с высокими частотами вращения.
Электромагнитные муфты и тормоза скольжения на мощности от десятков ватт до сотен киловатт серийно выпускаются многими фирмами и предприятиями США, Англии, ФРГ, Франции, Японии, Австралии, Бельгии, ГДР, ЧССР как в отдельном исполнении, так и в комплекте с приводным электродвигателем и системой управления. В Советском Союзе выпускаются комплектные приводы с муфтами мощностью до 4,5 кВт и отдельные муфты дли приводов до 200 кВт. Опытные образцы и отдельные серии муфт различных конструкций разрабатываются и изготавливаются многими организациями с целью исследований и для комплектации выпускаемого оборудования, а в ряде случаев — для собственных нужд в эксплуатации.
Приводы с муфтами скольжения находят применение в установках систем кондиционирования, дутьевых вентиляторах мартеновских печей, насосах, полиграфических машинах, экскаваторах, земснарядах, контейнерах, буровых установках, металлорежущих станках, подъемных кранах, прокатных станах, экструдерах, волочильных станках, намоточных устройствах бумажной и текстильной промышленности, трубоволочильных станках, прессах и кузнечно-прессовых автоматах, шаровых мельницах, каландрах, центробежных разливочных машинах, шлифовальных и других станках и механизмах.
Конструктивные разновидности муфт скольжения весьма разнообразны и отличаются многими признаками, основным из которых является исполнение магнитной системы, включающей индуктор и якорь. Наибольшее распространение получили муфты с массивным якорем как наиболее простые в изготовлении и эксплуатации.
Приводы с муфтами иногда включают также встроенный в общий корпус тормоз скольжения, обеспечивающий возможность быстрого перехода с высшей частоты вращения на низшую, торможение механизма и получение устойчивых режимов работы с малыми нагрузками при низких частотах вращения.
Электромагнитные муфты скольжения с разветвленными магнитными системами обеспечивают возможность их использования в режимах муфты и тормоза или асинхронной и синхронной муфт.
Электромеханические передачи, включающие муфту с тормозом скольжения и механический дифференциал, позволяют в нижней части диапазона регулирования увеличить вращающий момент, полезную мощность и КПД привода, а в верхней части диапазона обеспечивают торможение механизма с рекуперацией энергии в питающую сеть.
Существенную роль в конструкции муфты скольжения имеет система охлаждения, эффективность которой определяет допустимый диапазон регулирования, зависящий также от характера нагрузки. Наиболее эффективными являются системы водяного охлаждения, хотя они заметно усложняют конструкцию муфты и требуют присоединения трубопроводов для подвода и слива воды.
По условиям нагрева муфт скольжения наиболее легким режимом является их работа с вентиляторной нагрузкой, более тяжелым — при постоянном моменте нагрузки. Работа муфты на нагрузку постоянной мощности сопровождается наибольшими потерями мощности, особенно в нижней части диапазона регулирования.
При вентиляторной нагрузке приводы с муфтами скольжения часто оказываются более экономичными в сравнении с другими системами регулируемого привода. Применение их для нагрузок с постоянным моментом или мощностью чаще всего обусловлено высокой надежностью и долговечностью, простотой эксплуатации, не требующей высокой квалификации обслуживающего персонала, легкостью автоматизации и низкой стоимостью.

Сцепные управляемые муфты служат для быстрого соединения и разъединения вращающихся или неподвижных валов. Часто такие муфты используются для прерывания связи между валами или установленными на них деталями без остановки ведущего звена (входного вала). Они работают при строгой соосности валов. Сцепные муфты должны легко и быстро включаться в работу при небольшой управляющей силе и обеспечивают работу при частых переключениях.

По принципу работы сцепные управляемые муфты делят на кулачковые (с профильным замыканием) и фрикционные.

Кулачковые муфты

Сцепные управляемые муфты кулачкового типа (рис. 1) состоят из двух полумуфт с кулачками на торцовых поверхностях. При включении кулачки одной полумуфты входят во впадины другой, обеспечивая жесткое соединение входного и выходного звеньев. Для переключения муфты одну из полумуфт перемещают вдоль оси вала по шлицам, шпонке или другому направляющему элементу с помощью механизма управления муфтой.
Для уменьшения изнашивания деталей механизма управления подвижную полумуфту рекомендуется располагать на ведомом валу.

Для изготовления полумуфт сцепных кулачковых муфт используют стали марок 20Х или 20ХН. Для повышения износостойкости рабочие поверхности кулачков цементуют и закаливают до твердости Н = 54…60 HRC.

Основные элементы муфты – кулачки могут выполняться по различным профилям (рис. 2): прямоугольные (а), трапецеидальные (б), треугольные (в) соответственно для больших, средних и малых нагрузок.
Кулачки прямоугольного профиля трудны для включения, но не создают отжимающих сил при работе муфты. Остроугольные профили облегчают включение, но требуют осевой силы поджатия тем большей, чем большее отклонение от прямоугольного профиля.
Асимметричный профиль кулачков (рис. 2,г) применяют в нереверсивных механизмах для облегчения включения муфты.

Число кулачков принимают z = 3…60 в зависимости от величины вращающего момента Т и желаемого времени включения, которое тем больше, чем большее количество кулачков.

Кулачковые муфты просты в изготовлении и имеют малые габариты. Но они обладают существенным недостатком – невозможность включения на ходу при большой частоте вращения валов и при разной угловой скорости ведущего и ведомого звена, поскольку необходимо согласование положения профилей кулачков и впадин. Для предотвращения сильных ударов и повреждения кулачков включение кулачковой муфты осуществляют без нагрузки при разности окружных скоростей на кулачках не более 1 м/с.

Сцепные кулачковые муфты применяют при необязательной плавности включения в приводах, требующих совпадения угловых скоростей соединяемых валов (например, в металлорежущих станках), а также при передаче больших вращающих моментов, когда переключение производится редко.

Размеры муфт принимают конструктивно, а затем кулачки проверяют расчетом на износостойкость – по среднему давлению qm на рабочих поверхностях в предположении равномерной работы всех кулачков:

где Т_р – расчетный вращающий момент, Нм;
D₁ , b и h – размеры муфты (рис .1);
[q_m] = 35…70 Н/мм 2 – допускаемое давление для закаленных кулачков муфт, включаемых на ходу (меньшие значения принимают при работе муфты на повышенных скоростях.

Фрикционные муфты

Сцепные управляемые фрикционные муфты (рис. 3) служат для плавного сцепления валов под нагрузкой на ходу при любых скоростях. Передачу вращающего момента осуществляют за счет сил трения на рабочих трущихся поверхностях муфты при их прижатии.

В начале плавного включения за счет проскальзывания рабочих поверхностей муфты разгон ведомого вала происходит плавно, без удара с постепенным нарастанием передаваемого вращающего момента по мере увеличения прижимной силы F . При установившемся движении проскальзывание отсутствует, полумуфты сцеплены и оба вала вращаются с одной и той же частоте вращения.
Изменяя прижимную силу F , можно регулировать силы трения и передаваемый вращаемый момент. При перегрузке фрикционная муфта пробуксовывает, предохраняя машину от поломок.

По форме поверхности трения фрикционные муфты (рис. 3) делят на дисковые (а), конусные (б) и цилиндрические (в).

В дисковых муфтах рабочими поверхностями служат плоские торцы дисков, на которые наносят фрикционный слой или крепят накладки из фрикционного материала. Чтобы давление q_m равномерно распределялось по всей рабочей поверхности дисков, крайние внутренние диски изготавливают большей толщины (рис. 3, а и рис. 4 ).
Конструкцию дисковых фрикционных муфт часто выполняют по многодисковой схеме.

Цилиндрические шинно-пневматические муфты применяют в установках для бурения скважин, в экскаваторах и др.

По условиям смазывания бывают масляные (работающие в масляной ванне) и сухие фрикционные муфты. Масло служит для уменьшения изнашивания, предотвращения заедания, отвода теплоты, обеспечивает стабильность коэффициента трения.

Многодисковая фрикционная муфта

В случаях, когда необходимо уменьшить радиальные габариты фрикционных дисковых муфт, применяют их многодисковые конструкции. Применение нескольких дисков вместо одного позволяет получить одинаковую поверхность трения при меньших радиальных размерах муфты.
Такие многодисковые фрикционные муфты применяются, например, в конструкции сцепления большегрузных автомобилей КамАЗ, МАЗ и др.

Многодисковая фрикционная муфта (рис. 4) состоит из двух расположенных соосно полумуфт в виде корпуса 1 и втулки 3, дисков 4 и 5 и прижимного механизма 2. В продольные пазы внутренней поверхности корпуса входят зубья наружных (ведущих) дисков 4, а в пазы на наружной поверхности втулки – зубья внутренних (ведомых) дисков 5.
Между дисками под действием прижимной силы F возникают силы трения, обеспечивающие передачу вращающего момента.

Толщина дисков – 0,8…4,8 мм для масляных и 1,1…6,2 мм для сухих фрикционных муфт. Зазор между дисками выключенной муфты составляет 0,3…1,0 мм. Число наружных дисков масляных муфт не более 11 сухих – не более 4, так как прижимная сила F к последним дискам уменьшается вследствие трения зубьев дисков в пазах полумуфт.
Наружные и внутренние диски должны быть параллельными и строго соосными, поэтому их устанавливают на одной полумуфте.

Многодисковые муфты имеют малые габариты, что особенно важно для быстроходных приводов.
Муфты с механическим управлением применяют для передачи малых и средних вращающих моментов (25…2500 Нм при диаметрах валов d = 22…100 мм). При передаче больших моментов многодисковые муфты снабжают пневматическим, гидравлическим или широко применяемым в станкостроении электромагнитным дистанционным управлением для создания прижимной силы F .

Расчеты фрикционных муфт

Основным критерием работоспособности фрикционных муфт является износостойкость трущихся поверхностей. Поверхности трения дисков проверяют на износостойкость по величине давления q_m .

Чтобы фрикционная муфта могла передавать вращение с ведущего вала на ведомый, момент сил трения между трущимися рабочими поверхностями муфты должен быть выше передаваемого вращающего момента. В противном случае муфта будет буксовать, и ведомый вал останется неподвижным.
Условие передачи муфтой требуемого момента Т_р :

где Т_f = 10 -3 FfR_mzk_z – момент сил трения, Нм;
β = 1,35…1,5 – коэффициент запаса сцепления;
F – сила прижатия дисков, Н;
f – коэффициент трения между рабочими фрикционными поверхностями муфты;
R_m = (D₁+D₂)/4 – средний радиус поверхности трения дисков, где D₁ и D₂ - диаметры дисков в мм;
z = z₁+z₂ – 1 – число пар трущихся поверхностей (для многодисковой муфты), где z₁ и z₂ – число наружных и внутр енних дисков;
k_z – коэффициент, учитывающий влияние числа дисков: при z₁= 4 k_z= 1, при z₁= 6 k_z= 0,75.

Муфтами называют устройства, соединяющие отдельные сборочные единицы (узлы машин) и передающие энергию от одной части машины к другой. Различие задач, решаемых с помощью муфт, и требований, предъявляемых к муфтам в соответствии с условиями эксплуатации машин, привело к созданию разнообразных конструкций.

Отдельные виды компенсирующих, упругих муфт и предохранительных муфт в рамках рубрики "В помощь конструктору" мы уже рассматривали (см. раздел "Муфты компенсирующие"). Настоящая статья посвящена муфтам сцепным управляемым. Сцепные муфты позволяют соединять и разъединять вращающиеся или неподвижные валы с помощью специальных механизмов управления. Из всего многообразия сцепных муфт наиболее широко распространены фрикционные дисковые и кулачковые муфты с электромагнитным и гидравлическим (пневматическим) управлением.

На рынке стран СНГ свои муфты предлагают фирмы Lenze (Германия), Stromag (Германия), Telcomec (Италия). Они имеют свои представительства в наших странах, и приобрести их продукцию не составит большого труда. Стоит также отметить фирмы KEB (Германия), Ortlinghaus (Германия), Temporiti (Италия), Warner Electric (США), имеющие широкую сеть дистрибьюторов в Европе, но не представленных на рынке стран СНГ. Отечественные предприятия также представлены в этом секторе машиностроения. Это ЗАО "Завод электромагнитных муфт "Златмуфта" (Россия) и ООО "Турботехника" (Украина). Каталоги и материалы указанных производителей использованы при написании данной статьи.

В дисковых муфтах рабочие поверхности имеют простейшую форму. Муфты при малых габаритах могут иметь большую поверхность трения. Потребная сила включения невелика, так как она последовательно осуществляет давление на все поверхности трения, а не распределяется между ними. Применяют однодисковые и многодисковые муфты.

Электромагнитные фрикционные муфты сцепления (рис. 1, а) - это муфты, в которых сжатие трущихся поверхностей осуществляется встроенным в муфту электромагнитом. Подобным же образом работают фрикционные тормоза с электромагнитным управлением (рис. 1, б).

Основные достоинства электромагнитных муфт сцепления: удобство дистанционного и автоматического управления; высокое быстродействие; отсутствие неуравновешенных сил; отсутствие уплотнений, и, следовательно, большая надежность. К недостаткам относятся: большие габариты при равном передаваемом моменте по сравнению с гидроуправляемыми; высокие требования к точности изготовления и монтажа; чувствительность к загрязнению и колебаниям напряжения; высокое тепловыделение и опасность перегрева муфты при продолжительном включении; необходимость в продолжительной паузе между включениями (до 5 минут) для остывания муфты. Эти недостатки приводят к тому, что производители предлагают выбирать типоразмер муфты с запасом передаваемого момента относительно заданного. Соответственно, это приводит к росту габаритов муфты, а, следовательно, и ее цены. Изготовители предлагают муфты с передаваемым крутящим моментом 7,5…450 Нм (Lenze), 7…4000 Нм (Stromag), 0,5…500 Нм (KEB), 3…300 Нм (Златмуфта).

Рис. 1 Электромагнитные муфты и тормоза

Рис. 2 Электромагнитная муфта

Электромагнитные муфты могут иметь различные исполнения. На рис. 3, а представлена муфта Lenze (Германия) фланцевого исполнения. В отличие от описанной выше конструкции, статор муфты установлен непосредственно на неподвижном корпусе агрегата. При этом отпадает необходимость в реактивном рычаге и подшипнике. На рис. 3, б представлена муфта фирмы Stromag (Германия), объединенная со шкивом многоручьевой клиноременной передачи. Особенность данной конструкции - объединение муфты и шкива в единый узел, изготавливаемый и регулируемый изготовителем. Это позволяет избежать регулировок при установке муфты на машину.

Рис. 3 Исполнения муфт

Рис. 4 Электромагнитный тормоз

Исходными данными для подбора муфты являются: максимальный крутящий момент T _max , Нм , передаваемый муфтой; обороты ведущего вала n ₁ , мин -1 ; обороты ведомого вала n ₂ , мин -1 (при реверсивном вращении величина отрицательная); момент сил сопротивления при включении муфты T _L , Нм ; массовый момент инерции рабочих органов J, кгм 2 , приведенный к ведущему валу; время включения муфты, t, с ; число включений муфты в час, z .

Различают статический момент T _N , Нм , передаваемый муфтой в установившемся режиме и динамический момент T _S , Нм , который действует на вал при включении муфты. Предварительный выбор типоразмера вала проводится по статическому моменту, исходя из условия .

Затем переходят к расчету работы муфты в режиме включения. Потребный динамический момент определяют по формуле , где t ₃ , с - время проскальзывания дисков; t ₁₂, с - время, за которое момент возрастет до величины 0,9 T _N.При торможении принимают - T _L.

Динамический момент в каталоге указывается для определенной скорости проскальзывания. Обычно это или 100 мин -1 или 1 м/с . При большей скорости величина момента T _S падает. Это учитываю коэффициентом K=2,0. 2,5 (Lenze) или корректируют момент T _S по графикам, подобным приведенному на рис. 5 (Stromag). В этом случае значение K можно уменьшить.

Рис. 5 Зависимость величины момента от скорости скольжения

Время t ₃ проскальзывания дисков задается конструктором машины. Приблизительное значение для предварительно выбранной муфты можно определить из обратной формулы . Увеличивая это время можно уменьшить потребный динамический момент. Однако, при этом возрастает величина выделяемого муфтой тепла. Поэтому желательно величину t ₃ принимать как можно меньшим и согласовать с производителем муфты.

Рис. 6 Время работы муфты

Затем необходимо проверить тепловой режим муфты. Производители ограничивают температуру муфты 130°C. Выделяемое муфтой тепло Q, кДж , можно оценить по формуле . Тогда по графику, подобному приведенному на рис. 7, можно определить допускаемое тепловыделения для конкретного типоразмера муфты в зависимости от частоты включения.

При недопустимом перегреве муфты следует выбрать муфту большего типоразмера. Выбрав конкретную муфту, можно точно определить время ее включения .

Рис. 7 Допустимая величина тепловыделения

Муфты поставляются в притертом состоянии. Без притирки передаваемый момент составляет 50% от номинального. Если муфта проскальзывает после пуска, то возможно требуется провести притирку. Для этого рекомендуется при скорости вращения около 90 мин -1 многократно и кратковременно (до 1 с ) соединить рабочие поверхности муфты при напряжении приблизительно 75% от номинального. Для полной притирки достаточно 40 включений.

Рекомендуется устанавливать устройства для защиты от забросов напряжения. При потребляемой мощности муфты свыше 100 Вт это обязательное условие.

Фирма Stromag (Германия), "Златмуфта" (Россия) и "Турботехника" (Украина) помимо однодисковых муфт производит многодисковые фрикционные электромагнитные муфты (рис. 8). Муфты имеют номинальный статический момент T _N 12,5…16000 Нм (Stromag), 16…1000 Нм (Златмуфта), 16…1600 Нм (Турботехника) при номинальном напряжении 24 В .

Рис. 8 Многодисковая электромагнитная муфта

Различают муфты с магнитопроводящими дисками (рис. 9, а) и вынесенными дисками (рис. 9, б). В муфте с магнитопроводящими дисками кольцевой магнитный поток пересекает диски и замыкается через якорь, притягивая якорь и диски к корпусу. Для того, чтобы магнитный поток не замыкался через диски, в них делают кольцеобразные прорези напротив катушки. Такие муфты применяют при стесненных габаритах. Чаще всего такие муфты работают в смазке.

В муфте с вынесенными дисками (рис. 9, б) магнитный поток не проходит через диски. В них якорь, притягиваясь к корпусу, увлекает за собой нажимной диск и сжимает диски. Такие муфты применяют при больших передаваемых моментах (большое выделение тепла) и при необходимости повышенного быстродействия. Муфты работают как в смазке (пара трения сталь - спеченная бронза), так и всухую (пара трения сталь - органика). Номинальный передаваемый статический момент у муфт, работающих в смазке, выше.

Рис. 9 Многодисковые электромагнитные муфты

Рис. 10 Гидроуправляемые муфты и тормоза

Рассмотрим принцип работы гидроподжимной муфты. При подаче рабочей жидкости в канал 9 , и, соответственно, в зазор между гильзой цилиндра 6 и поршнем 4 , последний приходит в движение. Преодолевая усилие возвратных пружин 8 , поршень 4 сжимает набор дисков 3 . Диски упираются в упорный диск 7 и при помощи зубцов и возникшей силы трения передают крутящий момент от внутренней (ведущей) полумуфты 1 на наружную (ведомую) полумуфту 2 . При снятии рабочего давления возвратные пружины 8 отводят поршень 4 в исходное положение. Внутренние диски выполнены из стали и имеют свойства пружины. Они отводят внешние диски. Силы трения исчезают и кинематическая цепь разрывается.

Рис. 11 Конструкция гидроподжимных муфты и тормоза

Необходимо отметить, что подвод охлаждающей жидкости не является обязательным условием работы муфты. Чаще всего используются муфты без принудительного охлаждения. Принудительное охлаждение повышает нагрузочную способность муфты в режиме включения.

Для гидроподжимных муфт можно задавать режим включения (ударное или с плавным возрастанием). Также различным образом может быть организован режим охлаждения. Рассмотрим различные схемы включения двух гидромуфт 10 (рис. 12). При нормальной схеме (рис. 12, а) включения гидравлическая жидкость через фильтр 6 при помощи насоса 1 , приводимого в движение электродвигателем 2 , подается к распределительному клапану 4 , а от него к муфтам 10 . Излишки охлаждающей жидкости, подаваемой в канал охлаждения 8 , отводятся через клапан ограничения давления 3 . Количество подаваемой жидкости регулируется дросселем 5 .

На рис. 12, б представлена гидравлическая схема плавного включения муфт. В схему добавлен гидроаккумулятор 9 и обратный клапан с дросселем 7 . Аккумулятор 9 непрерывно находится под давлением насоса 1 . При включении муфт 10 аккумулятор выбрасывает жидкость в поршневую полость и поршень быстро приближается к набору дисков. Насос перезаряжает аккумулятор 9 . Благодаря наличию аккумулятора происходит дозирование объема подаваемой жидкости, и давление в поршневой полости повышается плавно. Время включения регулировать дросселем 7 .

На рис. 12, в изображена схема включения муфты с интенсивным охлаждением. В отличие от схемы нормального включения, охлаждающая жидкость циркулирует отдельно от рабочей. Клапан 4 линии охлаждения должен быть включен синхронно с клапаном подачи рабочей жидкости. Охлаждающая жидкость подается в большом количестве отдельным насосом и охлаждает диски во время проскальзывания. При выключении муфты клапан 4 линии охлаждения находится в центральном положении и небольшое количество жидкости протекает через муфту и дроссель 5 .

Рис. 12 Гидравлические схемы включения муфты

Методика расчета многодисковых муфт (как электромагнитных, так и гидравлических) аналогична приведенной выше. В каталогах производителя даны номограммы для определения допустимого тепловыделения при заданной частоте включения каждого типоразмера муфты. Потребитель, самостоятельно или консультируясь со специалистами фирмы, может подобрать нужную муфту.

Фрикционные силы, возникающие в наборе дисков, сжатых внешней силой, используются не только для передачи крутящего момента, но и для тормозов. На рис. 13 представлен гидравлический (пневматический) многодисковый тормоз, встроенный в редуктор. Подобная конструкция тормоза может работать как в масле, так и без применения смазочных материалов для фрикционных поверхностей.

Рис. 13 Гидроподжимной тормоз

Включение муфты производится переводом поводковой втулки 10 в рабочее положение. При этом благодаря правильно подобранным рычагам 3 происходит значительное увеличение усилия и набор дисков 4 и 5 зажимается между диском 6 и гайкой 8 . Нажимной механизм 3 в данной конструкции является замкнутым в силовом отношении, т.е. нет потребности в постоянном поджиме поводковой втулки 10 . Это достигается тем, что нажимные рычаги 3 во включенном состоянии контактируют с цилиндрической поверхностью поводковой втулки 10 . Усилие нажатия регулируют гайкой 8 . Диапазон передаваемых крутящих моментов T_N 50…20000 Нм .

На рис. 14, а представлено исполнение муфты для передачи крутящего момента двум валам. В конструкцию муфты, представленной на рис. 14, б, добавлены шарикоподшипники, что позволяет передать крутящий момент ступице (например, со шкивом). На рис. 14, в представлена предохранительная муфта, использующая в работе описанный выше принцип.

Рис. 14 Многодисковые рычажные муфты

Кулачковая электромагнитная муфта (рис. 15, б) состоит из корпуса 1 , якоря 2 , ведомой полумуфты 3 , контактного кольца 4 , обмотки 5 и возвратного толкателя 6 . На корпусе 1 и якоре 2 выполнены торцевые кулачки треугольного профиля.

Принцип работы аналогичен дисковым фрикционным муфтам. Однако, крутящий момент передается не силами трения, возникающим при прижатии диска (дисков), а торцевыми кулачками. Это позволяет передавать большой крутящий момент при малых габаритах муфты, существенно уменьшить время включения муфты, применять муфты при высоких частотах вращения соединяемых валов (до 5500 мин -1 ). Производитель предлагает муфты с нерегулярным расположением кулачков, что позволяет соединять валы в строго определенном взаимном угловом положении. Муфты допускают работу всухую или в смазке.

Рис. 15 Кулачковые электромагнитные муфты

Для передачи больших (до 100 000 Нм ) крутящих моментов предназначены муфты с непроводящими торцевыми кулачками увеличенного профиля, изображенные на рис 16. Такая муфта (рис. 16, а) имеет якорь 1 и корпус 2 , в котором установлена обмотка 3 . Крутящий момент передается вынесенными на периферию кулачковыми кольцами 4 и 5 , установленными на корпус 2 и якорь 1 . Якорь 1 связан шлицами с приводной полумуфтой 6 . Ток подводится через кольца 7 , расцепляет якорь возвратные пружины 8 , замкнутые на упорное кольцо 10 . На рис. 16, б представлено исполнение муфты с не вращающейся катушкой.

Рис. 16 Высокомоментные кулачковые электромагнитные муфты

Рис. 17 Гидравлическая кулачковая муфта

Производители муфт демонстрируют очень гибкий подход к своим клиентам. Помимо продукции производственной программы, они могут разработать муфты для нужд конкретного заказчика. Это позволяет свести к минимуму риск создания неудачной конструкции машины, который существует всегда. Во время получения докторской степени в 1974 г. Соичиро Хонда сказал: "Успех может быть достигнут только через повторяющиеся неудачи и самоанализ. Фактически успех - это только 1 процент вашей работы, а остальные 99 процентов - это неудачи" . А, глядя на автомобили и мотоциклы фирмы "Хонда", кажется, что процент успеха все-таки больше…

Все объекты авторского права являются собственностью их владельцев. При подготовке сайта использованы материалы, находящиеся в свободном доступе. Названия фирм-производителей расположены в алфавитном порядке.

Особая разновидность регулирования частоты вращения ЭП — использование в составе ЭП в качестве механического передаточного устройства (рис. 1.1) электромагнитной муфты скольжения (ЭМС). ЭМС, с одной стороны, обеспечивает гибкое соединение и разъединение валов двигателя и рабочего механизма, а с другой стороны — регулирование частоты вращения рабочего механизма при неизменной частоте вращения двигателя. Электроприводы с ЭМС по конструкции механической части отличаются значительным разнообразием при неизменности принципа функционирования. На рисунке 1.23 приведен один из наиболее распространенных вариантов конструктивного выполнения ЭМС.

Индуктор 2 ЭМС представляет собой электромагнит постоянного тока, магнитный поток которого замыкается через якорь 1. При вращении индуктора или якоря относительно друг друга магнитное поле индуктора индуктирует в якоре ЭДС, под действием которой в короткозамкнутом якоре протекает ток, который по правилу Ленца имеет такое направление, чтобы противодействовать причине, его вызывающей. То есть якорь и индуктор под действием электромагнитных сил стремятся к устранению разности их частот вращения. Таким образом, ЭМС имеет индукционный принцип действия, как и асинхронный двигатель. Только вращающееся магнитное поле в ЭМС создается не переменным многофазным током, а вращением индуктора относительно якоря ЭМС или наоборот. Поэтому электромеханические свойства ЭМС полностью соответствуют электромеханическим свойствам АД при ре-

Рис. 1.23. Конструктивное выполнение электромагнитной (индукторной) муфты скольжения: 1 — якорь; 2 — индуктор; 3 — контактные кольца со тетками; 4— обмотка возбуждения; 5 — полюса индуктора гулировании его угловой скорости изменением скольжения. В частности, механические характеристики ЭМС соответствуют приведенным характеристикам (рис. 1.17) только для разных значений напряжения (тока) возбуждения муфты.

Выпускают комплектные ЭП с ЭМС серий ПМС и ПМС-М, а также отдельные ЭМС серии ИМС. ЭП с ЭМС рассчитаны на номинальные моменты нагрузки от 1,7 до 30 Н • м. Отдельные ЭМС серии ИМС выпускают на номинальные моменты нагрузки от 70 до 1600 Н • м при частотах вращения до 3000 об/мин. ЭМС предназначены для использования в ЭП в качестве электромеханического передаточного устройства с целью безударного управляемого пуска ЭП и возможностью регулирования угловой скорости производственного механизма, желательно с вентиляторным моментом нагрузки, в диапазоне до 10:1 (рис. 1.17).

Читайте также: