Муфты Исполнитель
- Скачано: 58
- Размер: 89.5 Kb
Муфты.
План:
1. Общие сведения.
2. Электромагнитные фрикционные муфты.
3. Ферропорошковые муфты.
4. Гистерезисные муфты.
{spoiler=Подробнее}
1. Общие сведения.
Для регулирования частоты вращения, вращающего момента на валу, соединения и разъединения ведущего и ведомого валов в настоящее время широко применяются муфты с электрическим управлением. Эти муфты можно разбить на три группы: индукционные, электростатические и электромагнитные.
Индукционные муфты (рис.1) по своему принципу действия сходны с асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором. Приводной двигатель соединяется с якорем 1, ведомый вал связан с индуктором 2. Катушка возбуждения 4 создает магнитный поток 3, пересекающий массивный якорь 1. При вращении якоря и в нем наводятся вихревые токи. Взаимодействие этих токов с магнитным полем создает
Рис.1. Индукционная муфта
силу, которая увлекает индуктор за якорем.
Регулируя ток возбуждения и меняя магнитное поле, можно плавно регулировать в широких пределах частоту вращения ведомого вала и передаваемый момент (рис.2).
На этом рисунке Iв – ток возбуждения, %; Мс – Момент сопротивления, %; М – Момент муфты, %; n – частота вращения, % относительно частоты вращения при Мс=0.
Электростатические муфты в качестве силового элемента имеют конденсатор, у которого одна обкладка подвижна относительно другой. При подаче напряжения на обкладки между ними возникает сила притяжения, которую можно найти, воспользовавшись энергетическим методом:
.
Для плоского конденсатора C=∕ d
Рис.2. Механические характеристики индукционной муфты при различном токе возбуждения.
Тогда величина силы F равна:
, Н,
где εа – абсолютная диэлектрическая проницаемость среды, Ф ∕ м;
S – площадь обкладок, м2;
D – расстояние между ними, м.
Очень широкое применение получили электромагнитные муфты, использующие силы, возникающие между ферромагнитными телами, пронизываемыми магнитным потоком. Эти муфты удобны в эксплуатации, имеют малые габариты и небольшое время срабатывания, передают большие мощности на валу при сравнительно малой мощности управления.
2.Электромагнитные фрикционные муфты.
Простейшая электромагнитная муфта представлена на рис.3. Постоянное напряжение подводится к щеткам, скользящим по кольцам 1, соединенным с выводами обмотки 2. Обмотка имеет форму кольца прямоугольного сечения и располагается в пазу магнитного корпуса 3. Подвижная часть муфты 5 имеет пазы 8, в которые входят шлицы 6, и может перемещаться вдоль ведомого вала 10. В обесточенном состоянии пружина 9, упираясь в направляющую втулку 7, отодвигает подвижную часть вправо и поверхности трения (диски 4) не соприкасаются. Ведомый 10 и ведущий 11 валы разобщены.
Рис.3.
При подаче управляющего напряжения возникают магнитный поток Ф и сила, притягивающая детали 3 и 5. При этом между дисками 4, жестко связанными с деталями 3 и 5, возникает сила нажатия, обеспечивающая необходимую силу трения.
На рис.3 изображена поверхность трения. Элементарный момент трения равен:
dMтр=kтрFуд2πR2dR, (1)
где Fуд – давление на поверхность трения , Па;
kтр – коэффициент трения;
R – текущий радиус поверхности, м.
Результирующий момент, развиваемый муфтой.
, (2)
где Rвн ∕Rн
При включении муфты различают 3 этапа. Первый этап – с момента подачи напряжения до момента соприкосновения дисков. Длительность этого этапа определяется только параметрами самой муфты.
Второй этап – с момента соприкосновения проскальзывания дисков относительно друг друга. Для определения времени второго этапа необходимо рассмотреть уравнения движения ведущих и ведомых частей:
; (3)
(4)
где J1 и J2 – моменты инерции ведущей и ведомой частей передачи;
- угловая скорость ведущей части передачи;
- угловая скорость ведомой части передачи;
- момент, развиваемый электродвигателем;
Мтр – момент трения в муфте;
Мн – момент нагрузки на ведомой части передачи.
Третий этап – разгон. Ведущая и ведомая части муфты жестко связаны. Время разгона определяется уравнением
,
где J – момент инерции всех движущихся частей;
М- момент двигателя;
Мн – момент сопротивления.
Рис.3.
3. Ферропорошковые муфты.
Принципиальное устройство ферропорошковой муфты барабанного типа показано на рис.4
Ведущий вал 1 через немагнитные фланцы 2 соединен с ферромагнитным цилиндром (барабаном) 3. Внутри цилиндра располагается электромагнит 4 с обмоткой 5. Питание обмотки осуществляется через контактные кольца. Внутренняя полость 7 заполнена ферромагнитным порошком.
Ферромагнитный порошок смешивается с сухим или жидким наполнителем. При отсутствии напряжения на обмотке электромагнита при вращении ведущей части (барабана) электромагнит, связанный с ведомым валом, остается неподвижным, поскольку наполнитель обеспечивает свободное перемещение ферромагнитных зерен относительно друг друга.
При подаче напряжения на электромагнит вязкость среды, находящейся в барабане, резко возрастает. Увеличивается сила трения между барабаном и электромагнитом. На ведомом валу появляется вращающий момент.
При определенном значении тока возбуждения ферромагнитный порошок и наполнитель полностью затвердевают. Барабан и электромагнит при этом жестко связаны. Можно рассматривать передаваемый момент как момент от силы трения, действующей между порошком и внутренней цилиндрической поверхностью.
Сила трения, возникающая на единице внутренней поверхности барабана:
Fтр.уд = kт.эFуд = kт.э ,
где kт.э – эквивалентный коэффициент трения;
Fуд – удельное усилие, нормальное к ведущей поверхности, создаваемое магнитным потоком, равное В2 ∕2 μ0 μс;
В – индукция в зазоре;
μс- относительная проницаемость смеси;
μ0 – проницаемость вакуума.
Следует отметить, что проницаемость μс является функцией индукции В.
4. Гистерезисные муфты.
Возможны два варианта исполнения муфт: в первом магнитное поле индуктора создается обмоткой, во втором – постоянными магнитами. Недостатком первого варианта является наличие контактной системы для передачи тока в индуктор. Достоинством – возможность электрического управления муфтой. Муфты с постоянными магнитами (магнито-гистерезисные) обладают высокой надежностью. Однако регулирование передаваемого момента в них затруднено.
Рассмотрим принцип действия муфты, у которой магнитное поле создается постоянными магнитами (рис.5). Постоянные магниты 1 с полюсными наконечниками 2 укреплены в магнитопроводе 3, связанном с ведущим валом. На оси ведомого вала сидит втулка 5 из немагнитного или магнитно-мягкого материала. На поверхности втулки укреплены кольца 4 из материала, имеющего большие потери на гистерезис. Эти кольца являются активным слоем. Шихтованная структура активного слоя устранят вихревые токи и возникновение асинхронного вращающего момента.
Пусть ротор заторможен, а индуктор вращается приводным двигателем с угловой скоростью .
Под действием вращающегося магнитного поля элементарные магнитики активного слоя будут вращаться, появляются потери на гистерезис от перемагничивания. Потери за один цикл определяются максимальным значением индукции. Частота перемагничивания f1 равна:
f1 = p ∕2π
где p – число пар полюсов муфты.
Мощность, передаваемая активному слою через рабочий зазор, можно выразить уравнением
Pr = pr f1V1.
где pr – удельные потери от гистерезиса за один цикл;
Vr -объем активного слоя.
Взаимодействие магнитов индуктора с магнитами, возникшими в гистерезисном слое, создает вращающий момент. Этот момент связан с активными потерями в роторе. Момент, действующий на ротор равен:
Mr = ppгVг
Если ротор освободить, то под действием момента Mr он начнет вращаться в направлении вращения индуктора со скоростью ω2. Скольжение ротора относительно индуктора равно:
.
Это скольжение будет меняться от 1 до 0 при n2 = n1. В процессе разгона частота перемагничивания меняется:
При этом потери от гистерезиса соответственно уменьшаются Pг2 = pг f2 Vг
Полезная мощность, передаваемая на ведомый вал, равна: P2 = Pг1- Pг2 = pгf1 (1-s)Vг
Большим достоинством гистерезисной муфты является постоянство передаваемого момента.
{/spoilers}
