книги / Электромагнитные муфты скольжения

роль шихтованного магнитопровода [60]. Прорези препятствуют про­ теканию токов тормозящего действия в режиме муфты (см. рис. 1.10,а), не увеличивая практически сопротивление якоря в режиме тормоза (см. рис. 1.10,6). Кольцевой паз между двумя половинами неподвиж­ ной зубцовой части удлиняет путь потока рассеяния в режиме муфты, не влияя на параметры системы в режиме тормоза.

Во избежание влияния прорезей на полезные токи в режиме муфты, зубцы-полюсы вращающейся части должны быть размещены в. шахмат­ ном порядке, это исключает поперечную составляющую токов в средней

Рис. 1.12. Разветвленные симметричные системы с дополнительными обмоткой (а), вращающейся частью (б) и немагнитными кольцами (в)

части якоря. В системах рис. 1.9,6 и д шахматное размещение зубцовполюсов не требуется, так как ,в режимах муфты и тормоза в качестве якорей используются различные вращающиеся части..

При некотором усложнении технологии изготовления симметричная система, приведенная на рис. 1.11, предпочтительнее несимметричных, так как более полное использование активных материалов повышает значения вращающегося и тормозного моментов. Так как в симметрич­ ной системе токи возбуждения юбмоток равны, то при переходе из ре­ жима муфты в режим тбрмоза изменяется лишь направление тока в одной из обмоток, что упрощает управление. В несимметричной систе­ ме при этом требуется также изменение соотношения токов и МДС обмоток.

На рис. 1.1-2,а показана разветвленная симметричная система, не создающая тормозного момента в режиме-муфты [76]. Ведущая и ве­ домая части 1 и 2 выполнены такими же, как в ранее рассмотренных системах. В отличие от последних неподвижная часть 3 кроме основных обмоток 4* и 6 имеет в средней части дополнительную обмотку 5. Последняя в режиме муфты включается согласно с основными обмот­ ками и компенсирует чарть магнитного потока, создающую тормозной

21

На рис. 1.12,6 показана разветвленная симметричная система, так­ же не создающая в режиме муфты тормозного момента [79]. В этой системе неподвижная часть 3 с обмотками 4 и 6 не отличается от ранее рассмотренных (см. рис. 1.9,а, б, д). Ведущая и ведомая части 1 и 2 закреплены на валах 7 и 8 и удалены друг от друга в осевом направ­ лении. Система снабжена свободно установленной на подшипниках до­ полнительной промежуточной вращающейся частью 9, которая в режи­ ме муфты приводится во вращение в результате взаимодействия с ве­ дущей частью 1 и передает вращающий момент на ведомую часть 2, а в режиме тормоза взаимодействует с зубцами средней неподвижной

мах и смягчение характеристик, что равноценно последовательному со­ единению двух муфт скольжения или тормоза и муфты. В системе облегчается охлаждение, так как потери скольжения могут быть рас­ пределены между тремя вращающимися частями. Это достигается вы­ полнением зубцов-полюсов на отдельных участках всех вращающихся: частей.

В системе рис. 1Л2,в неподвижная часть с обмотками 4 и 6 вы­ полнена такой же, как в системе рис. 1.9,а. Якорь 2 имеет два немаг­ нитных кольца, размещенных напротив обмоток, а индуктор — OAHOI кольцо в центре.

Разветвленные магнитные системы обеспечивают также возмож­ ность совмещения в одной конструкции свойств и характеристик асин­ хронной и синхронной муфт. Схемы систем со скользящим токоподводом представлены на рис. 1.13,а и б, бесконтактные — на рис. 1.13,в и г [18, 59].

При согласном включении двух обмоток направление магнитного потока показано на схемах сплошными линиями со стрелками. Через; зубцы средней части магнитных систем поток не проходит. В крайних массивных частях якорей индуктируются вихревые токи и система ра­ ботает в асинхронном режиме, как муфта с массивным якорем. При* встречном включении обмоток направления магнитных потоков показа­ ны штриховыми линиями. Потоки проходят через одинаковые зубцы на средних частях индуктора и якоря, обеспечивая их электромагнитное притяжение друг к другу и синхронный реактивный момент, передавае­ мый с одной неподвижной части на другую.

В схемах рис. 1.13,а и г зубцы на средних частях якорей образо­ ваны сквозными междузубцовыми окнами, обеспечивающими улучшение охлаждения. Различие в относительном расположении вращающихся н неподвижных частей влияет на свойства систем так же, как в ранее рассмотренных схемах (см. рис. 1.4, 1.9).

Комбинированные магнитные системы. Они обеспечивают возмож­ ность работы в режимах муфты скольжения с регулированием частоты

22

Рис. 1.13. Разветвленные системы асинхронно-синхронных муфт:

1 — индуктор; 2 — обмотка; 3 — якорь

вращения и фрикционной муфты сцепления, исключающей потери сколь­ жения на высшей частоте вращения, равной синхронной. Их применение целесообразно в приводах с тяжелыми условиями пуска, не требующих регулирования частоты вращения в установившемся режиме, или при необходимости кратковременной работы на низких частотах вращения.

Муфты с комбинированной системой в режиме сцепления имеют лишь незначительные потери на возбуждение, вследствие чего их КПД близок к единице. В сравнении с обычными-фрикционными муфтами в комбинированных системах сильно снижается износ фрикционных элементов при переходных процессах, так как сцепление осуществляется после разгона в асинхронном режиме до малых значении скольжения.

Разновидности комбинированных индукционно-фрикционных систем схематически показаны на рис. 1.14. Схема рис. 1.14,а [62] содержит кольцевую обмотку 1 в индукторе 2, имеющем на торцовой стороне зубцы-полюсы индукторного типа, и фрикционную накладку 4. Якорь 3 установлен на валу, с возможностью аксиального перемещения и отжат пружинами 5 с регулируемым натягом. Усилие пружин регулируется с таким расчетом, чтобы при работе в режиме муфты скольжения элек­ тромагнитное усилие было недостаточно для притяжения якоря к фрик­ ционной накладке. При необходимости фрикционного сцепления осу­ ществляется кратковременное увеличение тока возбуждения, после чего

23

система остается сцепленной и при пониженном токе, поскольку воз­ душный зазор становится минимальным. На рис. 1.14,6 показана бес­ контактная система, аналогичная по принципу работы описанной. В отличие от предыдущей эта система имеет неподвижную часть магнитопровода 6 и немагнитное кольцо, соединяющее разноименнонолюсные части индуктора 2.

В рассмотренных системах усилие пружин снижает давление на, фрикционных поверхностях и момент сил трения. Данный недостаток

отсутствует в схеме рис. 1.14,в, имеющей по обе стороны якоря два индуктора, соединенных немагнитной деталью. При согласном включе­ нии обмоток поток не замыкается по якорю, вследствие чего нет осевого усилия притяжения якоря и пружины не требуются. В целях исключе­ ния случайных перемещений якоря а сторону меньшего зазора под дей­ ствием потока рассеяния установлен упор.

При включении двух индукторов система работает в режиме муфты скольжения с удвоенным вращающим моментом. Отключение одного индуктора (на схеме правого) приводит к сцеплению фрикционных эле­ ментов.

Наличие общего вывода двух обмоток обеспечивает возможность коммутации при трех скользящих контактах токоподвода.

Система на рис. 1.14,а предназначена для трех режимов работы: муфты скольжения, фрикционной муфты и фрикционного тормоза. Якорь подпружинен с обеих сторон и при двух включенных обмотках

24

находится в среднем положении, обеспечивая работу системы в режиме муфты скольжения. Отключение одной из обмоток приводит к аксиаль­ ному перемещению якоря в ту или другую сторону и сцеплению его

офрикционной накладкой вращающейся или неподвижной части [63].

В[78] описана муфта-тормоз скольжения с фрикционным элементом, осуществляющим переключение режимов.

1.3.КОНСТРУКТИВНАЯ КОМПОНОВКА УЗЛОВ

ИДЕТАЛЕЙ МУФТ

Электромагнитные муфты скольжения по своим конст­ руктивным схемам и устройству механической части отли­ чаются большим разнообразием. При проектировании муфт большое значение имеет компоновка элементов магнитной системы с механической частью муфты, включающей под­ шипниковые узлы, ведущий и ведомый валы, соединение муфты с приводным двигателем. Конструкция механической части муфты оказывает влияние на ее габариты, надеж­ ность, степень сложности и необходимую точность изготов­ ления. Компоновка подшипниковых узлов и валов муфты может отразиться на размерах минимально допустимого воздушного зазора и повлиять на электромагнитные пара­ метры муфты.

При конструировании муфты скольжения кроме выбора типа магнитной системы решаются следующие вопросы компоновки ее узлов и деталей:

1)взаимное расположение муфты и приводного двига­ теля и способ их соединения;

2)изготовление муфты в закрытом корпусе, выполняю­ щем в некоторых случаях роль магнитопровода, или на открытой двухстоечной U-образной станине;

3)выбор ведущего и ведомого элементов;

4)выбор конструкции консольных Г-образных и Т-об­ разных или двухопорных П-образных роторов (индуктора

иякоря);

5)количество и размещение подшипниковых узлов и способ центрирования якорей относительно друг друга и по отношению к статору;

6)система токоподвода к обмотке возбуждения;

7)конструкция и размещение системы охлаждения. На рис. 1.15 приведены схемы компоновки элементов

муфт со скользящим такоподводом, нашедшие применение

вотечественных и зарубежных конструкциях (токоподвод

исистемы охлаждения не показаны).

Всхеме рис. 1.15,а открытая двухстоечная U-образная станина является опорой для подшипниковых узлов внеш­

25

него двухопорного П-образного якоря, внутри которого раз­ мещен индуктор, центрируемый подшипниками в ступицах боковин якоря. Данная компоновка элементов обеспечива­ ет большую жесткость якорей по отношению друг к другу и возможность выполнения минимального воздушного за­ зора. Отсутствие корпуса облегчает конструкцию, упроща­ ет изготовление и снижает стоимость муфты, однако усложняет эксплуатацию (требует установки защитных ограждений).

Рис. 1.15. Схемы компоновки элементов контактных муфт

Муфта по схеме рис. 1.15,6 имеет корпус с закреплен­ ным на нем фланцевым электродвигателем, на валу кото­ рого установлен ведущий Г-образный якорь. Ведомый ин­ дуктор с валом опирается через подшипники на вал двига­ теля и подшипниковый щит муфты. Такая компоновка обеспечивает минимальное количество подшипников муфты.

На схеме 1.15,в приведена наиболее простая конструк­ ция муфты, в которой отсутствует корпус или станина с опорными подшипниками якорей. Внутренний индуктор центрируется двумя подшипниками относительно ступицы внешнего Г-образного якоря, имеющей отверстие со шпо­ ночным пазом для установки муфты на валу двигателя или каком-либо промежуточном валу механической передачи. Ведомый вал присоединяется к индуктору с помощью упругой соединительной муфты.

26

Конструкция по схеме рис. 1.15,г отличается от схемы на рис. 1.15,6 наличием двухопорного П-образного якоря, одна боковина которого опирается на вал фланцевого дви­ гателя, крепящегося к корпусу муфты, а вторая — через подшипник на ведомый вал муфты. В данной схеме якорь с боковинами закрывает ведомые части, что позволяет использовать муфту в условиях запыленной окружающей среды.

Конструктивная схема рис. 1.15,6 имеет П-образный якорь и внутренний индуктор, которые с одной стороны опираются на подшипники корпуса, а вторыми сторонами— друг на друга, образуя как бы составной вал, части кото­ рого соединены подшипниками. Для данной конструктив­ ной схемы характерно возникновение усилий, вызывающих перекос подшипников и их неравномерный износ. Наиболее тяжелые условия работы подшипников имеют место при радиальных нагрузках на ведомом валу.

В схеме рис. 1.15,е муфта и приводной двигатель имеют общий корпус. Ведомый вал с индуктором вращается в опчрных подшипниках корпуса, а ведущий Г-образный якорь имеет удлиненную полую ступицу, центрируемую двумя подшипниками на ведомом валу. Ротор двигателя закреплен на ступице якоря муфты. Данная компоновка обеспечивает компактность узла и хорошую центровку ро­ тора и якоря, исключающую возможность перекосов. В конструкции используются специальные исполнения стато­ ра и ротора двигателя.

Схемой рис. 1.15,дас представлена муфта с наружным многосекционным индуктором, выполняющим роль махо­ вика, приводимого в движение клиноременной передачей, и внутренним П-образным якорем, закрепленным на ведомом валу. Последний вращается в подшипниках опорных стоек.

Система применяется в маховиковых приводах с ударной нагрузкой и обладает большой жесткостью и хорошей центровкой индуктора и якоря муфты.

В схеме 1.15,з якорь Г-образной формы с удлиненной полой ступицей установлен в подшипниках опорных стоек и имеет зубчатое колесо между опорами для передачи вра­ щения. Вал индуктора с одной стороны опирается через

Компоновка элементов в бесконтактных муфтах сколь­ жения показана на схемах рис. 1.16.

27

Схема рис. 1.16,а аналогична схеме, показанной на рис. 1.15,6, и отличается от нее лишь наличием неподвиж­ ного участка магнитопровода, прикрепленного к корпусу муфты. При исполнении муфты по схеме рис. 1.16,6 флан­ цевый двигатель заменяется подшипниковым щитом с дву­ мя подшипниками и валом.

Рис. 1.16. Схемы компоновки элементов бесконтактных муфт

На схеме рис. 1.16,в показана муфта с зубдами одной полярности. Центровка ведущей и ведомой частей осуще­ ствляется только относительно корпуса. Отсутствие под­ шипников, центрирующих вращающиеся части относитель­ но друг друга, исключает передачу момента трения при выключенной обмотке муфты.

Конструктивная схема рис. 1.16,г содержит Г-образный якорь с удлиненной полой ступицей, центрированной дву­ мя подшипниками на ведомом валу с закрепленным на нем индуктором, а вся система установлена в подшипни­ ковых щитах корпуса. Система отличается высокой жест­ костью и точной центровкой индуктора и якоря-

Схема рис. 1.16,6 выполнена аналогично ранее рас­ смотренной схеме рис. 1.15,6 и обладает теми же недостат­ ками. В отличие от нее корпус муфты использУется в ка‘ честве неподвижной части магнитной системы, в промежу­ точная вращающаяся часть является индуктором с немаг­ нитопроводящей средней частью. Внутренний яК°Рь двумя

28

опорами крепится на ведомом валу и оребрен с внутренней стороны.

В схеме рис. 1.16,е ведущий Г-образный индуктор име­ ет удлиненную полую ступицу, центрированную двумя под­ шипниками относительно корпуса, а ведомый вал якоря опирается через подшипники на индуктор и подшипнико­ вый щит. Ступица индуктора может находиться непосред­ ственно на ведомом валу фланцевого двигателя, как по­ казано на схеме, или иметь отдельный вал, не требующий в отличие от схемы рис. 1.16,6 отдельного подшипникового щита.

Конструктивная схема рис. 1.16,ж имеет П-образный якорь, боковины которого опираются на подшипники в кор­

ме рис. 1.16,ж при замене двигателя отдельным валом не требуется установки специального подшипникового щита, но система компактнее и имеет более высокую жесткость из-за большего расстояния между подшипниками якоря,

Всхеме рис. 1.16,з исключен подшипник, центрирующий относительно корпуса одну из боковин П-образного якоря, благодаря чему конструкция упрощается, однако при от­ дельном от двигателя исполнении требует установки под­ шипникового щита по типу схемы рис. 1.16,6.

Всхеме рис. 1.16,ц нет кор-пуса и подшипниковых щи­ тов [72]. Неподвижная часть магнитопровода и подшипни­ ки индуктора и якоря установлены на неподвижной втулке

сфланцем, крепящимся к фланцу приводного двигателя. Индуктор для связи с рабочим механизмом соединен со шкивом ременной передачи. Данная компоновка элемен­ тов снижает размеры и массу муфты и обеспечивает от­ сутствие радиальной нагрузки на вал двигателя.

На рис. 1.17 представлены схемы компоновки элемен­ тов в конструкциях агрегатов, включающих приводной двигатель, муфту и тормоз скольжения. В схеме рис. 1.17,о- компоновка двигателя и муфты аналогична схеме* рис. 1.16,а, но между корпусом и подшипниковым щитом муфты установлен индуктор тормоза, якорь которого за­ креплен на удлиненном ведомом валу. Неподвижная часть магнитопровода муфты крепится к индуктору тормоза. Большинство деталей в конструкциях с тормозом и без тормоза одинаковы и являются унифицированными.

Схема рис. 1.17,6 по компоновке муфты и двигателя ана­ логична схеме рис. 1.15,е, но имеет дополнительный тормоз скольжения, индуктор которого закреплен с наружной

2»

стороны общего корпуса муфты и двигателя, а якорь — на удлиненной части свободного конца вала. Такое размещение тормоза позволяет при необходимости устанавливать и снимать его без разборки блока двигателя и муфты.

Рис. 1.17. Схемы компоновки элементов конструкций с муфтами, тор­ мозами и двигателями

В схеме рис. 1.17,в за основу принята компоновка эле­ ментов схемы рис. 1.16,е, но в отличие от нее рядом с муф­ той установлен тормоз, не имеющий в отличие от муфты нерабочих воздушных зазоров, замененных посадочными соединениями полюсных частей тормоза с корпусом.

Конструкция по схеме рис. 1.17,г имеет корпус, состоя­ щий из двух частей, разделенных массивной перегородкой, к которой с одной стороны крепится неподвижная часть магнитопровода, с другой — индуктор тормоза.

Ведомый вал агрегата опирается через подшипники на перегородку корпуса и его подшипниковый щит. На этом валу закреплен индуктор муфты и якорь тормоза. Маг­ нитная система двигателя монтируется совместно с муф­ той в общем отсеке корпуса. Вал двигателя с одной сторо­ ны опирается на подшипник в корпусе, с другой — через ступицу закрепленного на нем Г-образного якоря муфты на полую ступицу ведомого индуктора.

1.4. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ МАГНИТНЫХ СИСТЕМ

Детали магнитопровода муфт скольжения, в которых магнитный поток при установившихся режимах остается постоянным, изготовляют­ ся из малоуглеродистых сталей, имеющих высокую магнитную прони­

30