книги / Электромагнитные муфты скольжения

муфты выполнены на одной из половин каждого ротора и расположены напротив гладкой части второго ротора. Таким образом, одна половина (зубчатая) каждого рото­ ра является индуктором, а вторая (гладкая)— якорем. Такое исполнение распределяет тепловые потери между двумя роторами, что повышает общую охлаждаемую по­ верхность и улучшает охлаждение. Поверхность охлажде­ ния каждого ротора увеличивается также из-за наличия на них зубцов, частично выполняющих функцию охлаждаю­ щих ребер [61].

На рис. 2.8 показана конструкция силовой части приво­ да с бесконтактной муфтой, разработанная в ЭНИКМАШе для кузнечно-прессовых машин и других механизмов, при­ водимых в движение клиноременной передачей. Характер­ ной особенностью муфты является отсутствие корпуса и

для установки на механизм или плиту. Внешний массив­ ный Г-образный якорь состоит из обода 7, который венти­ ляторными лопатками 4 соединен с боковиной 2, прикреп­ ленной к ведущему валу У, надетому на вал двигателя. Неподвижная часть магнитопровода состоит из ферромаг­ нитных деталей 3 и 9 с обмоткой возбуждения 6, закреп­ ленных на опорной втулке. Индуктор содержит полюсные кольца 5 и 8, соединенные немагнитным материалом. Бо­ ковиной 10 индуктор закреплен на ведомом шкиве У/, имеющем запасной ручей для возможности соединения с тахогенератором. Зубчатый диск 12 и импульсный датчик 13 служат для обратной связи по частоте вращения. Для уменьшения потоков рассеяния через подшипники детали 10 и 2 выполнены из немагнитной стали. Вместо детали 2 немагнитным может изготовляться вал У.

Отсутствие в муфте корпуса и подшипниковых щитов обеспечивает минимальные размеры и массу конструкции, достоинством которой является также отсутствие радиаль­ ных и осевых нагрузок на вал двигателя.

При эксплуатации муфта вместе с ременной передачей ограждается кожухом из сетки, имеющей большую пло­ щадь ячеек для прохода воздуха.

Конструкция бескорпусной муфты (рис. 2.8) по сравне­ нию с муфтой, имеющей внешний корпус (см. рис. 2.7), при одинаковых номинальных моментах 50 Н м обеспечивает снижение номинальной частоты скольжения на 80 об/мин, плотности тока возбуждения — на 23, мощности возбужде­

42

ния на 51, габаритного объема на 54, массы на 30, объема меди на 46, стоимости изготовления на 47% и уровня шу­

ма (по шкале А )— на 10 дБ (82 вместо 92) при 3000 об/мин ведущего вала.

2.3.КОНСТРУКЦИИ МУФТ, ОБЪЕДИНЕННЫХ С ТОРМОЗАМИ

Вряде случаев муфты выпускаются в комплекте с однотипными электромагнитными тормозами скольжения, объединенными в один общий блок с муфтой, а иногда и двигателем. Тормоз скольжения в та­ ком приводе может осуществлять быстрое снижение частоты вращения механизма при регулировании, получать комбинированные механические характеристики специальной формы (см. § 6.11), производить торможе­

крышка

В приводах с частыми реверсами противовключение двигателя при­ водит к его быстрому нагреву, особенно при больших маховых массах. Для таких условий использование тормозов скольжения, обеспечиваю­ щих плавное регулирование тормозного момента и не подверженных износу (в отличие от тормозов сцепления), создает оптимальные режи­ мы работы.

43

На базе конструкции бесконтактной муфты с воздушным.охлажде­ нием и фланцевым двигателем (см. рис. 1.16,а) фирмами Eaton (США) и Неепап (Англия) выпускаются блоки, включающие также тормоз скольжения (рис. 2.9). В таком блоке между корпусом муфты и под­ шипниковым щитом устанавливается индуктор тормоза с обмоткой. Якорь тормоза закреплен на удлиненном выходном валу муфты, на ко­ тором крепится также ротор тахогенератора, статор которого залит компанудом в крышке подшипника. Неподвижная часть магнитной си­ стемы муфты прикреплена к индуктору тормоза. Детали муфты выпол­ нены также, как в конструкции муфты без тормоза. Заменяемыми ча­ стями являются только выходной вал и подшипниковый щит. Основные

Рйс. 2.10. Муфта с тормозом скольжения фирмы Stromag (ФРГ):

щит; 14 — якорь муфты; 15 — якорь тормоза; 16 — вал

На рис. 2.10 показана конструкция бесконтактной муфты с тормо­ зом фирмы Stromag (ФРГ). В конструкции за базовую основу принят узел, показанный на рис. 2.4. Деталь магнитопровода 7 является общей для магнитных систем муфты н тормоза. Дополнительная часть маг­ нитопровода 10 с обмоткой 9 тормоза является вставкой между магнитопроводом муфты и подшипниковым щитом. Кольца 8 и / / тормоза с зубцами-полюсами панцирного типа установлены неподвижно в де­

44

талях 7 и 10 и образуют вместе с ними индуктор тормоза. Якорь тор­ моза 15 снабжен внутренними ребрами, крепящими его к общему удли­ ненному выходному валу 16. Остальная часть конструкции подобна приведенной на рис. 2.4. Как и в конструкции рис. 2.9, здесь тормоз размещен между муфтой и подшипниковым щитом, а внешний статор всего блока набран из отдельных секций, стянутых болтами. Техниче­ ские данные муфт с тормозами скольжения (исполнение RTT) даны в [20].

Конструкция силовой части привода фирмы Bibby Baron (Англия), включающая двигатель, бесконтактную муфту и тормоз скольжения, показана на рис. 2.11. В средней части корпуса 4 выполнена перего­ родка, к которой с одной стороны крепится индуктор 2 тормоза с об­ моткой, с другой — неподвижная часть 8 магнитопровода с обмоткой муфты. Внешний якорь 7 муфты соединен с валом двигателя 9 и имеет

Рис. 2.11. Блок двигателя, муфты и тормоза фирмы Bibby Baron (Англия)

на наружной поверхности винтообразные ребра охлаждения, осуществ­ ляющие осевую вентиляцию узла. На ведомом валу 1 закреплены якорь 5 тормоза и индуктор 6 муфты с внешними зубцами. Тахогенератор 3 крепится к корпусу и приводится в движение ремнем от шкива на ведомом валу. Смазка подшипников осуществляется через канал в перегородке корпуса. В отличие от ранее рассмотренных конструкций здесь при использовании муфты без тормоза необходима замена корпуса.

2.4.МУФТЫ С ВОДЯНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ

Сувеличением активных размеров и момента муфт передаваемая мощность возрастает значительно быстрее, чем рассеиваемая, поэтому муфты большой мощности с воздушным охлаждением не могут обес­

45

печить существенного диапазона регулирования (см. § 11.3). Для повы­ шения рассеиваемой мощности муфт в них применяют в-одяное охлаж­ дение.

Фирмы Eaton (США) и Неепап (Англия) выпускают комплектные приводы с муфтами водяного охлаждения моделей WCM и отдельные муфты WCS. В этих муфтах вода подводится в кольцевую полость яко­ ря, отделенную лабиринтными уплотнениями от подшипникового щита, имеющего радиальный водоподводящий канал [19, 20].

Конструкция мощной сдвоенной муфты с водяным охлаждением

Рис. 2.12. Муфта во­ дяного охлаждения фирмы Louis Allis (США)

лу 15. Вращающиеся части муфты опираются на подшипниковые щиты 3 и 13, которые крепятся к корпусу 6 муфты, в котором размещены неподвижные магнитопроводы 8 я 10 с обмотками 7 и 11.

Охлаждающая вода через отверстие 16 в корпусе поступает в за­ мкнутую полость между корпусом, гильзой 9 и деталями 8 и 10. Из этой кольцевой полости через отверстия в гильзе 9 вода попадает на внешнюю поверхность якоря, омывает ее и стекает в нижнюю часть корпуса, откуда через отверстие 17 выводится на слив.

На торцовых частях якоря установлены детали 4 и 12^ которые своими выступающими дисковыми частями удерживают воду на по­ верхности якоря, а цилиндрическими участками образуют лабиринтные уплотнения с кольцевыми выступами на подшипниковых щитах, препят­ ствуя попаданию воды в подшипники.

46

Г Л А В А Т Р Е Т Ь Я

ИЗМЕРЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ МУФТ

3.1. ИЗМЕРЕНИЕ ВРАЩАЮЩЕГО МОМЕНТА И ПОЛУЧЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

Вращающий момент муфты может быть измерен или определен не­ сколькими методами:

1)по упругой деформации закручивания участка вала на пропор­ циональный моменту угол с помощью датчиков;

2)по нагрузочному моменту, создаваемому и измеряемому балан­

сирным тормозом-динамометром;

3)по статическому реактивному моменту, действующему на корпусе приводного двигателя;

4)путем непосредственного измерения статического момента на

застопоренном выходном валу муфты (пускового момента);

5)по активной мощности, потребляемой приводным двигателем или отдаваемой нагрузочным генератором;

6)при переходных процессах разгона или торможения. Измерение момента датчиками производится, когда испытания про­

водятся в производственных условиях, и нагружение муфты осуществ­ ляется непосредственно рабочим механизмом. Наиболее удобным спо­ собом измерения момента муфты является его определение по моменту нагрузки, создаваемой тормозом-динамометром. В качестве последнего может использоваться электромагнитная муфта скольжения, на одном валу которой закреплен (рычаг, уравновешиваемый пружинами или пе­ ремещаемыми грузами. В тех случаях, когда измеряемый момент не превышает номинального, нагрузочная муфта может быть такого же габарита, как и испытуемая. Для получения механических характери­ стик во всем диапазоне скольжений используется нагрузочная муфта завышенной мощности.

При использовании муфты скольжения в качестве динамометра следует учитывать, что с ростом скольжения испытуемой муфты ее мо­ мент возрастает, тогда как частота вращения, скольжение и момент нагрузочной муфты снижаются, что в большинстве случаев требует завышения габаритов нагрузочной муфты.

Для снятия механических характеристик испытуемая и нагру­ зочная муфты могут быть одинаковыми. Так как при скольжении si одной муфты вторая имеет скольжение s?=l—sb а моменты муфт оди­ наковы, в такой установке могут быть одновременно получены точки различных участков механических характеристик муфт. При этом при­ водной двигатель должен быть выбран по наибольшему измеряемому моменту.

Балансирные тормоза-динамометры бывают снабжены шкалой и стрелкой-указателем для отсчета значений измеряемого вращающего момента.

47

Если приводной двигатель укрепить свободно и снабдить пружин­ но-рычажным устройством, угол его поворота под действием реактив­ ного момента будет изменяться, что равноценно использованию динамо­ метра. Для этой цели удобны двигатели с двумя свободными концами вала, устанавливаемыми в подшипниках на опорных стойках. Нагруже­ ние муфты в этом случае осуществляется рабочим механизмом, машин­ ным генератором либо каким-нибудь другим устройством.

Ведомый вал испытуемой муфты может быть снабжен пружиннорычажным устройством для измерения на нем статического момента. В этом случае ведомый вал неподвижен и скольжение определяется ча­ стотой вращения ведущего вала. При обычных условиях такое устрой­ ство позволяет измерить только пусковой момент муфты, однако при использовании регулируемого двигателя в качестве приводного можно получить любую механическую характеристику. В приводах с короткозамкнутыми двигателями для регулирования частоты вращения могут быть использованы тиристорные преобразователи. Ранее описанную установку с двумя муфтами можно рассматривать как использование одной из муфт для регулирования частоты вращения второй, поскольку вращающие моменты обеих последовательно соединенных муфт оди­ наковы.

Если нагружение муфты осуществляется рабочим механизмом или каким-нибудь устройством, не обеспечивающим возможность измерения момента, то момент можно определить по значению потребляемой дви­ гателем из сети активной мощности, измеряемой с помощью ватт­ метров.

По зависимости КПД приводного двигателя от нагрузки строится кривая полезной мощности на валу двигателя в функции потребляемой активной мощности. Измеренное значение потребляемой мощности поз­ воляет определить соответствующую передаваемую мощность. При известной частоте вращения двигателя это дает возможность найти момент двигателя и муфты.

Механические характеристики муфт могут быть получены при ди­ намических процессах разгона или торможения путем одновременного осциллографирования текущих значений динамического момента и отно­ сительной частоты вращения ведущего и ведомого валов [16]. Эти измерения наиболее просто осуществляются для процессов торможения, когда один вал муфты неподвижен. При этом отпадает необходимость в наличии скользящего токосъемника и измерении частоты вращения одного из валов.

Измерение и запись момента могут осуществляться с помощью проволочных тензодатчиков, наклеенных на плоскую пружину, удерживающую ведомый вал от вращения, или пластину, соединяю­ щую рычаг на валу муфты с неподвижной опорой и испытывающую растяжение [16].

48

Г Л А В А Ч Е Т В Е Р Т А Я

РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ МАГНИТНЫХ СИСТЕМ

4.1. ГЕОМЕТРИЯ ЗУБЦОВОЙ ЗОНЫ ПОЛЮСНЫХ СИСТЕМ

На вращающий момент муфты значительное влияние оказывает соотношение размеров зубцов-полюсов и междузубцовых пазов, которое определяет переменную со­ ставляющую индукции в зазоре и амплитуду ее первой гармоники, входящей в уравнение момента (см. § 4.2).

м

/ < *

1 1\

J

Д— :

Рис. 4.1. Распределение индукции в зазоре одноименнополюсиых (а) и переменнополюсных (б) муфт

На рис. 4.1 упрощенно показаны развернутые участки магнитных систем и кривые распределения индукции в за­ зоре для одноименнополюсных и переменнополюсных муфт при отсутствии токов якоря.

В одноименнополюсиых системах (рис. 4.1,а) индук­ ция в зазоре вдоль окружности якоря изменяется от зна­ чений Вг под зубцами до значений Вп в пазах, оставаясь неизменной по знаку. Переменная составляющая индук­ ции равна {Вг — б п)/2, а постоянная В0= В 2— {Вг — —Вп) /2 = (Вг+ В п)/2. Амплитуда первой гармоники пере­ менной составляющей Вто зависит от Bz и Вп и определяет­ ся соотношением размеров элементов зубцовой зоны.

В переменнополюсных системах (рис. 4.1,6) индукция Вг в зазоре вдоль окружности якоря изменяет знак от «+» до «—», постоянная составляющая равна нулю, а

50