Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Лекции - Электрические и электронные аппараты - файл Электромагнитные муфты.doc


Загрузка...
Лекции - Электрические и электронные аппараты
скачать (6353.6 kb.)

Доступные файлы (19):

Автоматические воздушные выключатели.doc1636kb.06.12.2005 09:55скачать
введние.doc81kb.17.08.2006 15:53скачать
Выключатели переменного тока высокого напряжения.doc1822kb.21.11.2007 16:24скачать
гашение дуги.doc160kb.30.11.2005 10:32скачать
дуга.doc452kb.30.11.2005 10:32скачать
Измерительные преобразователи (датчики).doc1058kb.30.11.2007 11:15скачать
Контактные явления.doc584kb.23.02.2009 18:53скачать
Логические элементы.doc2326kb.31.03.2006 12:53скачать
Магнитные бесконтактные элементы.doc1467kb.23.12.2005 12:01скачать
Магнитные пускатели.doc172kb.31.10.2007 17:31скачать
Предохранители и автоматические выключатели.doc2007kb.07.11.2007 14:36скачать
тепловые процессы.doc339kb.30.11.2005 10:32скачать
эа непосредственного воздействия.doc544kb.31.10.2007 17:24скачать
эду в эа.doc315kb.30.11.2005 10:32скачать
Электромагнитные контакторы.doc476kb.31.10.2007 17:21скачать
Электромагнитные муфты.doc475kb.09.12.2005 13:44скачать
Электромагнитные реле.doc413kb.31.10.2007 18:36скачать
Электромагнитные явления.doc906kb.30.11.2005 10:33скачать
Электромагниты.doc297kb.23.11.2005 15:04скачать

Электромагнитные муфты.doc

Реклама MarketGid:
Загрузка...




Тема 16

Электромагнитные муфты
Передачу вращающего момента с ведущего, входного вала на соостный ведомый вал осуществляется с помощью муфт.

Управляющее воздействие   ток возбуждения, управляемый параметр   момент М21 и 2   угловые скорости ведущего и ведомого вала.

Классификационными признаками муфт являются:

- управляемость;

- род управляющей энергии;

- характер связи входного и выходного валов;

- принцип управления.

Электромагнитную муфту в сочетании с механической передачей можно рассматривать как усилитель с коэффициентом усиления по мощности

,

или линейноуправляемый трансформатор механической энергии

.

В муфте-усилителе электрический сигнал управляет мощностью, передаваемой от ведущего вала к ведомому, М1 – момент ведущего вала.

Управляемые муфты по виду статической характеристики скорость вращения ведомого вала – сигнал управления бывают релейными и аналоговыми. Первые после подачи сигнала управления осуществляют жесткое сцепление валов, а вторые – гибкое сцепление, при котором скорость ведомого вала связана плавной зависимостью с управляющим сигналом.

Приводы с управляемыми муфтами обладают большим быстродействием из-за меньшего момента инерции муфт по сравнению с исполнительными двигателями.

Муфты с электрическим управлением делятся на:

- фрикционные муфты, предназначенные в основном для жесткого сцепления валов, это электромеханическая муфта сухого трения с механической связью;

- ферропорошковые – предназначены для гибкого сцепления валов, хотя могут применятся и для жесткого сцепления;

- муфты скольжения – предназначены в основном для гибкого сцепления валов и регулирования частоты вращения ведомого вала при нерегулируемом приводе двигателя. Их называют также асинхронными, индукционными муфтами со связью через поле с электромагнитным управлением.

- гистерезисные.

В общем случае в любой муфте независимо от принципа действия и конструкции имеются ведущая и ведомая части, исполнительный орган, электромагнитная система с управляющим элементом – обмоткой возбуждения.

Электромагнитная муфта может выступать и в качестве электротормоза. В этом случае ведущая часть соединяется с неподвижной деталью машины. Принципиально любая муфта может быть использована для торможения привода. Для тормозов важное значение имеют силовые характеристики по вращающему моменту. Характеристики по передаваемому моменту важны при активной нагрузке, когда тормоз фиксирует механизм, предотвращая непредусмотренные перемещения рабочего механизма. Энергетические и эксплуатационные характеристики муфт полностью сохраняют свое значение и для тормозов.

Силовая характеристика – зависимость момента, развиваемого муфтой, от сигнала управления М(Iу) – электромеханическая характеристика, от времени М(t) – динамическая характеристика, от скольжения М(S) – механическая характеристика. Различают передаваемый и вращающий момент муфты М1, М2.
Электромагнитные фрикционные муфты (ЭФМ)
Исполнительным органом являются фрикционные диски, преобразующие нормальную силу в тангенциальную (силу трения).

Основные классификационные признаки:

- количество дисков (одно- и многодисковые);

- положение дисков относительно контура магнитной системы (магнитопроводящие, вынесенные);

- характер трения (в сухую, со смазкой);

- вид токоподвода (контактный, бесконтактный).

Наиболее распространены многодисковые муфты с магнитопроводящими стальными дисками, работающие со смазкой.

Все муфты с магнитопроводящими дисками обладают свойствами самокомпенсации зазора при износе дисков, поскольку изменение толщины последних не влияет непосредственно на остаточный воздушный зазор в системе и, следовательно, не требует его регулирования.

ЭФМ работает в релейном режиме и не пригодна для плавного регулируемого момента.

Быстродействующие муфты однодисковые имеют тонкий промежуточный ведомый диск с малым моментом инерции. Выполняется с малым ходом якоря низковольтными катушками с большими токами и имеют магнитопровод из стали с повышенным электросопротивлением.

Муфта состоит из корпуса с катушкой и токоподводящим кольцом, пакета фрикционных магнитопроводящих дисков, работающих со смазкой, якоря и общей втулки. Внутренние диски расположены на эвольвентных шлицах втулки. Наружные диски имеют пазы для зацепления с подводом – соединительной деталью механизма, в котором используется муфта.

При подаче напряжения на катушку возникает рабочий магнитный поток Ф, якорь и пакет дисков притягиваются к полюсам корпуса и между сжатыми дисками возникает фрикционное сцепление. Момент передается по цепи: втулка – внутренние диски – наружные диски – поводок.

Расцепление фрикционного пакета при отключении муфты обеспечивается упругими наружными дисками с «жесткой» волной. Токоподвод осуществляется с помощью щеткодержателя.

Муфта с бесконтактным токоподводом отличается наличием составного магнитоповода. Такие муфты обладают высокой надежностью при тяжелых режимах работы. При каждом сцеплении муфты происходит нагрев дисков за счет энергии, выделяемой при проскальзывание. Промышленная серия фрикционных муфт – ЭТМ, ЭТМ на номинальные моменты от 16 до 4000 Нм. Допустимое число включений муфты определяется температурой нагрева дисков. Время включения и отключения муфты увеличивается с увеличением габаритов муфт Тэ = 0,07-0,3 с.

Электромагниты муфт выполняются на постоянном токе, что упрощает технологию изготовления и уменьшает габаритные размеры муфты. При питании переменным током выпрямителя могут встраиваться в муфту. Для повышения быстродействия применяется форсировка. Электромагнит муфты изготовляется из сплошного материала и поэтому имеет большую постоянную времени. Для устранения залипания якоря в притянутом состоянии магнитная система должна иметь конечный зазор.
Электромагниты порошковые муфты (ЭПМ)
Исполнительный орган в таких муфтах – ферромагнитный порошок, заполняющий зазор в электромагнитной системе между ведущей и ведомой ее частями.

Момент ЭПМ возникает от действия тангенциальных сил фрикционного сцепления ферромагнитных частиц рабочего слоя при их взаимном притяжении в магнитном поле. Взаимодействие массы микрочастиц (диаметр которых на 2-7 порядков меньше размеров рабочего зазора) приводит к следующей зависимости среднего удельного тангенциального усилия от индукции в слое

,

где ^ N = 1-5.

Коэффициент k и показатель N зависят от геометрии слоя, состава и линейных скоростей рабочей смеси и ряда других факторов.

Для обеспечения подвижности ферромагнитных частиц в рабочую смесь добавляется наполнитель.

Основными признаками для классификации ЭПМ является:

- вид наполнителя (сухие наполнители – мелкодисперсные нейтральные порошки, жидкостной наполнитель – минеральное масло, например трансформаторное);

- вид токоподвода (контактный, бесконтактный);

- количество форма рабочих зазоров и слоев, пронизываемых потоком последовательно (одно-, двух- и многозонные ЭПМ, цилиндрические, конические, дисковые рабочие зазоры);

- количество катушек возбуждения (одно-, двух-, многокатушечные ЭПМ);

- соотношение моментов инерции ведущей и ведомой частей.

Применение ЭПМ – в качестве сцепных муфт или тормозов в приводах большой мощности при тяжелых пусковых условиях. Развивают моменты до десятков и сотен ньютонометров. Являются перспективными для следящих, регулируемых или адаптивных приводов и позиционных механизмов в станкостроении.

Муфта, работающая в режиме единичных включений, называется сцепной.

В ферромагнитной муфте барабанного типа ведущий вал через немагнитные фланцы соединен с ферромагнитным цилиндром (барабаном). Внутри цилиндра располагаются электромагнит, связанный с ведомым валом. Обмотка электромагнита питается через контактные кольца. Внутренняя полость заполнена ферромагнитным порошком (чистое или карбонильное железо) с зернами от 4-6 до 20-50 мкм смешанными с сухих (тальк, графит) или жидким наполнителем (трансформаторное или кремний органические масла).

При обесточенной катушке и вращении ведущей части (барабана) электромагнит и ведомый вал остаются неподвижными, поскольку ферромагнитные зерна перемещаются относительно друг друга. При подаче напряжения на электромагнит зерна ферромагнитного порошка теряют свободу перемещения под воздействием магнитного поля обмотки. Вязкость среды, находящейся в барабане, резко возрастает. Увеличивается сила трения между барабаном и электромагнитом. На ведомом валу появляется вращающий момент.

По сравнению с муфтами трения ферропорошковые муфты имеют значительно большее быстродействие (примерно в 10 раз) благодаря отсутствию якоря. Изменение момента во времени для линейной части характеристики М (Iу) определяется законом роста тока. В схемах автоматики такие муфты являются инерционным звеном первого порядка. Большим преимуществом ферромагнитных муфт является отсутствие быстронасыщающихся дисков трения. Их целесообразно применять там, где требуется высокое быстродействие, большая частота включения и плавное регулирование скорости ведомого вала. Недостаток таких муфт – меньшая передаваемая мощность при одинаковых габаритных размерах с муфтой трения.

Ферромагнитные муфты не применяют при скоростях более 3000 об/мин. Это объясняется тем, что на зерна ферромагнитного порошка кроме электромагнитных сил Рэм действуют центробежные силы Рц, пропорциональные квадрату угловой скорости. Для оценки влияния центробежных сил вводится отношение Кц = Рц / Рэм. Это отношение увеличивается с ростом диаметра муфты, угловой скорости и уменьшается с ростом индукции в зазоре. Даже при В = 1,8 Тл Кц достигает 40 %, если частота вращения 3000 об / мин. При определенном значение частоты вращения этот коэффициент достигает значение близкого к 100 % и муфта теряет питание.
Зубчатые электромагнитные муфты (ЭЗМ)
ЭЗМ – электромагнитная муфта с механической связью, исполнительным органом которой служит пара венцов с мелкими зубьями, расположенных на торцевых или конических поверхностях.

Магнитная система ЭЗМ отличается от фрикционных увеличенным ходом якоря, необходимым для расцепления венцов. ЭЗМ не допускает проскальзывания, имеет чисто релейные характеристики с запаздыванием. Вероятность включения тем выше, чем меньше скольжение, момент нагрузки и запаздывание.

Основные отличительные свойства ЭЗМ: компактность, высокие удельные моменты и передача движения без скольжения. Поэтому они применяются для включения низкоскоростных передач при больших моментах нагрузки, для точной коммутации кинематических цепей, не допускающих рассогласование по углу.
Индукционные муфты скольжения (ЭМС)
Индукционные муфты по принципу действия аналогичны асинхронному двигателю с к.з. ротором. Приводной двигатель соединяется со сплошным якорем, ведомый вал связан с индуктором. Катушка возбуждения создает на индукторе постоянный магнитный поток, замыкающийся по якорю. При вращении якоря магнитное поле индуктора пересекает цилиндрическое тело якоря, и в нем наводятся вихревые токи. Взаимодействие этих токов с магнитным полем создает силу, которая увлекает индуктор в направлении вращения якоря. Материал якоря должен



обладать малым удельным электри-ческим сопротивлением, что обеспе-чивает возникновение достаточно боль-ших токов, и высокой магнитной проницаемости для получения возможно больших значений магнитного потока.

Регулируя ток возбуждения Iв и тем самым меняя магнитное поле можно плавно регулировать в широких пре-делах частоту вращения и передаваемый момент ведомого вала. При увеличении

момента нагрузки угловая скорость ведомого вала уменьшается. Увеличение тока в якоря увеличивает момент, развиваемый муфтой и передаваемый на ведомый вал.

Механические характеристики индукционной муфты существенно зависят от нагрузке. Поэтому для стабилизации скорости применяют специальные регулирующие устройства.
Гистерезисные муфты
Возможны два варианта исполнения таких муфт: в первом – магнитное поле индуктора создается обмоткой; во втором – постоянным магнитами.

Недостаток первого варианта – наличие контактной системы для передачи тока в индуктор, достоинством – возможность электрического управления муфтой. Муфты с постоянными магнитами (магнитогистерезисные) обладают высокой надежностью. Однако регулирование передаваемого момента затруднено.

В магнитногистерезисных муфтах постоянные магниты с полюсными наконечниками укреплены в магнитопроводе индуктора, связанного с ведущим валом. На ось ведомого вала насажен ротор, состоящий из втулки из немагнитного материала или магнитомягкого материала и колец активного слоя. Кольца активного слоя изготовлены из материала с довольно широкой петлей гистерезиса, имеющей высокое значение остаточной индукции и коэрцитивной силы. Шихтованная структура активного слоя позволяет уменьшить вихревые токи и асинхронной вращающий момент.

Пусть ротор заторможен, а индуктор вращается приводным двигателем со скоростью 1. Под действием вращающегося поля индуктора в активном слое появляются потери на гистерезис от перемагничивания. Потери за один цикл перемагничивания определяются максимальным значением индукции в активном слое ротора. Частота перемагничивания активного слоя

,

где р – число полюсов индуктора.

Мощность, передаваемая активному слою через рабочий зазор

,

где рг – удельные потери на гистерезис за один перемагничивания, Vг – объем активного слоя.

Взаимодействие поля постоянных магнитов индуктора с полем, создаваемый активным слоем, создает в роторе гистерезисный момент

.

Если ведомый вал не заторможен, то под действием момента Мг ротор начинает вращаться в направлении вращения индуктора со скоростью 2. Скольжение ротора относительно индуктора

.

Скольжение меняется от 1 до 0 при n2 = n1. В процессе разгона ротора частота перемагничивания меняется и становится равной

.

При этом потери на гистерезис уменьшаются

.

Полезная мощность, передаваемая на ведомый вал

.

Гистерезисный момент, передаваемый муфтой на ведомый вал

.

Таким образом, момент на ведомом валу не зависит от частоты его вращения. Если момент нагрузки МнМг, то скорость 2 ведомого вала увеличивается, пока не станет равной 1. В этом режиме активный слой ротора можно рассматривать как постоянный магнит, вращающийся синхронно с полем, а сама муфта становится аналогичной синхронному двигателю. По мере увеличения нагрузки возрастает угол  между векторами вращающегося поля индуктора и активного слоя и при Мн = Мг этот угол достигает максимального значения max. Значение этого угла зависит от свойства материала активного гистерезисного слоя. В общем случае момент, развиваемый гистерезисной муфтой выражается как

,

где с – конструктивной фактор; F – МДС индуктора; Ф – магнитный поток в гистерезисном слое.

Угол  при передаче момента нагрузке Мн

.

При дальнейшем возрастании момента нагрузки (МнМг) муфта переходит в асинхронный режим, когда частота вращения муфты, меньше частоты вращения индуктора.

При МнМг угол  = max остается неизменным, т.е. ось полюсов, наведенных в активном слое, продолжает вращаться синхронно с полем индуктора отставая при этом на постоянный угол max. В то же время ротор движется со скольжением S. Если активный слой выполнен в виде литого цилиндра, то за счет вихревых токов кроме гистерезисного момента Мг появляется асинхронный момент, пропорциональный скольжению

М = Мг + Маmax S.

В этом режиме скольжение S  0, угловая скорость 2  1, ротор отстает от вращающегося индуктора и в нем создается дополнительный момент, как в асинхронном двигателе.

Преимущество гистерезисных муфт – в постоянстве передаваемого момента. Если нагрузочный момент ^ Мн резко возрастает, то максимальный момент, передаваемый на приводной вал двигатель, ограничен Мг и гистерезисная муфта защищает двигатель от перегрузке. Постоянство момента муфты обеспечивает быстрый разгон нагрузки.

В случаях применения тормоза на базе гистерезисной муфты ведомая часть делается неподвижной, а ведущая соединяется с приводным двигателем. При торможении двигатель отключается и включается муфта. Постоянный тормозной момент муфты обеспечивает быструю остановку привода.

Гистерезисные муфты широко применяются для передачи момента в агрессивную среду.




синхронный режим




Механические характеристики гистерезисной муфты:

^ 1 – гистерезисный момент, 2 – полный момент с синхронной составляющей, 3 – кривая нагрузочного момента, 4 – кривая нагрузочного момента ММг, 5 – точка ограничения момента при заклинивании механизма. S3 – точка устойчивого асинхронного режима, S4 – точка устойчивого синхронного режима

Физическая причина того, что Мг не зависит от скольжения, заключается в том, что мощность потерь в гистерезисном слое пропорциональна частоте перемагничивания, т.е. скольжению. При идеально х.х (S = 0) перемагничиваемый объем синхронно и синфазно перемещается вместе с полюсами индуктора, отставая от них на угол  с увеличением нагрузочного момента 0  МнМг. При ММг скольжение увеличивается до S = 1.
Сравнительная оценка характеристик электромагнитных муфт
1. Перегрузочная способность Мmax / Мном у муфт скольжения (1,2-3) и порошковых муфт (1,3) выше чем у муфт сцепления (1,1).

2. Коэффициент усиления Р2 / Ру более высокий у муфт сцепления и достигает 104.

3. Для работы в релейном режиме выбираются фрикционные и ферропорошковые муфты. Они являются наиболее быстродействующими (t вкл = 0,03 – 0,3 с; tотк = 0,01 + 0,3 с).

4. Регулированными свойствами обладают муфты скольжения, муфты сцепления для регулирования не используются.

5. Ферропорошковые муфты могут работать без скольжения и со скольжением.










Электромагнитные муфты управления




a


б



Многодисковая фрикционная муфта



Электромагнитная фрикционная муфта: а – разрез муфты; б – поверхность трения

Электромагнитная ферропорошковая муфта барабанного типа








Индукционная муфта: 1 – якорь;

2 – индуктор; 3 – магнитная система; 4 – катушка возбуждения;

5 – магнитный поток

Механические характеристики индукционной муфты при различном токе возбуждения




Магнитнотерезисная муфта с радиальным рабочим зазором






Синхронный режим гистерезисной муфты

Механические характеристики гистерезисной муфты





Индукционный датчик скорости линейного перемещения

Асинхронный тахогенератор



Скачать файл (6353.6 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации