Электромагнитные порошковые муфты

Устройство, принцип действия и характеристики электромагнитных муфт.

Электромагнитные муфты, применяемые для автоматического управления, разделяются на муфты сухого и вязкого трения и муфты скольжения.

Муфта сухого трения производит передачу мощности с одного вала на другой через диски трения 3 (рис. 1,а). Диски имеют возможность перемещаться по шлицам оси вала и ведомой полумуфты. При подаче тока в обмотку 1 якорь 2 сжимает диски, между которыми возникает сила трения. Относительные механические характеристики муфты приведены на рис 1, б.

Муфты вязкого трения (см. рис. 1,в) имеют постоянный зазор δ между ведущей 1 и ведомой 2 полумуфтами. В зазоре с помощью обмотки 3 создаётся магнитное поле, которое воздействует на заполнитель (ферритовое железо с тальком или графитом) и образует элементарные цепочки магнитов (см. рис. 1,г). При этом заполнитель как бы схватывает ведомую и ведущую полумуфты. При выключении тока магнитное поле пропадает, цепочки разрушаются и полумуфты проскальзывают относительно друг друга. Относительная механическая характеристика муфты приведена на рис. 1, д. Эти электромагнитные муфты позволяют плавно регулировать скорость вращения при больших нагрузках на выходном валу.

Рис. 1. Электромагнитные муфты: а - схема муфты сухого трения, б - механическая характеристика муфты трения, в - схема муфты вязкого трения, г - схема схватывания ферритового наполнителя, д - механическая характеристика муфты вязкого трения, е - схема муфты скольжения, ж - механическая характеристика муфты скольжения.

Муфта скольжения состоит из двух зубовидных полумуфт (см. рис. 1, е) и катушки. При подаче тока в катушку образуется замкнутое магнитное поле. При вращении муфты проскальзывают одна относительно другой, в результате чего образуется переменный магнитный поток, это и является причиной возникновения э. д. с. и токов. Взаимодействие образовавшихся магнитных потоков приводит во вращение ведомую полумуфту.

Характеристика фрикционной полумуфты приведена на рис. 1, ж. Основное назначение таких муфт - создавать наиболее благоприятные условия пуска, а также сглаживать динамические нагрузки при работе двигателя.

Электромагнитные муфты скольжения имеют ряд недостатков: низкий коэффициент полезного действия при малых скоростях, малый передаваемый момент, низкая надежность при резком изменении нагрузки и значительная инертность.

У электромагнитных порошковых муфт соединение между ведущей и ведомой частями осуществляется за счет повышения вязкости смесей, заполняющих зазор между поверхностями сцепления муфт при увеличении магнитного потока в этом зазоре. Главным компонентом таких смесей являются ферромагнитные порошки, например карбонильное железо. Для устранения механического разрушения частиц железа из-за сил трения или их слипания добавляют специальные наполнители - жидкими (синтетические жидкости, индустриальные масло или сыпучими (оксиды цинка или магния, кварцевый порошок). Такие муфты обладают высокой скоростью срабатывания, однако эксплуатационная надежность их является недостаточной для широкого применения в станкостроении.

Сцепные управляемые муфты

Сцепные управляемые муфты применяют для включения или отключения ведомого вала на ходу. Эти муфты требуют соблюдения строгой соосности соединяемых валов, отклонение от соосности ухудшает работу муфт и приводит к быстрому их износу. К сцепным управляемым муфтам относят кулачковые, фрикционные, электромагнитные порошковые и магнитоиндукционные муфты.

Включение кулачковых муфт может производиться только на тихом ходу скоростях вращения, не превышающих 100 об/мин. Фрикционные муфты допускают более высокие скорости — до 4000 — 5000 об/мин. Порошковые муфты — до 10 000—12 000 об/мин.

Кулачковые муфты

Кулачковые муфты состоят из двух частей — подвижной и неподвижной. Подвижная часть может перемещаться вдоль одного вала, неподвижная — жестко закреплена на другом валу. На их торцах имеются кулачки или зубья, посредством которых осуществляется сцепление муфты. На фиг. 88, а показана схема кулачковой муфты и приведены наиболее распространенные профили зубьев (кулачков).

Для легкого включения и выключения муфты употребляют профили зубьев I и II (фиг. 88, а), для реверсивных муфт при передаче значительных усилий — профили III, IV, V. Профиль VI обеспечивает быстродействие муфты.

Конструктивное оформление кулачковых муфт с фиксацией подвижных частей шариковыми фиксаторами показано на фиг. 88, б и в.

Фрикционные муфты

Назначение фрикционных муфт — плавное, без ударов, сцепление на ходу двух валов и быстрое или медленное их расцепление. Работа фрикционных муфт основана на возникновении трения между соприкасающимися частями, имеющими форму дисков или конусов. Схемы конических фрикционных муфт показаны на фиг. 89, а и б. В этих муфтах рабочие части 3 и 4 прижимаются одна к другой пружиной 2, силу которой можно регулировать перемещением втулки 1.

Конструкции фрикционных муфт, в которых прижим рабочих поверхностей осуществляется клиновым зажимом, показаны на фиг. 89, в и г. В муфте, показанной на фиг. 89, г, вместо металлических конусов применены резиновые шайбы.

В фрикционных муфтах, применяемых в качестве элементов дистанционного управления различными механизмами и установками, прижим рабочих поверхностей можно осуществить при помощи электромагнитов. Наибольшее распространение получили дисковые электромагнитные муфты (фиг. 90).

Электромагнитные порошковые муфты

Работа этих муфт основана на свойстве жидких и порошкообразных смесей, включающих ферромагнитные частицы, изменять свою структуру в магнитном поле.

Различают жидкостные порошковые муфты (смесь ферромагнитного порошка — карбонильного железа — с маслом) и сухие порошковые муфты (смесь ферромагнитного порошка с тальком, графитом, окисью магния или окисью цинка). Обычно диаметр зерен ферромагнитного порошка лежит в пределах 0,5—10 мкм. Отношение весовых частей порошка и масла порядка 5:1. Применяют машинное и трансформаторное масло или керосин, однако наилучшими являются кремнийорганические соединения (силиконовые масла), отличающиеся постоянством вязкости в широком диапазоне рабочих температур, чем достигается стабильность работы муфт. По форме рабочих поверхностей порошковые муфты делят на две группы — дисковые (фиг. 92) и цилиндрические (фиг. 93). Габариты цилиндрических муфт обычно меньше, чем дисковых, при равных передаваемых крутящих моментах.

Часто ведомую часть муфты для облегчения выполняют в виде полого стакана (фиг. 94). Это способствует уменьшению времени срабатывания муфты. Иногда для устранения скользящих контактов обмотку помещают в неподвижном корпусе, как это показано на фиг. 94.

Для защиты подшипников муфт от попадания в них ферромагнитного порошка предусматривают уплотнения, лабиринты или устанавливают магнитоулавливатели (фиг. 95).

Сухие порошковые муфты не требуют создания сложных защитных уплотнений, но работают менее плавно, чем жидкостные.