Б. К. Буль, О. Б. Буль, В. А. Азанов, В. Н. Шоффа
ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ АВТОМАТИКИ
*** 1988 ***
|
ФPAГMEHT КНИГИ (...) ЭФМ с фрикционными дисками, через которые проходит рабочий поток, показана на рис. 14.5 в отключенном состоянии в варианте свращающейся катушкой. Ведущая часть муфты состоит из корпуса 2, жестко закрепленного на немагнитной шлицевой втулке 1\ обмотки 3; контактного кольца 4 (подвод тока к другому выводу обмотки осуществляется через массу) и ведущих фрикционных дисков 6, связанных со шлицевой втулкой 1 таким образом, что они могут перемещаться вдоль шлицев в небольших пределах, ограниченных корпусом 2 и пружинным кольцом 9. На правой проекции рис. 14.5 видны зубья 15 ведущего фрикционного диска 6, расположенные во впадинах между зубьями-шлицами 12 втулки 1. С крайним правым ведущим диском 8 жестко связан якорь 7. Ведомая часть диска состоит из поводка 10 и ведомых фрикционных дисков 5. Диски 5 и поводок 10 соединены между собой так, что диски могут свободно перемещаться вдоль оси поводка, но не могут проворачиваться относительно поводка (выступы-зубья 16 поводка 10 расположены между зубьями 13 ведомых дисков 5).
Для удобства обозначения расстояния между фрикционными дисками (зазоры) и толщина дисков на рис. 14.5 сильно увеличены по сравнению с действительными. На самом деле за счет остаточного потока, перекосов, люфтов, отсутствия фиксации каждого диска ведомые и ведущие диски касаются друг друга и при разомкнутой обмотке. Так как при такой конструкции практически невозможно обеспечить гарантированные зазоры между ведущими и ведомыми дисками, то при вращении ведущей части муфты и при обесточенной обмотке рассматриваемая муфта передает ведомой части некоторый остаточный момент (остаточный момент — момент, передаваемый муфтой после снятия сигнала управления и уменьшения потока в муфте до установившегося остаточного). Сила, сжимающая все диски (фрикционный пакет), создается магнитным потоком, который замыкается между ферромагнитными корпусом 2 и якорем 7, пронизывая все диски. Последние делаются поэтому стальными, без специальных фрикционных покрытий, так как эти покрытия, обычно немагнитные, существенно увеличили бы магнитное сопротивление рабочему потоку при притянутом якоре. Такие диски называются поэтому «магнитопроводящими». «Широкими» они называются потому, что рабочий магнитный поток пронизывает каждый диск дважды («узкие» диски пронизываются рабочим потоком один раз). У ЭФМ с фрикционными дисками, через которые проходит рабочий магнитный поток, в конструкции не предусматрена специальная пружина, возвращающая якорь в исходное положение при размыкании цепи обмотки. Функцию этой пружины в таких муфтах выполняют обычно сами диски — ведущие или ведомые. Один из комплектов этих дисков изготавливается таким образом, что каждый диск из этого комплекта в свободном состоянии представляет собой круглую, волнообразно изогнутую стальную пластину (на рис. 14.5 изгибы не показаны). При срабатывании электромагнита муфты под действием сжимающей эти диски силы они распрямляются. Вслед за размыканием цепи обмотки сжатые диски, сделанные из упругой стали, стремятся принять свою естественную волнообразную форму. При этом фрикционный пакет начинает увеличиваться по толщине. Волнообразно изогнутые диски облегчают первоначальный сдвиг фрикционного пакета, упрощая тем самым дальнейшее расхождение дисков. Первоначальный сдвиг имеет особое значение, так как в сжатом состоянии суммарный зазор МЦ рассматриваемой муфты весьма мал и остаточный магнитный поток, а значит, и создаваемая им сила сжатия дисков могут быть значительными. К особенностям муфты рис. 14.5 следует отнести наличие потоков утечки Фу, замыкающихся по всем ведущим и ведомым дискам. На основной проекции рис. 14.5 условно показана только одна линия индукции этих потоков. Из-за потоков утечки значение рабочего потока в этой муфте уменьшается от потока в корпусе Фк до потока в якоре Фя (рабочий поток — это поток, создающий силу, сжимающую фрикционные диски). Так как фрикционные диски делаются из ферромагнитного материала, то потоки Фу могут быть значительными. Таким образом, фрикционные диски шунтируют якорь 7. Для уменьшения потоков утечки во всех фрикционных дисках поперек пути этих потоков делаются вырезы, увеличивающие магнитное сопротивление этого пути. На рис. 14.5 на разрезе ведомого диска 5 показан путь потоков Фу через одну из перемычек 14 между вырезами 11 этого диска. Износ фрикционных дисков рассмотренной ЭФМ приводит к некоторому уменьшению их толщины, что практически не влияет на сопротивление магнитопровода. Другая составляющая суммарного сопротивления МЦ муфты, которая ощутима и при притянутом якоре, — сопротивление немагнитных междисковых зазоров. Оно существенно даже при высокой чистоте обработки поверхностей стальных фрикционных дисков, потому что в многодисковой ЭФМ таких зазоров много и они включены в МЦ последовательно. Большим достоинством муфт с фрикционными дисками, через которые проходит рабочий поток, является то, что износ дисков практически не влияет также и на это магнитное сопротивление. Таким образом, сила сжатия таких фрикционных дисков почти не изменяется в процессе эксплуатации ЭФМ, и муфта с такими дисками не требует регулировки рабочего зазора, которая необходима у ЭФМ рис. 14.4 с дисками, через которые не проходит рабочий поток. Примерное представление об устройстве однодисковой ЭФМ с двумя парами поверхностей трения можно получить из 14,5, если у изображенной на этом рисунке многодисковой ЭФМ оставить только один диск (ведомый), который при включении муфты будет зажиматься между корпусом 2 и якорем. 7. Многодисковые муфты, а также однодисковые с двумя парами поверхностей трения в большей степени, чем однодисковые с одной парой поверхностей трения, соответствуют термину «дисковые», так как в них действительно имеются диски — круглые пластины, толщина которых значительно меньше наружного диаметра. Различают сухие и масляные дисковые фрикционные муфты. В первых поверхности трения защищены от попадания масла; в масляных — фрикционные поверхности работают при постоянной смазке. Это хотя и уменьшает коэффициент трения, но зато повышает надежность работы муфты, так как сводит к минимуму вероятность заедания дисков в режимах, при которых частоты вращения ведомых и ведущих фрикционных дисков различны. Смазка уменьшает также износ дисков и улучшает их охлаждение. Однодисковые ЭФМ почти всегда работают без смазки. Многодисковые бывают как масляные, так и сухие. Среди ЭФМ наибольшее распространение получили многодисковые масляные муфты с фрикционными дисками, через которые проходит рабочий магнитный поток. В конструкции рис. 14.5 масло к фрикционным дискам подается по каналу 17. Подробнее остановимся на основном преимуществе многодисковых муфт по сравнению с однодисковыми. Момент, который могут передать силы трения многодисковой ЭФМ, приближенно можно выразить уравнением ... Крайние диски имеют по одной поверхности трения, промежуточные— по две. Уравнение (14.1) показывает, что при увеличении числа дисков т можно уменьшить средний диаметр поверхностей трения Dcp. Фрикционные диски многодисковых ЭФМ имеют толщину 0,6—4 мм, отношение наружного диаметра к толщине около ¦80—120 и отношение наружного диаметра к среднему 1,1—1,2 [28], поэтому увеличение числа дисков (до некоторого предела) практически не приведет к увеличению габаритов и массы муфты, а уменьшение среднего диаметра дисков позволит существенно снизить эти параметры. У современных многодисковых ЭФМ малого размера— до 4 пар поверхностей трения, у средних — от 8 до 12 и у больших — до 20 [28]. Многодисковые ЭФМ получили наибольшее распространение среди всех типов электромагнитных муфт. Уравнение (14.1) показывает, что при увеличении числа дисков увеличивается момент М, который может передать муфта силами трения. Однако для муфт с дисками, через которые могут замыкаться потоки утечки, при увеличении числа дисков, во-первых, увеличивается суммарный немагнитный зазор, а во-вторых, возрастают потоки утечки Фу. В результате при числе дисков, больших некоторого значения, происходит уменьшение момента. Многодисковая ЭФМ с вращающейся катушкой и фрикционными дисками, через которые рабочий поток проходит один раз, показана на рис. 14,6 (при притянутом якоре). Ведущая часть муфты состоит из якоря 2; корпуса 9 с жестко закрепленными на нем контактным кольцом 7, катушкой 10, немагнитной шлицевой втулкой 8; ведущих фрикционных дисков 6; возвратной пружины 3, обеспечивающей расцепление дисков при обесточенной катушке, и пружинного кольца , которое является левым ограничителем хода якоря. Фрикционные диски 6 могут перемещаться по шлицам втулки 8 вдоль оси вращения муфты. Ведомая часть муфты состоит из поводка 4 и ведомых фрикционных дисков 5, которые соединяются с поводком так же, как у муфты рис. 14.5. В отличие от муфты рис. 14.5 у муфты рис. 14.6 фрикционные диски 5 и 6 пронизываются потоком Ф только один раз. Такая конструкция не только уменьшает примерно в два раза суммарный немагнитный зазор при притянутом якоре, но и свободна от недостатка муфты рис. 14.5 (у муфты рис. 14.6 нет потоков утечки, шунтирующих якорь). Многодисковая ЭФМ с неподвижной катушкой и фрикционными дисками, через которые проходит рабочий поток (рис. 14.7), отличается от муфты с вращающейся катушкой отсутствием контактного кольца, а также наличием двух зазоров 6' и 6", которые отделяют вращающуюся на подшипнике 10 ведущую часть муфты (детали 1, 2, 3, 6, 7, 11) от неподвижной (детали 8 и 9). Существуют конструкции муфт с неподвижной катушкой, в которой зазоры, отделяющие вращающуюся часть муфты от неподвижной, одновременно совмещают в себе функции рабочих зазоров («совмещенные зазоры»). Муфта рис. 14.7, в которой неподвижная часть от вращающейся отделяется с помощью одних (нерабочих) зазоров, а электромагнитная сила притяжения якоря создается в других (рабочих) зазорах, называется муфтой с «несовмещенными зазорами». У муфты рис. 14.7 кроме потоков утечки, замыкающихся по фрикционным дискам и аналогичных Фу (см. рис. 14.5), имеются еще потоки рассеяния Ф (рис. 14.7), замыкающиеся по корпусу 7 аналогично тому, как замыкаются потоки утечки по фрикционным дискам. Для уменьшения потоков рассеяния Ф в корпусе 7 муфты делаются окна, выполняющие те же функции, что и вырезы во фрикционных дисках. Деление потоков муфты рис. 14.7, шунтирующих якорь, на потоки рассеяния и потоки утечки вызвано тем, что первые не принимают участия в сжатии дисков, а вторые частично в этом участие принимают (за счет части потоков утечки сила, сжимающая ближайшие к корпусу муфты фрикционные диски, больше силы, сжимающей диски, ближайшие к якорю). На рис. 14.7 фрикционные диски условно показаны сгруппированными у якоря. На самом деле при обесточенной обмотке они занимают безразличное положение на участке от якоря до корпуса. ЭФМ с фрикционными дисками, через которые не проходит рабочий поток, в варианте с вращающейся катушкой показана на рис. 14.8 при притянутом якоре. По конструкции эта муфта имеет некоторое внешнее сходство с муфтой рис. 14.6. Отличие состоит в том, что у муфты рис. 14.8 рабочий поток Ф не проходит через диски, тогда как у муфты рис. 14.6 проходит. У муфты рис. 14.8 поток Ф встречает на своем пути только два рабочих зазора; у муфты рис. 14.6 — много промежутков между фрикционными дисками и один немагнитный зазор в месте скользящего соединения якоря 2 с корпусом 9 (рис. 14.6). Фрикционные диски муфты рис. 14.8 могут быть изготовлены из немагнитного материала, а муфты рис. 14.6 — только из ферромагнитного. Втулка 8 муфты рис. 14.6 изготовлена из немагнитного материала, аналогичная часть муфты рис. 14.8 — из ферромагнитного (является частью маг-нитопровода). Так как фрикционные диски, через которые не проходит рабочий поток, вынесены за пределы контура этого потока, то они получили название вынесенных» дисков. Обычно такие ведомые диски делаются стальными, ведущие — стальными с металлокерамическим покрытием. Для компенсации изменения конечного немагнитного зазора 6min, которое является следствием износа дисков и их покрытий, в муфте рис. 14.8 предусмотрена перестановка кольца 7. При работе муфты оно жестко связано с корпусом 10. Кольцо 7 является правым ограничителем хода фрикционных дисков при срабатывании муфты. Если кольцо 7 и фрикционные диски 5 и 6 сделаны из магнитного материала, то некоторая электромагнитная сила создается н за счет потока, проходящего через них. Электромагнитный тормоз на базе ЭФМ может быть получен из любой ЭФМ, предназначенной для передачи вращения, если одну из ее частей (ведущую или ведомую) установить неподвижно, а с вращающимся валом, который необходимо затормозить, соединить другую часть этой муфты. У муфты с вращающейся катушкой последняя располагается обычно на ведущей части, поэтому, если неподвижно закрепить ведущую часть, у такой муфты отпадает необходимость в контактных кольцах и щетках. Электромагнитный тормоз на базе многодисковой ЭФМ с фрикционными дисками, через которые не проходит рабочий поток, показан на рис. 14.9. Он предназначен для затормаживания двигателя при отключении катушки 4. При этом якорь 6 под действием: пружин 2 прижимает весь набор вращающихся 9 и невращающих-ся 7 фрикционных дисков к ограничителю 8, неподвижно закрепленному на корпусе 5. Втулка 1, жестко связанная с валом двигателя, останавливается. Корпус 5 тормоза может быть установлен непосредственно на корпусе двигателя с помощью болтов 3. Тормоз рассмотренной конструкции действует на конец вала двигателя, который закрывается крышкой 10 муфты (привод рабочей машины осуществляется от противоположного конца вала двигателр). |
