Электромеханические муфты

Управляемые муфты служат для передачи движения от одного вала к другому по сигналам управления и являются дистанцион­ными управляемыми выключателями механического движения. С помощью муфт осуществляется быстрое подключение или от­ключение и торможение элементов управляемого объекта от по­стоянно работающего электродвигателя. Муфты позволяют плав­но регулировать частоту вращения ведомого вала и передаваемый на него момент за счет регулируемого проскальзывания ведущего и ведомого элементов муфты, что важно для предотвращения ава­рии в момент резкого возрастания нагрузки на привод (напри­мер, в момент включения муфты).

По характеру связи между ведущим и ведомым элементами конструкции различают муфты с механической связью, или фрик­ционные (в которых степень проскальзывания полумуфт друг от­носительно друга регулируется силой сжатия контактирующих поверхностей), и муфты, передающие крутящий момент за счет взаимодействия электромагнитных полей полумуфт без их меха­нического контакта. Это гистерезисные, индукционные (синхронные и асинхронные) и конденсаторные электромагнитные муфты.

Основными критериями работоспособности муфт являются прочность сцепления, или максимальный передаваемый момент, износостойкость поверхностей трения, теплостойкость.

Для дополнительного увеличения коэффициента трения и пе­редаваемого момента в 3-4 раза соприкасающиеся поверхности полумуфт изготавливают из специальных материалов. В сухих фрик­ционных муфтах применяют трение стали или чугуна по наклад­кам из фрикционного материала на асбестовой основе или по металлокерамическим накладкам. Фрикционные тела муфт, рабо­тающих в масле, выполняют из закаленной стали, трущейся по фрикционной пластмассе или металлокерамике.

В электромагнитных муфтах полумуфты образуют замкнутую магнитную систему. Муфта выполнена из ферромагнитных мате­риалов и имеет одну или несколько обмоток возбуждения. Посто­янный ток подается на вращающуюся катушку по контактным кольцам и щеткам.

В маломощных фрикционных муфтах сами подвижные полу­муфты не имеют обмоток (рис. 3.40, а), одна из них (обычно ведо­мая) перемещается под действием магнитного поля неподвиж­ной обмотки возбуждения, сцепляясь со второй полумуфтой. При подаче тока в обмотку 3 возникает магнитное поле, перемещаю­щее вдоль ведомого вала по шлицам или шпонке и прижимающее ведомый элемент муфты 2 к ведущему 1. Для передачи больших моментов применяют многодисковые муфты с подвижной катуш­кой электромагнита (рис. 3.40, б), в которых площадь соприкос­новения ведущей и ведомой полумуфт в несколько раз больше. При отключении тока пружина отжимает ведомую полумуфту от ведущей и прижимает ее к тормозной поверхности, чем обеспе­чивается быстрое торможение. Работа такой муфты подобна рабо­те электромагнита.

Наряду с дисковыми применяют конусные и цилиндрические обжимные муфты, позволяющие передавать большие моменты, однако они имеют значительные габариты и конструктивно сложнее, что обусловило ограниченность их применения.

Зазор между полумуфтами может быть заполнен ферромагнит­ным порошком 4 (рис. 3.40, в). Под действием магнитного поля при включении муфты зерна порошка располагаются вдоль силовых линий и образуют мостики, связывающие полумуфты. Сопротивле­ние сдвигу намагниченного порошка тем больше, чем сильнее он намагничен, что позволяет легко управлять передаваемым момен­том. Порошок состоит из зерен диаметром от 4 до 50 мкм и может быть сухим (графит, тальк) или жидким, пропитанным силиконо­выми, трансформаторными маслами, фтористыми соединениями.

Электромагнитные фрикционные муфты с ферромагнитным наполнителем более надежны и менее инерционны (время срабатывания составляет менее 20 мс), имеют больший КПД. К недостаткам следует отнести сложность конструкции, постоянные потери ферромагнитного порошка через уплотнения, необходи­мость периодической смены порошка (в среднем через 400... 500 ч работы) ввиду постепенного окисления и разрушения зерен порошка.

В асинхронных индукционных муфтах передаваемый момент управляется изменением напряжения на обмотке возбуждения индук­тора. Такие муфты способны передавать мощность от нескольких ватт до тысяч киловатт. Одна из полумуфт (рис. 3.40, г) имеет электромагнитные полюсы 1 с обмоткой возбуждения (индуктором), конструктивно выполненной подобно ротору асинхронного двига­теля и питаемой постоянным током. Другая полумуфта имеет короткозамкнутую обмотку 2, аналогичную роторной обмотке асинхрон­ного двигателя. При вращении индуктора в обмотке якоря возника­ет ЭДС и идет ток. Взаимодействие этого тока с магнитным потоком возбуждения создает электромагнитный момент, приводящий во вращение якорь. При этом в муфте происходят те же процессы, что и в асинхронном электродвигателе. Разница заключается в том, что, вращение магнитного поля в двигателе происходит за счет подачи переменного трехфазного напряжения в обмотку неподвижного статора, а в муфте вращение поля обеспечивается вращением ин­дуктора, питаемого постоянным током. Как и в асинхронном дви­гателе, момент передается только при разных скоростях вращения, индуктора и якоря.

Частота вращения ведомой полумуфты всегда ниже частоты вращения ведущей полумуфты, поэтому такие муфты называют также электромагнитными муфтами скольжения. Следует заметить, что с ростом скольжения падает КПД муфты.

Если момент нагрузки привода превышает максимальный мо­мент муфты, то происходит опрокидывание - прекращение вра­щения ведомой полумуфты, что предотвращает перегрузку при­водного двигателя. Максимальный момент муфты определяется магнитным полем возбуждения и током возбуждения. Меняя ток возбуждения, можно управлять критическим моментом муфты.

Муфты широко применяются в регулируемых электроприводах переменного тока, состоящих из нерегулируемого электродвига­теля и муфты с системой управления током возбуждения. Эти при­воды просты в устройстве и эксплуатации, дешевы и надежны, однако обладают невысокими КПД и мощностью. Электромагнит­ные муфты в целом обладают высокой надежностью, долговечно­стью и быстродействием и используются для передачи мощности до тысяч кВт.

Электромеханические муфты широко используются в электро­механических приборах, лентопротяжных механизмах, станках с ЧПУ, автоматических манипуляторах и т. д.