Классификация электромеханических муфт
Принципиальная особенность электромагнитных муфт состоит в возможности дистанционного управления параметрами движения и, как следствие этого, в использовании таких муфт в автоматических системах управления и регулирования. Исходя из общего назначения, электромагнитные муфты (ЭММ) можно разделить на две группы. К первой группе относятся муфты, в которых передача момента осуществляется механическими элементами (фрикционные, кулачковые). Ко второй группе – муфты, в которых момент передается элементами с электромагнитным или магнитным взаимодействием (индукционные, порошковые, магнитные).
Учитывая, что большую часть муфт с механическими связями мы уже рассмотрели, перейдем к наиболее значимым муфтам со связью через поле.
Индукционные муфты. Момент между полумуфтами образуется от взаимодействия электромагнитного поля одной полумуфты с током, наведенным этим полем в якоре другой полумуфты. Появление тока в якоре возможно лишь при относительном перемещении поля и якоря, поэтому индукционные муфты называют также муфтами скольжения или асинхронными муфтами.
Электромагнит установлен на ведущей полумуфте, и ось его совпадает с осью вращения. Ведомая полумуфта в зависимости от назначения может представлять собой либо сплошной цилиндр, либо беличье колесо. В малоинерционных муфтах, применяемых в системе автоматики, ведомую полумуфту, являющуюся якорем, выполняют из немагнитного материала с малым удельным сопротивлением в виде тонкостенного диска или стакана.
При расчете индукционных муфт следует исходить из определения электродвижущей силы, наводимой магнитным полем в якоре под полюсом:
Где B – магнитная
индукция в рабочем зазоре, l
– длина полюсов, d
– средний диаметр якоря,
- угловая скорость ведущей полумуфты,
- угловая скорость якоря.
Ток, наводимый в роторе,
,
где
сопротивление части ротора вихревым
токам под одним полюсом.
Сила взаимодействия магнитного поля с
токами в якоре
,
следовательно, момент
,
где k – число пар
полюсов муфты.
Из рассмотрения картины распределения
токов на развертке якоря, можно найти
величину
,
выразив его через параметры якоря. Так
же, можно найти число полюсов, вращающий
момент и прочие характеристики.
Достаточно будет пояснить принцип работы муфты на схеме:
М
уфта
состоит из двух самостоятельных
электромагнитных систем (обмотки I
и II), нагружающих один
выходной вал.
Если управляющее напряжение
,
то в предварительно сбалансированной
схеме, токи
в обмотках электромагнитов равны, а
следовательно, окажутся равными оба
момента полумуфт. Выходной вал при этом
неподвижен, а токи в обмотках полумуфт
называются нулевыми. При напряжении не
равном нулю, схема разбалансируется, а
выходной вал вращается в том направлении,
в котором вращается обмотка с наибольшим
током. Вращающий момент и угловая
скорость определяются значением
управляющего напряжения.
Порошковые муфты. Эти муфты можно рассматривать как разновидность фрикционных, индукционных и синхронных электромагнитных муфт. Они могут работать в любом режиме, свойственном этим муфтам, отличаются удобством управления и малой инерционностью, поэтому их широко применяют в автоматических устройствах.
На рисунке представлена конструктивная схема электромагнитной порошковой муфты. Ведущая 1 и ведомая 2 части муфты представляют собой стальные цилиндры и служат магнитопроводами. В кольцевом пазу ведомой части расположена обмотка возбуждения 3, которая через контактные кольца 4 и щетки 5 подключена к источнику постоянного тока U. Зазор между ведомой и ведущей частями муфты заполняется наполнителем 6, представляющим собой сухую или жидкую ферромагнитную смесь. Жидкая смесь состоит из ферромагнитного порошка и жидкой масляной основы. Соотношение между порошком и маслом обычно составляет 5:1. Сухая ферромагнитная смесь состоит также из ферромагнетика, а в качестве связующего вещества используются графит или тальк.
Принцип работы порошковой муфты заключается в следующем. При подаче постоянного напряжения U на обмотку возбуждения возникает ток, который создает поток возбуждения. Проходя через зазор, поток намагничивает ферромагнетик. Намагниченные частицы ферромагнетика образуют магнитные цепочки, расположенные вдоль силовых линий магнитного поля. Эти цепочки соединяют силами притяжения ведущую и ведомую части муфты. Сила сцепления частей муфты и создаваемый электромагнитный момент тем больше, чем больше ток протекает через обмотку возбуждения порошковой муфты. При больших токах возбуждения наступает магнитное насыщение материала и постепенно прекращается нарастание сил сцепления, а следовательно, и электромагнитного момента. Таким образом, воздействуя электромагнитным полем на слой порошка, можно соединить ведущую и ведомую части муфты либо жестко, либо с проскальзыванием.
Порошковые муфты по конструкции бывают не только цилиндрические, но и дисковые.