14.2. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ФРИКЦИОННЫЕ МУФТЫ
а) Принцип действия. Простейшая конструкция электромагнитной фрикционной муфты представлена на рис. 14.3. Постоянное напряжение подводится к щеткам, скользящим по контактным кольцам 1, соединенным с выводами обмотки 2. Обмотка имеет цилиндрическую форму и окружена магнитопроводом ведущей части 3 муфты. Направляющая втулка 7 имеет выступ 6, который входит в паз 8 полумуфты 5, которая может перемещаться вдоль оси, оставаясь соединенной с валом 10.
Рис. 14.3. Электромагнитная фрикционная муфта:
а — разрез муфты; б — поверхность трения
В обесточенном состоянии пружина 9 упирается в направляющую втулку 7, жестко закрепленную на валу 10, и отодвигает подвижную часть полумуфты 5 вправо. При этом поверхности трения (диски 4) не соприкасаются и ведомый вал 10 разобщен с ведущим валом П.
При подаче на обмотку управляющего напряжения возникает магнитный поток Ф. На полумуфты 3, 5, выполненные из магнитомягкого материала, начинает действовать электромагнитная сила, притягивающая их друг к другу. Таким образом полумуфты и обмотка представляют собой электромагнит. Между дисками 4, жестко связанными с деталями 3 и 5, возникает сила нажатия, обеспечивающая необходимую силу трения и их надежное сцепление.
На рис. 14.3,6 изображена поверхность трения.
Коэффициенты трения для дисков из различных материалов приведены в табл.
Таблица 14 1. Коэффициенты трения
| Материал | Режим покоя | Режим движения |
Сталь — сталь | 0,15 | 0,15 |
Сталь — чугун | 0,3 | 0,14 |
Сталь — бронза | 0,15 | 0,15 |
Чугун — чугун | 0,15 | 0,15 |
Металлокерамический материал на медной | 0,3—0,4 | — |
основе — сталь | 0,4—0,8 |
|
Металлокерамический материал па желез- | — | |
ной основе — сталь |
|
|
Наиболее совершенны диски из металлокерамики. Металлокерамика на медной основе состоит из 68 % меди, 8 % олова, 7 % свинца, 6 % графита, 4 % кремния и 7 % железа. Составляющие в порошкообразном состоянии прессуются при высоком давлении (сотни мегапаскалей) и затем спекаются при температуре 700—800 °С. Аналогично изготовляется металлокерамика на железной основе. Металлокерамические материалы имеют высокое значение &Тр и допускают высокую рабочую температуру (до 200 °С).
Давление рУЛ определяется износом поверхностей трения дисков. Для металлокерамических материалов оно составляет 0,8—1, для сталей 0,4—0,6 МПа.
В процессе пуска момент, который должен быть передан муфтой, возрастает, так как кроме статического момента нагрузки Мп необходимо передать динамический момент Мдин. При этом проскальзывание (пробуксовка) поверхностей трения должно быть небольшим, иначе они могут выйти из строя из-за нагрева до высокой температуры.
При большом передаваемом моменте для уменьшения габаритных размеров муфты применяется многодисковая система (рис. 14.4). Диски 6 связаны с ведущей частью муфты 5 и могут свободно перемещаться вдоль направляющих 7. Диски 8, связанные с электромагнитом ведомой части, также могут перемещаться по направляющей 4. В данной конструкции магнитный поток, создаваемый обмоткой /, не проходит через диски, а замыкается через магнитопровод 2 и якорь 3, что позволяет уменьшить зазор электромагнита. Момент, развиваемый такой муфтой,
МтР = Мд(п-1), (14.4)
Рис. 14.4. Многодисковая фрикционная муфта
Зная поверхность трения S и допустимое давление на поверхности одного диска
Временем включения муфты называется промежуток времени от момента подачи напряжения на электромагнит до достижения вращающим моментом 0,9 установившегося значения.
Время включения возрастает с увеличением габаритов муфты, постоянной времени электромагнита, хода якоря, числа дисков и обычно находится в пределах от 0,07 до 0,3 с.
Время отключения представляет собой промежуток времени от обесточивания электромагнита до спада вращающего момента до 0,05 номинального значения. Это время увеличивается с ростом габаритных размеров муфты, магнитного потока и колеблется от 0,1 до 0,4 с.
При каждом сцеплении муфты происходит нагрев дисков за счет энергии, выделяемой при проскальзывании. Допустимое число включений муфты определяется температурой нагрева дисков [14.1].
Электромагниты муфт выполняются на постоянном токе, что упрощает технологию изготовления и уменьшает габаритные размеры муфты (§ 5.6). При питании переменным током полупроводниковые выпрямители могут встраиваться в муфту, причем переменный ток подается непосредственно на кольца. Для повышения быстродействия муфт применяется форсировка, описанная в § 5.7.
Электромагниты муфты изготавливаются из сплошного материала и поэтому имеют большую постоянную времени. При отключении муфты на контактах коммутирующего аппарата возникает дуга, которая замедляет процесс отключения и вызывает сильную эрозию контактов. При быстром обрыве дуги возможны возникновение перенапряжения и пробой обмотки. Для облегчения процесса отключения обмотка шунтируется разрядным резистором (рис. 3.9, а). Для устранения залипания якоря в притянутом состоянии магнитная система должна иметь конечный зазор.