Принцип работы электромагнитной муфты

Общие особенности и принцип действия

Электромагнитные устройства различны по конструкции, однако, в традиционной версии они характеризуются следующими особенностями:

• Базовые компоненты – пара роторов, один из которых выполнен в формате металлического диска с небольшим выступом на конце.

• На внутренней части находятся полюсные наконечники, за счет которых достигается небольшое смещение. За подачу электротока отвечает обмотка, соединенная с источником энергии, сетевым или аккумуляторным.

• Конструктивное исполнение второго ротора муфты – вал в форме цилиндра, на котором имеются пазы, параллельные главной оси. Задача пазов – удержание элементов с полюсными наконечниками.

Принцип работы такого устройства можно представить следующим алгоритмом:

1. Подача электротока продуцирует электромагнитное поле, взаимодействующее с проводниками.

2. Поле смещает подвижные элементы муфты.

3. Смещение позволяет обеспечить необходимую плотность контакта основных деталей, передать крутящий момент.

4. При отключении подачи электроэнергии все компоненты муфты возвращаются в исходное состояние, количество циклов замыкания и размыкания никак не ограничивается, что позволяет реализовывать совершенно разные схемы и алгоритмы работы, соответствующие конкретной приводной системе и оборудованию. Электромагнитная муфта по принципу действия идеально соответствует импульсным системам, где регулярно изменяются режимы работы.

Классификация

Электромагнитные муфты могут функционировать как по механической схеме, когда передача крутящего момента обеспечивается плотным контактом ведущего и ведомого элементов, так и по индукционной, где основную роль играет магнитное поле.

Электромагнитная механическая муфта может относиться к одному из трех видов:

1. Фрикционная. Ее основные компоненты соединяются за счет электромагнитов. Детали дополнительно классифицируются по числу дисков, конфигурации контактных поверхностей, которые могут быть выполнены в формате конусов или цилиндров. Муфты делятся на сухие и масляные. Во втором случае контактирующие элементы погружены в масляную ванну, либо опрыскиваются им в процессе работы. Это несколько снижает КПД, так как падает плотность механического контакта, однако, способствует продлению срока службы за счет уменьшения выраженности трения и эффективного отвода тепловой энергии. По числу дисков более эффективными являются многодисковые электромагнитные муфты, причем элементы должны иметь конфигурацию, напоминающую волну, что делает контакт более плотным, нивелирует вибрации и ударные нагрузки. Важный момент – муфты с множеством диском нуждаются в регулярной смазке, чтобы продлить общий срок эксплуатации, исключить перегрев и другие потенциально опасные явления.

2. Порошковая. За соединение главной и ведомой частей отвечает особый металлический порошок с выраженными ферромагнитными свойствами. Он заполняет зазор между подвижными деталями, намагничивается и гарантирует их плотное сцепление. Преимущество таких муфт – возможность компенсации небольших расхождений по осям соединяемых валов, что позволяет нивелировать ошибки при монтаже, а также смещения, вызванные естественным износом оборудования. Наиболее совершенными являются электромагнитные порошковые муфты, где ферромагнитный порошок используется в комбинации с разделительной средой. Ее функцию может выполнять как жидкость, масло на минеральной основе высокой степени очистки, так и тальк, магний, слюда, измельченные до мелкодисперсного состояния.

3. Зубчатая. Электромагнит скрепляет пару частей муфты при помощи размещенных на них зубцов. Муфты этого класса ориентированы на системы большой мощности, где необходимо передавать очень высокий крутящий момент. Они компактнее фрикционных, при этом способны выдержать огромное усилие без разрушения, деформаций контактных элементов.

Классы индукционных муфт:

1. Асинхронные. Вращение ведущего элемента продуцирует поле, приводящее в движение ведомый компоненты. Такие устройства также называются муфтами скольжения.

2. Синхронные. На концах устройства закреплены постоянные магниты, при подаче электротока они прочно скрепляют обе части.

3. Гистерезисные. В этих муфтах используется явление гистерезиса, чрезмерного намагничивания твердого тела.

Зубчатые электромагнитные муфты: классификация

Зубчатые муфты, благодаря высоким эксплуатационным характеристикам, пользуются большой популярностью, так что их следует рассмотреть отдельно. Передача крутящего момента, как уже было сказано, достигается за счет контакта колец с зубьями, соединение и разъединение которых достигается воздействием электромагнитного поля, формируемого катушкой.

Муфты делятся на несколько классов:

• С постоянным полем. Главным элементом является магнитная катушка, закрепленная в центральной области. Генерируемое ей поле приводит к соединению венцов с зубьями, за плотность прижима отвечают мощные пружины. Муфты могут использоваться как в “сухом” варианте, так и в масляной ванне. В первом случае надежная и продолжительная работа достигается исключительно при условии эффективной вентиляции, обдува, быстро отводящего избыток тепла, в противном случае деталь деформируется и потребует замены.

• С токосъемными кольцами. Конструкция муфт предполагает подключение минусового провода питания к “массе”, положительного – к щетке и токосъемному кольцу, закрепленному на устройстве. Катушка формирует ЭМ-поле, за счет чего венцы входят в контакт. Разъединение при отсутствии питания обеспечивается пружинами.

• Разъединяющие с зафиксированным корпусом. Электромагнитные муфты передают механическое усилие при отсутствии питания, высокий КПД достигается за счет пружин. Для разъединения подается питание, причем удержание венцов в отключенном состоянии возможно при минимальном напряжении, в половину от номинального значения. Это делает муфты экономичными и практичными, не требующими регулярного обслуживания за счет минимального износа и выделения тепла.

• Разъединяющие с токосъемным кольцом. Конструктивно несколько отличаются от предыдущих, однако, работают по близкому принципу, усилие передается при отключении питания. Удержание в отключенном состоянии не требует подачи большого напряжения, достаточно 50 процентов от номинала.

Преимущества и недостатки

Если сравнить электромагнитные муфты с аналогами, использующими другие принципы соединения, можно сделать выводы о нескольких основных сильных сторонах:

●              Прочность контакта. Плотность соединения максимальна, при этом она не зависит от внешних условий, достигается при высоких и низких температурах, влажности воздуха. За счет этой особенности электромагнитные муфты используются даже в наиболее ответственных системах и механизмах.

●              Исключение ударных нагрузок, максимальная плавность, мягкость соединений и разъединений, что положительно сказывается на общем сроке службы приводной системы, позволяет избавиться от деформаций и других повреждений.

• Продолжительный эксплуатационный период. Механические нагрузки в муфтах сведены к минимуму, что способствует продлению срока службы, удается исключить деформации и другие негативные явления. При использовании устройства в жестких условиях необходимо уделить повышенное внимание выбору, убедиться, что его конструктив, тип, материалы, использованные при сборке, соответствуют среде.

• Скорость срабатывания. Электромагнитным модулям требуются для приведения в действие буквально доли секунды, что выгодно отличает их от множества аналогов.

• Многофункциональность. Муфты могут выполнять не только исключительно соединительные, но и предохранительные, защитные функции. Вдобавок можно наладить их дистанционное или даже автоматизированное управление, что важно для наиболее ответственных, технологичных приводных систем, производственных линий, вплоть до роботизированных станков.

• Малые габариты и масса. Крупные механические муфты значительно нагружают оборудование, в комбинации с которым используются, из-за чего возрастает риск аварии, снижается общий эксплуатационный период. Аналоги на электромагнитах гораздо более миниатюрны, что делает их оптимальным выбором.

Недостатков у электромагнитных муфт гораздо меньше. В первую очередь, нужно обратить внимание на достаточно высокую стоимость устройства, что объясняется конструктивной сложностью, использованием наиболее совершенных материалов и производственных технологий. Эта же сложность приводит к тому, что обслуживанием механизмов должны заниматься специалисты высокой квалификации, знающие все принципы и тонкости процесса.

Области применения

Электромагнитные устройства используются в следующих системах и машинах:

• Различные транспортные средства, укомплектованные электромоторами, бензиновыми, дизельными двигателями внутреннего сгорания, от легковых автомобилей и мотоциклов до тяжелых грузовиков, локомотивов, морских судов и самолетов.

• Различные бытовые, производственные инженерные, микроклиматические системы, например, вентиляторы, кондиционеры, насосы, рефрижераторы.

• Технологичные производственные комплексы, вплоть до станков с ЧПУ, к точности работы которых предъявляются наиболее жесткие требования, предполагающие устранение даже минимально возможных погрешностей.

• Системы, нуждающиеся в дополнительной защите от перегрева, превышения допустимых нагрузок и прочих ненормативных режимов работы.

Муфты на электромагнитах подходят и для комплексов, где необходимо наладить дистанционное управление. Оператор или датчики контролируют подачу питания, что позволяет не просто удаленно, но автоматически соединять или разъединять элементы приводной линии.

Принципы выбора

Чтобы с работой устройства не возникло проблем, нужно внимательно отнестись к подбору. Крутящий момент, на который рассчитаны муфты, должен соответствовать реальным характеристикам системы, в противном случае возникнут серьезные проблемы с надежностью, устройство попросту не выдержит нагрузок. Габариты механизма должны соответствовать обслуживаемым устройствам, не рекомендуется использовать чересчур громоздкие муфты, чтобы исключить лишние нагрузки, избежать проблем с надежностью и снижением КПД, нерациональным расходованием энергии, генерируемой приводом.

Обязательно учитываются и условия эксплуатации конкретного приводного комплекса. Дисковые муфты, например, различны по материалу фрикционных накладок, в случае использования при выраженных низких или высоких температур, нужно убедиться, что состав адаптирован к подобным воздействиям, не деформируется, не покроется трещинами при резких температурных колебаниях. При применении муфт в автоматизированных приводных, производственных комплексах, роботизированных и программируемых станках, нужно убедиться, что они поддерживают функцию удаленного управления, корректно реагируют на сигналы, поступающие с датчиков.