3. 6. Электромагнитные муфты

3.6. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ МУФТЫ

Параметры технической характеристики муфт. Электромагнитные муфты применяются в автоматических коробках скоростей, приводах подачи и вспомогательных перемещений. Они также служат в качестве тормозов и сцепных устройств. В серию ЭIМ входят муфты контактного типа исполнения 2 (ЭIМ...2), бесконтактные исполнения 4 (ЭIМ...4), тормозные исполнения 6 (ЭIМ...6). Серию образуют муфты 13 габаритов: от 04 до 16. С увеличением габарита муфты возрастают ее размеры и параметры силовой характеристики.

Для электромагнитных муфт установлены контрольные и информационные значения параметров технической характеристики. Контрольные значения параметров характеризуют новую муфту при нормированной температуре и номинальном напряжении тока, используются при проверке и приемке новых муфт. Информационные значения ряда параметров отличаются от контрольных вследствие изменения качества муфты при приработке и износе фрикционных дисков в процессе эксплуатации, они зависят также от температуры муфты и масла.

При конструировании механизмов станка муфты выбирают по информационным значениям показателей технической характеристики. Если информационное значение мало отличается от контрольного, термины "информационный" и "контрольный" опускаются. Расчетные параметры, не регламентированные техническими условиями, называются справочными.

Основные параметры технической характеристики муфт приведены в табл. 3.25, где М_Н — номинальный передаваемый момент, т.е. номинальное (информационное) значение передаваемого муфтой момента при отсутствии скольжения между дисками; М_В — номинальный вращающий момент, т.е. номинальное (информационное) значение вращающего (динамического) момента включенной муфты при наличии скольжения между дисками, имеющего место при разгоне, реверсе или торможении узла станка; М_О.В. — остаточный вращающий момент, т.е. информационное значение остаточного момента вращения, развиваемого отключенной муфтой при наличии скольжения между дисками; ω — максимально допустимая частота вращения, справочный параметр; ΔР — теплорассеивающая способность муфты, т.е. максимально допустимая средняя мощность, рассеиваемая муфтой в повторно-кратковременном режиме с частотой z ≥ z _h; z _H —частота включений, обеспечивающая усреднение потерь.

Конструкции муфт. Электромагнитная муфта ЭIМ...2 контактного типа (рис. 3.14, табл. 3.26) устроена следующим образом. Между втулкой 9 и корпусом 2, соединенными между собой немагнитным сварочным швом 1, имеется магнитоизолирующий кольцевой зазор Б. В корпус встроена катушка 3, ток к которой подводится через кольцо 4. Пакет магнитопроводящих фрикционных дисков состоит из дисков двух типов. Внутренние диски 6 расположены на эвольвентных шлицах, нарезанных на втулке 9. Наружные диски 5 имеют 5—8 пазов шириной b, в которые входят выступы поводка, соединяющего муфту с деталью механизма. При подаче тока в катушку магнитный поток замыкается через корпус 2, пакет дисков, зазор шириной f и якорь 7. Диски и якорь притягиваются к полюсам корпуса таким образом, что между дисками возникает фрикционное сцепление и от втулки через внутренние и наружные диски момент передается на поводок. После отключения муфты происходит ее расцепление благодаря упругости наружных дисков, боковые поверхности которых не совсем плоские, они имеют жесткую "волну" специальной формы. При этом якорь отходит вправо до упора в бронзовое кольцо 8. Отверстие А предназначено для подвода к дискам смазочного материала.

Табл. 3.25.

Основные параметры технической характеристики муфт серии ЭIМ

Габарит муфты	МН, Н·м	МВ, Н·м	МО.В., Н·м	ω, рад/с	ΔР, Вт
для муфт исполнений
	2,4		2,4,6		4,6	2,6
			0,1
			0,15
			0,25
			0,4
			0,7
			1,2			25 0
			2,5
			6,5

Рис. 3.14. Электромагнитная муфта ЭIМ...2

Рис. 3.15. Щеткодержатель

Конструкция щеткодержателя приведена на рис. 3.15. Щетка 4 удерживается в корпусе 3. Постоянный ток напряжением 24 В от положительного полюса источника питания подводится к ней через наконечник 2, к которому присоединяется токопроводящий провод. Наконечник защищен колпачком 1. Размер Н может быть равным 66,5 мм, 87, 107, 127 или 147 мм, a h соответственно 19,5 мм, 40, 60, 80 или 100 мм. Ось щеткодержателя направляют по радиусу токосъемного кольца. При окружной скорости кольца меньше 10 м/с ставят один щеткодержатель, при 10...20 м/с — два щеткодержателя с взаимно перпендикулярными осями.

Электромагнитная муфта ЭIМ...4 бесконтактного типа (рис. 3.16, табл. 3.27) имеет магнитопровод, состоящий из вращающегося корпуса 2 и неподвижного катушкодержателя 1, разделенных зазорами шириной δ₁ и δ₂, предназначенными для снижения теплопередачи от фрикционных дисков к катушке.

Применение муфты ЭIМ...4 более предпочтительно по сравнению с муфтой ЭIМ..2, Муфту ЭIМ...4 рекомендуется применять при высокой частоте вращения, частых включениях, затрудненном для осмотра доступе. Муфту¹ ЭIМ...2 следует использовать в тех случаях, когда названные условия не имеют места, а муфту ЭIМ...4 встроить в узел затруднительно.

Электромагнитная тормозная муфта ЭIМ...6(рис. 3.17, табл. 3.28) имеет поводок 3 в виде фланца, насаженного на корпус 2. Выступы фланца, прикрепленного к корпусу узла, входят в пазы, имеющиеся на наружных дисках. Внутренние диски насажены на шлицевую часть втулки 1, Якорь 5 расположен в кольце 4, прикрепленном к поводку 3. Последний прикрепляется к стенке узла одной из своих торцовых плоскостей. При включении муфты тормозной момент, прикладываемый к валу и равный ее вращающему моменту, замыкается на корпус механизма. По окончании торможения вал удерживается моментом, равным передаваемому моменту муфты.

Табл. 3.26.

Основные размеры электромагнитных муфт ЭIМ...2, мм

Габарит муфты	D	D1	D2	D3	L	l	l1	l2	l3	l4	l5	Ход f	d1	b	Число пазов	Число дисков наружных и внутр
						10,7	1,5		4,9							3/4
							1,5		4,9			1,1				3/4
						12,5	1,5		5,6			1,2				3/4
							1,5		7,2			1,6				4/5
							1,5		7,2			2,1				4/5
						18,5	1,5					2,3				4/5
							1,5					3,2			б	5/6
						23,5			10,8			3,3				5/6
									13,2			4,1				6/7
						32,5			17,6			3,6				6/7
						37,5			20,8							6/7
												5,5				7/8
									27,2			7,3				8/9

Табл. 3.27.

Основные размеры электромагнитных муфт ЭIМ...4, мм

Габарит муфты	D	D1	D2	D3	D4	D5	D6	L	l	l1	l2	l3	l4	l5	Ход f	d	d1	h, не более	b	Число пазов	Число дисков наруж. и внутр.
					37,5				10,7			4,9			1,2	М5					3/4
												4,9	3,3		1,1	М5		4,5			3/4
					46,5			42,5	12,5			5,6	3,3		1,2	М5					3/4
												7,2	3,8		1,6	М5					4/5
					61,4							7,2	4,5		2,1	М5					4/5
									18,5						2,3	М5				б	4/5
					78,2										3,2	М6		6,5		б	4/5
									23,5			10,8	5,5		3,3	М6					5/6
					104,2						39,5	13,2	5,5		4,1	М6					6/7
					123,2				32,5			17,6	5,5		3,6	М8					6/7
					132,2				37,5		42,5	20,8	5,5			М8					6/7
													5,5		5,5	М8					7/8
												27,2	5,5			М10					8/9

Табл. 3.28.

Основные размеры электромагнитных тормозных муфт ЭIМ...6, мм

Габарит муфты

D

D1

D2

D3

D4

D5

L

В

l1

l2

d

Ход f

Число дисков наружных и внутренних

15,5

4/3

1,1

4/3

1,2

4/3

1,8

5/4

2,3

5/4

2,5

5/4

3,5

6/4

3,2

6/5

4,3

7/6

7/6

4,2

7/6

5,5

8/7

7,3

9/8

Рис. 3.16. Электромагнитная муфта ЭIМ...4

Рис. 3.17. Электромагнитная муфта ЭIМ...6

Табл. 3.29.

Размеры шпоночных посадочных отверстий группы А, мм

Габарит муфты	Группа отверстий 1А	Группа отверстий 2А	Группа отверстий 3А
d	b	t	d	b	t	d	b	t
			19,8			18,3			16,3
			22,3			19,9			18,3
			23,9			22,3			19,9
			27,3			24,3			22,3
			32,6			27,6			24,3
			37,9			32,6			27,6
			42,9			37,9			32,6
			53,3			42,9			37,9
			63,3			53,6			42,9
			82,9			74,3
			92,9			84,4			74,3
			104,4			94,4			84,4
			115,4			105,4			95,4

Примечание. Диаметр d выполняется с отклонением Н7, ширина паза b - с отклонением Н9.

Сопряжение муфт с валом. Посадочное отверстие муфты может относиться к одной из трех групп: гладкие (группа А); шлицевые с центрированием по наружному диаметру шлицев (группа Н); шлицевые с центрированием по внутреннему диаметру шлицев (группа В). Размеры посадочных отверстий приведены в табл. 3.29-3.31.

Встройка муфт в механизмы. Муфту ЭIМ...2 фиксируют на валу в осевом направлении с помощью втулок. Соседний с муфтой торец поводка должен быть расположен от торца муфты на расстоянии 4…10 мм.

Катушкодержатель муфты ЭIМ...4 должен быть удержан от вращения. Его устанавливают в расточке крышки 2, закрепленной в корпусе 3, ификсируют винтом Г (рис. 3.18). При встройке муфты ЭIМ...6 втулку шлицевой частью помещают со стороны якоря муфты.

Табл. 3.30.

Размеры шлицевых посадочных отверстий группы Н, мм

Габарит муфты

Группа отверстий 1Н

Группа отверстий 2Н

Группа отверстий 3Н

D

d

b

Число зубьев

D

d

b

Число зубьев

D

d

b

Число зубьев

3,5

3,5

Примечание. Диаметр D выполняется с отклонением Н7, диаметр d - с отклонением HI2, ширина шлица b - с отклонением F8.

Муфты можно устанавливать не только на горизонтальных, но и на вертикальных валах. В последнем случае их помещают якорем вниз, а муфты малых габаритов (0 4...08) - якорем вниз или вверх. При этом максимально допустимая частота вращения составляет соответственно 0,7—0,8 или 0,4—0,5 от указанных в табл. 3.25.

Смазывание узлов с электромагнитными муфтами. В узлы с электромагнитными муфтами смазочный материал подводят для того, чтобы смазывать трущиеся поверхности их деталей, удалять продукты изнашивания и отводить теплоту, выделяющуюся вследствие потерь энергии в катушках и дисках муфт, а также в зубчатых передачах и подшипниках.

Количество теплоты (Дж), выделяющейся в течение часа при включениях муфты,

где z — число включений муфты в течение часа; I — момент инерции приве--денной массы, кг·м²; п₂ — п₁ — разность частот вращения масс, об/мин; М_B — вращающий момент муфты, Н·м; М_C - статический момент сопротивления, Н·м; знак "плюс" берут при ускорении массы, "минус" — при торможении.

Табл. 3.31.

Размеры шлицевых посадочных отверстий группы В, мм

Габарит муфты

Группа отверстий 1В

Группа отверстий 2В

Группа отверстий ЗВ

D

d

b

Число зубьев

D

d

b

Число зубьев

D

d

b

Число зубьев

3,5

3,5

Примечание. Диаметр D выполняется с отклонением В12, диаметр d - с отклонением Н7, ширина шлица b - с отклонением F10.

Количество теплоты, выделяющейся в течение часа дисками, вращающимися вхолостую,

где М_H — номинальный момент, передаваемый муфтой, Н·м; п _отн— относительная частота вращения дисков, об/мин; k — коэффициент, характеризующий остаточный вращающий момент муфты: k — 0,005...0,015.

Количество теплоты, выделяющейся в течение часа катушками включенных муфт,

где P₁ — мощность, потребляемая катушками, Вт.

Количество теплоты, выделяющейся подшипниками и уплотнениями,

где P₂ — мощность потерь в подшипниках, зубчатых передачах и уплотнениях, Вт.

Рис. 3.18. Пример встройки электромагнитной муфты ЭIМ...4 в механизм

Рис. 3.19. Способы внутреннего подвода масла к электромагнитным муфтам: а - через устройство осевого типа; б - через устройство радиального типа

Общее количество теплоты, выделяющейся в узле электромагнитными муфтами,

Q=Q₁ + Q₂+ Q₃+Q₄.

Для отвода выделенной теплоты подача масла (л/мин) к муфте системой смазывания с внутренним подводом должна составлять

где с — удельная теплоемкость смазочного материала, Дж/(кг·К); γ — плотность масла, кг/м³; Δt — допускаемое повышение температуры масла, прокачиваемого через муфты: Δt = 2...4K при естественном охлаждении масла в резервуаре, Δt = 10...12 К при искусственном охлаждении.

Подвод масла к электромагнитным муфтам осуществляется внутренним или внешним способом. Внутренний подвод к дискам муфты производится обычно через устройство осевого или радиального типа, центральное и радиальные отверстия, просверленные в валу, на котором находится муфта (рис.3.19).

Табл. 3.32.

Параметры узла смазывания муфт

Габарит муфты	Размеры, мм	Подача масла, — л/мин, не менее
d	l	l1	L2	b
			1		0,5	0,2
					0,5	0,3
					0,5	0,3
					0,5	0,4
					0,5	0,5
					0,8	0,8
					0,8	1,2
			20,5			1,6
						2,5
		2.0				3,5

При внешнем подводе струя масла направляется на диски извне и более нагретой оказывается внутренняя часть муфты. При применении внутреннего подвода усложняется конструкция узла, но обеспечивается лучшее его охлаждение и приблизительно в 3 раза снижается требуемая подача масла.

Подшипники, встроенные в электромагнитные муфты, смазываются разбрызгиванием масла или струей, которая подается на шейку вала и, отражаясь ею, попадает на подшипники. Подшипники, на которых установлены зубчатые колеса, связанные с муфтами, смазываются струей масла с подачей через радиальные отверстия, просверленные в валу.

Муфты серии ЭIМ смазывают маслом И-20А, К муфтам всех типов оно может подаваться внешним способом с помощью узла, показанного в табл. 3.32, а к муфтам ЭIМ...2 и ЭIМ...4 еще и внутренним способом — через отверстие d. Подача масла внутренним способом должна составлять 25...50 % подачи поливом (табл. 3.32).

Выбор муфт. Тип муфты выбирают с учетом рекомендаций, изложенных выше, а размер путем сравнения параметров переходного процесса в приводе с параметрами, которые могут быть обеспечены при применении данной муфты. Муфта должна удовлетворять пяти условиям.

1. Номинальный передаваемый момент муфты М_Н должен быть больше максимального приведенного к ней статического момента нагрузки М_Сmax, имеющего место после включения муфты: М_Н > k·М_Сmax, где k — коэффициент запаса: k = 1,1...1,6 (меньшие значения принимают при более плавном изменении нагрузки). Например, если муфта применяется в главном приводе станка, момент М_Стах, приведенный к валу, на котором находится муфта, обусловливается нагрузками при резании в наиболее жестком режиме.

2. Вращающий момент муфты М_В должен быть больше максимального приведенного к муфте момента трогания механизма М _тр, т.е. М_В > М _тр.

3. Муфта должна обеспечивать заданные для механизма длительность разгона t_р, торможения t _ти реверса t _рев. Если частота вращения увеличивается от п₁ до п₂, переходные процессы достаточно длительны, приведенный к валу, на котором находится муфта, момент сопротивления движению равен М_С, то выбранная муфта должна обеспечить время разгона механизма с приведенным моментом инерции I

время торможения при снижении частоты вращения от п₂ до п₁

а также время реверса при вращении с частотой п₂

t _рев = t _р + t _т,

где t_р, t _т, t _рев в c, I в кг·м², п₁ и п₂ в об/мин, М_В и М_С в Н·м. В последнем случае t _ри t _твычисляют при п₁ = 0.

4. Для предотвращения самопроизвольного перемещения механизма под действием остаточного передаваемого момента М _о.п.этот момент должен быть меньше приведенного к валу муфты минимального момента сопротивления механизма М_Сmin. при движении на холостом ходу, т.е.

М _о.п.< k₁·М_Сmin,

где k₁ = 0,5...0,7.

5. Средняя мощность потерь ΔP _срдолжна быть меньше мощности допустимых потерь ΔP для выбираемой муфты. Средние потери

где ΔP _тр — потери на трение; ΔP ₀ — потери холостого хода; ПВ — относительная продолжительность включения муфты, %; P_к — джоулевы потери в обмотке муфты.

Потери на трение (Вт) при разгоне

где z — число включений муфты в течение часа. Потери на трение при торможении

при реверсе

ΔP _тр.рев = ΔP _тр.р + 3 ΔP _тр.т

Потери холостого хода

ΔP ₀ = 0,105·М_ов· п _отн,

где п _отн — относительная частота вращения дисков при отключенной муфте.

Дата добавления: 2015-09-30