Зубчатые электромагнитные муфты (эзм)

ЭЗМ – электромагнитная муфта с механической связью, исполнительным органом которой служит пара венцов с мелкими зубьями, расположенных на торцевых или конических поверхностях.

Магнитная система ЭЗМ отличается от фрикционных увеличенным ходом якоря, необходимым для расцепления венцов. ЭЗМ не допускает проскальзывания, имеет чисто релейные характеристики с запаздыванием. Вероятность включения тем выше, чем меньше скольжение, момент нагрузки и запаздывание.

Основные отличительные свойства ЭЗМ: компактность, высокие удельные моменты и передача движения без скольжения. Поэтому они применяются для включения низкоскоростных передач при больших моментах нагрузки, для точной коммутации кинематических цепей, не допускающих рассогласование по углу.

Индукционные муфты скольжения (эмс)

Индукционные муфты по принципу действия аналогичны асинхронному двигателю с к.з. ротором. Приводной двигатель соединяется со сплошным якорем, ведомый вал связан с индуктором. Катушка возбуждения создает на индукторе постоянный магнитный поток, замыкающийся по якорю. При вращении якоря магнитное поле индуктора пересекает цилиндрическое тело якоря, и в нем наводятся вихревые токи. Взаимодействие этих токов с магнитным полем создает силу, которая увлекает индуктор в направлении вращения якоря. Материал якоря должен

обладать малым удельным электри-ческим сопротивлением, что обеспе-чивает возникновение достаточно боль-ших токов, и высокой магнитной проницаемости для получения возможно больших значений магнитного потока. Регулируя ток возбуждения Iв и тем самым меняя магнитное поле можно плавно регулировать в широких пре-делах частоту вращения и передаваемый момент ведомого вала. При увеличении

момента нагрузки угловая скорость ведомого вала уменьшается. Увеличение тока в якоря увеличивает момент, развиваемый муфтой и передаваемый на ведомый вал.

Механические характеристики индукционной муфты существенно зависят от нагрузке. Поэтому для стабилизации скорости применяют специальные регулирующие устройства.

Гистерезисные муфты

Возможны два варианта исполнения таких муфт: в первом – магнитное поле индуктора создается обмоткой; во втором – постоянным магнитами.

Недостаток первого варианта – наличие контактной системы для передачи тока в индуктор, достоинством – возможность электрического управления муфтой. Муфты с постоянными магнитами (магнитогистерезисные) обладают высокой надежностью. Однако регулирование передаваемого момента затруднено.

В магнитногистерезисных муфтах постоянные магниты с полюсными наконечниками укреплены в магнитопроводе индуктора, связанного с ведущим валом. На ось ведомого вала насажен ротор, состоящий из втулки из немагнитного материала или магнитомягкого материала и колец активного слоя. Кольца активного слоя изготовлены из материала с довольно широкой петлей гистерезиса, имеющей высокое значение остаточной индукции и коэрцитивной силы. Шихтованная структура активного слоя позволяет уменьшить вихревые токи и асинхронной вращающий момент.

Пусть ротор заторможен, а индуктор вращается приводным двигателем со скоростью ₁. Под действием вращающегося поля индуктора в активном слое появляются потери на гистерезис от перемагничивания. Потери за один цикл перемагничивания определяются максимальным значением индукции в активном слое ротора. Частота перемагничивания активного слоя

,

где р – число полюсов индуктора.

Мощность, передаваемая активному слою через рабочий зазор

,

где р_г – удельные потери на гистерезис за один перемагничивания, V_г – объем активного слоя.

Взаимодействие поля постоянных магнитов индуктора с полем, создаваемый активным слоем, создает в роторе гистерезисный момент

.

Если ведомый вал не заторможен, то под действием момента М_г ротор начинает вращаться в направлении вращения индуктора со скоростью ₂. Скольжение ротора относительно индуктора

.

Скольжение меняется от 1 до 0 при n₂ = n₁. В процессе разгона ротора частота перемагничивания меняется и становится равной

.

При этом потери на гистерезис уменьшаются

.

Полезная мощность, передаваемая на ведомый вал

.

Гистерезисный момент, передаваемый муфтой на ведомый вал

.

Таким образом, момент на ведомом валу не зависит от частоты его вращения. Если момент нагрузки М_н  М_г, то скорость ₂ ведомого вала увеличивается, пока не станет равной ₁. В этом режиме активный слой ротора можно рассматривать как постоянный магнит, вращающийся синхронно с полем, а сама муфта становится аналогичной синхронному двигателю. По мере увеличения нагрузки возрастает угол  между векторами вращающегося поля индуктора и активного слоя и при М_н = М_г этот угол достигает максимального значения _max. Значение этого угла зависит от свойства материала активного гистерезисного слоя. В общем случае момент, развиваемый гистерезисной муфтой выражается как

,

где с – конструктивной фактор; F – МДС индуктора; Ф_ – магнитный поток в гистерезисном слое.

Угол  при передаче момента нагрузке М_н

.

При дальнейшем возрастании момента нагрузки (М_н  М_г) муфта переходит в асинхронный режим, когда частота вращения муфты, меньше частоты вращения индуктора.

При М_н  М_г угол  = _max остается неизменным, т.е. ось полюсов, наведенных в активном слое, продолжает вращаться синхронно с полем индуктора отставая при этом на постоянный угол _max. В то же время ротор движется со скольжением S. Если активный слой выполнен в виде литого цилиндра, то за счет вихревых токов кроме гистерезисного момента М_г появляется асинхронный момент, пропорциональный скольжению

М = М_г + М_аmax S.

В этом режиме скольжение S  0, угловая скорость ₂  ₁, ротор отстает от вращающегося индуктора и в нем создается дополнительный момент, как в асинхронном двигателе.

Преимущество гистерезисных муфт – в постоянстве передаваемого момента. Если нагрузочный момент М_н резко возрастает, то максимальный момент, передаваемый на приводной вал двигатель, ограничен М_г и гистерезисная муфта защищает двигатель от перегрузке. Постоянство момента муфты обеспечивает быстрый разгон нагрузки.

В случаях применения тормоза на базе гистерезисной муфты ведомая часть делается неподвижной, а ведущая соединяется с приводным двигателем. При торможении двигатель отключается и включается муфта. Постоянный тормозной момент муфты обеспечивает быструю остановку привода.

Гистерезисные муфты широко применяются для передачи момента в агрессивную среду.

синхронный режим

Механические характеристики гистерезисной муфты: 1 – гистерезисный момент, 2 – полный момент с синхронной составляющей, 3 – кривая нагрузочного момента, 4 – кривая нагрузочного момента М  Мг, 5 – точка ограничения момента при заклинивании механизма. S3 – точка устойчивого асинхронного режима, S4 – точка устойчивого синхронного режима

Физическая причина того, что М_г не зависит от скольжения, заключается в том, что мощность потерь в гистерезисном слое пропорциональна частоте перемагничивания, т.е. скольжению. При идеально х.х (S = 0) перемагничиваемый объем синхронно и синфазно перемещается вместе с полюсами индуктора, отставая от них на угол  с увеличением нагрузочного момента 0  М_н  М_г. При М  М_г скольжение увеличивается до S = 1.