книги из ГПНТБ / Механизмы с магнитной связью

зано на рис. 11.28 1. Редуктор отличается от рассмотренного выше расположением балансиров. Ротор асинхронного двигателя АВ-41-4 мощностью 1,7 кВт, со скоростью вращения 1500 об/мин установлен на водило. Передаточное отношение редуктора — 1:62.

В ряде конструкций магнитных редукторов используются спе­ цифические свойства СММ. К таким конструкциям следует отнести редукторы с катящимся выходным элементом [6] и. шаговые ре­ дукторы.

Редуктор с цилиндрическим катящимся якорем 2 (рис. 11.29) имеет магнитопровод в виде трубы из магнитно-мягкой стали, и ^подвижную униполярную обмотку возбуждения (или магнит "в виде втулки с осевой намагниченностью). В корпусе на,подшип­ никах вращается ведущая часть механизма, состоящая из двух однополюсных индукторов, соединенных немагнитной вставкой, и входного вала. Концентрично ведущей части расположены коль­ цевые направляющие, которые являются частью поверхности гер­ метичного экрана. Ведомая часть механизма расположена с экс­ центриситетом внутри экрана и представляет собой сплошной цилиндрический якорь из магнитно-мягкой стали, свободно пере­ катывающийся по кольцевым направляющим. Момент с якоря на выходной вал передается с помощью муфты. Под действием маг­ нитного поля якорь притягивается к полюсу индуктора и при вращении ведущей части редуктора обкатывается по направляю­ щим, вращаясь за счет трения. Движение якоря аналогично, таким образом, движению сателлита в планетарном редукторе. Редуктор может быть выполнен и неэкранированным. Область применения редуктора определяется несбалансированностью ведомой части механизма: он пригоден для передач с малой выходной скоростью. В торцовом варианте редуктора с катящимся якорем 3, пока­ занного на рис. II.30, балансировка ведущей части не нужна. Редуктор имеет торцовый однополюсный индуктор, установлен­ ный в подшипниках корпуса и переходящий во входной вал. Индук­ тор имеет балансировочную деталь из немагнитной стали. Внутри

•индуктора на плоском немагнитном экране установлен цилиндри­ ческий магнитопровод с обмоткой возбуждения. На поверхности экрана выполнена кольцевая дорожка, по которой обкатывается дисковый якорь, связанный через шарнир с выходным валом. При прохождении магнитного потока якорь притягивается к коль­ цевой дорожке в точке, определяемой положением индуктора. При

вращении индуктора точка соприкосновения перемещается со ско­ ростью вращения индуктора. Скорость выходного вала зависит

2 Бесконтактная электромагнитная муфта-редуктор. Авт. свид. № 162730,

142

а)

куш

И10

Рис. 11.28. Внешний вид (а) и устройство мотор-редуктора с планетарным элек­ тромагнитным редуктором типа 2К-Н (б):

I и 3 — корпуса; 2, 4 н 16 — подшипники; 5 — полумуфта; б — выходной вал; 7, 10 — балансиры; 8 — подвижное главное колесо; 9 — сателлит; 11 — вентилятор; 12 — статор двигателя;* 13— ротор двигателя; 14 — выводная колодка; 15 — ведущий вал

143

А - А

Рис. 11.29. Редуктор с цилиндрическим катящимся якорем:

1 — мапштопровод; 2 — индуктор: 3 — ведомый вал; 4 — муфта; 5 — обмотка возбужде­ ния; 6 — подшипники; 7 — якорь; 8 — ведущий вал; 9 — экран с направляющими

Рис. II.30. Редуктор с торцовым катящимся якорем:

1 — подшипники; 2 — индуктор; 3 — обмотка возбуждения; 4 — магнитопровод; 5 — экран; 6 — кольцевая дорожка; 7 — якорь; 8 — шарнир; 9 — ведомый вал; 10 — испол­ нительный механизм

144

Г л а в a III

МЕТОДИКА РАСЧЕТА МАГНИТНЫХ

ИЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ МЕХАНИЗМОВ

10.РАСЧЕТ ОДНОИМЕННОПОЛЮСНОЙ РЕАКТИВНОМ

МАГНИТНОЙ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ СИНХРОННОЙ МУФТЫ

Расчет муфты состоит в определении параметров зубцовых зон, диаметров полумуфт, сечений магнитопровода и магнита. В экра­ нированном исполнении рассчитывается также толщина экрана.

Геометрия зубцовых зон муфты

Работоспособность муфты определяется правильностью выбора размеров и конструкции зубцовых зон. Геометрия зубцов должна обеспечивать в рабочем воздушном зазоре муфты максимальную разность между продольной и поперечной магнитной проводимо­ стями (т. е. проводимостями в согласованном и рассогласованном положениях зубцов)! Наибольшие механические силы передаются полумуфтами при следующих соотношениях величины рабочего воздушного зазора б, высоты зубца hz, гребня зубца bz, ширины паза 6„, зубцового деления т и числа зубцов z:

откуда

число зубцов полюсной системы

где D — диаметр внутренней полумуфты. В реальных конструкциях

146

Форма зубца—трапецеидальная, с углом наклона граней зубца

Минимально допустимое расстояние между зубцовыми зонами по оси муфты для уменьшения потоков рассеяния

Іа = (7-5-15) б.

Зубцовые зоны полумуфт показаны на рис. III.1.

Определение главных размеров муфты

Главными размерами муфты являются диаметр внутренней по­ лумуфты D и длина зубцов полюсных систем I, так как эти вели­ чины определяют величину передаваемого муфтой момента.

Рассмотрим зависимость D и / от величины передаваемого мо­ мента и мощности. Максимальная сила, передаваемая одной зуб­ цовой зоной муфты при наличии в зазоре экрана и сдвиге зубцов на половину гребня зубца

Л е д = Р о Я / Ѵ ( - ^ Г ^ ) 2 ( « - 4 ) '

Отсюда следует, что передаваемый одной зоной электромагнитный момент (т. е. максимальный момент, соответствующий сдвигу осей зубцов на половину гребня зубца)

М эм = 0,5я Д р/ц0( − − 2 ) 2

1 4 7

С учетом того, что

Uи і ___ пи г_- л

II

выражение для момента Мш можно записать в виде

материала экрана, толщины его, скорости вращения полумуфт, числа зубцов. При этом принято, что зазоры между полумуфтами и экраном малы, т. е. а ^ б.

В экранированной муфте при немагнитном и нетокопроводящем экране или при отсутствии экрана (т. е. в неэкранированной муфте), а также в статике N = 0. Величина

где k = Q -----2-----определяется по табл. 1.9 и 1.10 в зависи­

мости от а/А.

В общем виде формулу (III.7) удобно записать следующим образом:

(III.8)

где кэ — коэффициент влияния экрана.

При отсутствии экрана или немагнитном нетокопроводящем экране k3 = 0,039. Для немагнитного токопроводящего экрана k3 = 1,345£. Момент нагрузки

(111.9)

148

где Р — передаваемая мощность, Вт; со = — , п — скорость вра­

щения, об/мин;

Магнитный поток в рабочем зазоре

где — коэффициент, учитывающий поток через паз,

кф= 1 г ф? ’

Фг — магнитный поток через зубец; Фп — магнитный поток через паз.

Величина зависит 'от соотношения б/т. При б/т = 0,15 кф = 1,1-5-1,3

где В2б— магнитная индукция в зазоре над зубцом, Т. Из соотношений (III.3) и (III. 1) следует

Подставив в выражение (ШЛО) значение Ф2 с учетом (III.2) и (III. 12), получим

Для устойчивой работы сдвиг полумуфт должен быть меньше максимального сдвига. Для этого Л4ЭМдолжен быть дополнительно увеличен на величину коэффициента запаса k3 с.

Таким образом,

Отсюда с учетом необходимой кратности пускового момента и величины ро

пВ;6т

где значения коэффициентов:

кф= 1,1 - 1 ,3 ; кьг = 0,35 -0 ,4 5 ; kz = 0,47 -н- 0,35.

149

Определение величины D производится из условий прочности наружной полумуфты для скоростных передач или из условий точности передачи угла в приборных передачах. В экранирован­ ных-муфтах определяющим является условие получения высокого к. п. д. и прочности экрана. Подробно этот вопрос рассмотрен ниже.

Определив величину D, из выражения (III. 15) найдем /. При предварительном расчете экранированной муфты соотношение а/А еще неизвестно. В связи с этим оно либо задается, либо расчет ведут по статическому моменту, а реакцию экрана учитывают коэффициентом запаса.

Из опыта проектирования муфт значение коэффициента запаса

"При предварительных расчетах муфты с токопроводящим экраном

^3 ^3- с^з- э-

При — < 0,1 расчет также надо проводить по (III.15а).

Расчет экрана муфты

Экран муфты воспринимает перепад давлений, существующий между средой под экраном и снаружи него. Расчет экрана сводится

копределению его толщины

б= а + 26',

где а — толщина экрана; б' — зазор между экраном и полумуф­ тами.

где Ар — перепад давлений снаружи и внутри экрана, кгс/см2. Предел прочности

Здесь от — предел текучести материала экрана; &пр — коэффи­ циент запаса прочности экрана; для тонкостенных оболочек К р =- 1.65.

150

Для получения высокого к. п. д. муфты необходимо соблюде­ ние соотношения

(III.17)

Глубина проникновения поля в экран

где у — удельная электропроводность материала экрана, См/м.

Потери в экране и к. п. д. муфты

В случае применения нетокопроводящих экранов потерь в экране нет и к. п. д. муфты без учета трения в подшипниках и вентиляционных потерь близок к 1. В случае применения метал­ лического. экрана потери неизбежны, так как в экране возникают вихревые токи, препятствующие прохождению магнитного потока.

Рассмотрим экран как тонкостенную оболочку в бегущем маг­ нитном поле. Примем при этом, что линии тока замыкаются лишь в частях экрана, не находящихся между зубцами полумуфт.

В экране наводится з. д. с. е = -----и ток, величина которого і —

= А Для уменьшения е и і, а следовательно, и потерь, необхо-

димо увеличить сопротивление экрана. Это достигается при ис­ пользовании материала с большим удельным сопротивлением и минимальным р,0, уменьшением толщины экрана и его активной длины. .*

В п. 4 доказано, что в одной рабочей зоне на экран действует сила

F3Kp = ii0nDcpl ( V ± ^ f N.

При скорости вращения

ггп

мощность, выделяющаяся в экране, (Вт)

Подставим в (III. 19) значения Рэкр и ѵ и с учетом Ux — U2 =

Ф&

= ~Y ~, получим

151