Электромагнитные ферропорошковые муфты

В ферропорошковой муфте барабанного типа (рис. 6.5) ведущий вал 1 через немагнитные фланцы 2 соединен с ферромагнитным цилиндром (барабаном) 3. Внутри цилиндра располагается электромагнит 4, связанный с ведомым ва­лом 6. Обмотка 5 электромагнита питается через контакт­ные кольца (на рисунке не показаны). Внутренняя полость 7 заполнена ферромагнитным порошком (чистое или карбо­нильное железо) с зернами размером от 4—6 до 20—50 мкм, смешанными с сухим (тальк, графит) или жидким (транс­форматорное, кремнийорганические масла) наполнителем. При обесточенной обмотке и вращении ведущей части (ба­рабана) электромагнит и ведомый вал остаются неподвиж­ными, поскольку ферромагнитные зерна наполнителя сво­бодно перемещаются относительно друг друга. Определенное трение между барабаном и электромагнитом существует, но оно относительно невелико.

При подаче напряжения на электромагнит зерна ферромагнитного порошка теряют свободу перемещения под воздействием магнитного поля обмотки. Вязкость среды, нахо­дящейся в барабане, резко возрастает. Увеличивается сила трения между барабаном и электромагнитом. На ведомом валу появляется вращающий момент.

При определенном значении тока возбуждения ферро­магнитный порошок и наполнитель полностью затвердевают. Барабан и электромагнит становятся жестко связанными. Можно рассматривать передаваемый момент как момент от силы трения, действующей между порошком и внутренней цилиндрической поверхностью барабана.

Рис. 6.5. Электромагнитная ферропорошковая муфта барабанного типа

Благодаря тому что зазор между барабаном и электро­магнитом заполнен ферромагнитной смесью, его магнит­ная проводимость очень велика, что позволяет уменьшить необходимую МДС обмотки и увеличить коэффициент уп­равления муфты, равный отношению передаваемой мощ­ности к мощности управления (мощности электромагнита).

На зерна ферромагнитного порошка кроме электромаг­нитных сил Рэм действуют центробежные силы Р_ц, пропор­циональные квадрату угловой скорости. Для оценки влия­ния центробежных сил вводится отношение £_ц = Р_ц/Р_Эм. Это отношение увеличивается с ростом диаметра муфты, уг­ловой скорости и уменьшается с ростом индукции в зазо­ре. Даже при В=1,8Тл отношение PJP_3K достигает 40%, если частота вращения равна 3000 об/мин [14.1]. При оп­ределенном значении частоты вращения отношение Р_п/Р_Эм приближается к 100 % и муфта теряет управление. Поэто­му ферропорошковые муфты не применяют при скоростях более 3000 об/мин.

По сравнению с электромагнитными муфтами трения ферропорошковые муфты имеют значительно большее бы­стродействие (примерно в 10 раз) благодаря отсутствию якоря. Изменение момента во времени для линейной части характеристики М{1) определяется законом роста тока.

Поэтому в схемах автоматики порошковая муфта является инерционным звеном первого порядка. Большим преиму­ществом ферропорошковой муфты является отсутствие быстроизнашивающихся дисков трения.

Ферропорошковые муфты целесообразно применять там, где требуются высокое быстродействе, большая частота включения и плавное регулирование скорости ведомого ва­ла. Недостатком ферропорошковых муфт является меньшая передаваемая мощность при одинаковых габаритных раз­мерах с муфтой трения.

ГИСТЕРЕЗИСНЫЕ МУФТЫ

Возможны два варианта исполнения гистерезисных муфт: в первом — магнитное поле индуктора создается об­моткой, во втором — постоянными магнитами. Недостатком первого варианта является 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 в них затруднено.

В магнитогистерезисной муфте (рис. 6.6) постоянные магниты 1 с полюсными наконечниками 2 укреплены в магнитопроводе 3 индуктора, связанного с ведущим валом. На ось ведомого вала насажен ротор, состоящий из втулки 5 из немагнитного или магнитомягкого материала и колец 4 активного слоя. Кольца активного слоя изготовлены из материала с довольно широкой петлей гистерезиса, имею щей высокие значения остаточной индукции и коэрцитив­ной силы. Шихтованная структура активного слоя позволя­ет уменьшить вихревые токи и асинхронный вращающий момент.

Пусть ротор заторможен, а индуктор вращается привод­ным двигателем с угловой скоростью . Под действием вращающегося магнитного поля индуктора в активном слое появляются потери на гистерезис от перемагничивания. По­тери за один цикл перемагничивания определяются макси­мальным значением индукции в активном слое ротора.

Преимущество гистерезисной муфты заключается в по­стоянстве передаваемого момента. Если нагрузочный мо­мент М_нрезко возрастает (неполадки, поломки механиз­ма), то максимальный момент, передаваемый на приводной двигатель, ограничен М_ги гистерезисная муфта защищает двигатель от перегрузки. Постоянство момента муфты обе­спечивает быстрый разгон нагрузки.

В ряде схем автоматики необходима быстрая остановка привода. В этих случаях применяются тормоза на базе гис­терезисной муфты. Ведомая часть муфты 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, отделенную от окружаю­щей среды металлической немагнитной оболочкой и нахо­дящуюся под высоким давлением. В этом случае применя­ются муфты с аксиальным рабочим зазором. Ведущая часть с индуктором отделена немагнитной стенкой от ведомой ча­сти с активным слоем в виде колец.

Рис. 6.6. Магнитогистерезисная муфта с радиальным рабочим зазором