книги / Электромагнитные муфты скольжения

1) передачи, в которых при

всех реж им ах работы вра­

щ аю щ ие моменты на ведущ ем

и ведомом валах

практичес­

ки одинаковы ;

2) редукционны е

передачи,

обеспечиваю щ ие

в

некото­

рой части ди ап азон а

регулирования определенное

соотно­

ш ение

м оментов

на ведущ ем и ведом ом валах [1 ].

П о

конструктивному исполнению электромеханические

передачи м огут

быть с параллельны м соединением муфт и

с механическим

диф ф еренциалом . Те и другие передачи по

дачам

или работать без редуцирования вращ аю щ его м о­

мента.

В

описанны х ранее

систем ах с

муфтой

и тормозом

скольж ения (см . § 2.3,

6.11)

моменты на ведущ ем и

в едо ­

мом валах неравны , однако

в

них

обеспечивается

лишь

сниж ение вы ходного момента

за

счет

потерь

в торм озе, по­

этом у данны е системы не отнесены

к электромеханическим

передачам

и д а л ее не рассм атриваю тся.

Н а рис.

12.1

приведены некоторые конструктивные сх е ­

мы

передач

с

параллельны м соединением муфт. В схеме

рис.

12.1,

а

приводной двигатель

1 с помощ ью зубчатого

редуктора

вращ ает ведущ ие якоря

муфт 2, ведомы е якоря

О тличие

схемы рис. 12.1,. б от

схемы рис. 12.1, а состо­

ит в том, что в ней использованы

два приводных двигателя

1 и исклю чен редуктор

на входе м уфт 2.

С хем а рис. 12.1,

в

содерж и т

приводной

двигатель 1 с

двум я свободны м и

концами валов, от которых ременными

передачам и

приводятся ведущ ие

якоря муфт 2, имеющ их

один общ ий

ведомый

якорь на вы ходном валу 3 передачи.

Как и в преды дущ ей схем е, здесь такж е могут быть исполь­

зованы два приводных двигателя.

В схем е

рис. 12.1,

г двигатели

1 встроены

в общ ий кор­

рис. 12.1,

г не со д ер ж и т

м еханических

передач, по

принци­

пу работы

она равноценна

схем е рис.

12.1,

в.

В

схем ах

рис. 12.1,

а

и б

ведущ ие

якоря м уфт м огут

иметь

одинаковы е и

различны е

частоты

вращ ения,

а пере­

даточны е отнош ения

с

ведом ы х якорей

на

вы ходной вал

так ж е

м огут

быть разны ми.

В схем ах

рис. 12.1, в и г , им ею щ их один

общ ий

ведомы й

якорь

муфт, частоты

вращ ения

ведущ их якорей

устан авл и ­

ваю тся разны ми, так

как при

их

равенстве

п ередача

прев­

ращ ается в обы чную

м уф ту и ее

прим енение теряет смысл.

И спользование рассм отренны х

п ередач

в приводах

п оз­

воляет в ниж ней части ди ап азон а

регулирования

использо­

вать

бол ее

тихоходн ую

м уф ту, работаю щ ую

с

меньш ими

скольж ениям и и бол ее высоким К П Д .

В п ередачах с редуктором

м еж д у м уфтами

и выходным

валом

(рис.

12.1, а и б )

могут

использоваться

только бы ­

строходны е

муфты ,

а работа

в

ниж ней части

ди ап азон а

регулирования — осущ ествляться

вклю чением

муфты

с б о ­

лее высоким передаточны м

отнош ением на

вы ходной

вал.

Системы

с редуктором

М ежду м уф там и

и вы ходным ва­

лом

(рис.

12.1, а,

б),

передаточное отнош ение

которого

отличается

от

единицы ,

являю тся

редукционны ми, а систе­

мы, в которых

ведом ы е

части

м уф т соединены

непосредст-

венно с ведомы м

валом

(рис.

12.1, в, г) или через

редуктор

с передаточны м

отнош ением,

равным единице, имею т

оди ­

наковые моменты

на ведущ ем

и ведом ом валах.

К онструктивны е схемы электром еханических

передач с

м еханическим диф ф еренциалом показаны на

рис.

12.2.

С хема рис. 12.2,

а

[14]

содерж и т бесконтактную муфту с

индуктором 6У якорем 7,

неподвиж ны м м агнитопроводом 8

и обм откой 9 и механический диф ф еренциал с

сателлитами

3 и центральны ми зубчаты ми колесами 2 и

4. Ведущ ий

лем

вала 5 нагруж енны й рабочим м еханизм ом вал 1 оста ­

ется

неподвиж ны м , а индуктор 6 вращ ается с угловой ско­

вращ ения вала 5. О тносительная

угловая скорость индук­

тора и якоря муфты вдвое больш е

их абсолю тны х угловых

скоростей, и скольж ение равно двум .

При подаче питания в обм отку

муфты

электром агнит­

ный вращ аю щ ий момент ум еньш ает

скольж ение и сниж ает

угловую скорость индуктора 6, вследствие

чего

ведомый

вал 1 приходит во вращ ение с угловой скоростью

со— (соо-)-сом)/2,

(12.1)

та

нагрузки

абсолю тная

угловая

скорость

сом

индуктора

становится

равной

нулю,

скольж ение

муфты — единице, а

угловая

скорость вы ходного

вала — половине

угловой

ск о­

рости

входного

вала'.

Д а л ее

с

ум еньш ением

скольж ения

индуктор

м еняет

направление

вращ ения

и

значение

сом

становится

полож ительны м,

что

приводит

к

дальнейш ем у

росту

со.

В

условиях

идеализированного

холостого

хода

5 = 0 ,

(D= CDO=

OL>M

и

работа

передачи

практически

не от ­

личается

от

реж им а

простой

муфты

скольж ения.

Д ан н ая

передача

является

двухпоточной,

поскольку

одна часть

мощ ности двигателя

передается

непосредствен ­

но

на

центральное колесо

4,

вторая

часть — через

муфту

на центральное колесо 2, а на водиле обе части

мощ ности

сум м ирую тся. Так

как через

м уфту,

являю щ ую ся

регул ир у­

емым

элем ентом ,

передается

только

часть

полной

м ощ но­

сти,

то

ее

разм еры

и

необходим ы й

вращ аю щ ий

момент

сн иж аю тся

по

сравнению

с

разм ерам и

и

м оментом

прос­

тых муфт. При использовании показанного

на

схем е

д и ф ­

ф еренциала

с

коническими

зубчаты ми

колесам и

через

м уфту

передается

половина

мощ ности

передачи . Д оп ол н и ­

тельное

ум еньш ение

н еобходим ы х

разм еров

муфты

о б есп е ­

чивается

ее

работой

при

удвоенны х

значениях

скольж ения

по сравнению

с теми

ж е

реж им ам и

простой

муфты, что см е­

щ ает

рабочие

точки

на м еханических характеристиках в

сторону

увеличения

моментов.

Р ассм отренн ая

п ередача н е является

редукционной

и не

обеспеч и вает повыш ения

энергетических

п оказателей

по

сравнению

с

показателям и простой

муфты .

П ер едаваем ая

от двигателя

м ощ ность

разветвляется

на

два

потока,

кото­

менты на вал ах передачи

(б ез учета потерь трения)

о д и ­

наковы

и К П Д оп ределяется

отнош ением угловы х

ск орос­

тей валов. Равенство, входного

и вы ходного

м оментов

пере­

дачи

сл едует

так ж е

из

уравнения

равновесия

моментов,

поскольку

в

си стем е

отсутствует силовое

взаим одействие

каких-либо

элем ентов

с неподвиж ны ми

частями.

При

выполнении

диф ф еренциала

внутри

ротора

муфты

(рис. 12.2,

а)

габаритны е

разм еры

передачи

м огут

быть

значительно сниж ены по сравнению

с разм ерам и

в простой

муфте скольж ения, но конструкция

услож н яется

и за т р у д ­

няется

охл аж ден и е,

так

как

на

всех

реж и м ах

работы

скольж ения

муфты

и

потери в якоре возрастаю т

вдвое.

Н а

схем е

рис.

12.2, б

п оказана

передача,

обеспеч и ва­

ющ ая

в ниж ней части ди ап азон а регулирования

редуциро-

вание

м омента и

увеличение п ередаваем ой

мощ ности

и

К П Д

[6 6 ]. Д ан н ая

систем а, кроме муфты и механического

ди ф ф еренц и ал а, содер ж и т электромагнитны й

тормоз сколь­

ж ения

с обм откой

10, неподвиж ны м магнитопроводом

11

возбуж ден и я

нагруж енны й рабочим

м еханизм ом ведомый

(вы ходной)

вал 1 с закрепленны ми

на нем индукторрм 6

нию вращ ения

двигателя.

При

подаче

питания

на обм отку

10 ротор

12 торм озится

и

его

угловая

скорость

сниж ается,

а ведомы й

вал

1 начинает вращ аться

в прямом

направле­

нии с угловой

скоростью , определяем ой

вы ражением

(1 2 .1 ),

где (Ом =

сот — угловая скорость ротора

торм оза.

При этом

вращ аю щ ий м омент

на

вы ходном валу передачи равен

МВЫХ= М ВХ+М Х,

(12.2)

где М вх— м омент на входном

валу передачи; М т — момент

торм оза.

М Вх=Мт и

При

коническом

диф ф еренц и ал е

передача

обеспечивает в ниж ней

половине ди ап азон а регулирования

удвоение

вращ аю щ его

м омента. С

приближ ением угловой

скорости

вы ходного

вала

к значению , равном у

половине

скорости

входного

вала,

скорость

ротора

торм оза

и его

ск ольж ен и е стрем ятся к нулю,

а К П Д

передачи — к едини ­

це. Так как в простой муфте при

данном реж им е К П Д

приближ ается

к 0,5, то

рассм отренная

передача

в

нижней

половине ди апазон а регулирования обеспечивает

удвоение

К П Д и полезной вы ходной мощ ности.

Р абота

передачи

в

верхней половине ди апазон а регу­

лирования

происходит

при включенной обм отк е

9 муфты

и отклю ченной обм отке

10 торм оза.

П ри

этом

вращ аю ­

щий м ом ент с ведущ его

вала 5 на ведомый

вал

1 п ередает­

ся через

роторы 6 и 7 муфты и водило

диф ф еренциала.

В данном

реж им е все остальны е элементы

системы

вращ а­

ются вхолостую и передача

практически

не

отличается

от простой

муфты,

работаю щ ей в ди ап азон е

скольж ений

0,5 — 0 при значениях К П Д в пределах 0,5 — 1.

В верхней

половине

ди апазон а

регулирования

си сте­

ниж ней — систем а

рис.

12.2,6 обеспечивает удвоение вра­

щ аю щ его м ом ента,

К П Д

и полезной мощ ности по сравне-

нию с системой

рис.

12.2,а или простой м уфтой

скольже­

ния.

П ередача

по

схем е

рис.

12.2,в объ еди няет

в

себе

эл е ­

менты систем рис. 12.2,а и б

[6 5 ]. В

ниж ней

части д и а п а ­

зона регулирования,

когда включена

обм отка

10 тор м о ­

за, систем а

работает

так

ж е, как и систем а рис.

12.2,6. В

отличие

от

нее

индуктор

6

муфты

через

нем агнитное

кольцо

соединен

с ротором

12 торм оза и

при

включенной

обм отке 9 муфты в

верхней

части ди ап азон а

регулирова­

ния передала работает,

как

систем а

рис.

12.2,а,

что

п о з­

воляет

уменьш ить необходим ы й м омент муфты и ее

р а з­

работает

в ди ап азон е скольж ений

0 — 2,

здесь этот

д и а п а ­

зон находится в

п р едел ах 0 — 1,

а

при скольж ениях

1— 2

вместо муфты вклю чается торм оз.

Если

м уфта системы рис.

12.2,6 при

работе

в

верхней

части

ди ап азон а

регулирования

п ер едает всю

мощ ность

системы ,

то

в систем е рис.

12.2,в

через

м уф ту

проходит

только

часть этой

мощ ности.

Н а

схем ах рис.

12.2 показаны

диф ф еренциалы

с

кони­

ческими

зубчаты м и

колесам и, при

которых ниж няя

часть,

ди ап азон а регулирования составляет половину

всего

д и а ­

пазон а,

а увеличение м омента,

К П Д и

мощ ности

равно

двум . В

п ередачах

могут применяться

планетарны е

р е­

дукторы

с цилиндрическими

зубчаты м и

колесам и

и

внут­

ренним

зацеплением

одного

из

колес. Т огда приведенны е

соотнош ения

м еняю тся в ту

или

другую

сторону в

зав и си ­

мости от кинематики передачи .

С уменьш ением

ниж ней

части

д и ап азон а

регулирова­

ния кратность м омента, К П Д и

м ощ ности в этой зон е в оз­

растаю т, а при увеличении — сниж аю тся.

12.2. ПЕРЕДАЧИ С ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ СОЕДИНЕНИЕМ МУФТ

Системы

передач, в которых

вы ходны е валы

п ар ал ­

редачи

через редукторы

(см.

рис.

12.1,а,

6 ),

обесп еч и ва ­

ют

повыш ение

вращ аю щ его

м омента,

в

систем ах

без р е­

дукторов (рис.

12.1,в,

г)

моменты

на

ведущ их и

ведомы х

валах одинаковы .

В се

виды передач

с

параллельны м

соединением муфт

могут

использоваться

в

различны х

р еж и м ах

работы:

как

двухступенчаты е

передачи,

содер ж ащ и е

ти хоход ­

ную

и

бы строходную

муфты,

работаю щ и е

соответствен ­

но в ниж ней и верхней

частях

ди ап азон а регулирования;

как

реверсивны е

цередачи,

в

которы х

направления

вращ ения

ведущ их якорей

муфт

противополож ны

и

ре­

верс осущ ествляется

включением

той

или другой муфты;

как системы

муфты с торм озом , в

которых

одна

из

ведущ их

частей

закрепляется

неподвиж но.

П ередачи

с

несколькими

муфтами,

работаю щ ими

че­

рез редукторы

на один

вал,

использовались в

дизельны х

гребны х

установках

судов,

где

обеспечивали

выполнение

следую щ их задач: эластичное

соединение ди зел я

с

зу б ч а ­

той передачей,

сглаж и ваю щ ее

толчки

и

крутильные

коле­

бания ди зел я

и создаю щ ее

равном ерное

вращ ение

винта;

сглаж и ван ие

резких

изменений

нагрузочного

момента

со

стороны

винта

на дизель; предохранение двигателей,

м е­

ханической передачи

и

винта

от

перегрузок

и

больш их

ботбй гребной

установки;

упрощ ение м онтаж а

гребной у с ­

тановки,

обеспеч и ваем ое

возм ож ностью некоторой

несо-

осности

ведущ его и ведом ого

валов муфты, не вы зы ваю ­

щей вибрации;

возм ож ность

наблю дения за

реж им ам и

работы ди зел ей путем изм ерения скольж ений

муфт,

оп ре­

деляю щ их передаваем ы й

момент; облегчение

пуска

д и зе ­

лей вхолостую и их отклю чения и подклю чения на

ходу

без наруш ения

работы остальны х двигателей;

упрощ ение

телей с м уф там и

для реверса;

возм ож ность

использования

части двигателей

в оптимальны х

реж им ах

с

наилучш ими

энергетическим и показателям и .

С хем а

использования м уф т

в гребны х установках

бл и з­

ка к показанной

на рис 12.1,6.

В м есто

двух

электродви ­

гателей устанавливаю тся четыре

ди зел я

с

м уфтами,

р а б о ­

таю щ ими

через

редукторы

на

один гребной вал. В

таких

устан овк ах

использую тся

явнополю сны е

муфты с

ш их­

тованным короткозамкнуты м или фазны м

якорем,

кото­

рые при номинальной нагрузке

имею т

м алое

скольж ение

и высокий

К П Д . Н аличие

опрокиды ваю щ его

момента в

характеристиках таких м уфт обеспечивает

н адеж н ое

п ре­

дохран ен и е

от перегрузок . Конструкции

передач по схем ам

рис. 12.1,в, а описаны в [1 9 ].

12.3. ПЕРЕДАЧИ С МЕХАНИЧЕСКИМ ДИФФЕРЕНЦИАЛОМ

С хем а

рис.

12.2,в объ еди няет

в себе

достоинства

схем

рис. 12.2,а

и о,

поэтом у имеет

преим ущ ества

перед

ними.

П о этой схем е

в Э Н И К М А Ш е

были разработаны , изготов­

показанная на

рис.

12.3,

содер ж и т корпус

5,

сваренны й

из двух

половин в

средней части немагнитной

сталью

и

несущ ий

дв е

обмотки

возбуж ден и я

9.

В ращ аю щ иеся

части

опираю тся на

корпус через подш ипниковы е щиты

5

и 10.

В едущ ий

вал

1 передачи соединен

через

ступицу

с

центральным

коническим колесом 2 и вентилятором 4, н е­

сущ им якорь

муфты, состоящ ий из дв ух частей, соеди н ен ­

Н а ведом ом

валу

16 передачи зак реп лена ступица 14,

являю щ аяся

водилом

ди ф ф еренц и ал а,

в

котором на

осях

7 вращ аю тся

сателлиты 3. И ндуктор

11

на

своей

левой

половине имеет

зубцы -полю сы

муфты ,

на

правой — з у б ­

цы -полюсы торм оза.

Л евой стороной

индуктор

опирается

через боковину

6 на

подш ипник,

а правой стороной

через

боковину 12

крепится

к втором у

центральном у

колесу 15

ди ф ф еренц и ала.

Р езьбов ая

пробка

13 закры вает

отверс­

тие,

через

которое

внутрь

передачи

заливается

ж идкая

см азка.

О бъем ,

заняты й

ж идкой

см азкой,

ограничен

уп ­

лотнениями в боковине 6 и на вы ходном конце

вала

16.

Лиш ь два

подш ипника в щ итах 5 и

10 заполнены консис­

тентной

см азкой, все остальны е

подшипники, и

зубчаты е

колеса находятся в м асляной ванне.

В о зд у х

в систем е вентиляции

засасы вается через окна

в подш ипниковом

щ ите

10,

проходит

через

м еж дузубц о -

вые

впадины ,

образованны е

на общ ем

индукторе

11 п о­

лю сам и

торм оза и

муфты,

и

вы брасы вается

ц ен тр обеж ­

ным

вентилятором

в окна

подш ипникового

щита. При

р а ­

боте

торм оза

потери вы деляю тся

в

частях

корпуса,

не

имею щ их

развитой

поверхности,

что

затрудняет

о х л а ж д е ­

ние.

Н а рис.

12.4

приведена

конструкция

опытной

передачи

с цилиндрическим

диф ф еренциалом ,

объединенная

в

о б ­

щий

узел

с

приводным

фланцевы м

короткозамкнуты м

двигателем . Боковина 4, на которую опирается

ротор 5,

имеет на

своей

ступице

зубч атую

часть,

являю щ ую ся

внутренним

центральным

колесом

диф ф еренциала.

Оси

сателлитов

3 установлены

на

водиле,

ступица

которого

соединена

шпонкой

с ведомым

валом

2 передачи.

В неш нее

центральное

колесо

6 и

ведущ ий

якорь 12

муфты

приводятся

от вала двигателя

14,

закрепленного

на ф ланце

13.

Н еподвиж ная

часть

магнитной

системы

обр азов ан а корпусом 9 со вставками, одна из которых

яв­

ляется

частью

подш ипникового

щита

7,

вторая — коль­

цом

11.

М еж ду

корпусом

и

вставками

размещ ены

обм от­

ки 8 торм оза

и

10 муфты. С

вы ходного

вала

передачи

дви ж ен и е

при

помощ и

клинового

ремня

передается

та-

хогенератору

1 для

обратной

связи в САУ. Заполнение

пе­

редачи

ж идкой

см азкой

осущ ествляется через

резьбовое

отверстие в боковине 4.

О тличительной

особенностью

магнитных

систем

м уф ­

ты

и торм оза

является

вы полнение

их

зубцов-полю сов на

различны х

частях магнитной системы . Полю сы

торм оза

разм ещ ены

на

неподвиж ной

части

7

системы

и левой

час­

ти якоря

5, а полюсы муфты — на

правой

части

якоря

5 и-

ведущ ем

якоре 12. Т акое вы полнение полюсных систем п оз­

волило

распределить потери

на

больш ее

число

детал ей ,

увеличить

теплоотводящ ие поверхности

и

облегчить

о х ­

л аж ден и е.

С

этой

ж е целью

поверхность

корпуса

вы пол­

ф -

^ то

/ ”л

k g

1

ГЧЧ«

* ф

A . iФ

I---1I , I

. м

ф