'
Научный журнал «Вестник науки»

Режим работы с 09:00 по 23:00

zhurnal@vestnik-nauki.com

Информационное письмо

  1. Главная
  2. Архив
  3. Вестник науки №12 (45) том 3
  4. Научная статья № 30

Просмотры  213 просмотров

Воропаев В.В., Поезжалов В.М.

  


ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ МУФТЫ И ТОРМОЗА. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ, ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ *

  


Аннотация:
рассматриваются особенности электромагнитных муфт и тормозов как технических устройств, проводится обзор их принципа действия, анализируются преимущества и недостатки их использования, предлагаются защитные схемы включения электромагнитных муфт и тормозов   

Ключевые слова:
муфта, тормоз, электромагнит, трение, плавный пуск, плавное торможение   


УДК 629.062

Воропаев В.В.

магистрант специальности 7M05303

Физика, кафедры математики и физики

Костанайский региональный университет им. А.Байтурсынова

(г. Костанай, Казахстан)

 

Поезжалов В.М.

канд. физ.-мат. наук, профессор кафедры математики и физики

Костанайский региональный университет им. А.Байтурсынова

(г. Костанай, Казахстан)

 

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ МУФТЫ И ТОРМОЗА.

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ, ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ

 

Аннотация: рассматриваются особенности электромагнитных муфт и тормозов как технических устройств, проводится обзор их принципа действия, анализируются преимущества и недостатки их использования, предлагаются защитные схемы включения электромагнитных муфт и тормозов.

 

Ключевые слова: муфта, тормоз, электромагнит, трение, плавный пуск, плавное торможение.

 

На волне облегчения человеческого труда учёные и инженеры совместно трудились над решением ключевых вопросов промышленности: Как передать крутящий момент? Как регулировать крутящий момент? И как остановить крутящий момент?

Ответом на эти вопросы послужило изобретение различных муфт.

Муфта - это механическое соединение, которое используется для постоянного соединения двух вращающихся валов. Главным требованием муфт является то, что их использование требует соблюдение точности центровки валов во избежание появления вредных биений [1].

Из всего многообразия муфт рассмотрим только некоторые сцепные муфты, обеспечивающие соединение или разъединение валов [2].

В фрикционных муфтах зацепление валов происходит за счет трения между ними. Однодисковые и многодисковые, центробежные и конусные муфты - это примеры фрикционных муфт.

Преимущества фрикционной муфты:

  • Обеспечивается плавное включение;
  • Отсутствует тепловыделение, если работа не требует частых запусков и остановок;
  • Скольжение присутствует только в моменты включения и выключения;
  • Может работать как предохранительное устройство, поскольку отключается, когда крутящий момент превышает предел безопасности.

Недостатки фрикционных муфт:

  • Проскальзывание происходит при пуске и остановке, что приводит к нагреву и износу муфты;

Желательные свойства фрикционного материала в фрикционных муфтах:

  • Должен иметь высокий коэффициент трения;
  • Коэффициент трения не должен изменяться в зависимости от температуры;
  • Он должен иметь хорошую теплопроводность и износостойкость;
  • Он должен равномерно распределять давление на соприкасающихся поверхностях;
  • Он не должен подвергаться воздействию грязи и влаги.

В гидравлических муфтах передача мощности происходит за счет гидравлического давления.

Преимущества гидравлических муфт:

  • Очень плавный запуск и остановка;
  • Обладает способностью поглощать удары.

Недостатки гидравлических муфт:

  • Всегда есть разница скоростей валов (скольжение);

В электромагнитных муфтах передача мощности достигается за счет электромагнитного поля. Магнитопорошковые муфты, магнитные гистерезисные муфты и вихретоковые муфты являются примерами электромагнитных муфт.

Преимущества электромагнитных муфт:

  • Для работы сцепления не требуется никаких рычагов;
  • В основном используется для автоматических устройств;
  • Быстрое время отклика;
  • Пуск и остановка плавные;
  • Меньший износ в месте контакта.

Недостатки электромагнитной муфты:

  • Высокая начальная стоимость.
  • Температура использования ограничена теплостойкостью изоляции электромагнита;
  • Во время работы существует риск перегрева.
  • Требуют периодической проверять токоведущих щеток.

Широкому распространению и применению электромагнитных муфт способствует тот факт, что муфты такого типа легко встраиваются в системы автоматического и компьютерного управления, которые и являются объектом рассмотрения в данной работе [3].

Тормоз - это соединение между одной неподвижной и одной вращающейся частью, и результатом торможения является остановка вращающейся части. Тормоз всегда используется для остановки вращающихся частей. Электромагнитный тормоз может быть представлен как частный случай электромагнитной муфты, где вращающаяся часть с помощью электромагнитных сил соединяется с неподвижной, отдавая ей кинетическую энергию и превращая ее в тепло.

Огромное многообразие электромагнитных муфт фрикционного типа может быть представлено принципиально отличающимися муфтами: контактной и бесконтактной.

В контактной электромагнитной фрикционной муфте передача вращающего момента с ведущей полумуфты на ведомую происходит за счет сил трения между контактирующими поверхностями фрикционных дисков, из которых один расположен на ведущей полумуфте, а другой - на ведомой. Эти диски изготовлены из материала с высоким коэффициентом трения.

 

Устройство электромагнитной фрикционной муфты показано на рисунке 1 через контактные кольца 2 и щетки 4 напряжение управления муфтой Uу подводится к катушке 5. Возникший при этом ток в катушке наводит в магнитной системе муфты поток Ф. Замыкаясь через якорь, роль которого выполняет ведущая полумуфта 9, этот поток создаст на нем тяговое усилие. Крепление якоря (ведущая полумуфта) на валу таково, что оно допускает небольшое осевое перемещение. В результате якорь 9, преодолев сопротивление возвратной пружины 7, упирающейся в кольцо 6, окажется притянутым к сердечнику 1 (ведущая полумуфта) и поверхности фрикционных дисков 10 сомкнутся. При этом вращение с ведущего вала 8 передается на ведомый вал 3 за счет сил трения между фрикционными дисками. При необходимости отключить муфту следует снять напряжение с контактных щеток. При этом под действием пружины 7 якорь сместиться в право, а поверхности фрикционных дисков разомкнутся и вращение ведомого вала прекратиться. Для увеличения передаваемого вращающего момента в некоторых конструкциях используют несколько пар фрикционных дисков, количество которых тем больше, чем больше передаваемый момент.

Основной недостаток рассмотренной муфты - наличие скользящего контакта "щетки - контактные кольца", что снижает надежность муфты.

Бесконтактная электромагнитная фрикционная муфта состоит из трех основных элементов,

 

  Неподвижный элемент 2 с катушкой 3 посажен на ведомый вал через шарикоподшипник 1. Благодаря такой конструкции при передаче вращения на ведомый вал эта часть муфты остается неподвижной, что позволяет катушку 3 непосредственно включать в сеть, не применяя скользящих контактов, как это сделано в контактной фрикционной муфте. Для уменьшения магнитных потерь во вращающихся частях бесконтактной муфты эти части иногда делают шихтованными. Бесконтактная электромагнитная муфта сложнее и дороже контактной, но отсутствие в ней скользящего контакта делает ее более надежной.

Одной из важных особенностей электромагнитных муфт является то, что для создания значительных усилий, действующих в электромагнитных муфтах, требуются достаточно мощные электромагниты, обладающие незначительной остаточной намагниченностью. Сердечник такого электромагнита должен быть изготовлен из магнитомягкого материала, а сама катушка магнита должна иметь значительную индуктивность, поскольку сила электромагнита зависит от количества ампервитков. Однако в этом случае может наблюдаться некоторая задержка включения магнита и его выключения. В то же время при выключении электромагнита возникают экстратоки размыкания. Напряжение в сети, в которой включен электромагнит, может достигать нескольких киловольт. Естественно, что такие импульсы тока могут повредить аппаратуру, особенно имеющую электронные компоненты. Кроме того, это вызывает образование электрической дуги на управляющих контактах и приводит к их деградации, требующей постоянного контроля и замены.

Для борьбы с этим нежелательным явлением используются различные способы. Одним из самых распространенных является способ гашения электрической дуги на управляющих контактах путем шунтирования контактов конденсатором, показанная на схеме рисунка 3. При размыкании контактов происходит зарядка шунтирующего конденсатора и предотвращается электрическая эрозия контактов.

 

 

Для предотвращения возможного электрического повреждения катушки электромагнита используется схема, показанная на рисунке 4. Такая схема позволяет снизить риск перенапряжения и способствует уменьшению энергопотребления. В то же время эта схема может вызвать некоторую задержку для включения якоря электромагнита и не может использоваться при больших частотах переключений.

 

 

Для борьбы с перенапряжениями эффективны схемы с шунтирующими диодами, когда экстратоки замыкаются диодной схемой (рисунок 5). Данная схема достаточно эффективна для борьбы с импульсными напряжениями, но может вызвать некоторое замедление для отпускания якоря, что так же следует учитывать при использовании устройства с большими скоростями переключений.

 

 

Используя успехи современной микроэлектроники и силовой электроники существуют более сложные электронно-контактные устройства, минимизирующие недостатки представленных схем.

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

 

Красковский Е.Я., Дружинин Ю.А., Филатова Е.М. Расчет и конструирование механизмов приборов и вычислительных систем: Учебное пособие. М.: – Высш. шк., 2001. – 480 с.

Сурин В.М. Техническая механика: Учебное пособие. – Мн.: БГУИР, 2004. – 292 с.

Поезжалов В.М., Шулгубаев Б. И. Электромагнитные муфты и тормоза-перспективные устройства передачи мощности при автоматическом и цифровом управлении механизмами. // «Молодежь и наука в условиях новой промышленной модернизации и обновления содержания образования»: Материалы международной научно-практической конференции студентов и магистрантов - Костанай: Костанайский государственный университет им. А.Байтурсынова, 2019. - 560 с.

 

Voropayev V.V.

Master's student specialty 7M05303

Physics, Department of Mathematics and Physics

Kostanay Regional University of Baitursynov

(Kostanay, Kazakhstan)

 

Poezzhalov V.M.

Cand. phys.-mat. Sci., Professor of the Department of Mathematics and Physics

Kostanay Regional University of Baitursynov

(Kostanay, Kazakhstan)

 

ELECTROMAGNETIC CLUTCHES & BRAKES.

SCOPE, ADVANTAGES AND DISADVANTAGES

 

Abstract: this article examines the features of electromagnetic clutches and brakes as technical devices, reviews their operating principle, analyzes the advantages and disadvantages of their use, offers protective circuits for switching on electromagnetic clutches and brakes.

 

Keywords: clutch, brake, electromagnet, friction, smooth start-up.

  


Полная версия статьи PDF

Номер журнала Вестник науки №12 (45) том 3

  


Ссылка для цитирования:

Воропаев В.В., Поезжалов В.М. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ МУФТЫ И ТОРМОЗА. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ, ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ // Вестник науки №12 (45) том 3. С. 184 - 192. 2021 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/5047 (дата обращения: 19.03.2024 г.)


Альтернативная ссылка латинскими символами: vestnik-nauki.com/article/5047



Нашли грубую ошибку (плагиат, фальсифицированные данные или иные нарушения научно-издательской этики) ?
- напишите письмо в редакцию журнала: zhurnal@vestnik-nauki.com


Вестник науки СМИ ЭЛ № ФС 77 - 84401 © 2021.    16+




* В выпусках журнала могут упоминаться организации (Meta, Facebook, Instagram) в отношении которых судом принято вступившее в законную силу решение о ликвидации или запрете деятельности по основаниям, предусмотренным Федеральным законом от 25 июля 2002 года № 114-ФЗ 'О противодействии экстремистской деятельности' (далее - Федеральный закон 'О противодействии экстремистской деятельности'), или об организации, включенной в опубликованный единый федеральный список организаций, в том числе иностранных и международных организаций, признанных в соответствии с законодательством Российской Федерации террористическими, без указания на то, что соответствующее общественное объединение или иная организация ликвидированы или их деятельность запрещена.