Выбор ЭФМ. При выборе муфт необходимо произвести их оценку по моментам, передаваемым без скольжения и со скольжением, ло времени переходного процесса в приводе, по средним потерям, ло единичной энергии, по остаточному моменту без скольжения. ЭФМ для передачи вращения следует выбирать с таким номинальным моментом Л1н.б.с, который был бы больше максимального значения приведенного к валу муфты статического противодействующего момента AInpmax рзбочсй машины, который может быть приложен после включения муфты, т. е. после выхода ее на режим передачи момента без скольжения: Л1н.б.с>Л1пр тах=йз.дЛ1 „р. Коэффициент запаса з.д здесь учитывает возможные при работе рабочей машины динамические перегрузки. По [29] йз.д= 1,1ч-1,6 (для металлорежущих станков). Меньшие значения берутся при более ллавном изменении нагрузки. Для других видов нагрузки йз.д приведены в [25, 26]. В самом неблагоприятном случае (нагретая катушка, пониженное напряжение сети и пр.) для надежного включения муфты минимальный момент Mccmin, передаваемый муфтой •со скольжением, должен превосходить противодействующий момент, максимально возможный в процессе включения, в том числе приведенный к валу муфты момент трогания рабочей машины. Условие отсутствия самопроизвольного перемещения (самохода) рабочей машины: AInpmin> (1,5-=-2)Л1о.б.с, где Л1прmin - минимальное значение противодействующего статического момента, создаваемого рабочей машиной при движении на холостом ходу, приведенное к валу муфты. Подробные рекомендации по выбору и областям применения ЭФМ различного типа с учетом их характерных особенностей даны в [29].

Материалы для ЭФМ. Магнитопроводы ЭФМ изготозля-ются из тех же материалов, которые применяются для магиитопроводов электрических аппаратов и машин: сталь сортовая электротехническая нелегированная по ГОСТ 11036-75; сталь, легированная кремнием (для быстродействующих муфт); железоникелевые и железокобальтовые сплавы по ГОСТ 10160-75 (для высокочувствительных муфт небольших размеров); сталь углеродистая качественная конструкционная по ГОСТ 1050-75 (обычно марок 10, 15, 20); стальное литье по ГОСТ 977-75 (обычно марок 15Л и 20Л) и другие магнитомягкие материалы.

Фрикционные материалы для ЭФМ можно разбить на две группы: для работы со смазкой и для работы без смазки. Для работы со смазкой в многодисковых ЭФМ с магнитопроводящими дисками наибольшее распространение получили пары трения «закаленная сталь по закаленной стали», допускающие удельные давления (0,4-0,6) МПа [25, 26]. В последнее время разработаны высокопроизводительные автоматические станки, обеспечивающие точную шлифовку поверхностей этих фрикционных дисков. Такая шлифовка совершенно необходима для муфт, работающих на высоких скоростях. Для работы без смазки фрикционные материалы условно можно разбить на две подгруппы; материалы на асбесто-

вой или подобной основе, имеющие толщину около нескольких миллиметров, и материалы на основе металлокерамики, имеющие толщину 0,2-0,5 мм. Первые используются, главным образом, в однодисковых ЭФМ, вторые - в многодисковых сухих муфтах с дисками, через которые не проходит рабочий поток. Фрикционные материалы, предназначенные для работы без смазки, обеспечивают более высокие коэффициенты трения, чем фрикционные материалы, работающие со смазкой.

фрикционные материалы на асбестовой или подобной основе состоят из асбестопроволочной ткани, пропитанной бакелитом, асфальтом или резиной и спрессованной при высокой температуре. Ленточные асбестовые накладки изготовляются по ГОСТ 1198-78. Используются и нетканые накладки, спрессованные из коротких асбестовых волокон и мелких металлических стружек. Фрикционные накладки присоединяются к металлу с помощью клея или заклепок. Для тяжелых режимов работы используется ретинакс ФК-24А и ФК 16Л по ГОСТ 10851-73. В последний для повышения прочности и износостойкости вводится латунная проволока. Ретинакс работает при температуре поверхностей до 1000°С [25]. Коэффициент трения ретинакса - около 0,3.

фрикционные материалы из металлокерамики изготовляются в виде покрытий. Спекаются под давлением со стальной подложкой следующие компоненты: медь или железо, составляющие основу и улучшающие отвод теплоты; графит, свинец, повышающие прира-батываемость и препятствующие заеданию; асбест и другие материалы, увеличивающие трение. В настоящее время пара трения «сталь - металлокерамика» является одной из наиболее распространенных. Применяемые в ЭФМ фрикционные материалы и их коэффициенты трения приведены в [25, 26].

§ 14.4. Расчет однодисковой электромагнитной фрикционной муфты

В некоторых конструкциях электромагнитных муфт потоки выпучивания и рассеяния могут составлять существенную часть суммарного магнитного потока. В этом случае необходимо их учитывать как при расчете требуемой МДС обмотки, так и при расчете электромагнитных сил. На примере однодисковой электромагнитной муфты (см. рис. 14.3) покажем, как при ее расчете учесть потоки выпучивания.

Магнитные проводимости зазоров. Разобьем пространство, окружающее магнитопровод муфты на части, каждую из которых можно считать объемной фигурой, полученной вращением простой плоской фигуры вокруг оси муфты (поле муфты обладает осевой симметрией). Простые фигуры в сечении муфты плоскостью, проходящей через ось симметрии, показаны на рис. 14.11, а. Полный поток Фв1 зазора 6i разбит на потоки фигур: Фг половины кольца с внешним радиусом a--6i/2 и внутренним 6i/2 (на рис. 14.11, а

принято ai = a2 = a); Фрп половины круга диаметром 6i; Фп прямоугольника со сторонами Ai=(D,-di)/2 и 6i; Фрт! четверти круга радиусом 6i; Фг! четверти кольца с внешним радиусом 6i + z/ и внутренним 6i. Полный поток Фвг зазора 62 разбит на потоки фигур: Фг2 четверти кольца с внешним радиусом 2-1-62 и внутренним 62; Фрт2 и Фрт2 четвертей круга радиусом 62; Фт2 прямоугольника со сторонами 62 и А2= (/2-2)/2 и Фг2 четверти кольца с внешним радиусом б2-1-22 и внутренним 62. Если обозначить магнитные проводимости, соответствующие всем этим потокам, буквами Л с теми же индексами, с которыми обозначены потоки, то для проводимостей зазоров 6 и 62 получим выражения

(14.2)

Л82 = Аг2+Лр..г2+Лт2 + Ар.т2+Лг2. J

Определим составляющие этих уравнений. Проводимость

Л„=!х„яАХ„. (14.3)

В самом общем случае, когда a2¥=ai, по [3] удельная проводимость

Х„ [а 1 In (1 + 202/8,) + 21 п (1 + 2а,/8,)]/[я (а, + Яг)]

При а\ = а2 = а эта проводимость Х„ = [1п(1+2а/8,)]/я.

(14.4)

(14.5)

(14.6)

Магнитные проводимости между торцами полых цилиндрических полюсов / и 2 и торцом якоря 3 муфты

A., = !o5,/8, = i.on(D?-rf?)/(48,); j

Лт2=!052/82 = 10"(2-2)/(482), ,

где Dl, dl, D2, 2 -диаметры цилиндрических поверхностей, образующих полюса / и 2 с площадями торцов S\ и 82-Магнитные проводимости между: внешним «ребром» полюса / и «ребром» якоря 3\ внутренним «ребром» полюса / и торцовой поверхностью якоря; внешним «ребром» полюса 2 и торцовой поверхностью якоря; торцовой поверхностью полюса 2 и внутренним «ребром» якоря соответственно

р.т2 = 10-/2р.т2; Лр.12 = !*o"rf2Vl2.

(14.7)

Здесь удельные магнитные проводимости Vti=0,26; крм - = ,p.2 = ?ip.t2 = 0,52 [3]. Индекс «р.т» означает «ребро торца». Для определения магнитных проводимостей путей потоков Фг1 и Фга выпучивания зазоров 61 и 62 в окне магнитопровода найдем Zi и Z2

из уравнений cl2=bi+<Z\; £/2=62 + 2:2. Учитывая, что с/2= (di- -D2)/4, найдем координаты поля выпучивания:

zi=(rfi-D2)/4-8i; Z2={di-D)IA-b2. (14.8)

Тогда магнитные проводимости путей потоков Фг! и Фг2 выпучивания на длине координат и Z2 будут

Аг1=!*оЯ1Хг1; Л,2=1*оЩг2. (14.9)

Здесь удельные проводимости при условии 6i<3zi и 62<3z2 найдем по [3] из уравнений:

Х;, = [2 In (1 + z;/8,)]/n; Х,2= [2 In (1 + 2:2/82)]/я.

(14.10)

В случае, если 6i>3z/ и 62>3z2, расчет проводим по уравнениям

krx=z[l[nb,{2z\lb,)]; X,2=4z2/[n82(2+Z2/82)].

(14.11)

Проводимость пути потока Фг2 на длине координаты Z2 между внутренней цилиндрической поверхностью диаметром di якоря 3 и торцом полюса 2 определяем по уравнению

Лг2=1АоЛ2г2,

(14.12)

где при 62>3z2 удельная проводимость ?1,г2 = 4г:2/[яб2(2--Z2/62)],

а при 62 = 22 та же проводимость ?1,г2 = (2 1п (1--22/б2)]/я.

При других соотношениях размеров и другой конфигурации магнитопровода поле между полюсами и якорем муфты может быть заменено другой совокупностью простых фигур, отличной от изображенной на рис. 14.11, а.

Расчетные размеры полюсов. Магнитное поле (рис. 14.11,а) в зоне зазоров 61 и 62 для удобства расчета электромагнитной силы можно заменить однородными полями между некоторыми расчетными полюсами / и 2 и якорем 3 (рис. 14.11, б). Расчетные полюса имеют большую ширину, чем исходные. Так, для расчетного полюса / ширина Ai = Ai--AD,--Adi (рис. 14.11, б), где Ai - ширина исходного полюса; ADi-добавочная ширина, обусловленная наличием потоков выпучивания Фг! и Фр.т! (рис. 14.11, а); Adi - добавочная ширина, обусловленная наличием потоков выпучивания Фр.т! и Фп (рис. 14.11, а). При замене полюса / предполагается. Что длина зазора 61 и индукция Bji участка однородного поля зазора 6i исходной системы (рис. 14.11, а) равны этим же величинам расчетной системы (рис. 14.11, б). Кроме того, предполагается, что суммарный поток Фт1 расчетного полюса, который весь состоит из торцового потока, равен полному потоку Фв! заменяемого полюса. При соблюдении аналогичных условий заменим расчетным и полюс 2. Тогда магнитные проводимости зазоров можно выразить через расчетные площади Sip и S2p и их длины 6i и 62:

A8i = !oS,p/8,; Л52 = !оЗД- (ЛЗ)

Учитывая (14.1) -(14.12), можно написать

5,р==л8, [A(Xp.,,-t-X,,)+(D?-rf?)/(48,)+rf,(x;„ + X;,)l ;

52р=Л82[D2(Хр.,2-1-Хй)+ (D-rf2)/(482)+rf2(Х;.г2-ЬХй)] .

(14.14)

Электромагнитная сила. Описанные выше условия замены реальной системы, изображенной на рис. 14.11, а, на расчетную систему (рис. 14.11, б) дают основания предположить, что в обеих

Рис. 14.11. Картина магнитного поля электромагнитной фрикционной муфты рис. 14.3, принимаемая при расчете ее магнитных проводимостей (а), и расчетные размеры полюсов 2 и якоря 3, принимаемые при определении электромагнитной силы (б)

системах создаются одинаковые электромагнитные силы. Иными словами, электромагнитную силу реальной МС (рис. 14.11, а) с потоками выпучивания можно определить по расчетной МС без потоков выпучивания (рис. 14.11, б). Последнее легко сделать по формуле Максвелла (4.1) и (4.2). Справедливость этого предположения была проверена при сравнении значений,сил, полученных по формуле Максвелла для полюсов, расчетные размеры которых определялись с учетом выпучивания (аналогично тому, как это сделано при выводе (14.14)), - с экспериментальными силами.

Электромагнитные силы МС рис. 14.11, б по (4.1) при Ф1=Ф11= =Фв1; 5=5ip и Фт.=Фт2=Фб2, 5=S2p таковы:

= Oa/(2t.o5ip); Р,„2= ф11К2о2,)-

Так как через зазоры проходит один и тот же суммарный поток (Фб1=Фб2=Фб), то результирующая электромагнитная сила, действующая на якорь 3,

Л«=Рз„,+Я,„2==Ф5(5,р+52р)/(2[.о5:р52р)-

(14.15)

Выразим магнитный поток Фе через магнитное напряжение (/мв на двух последовательно соединенных зазорах 61 и 62 и их суммарную магнитную проводимость Л«=Лб1Лб2/(Лб1-НЛог), в которую Лв1 и Лб2 подставим из (14.13). Получим

„ аЛ, - ,!o5ip52p/(8i52p + 825ip). (14.16)

Подставляя в (14.15) значение потока из (14.16), получим в общем виде значение электромагнитной силы при неравных зазорах

f5HDSipS2p(Sip + S2p)

2(8iS2p+825ip)2 При 61 = 62 = 6 эта сила

(14.17)

2bi (Sip + Sjp)

Крутящий момент, который может передать муфта. Элементарный крутящий момент, который могут передать благодаря силам трения два одинаковых соосных, прижимаемых друг к другу диска-кольца, имеющих бесконечно малую ширину dr и радиус г (рис. 14.12): dM=kfpX X2nrdr. Здесь йтр - коэффициент трения между рабочими поверхностями дисков; р -сила сжатия колец трения на единицу площади поверхности трения. Полный момент, который может передать ЭФМ в результате трения пары колец (дисков), имеющих внутренний радиус di/2 и внешний Z)i/2 (рис. 14.11, а):

о./2

Ж= Г dMnk,,p{D\-d)/12.

d,/2

Давление

P=(P.-P«)/S, (14.19)

где Рэм - электромагнитная сила, притягивающая якорь 3 к полю-

Рис. 14.12. Поверхность трения муфты рис. 14.3.

(14.18)