Файл: Механизмы с магнитной связью..pdf

Г л а в а I

ТЕОРИЯ МЕХАНИЗМОВ С МАГНИТНОЙ СВЯЗЬЮ

1. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ СИНХРОННЫХ МАГНИТНЫХ МЕХАНИЗМОВ

Все синхронные магнитные механизмы состоят из подвижных ведомой и ведущей частей, разделенных зазором и являющихся элементами магнитной системы. В рабочем зазоре магнитопроводы ведущей и ведомой частей выполнены с зубцами (у .реактивных систем) или полюсами (у активных систем). При этом зубцы или полюса перпендикулярны направлению перемещения. В магнитно­ гистерезисных системах в одной из частей располагается индуктор с полюсами, создающий магнитный поток, в другой — гистере­ зисный слой (сплошной или шихтованный), в котором индукти­ руются полюса. При холостом ходе механизма смещение ведущей и ведомой частей отсутствует; существуют лишь силы их взаим­ ного притяжения, действующие радиально.

При появлении нагрузки происходит смещение осей зубцов или полюсов, изменение проводимости зазора и перераспределе­ ние магнитного потока в нем. Е результате этого происходит увеличение электромагнитного момента -системы и возникает касательная сила, стремящаяся вернуть систему в исходное по;, ложение. При вращении одной из частей механизма синхронно вращается и другая.

В гистерезисных муфтах момент создается за счет запаздыва­ ния индукции в гистерезисном материале по отношению к н. с. (намагничивающей силе), создаваемой индуктором, при наличии потерь на перемагничивание в гистерезисном слое. Кроме того, при пусках вследствие различия скоростей вращения ведущей и ведомой частей возникает асинхронный момент за счет вихревых токов в гистерезисном слое. Вследствие этой особенности магнитно­ гистерезисные муфты обладают естественным пусковым моментом.

2.КЛАССИФИКАЦИЯ И ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ СИНХРОННЫХ МАГНИТНЫХ МЕХАНИЗМОВ

Все синхронные магнитные механизмы (СММ) можно класси­ фицировать по ряду признаков, определяющих их конструктивные особенности и свойства (схема 1).

9

С х е м а 1

11

П р о д о л ж е н и е с х е м ы 1

Шаговые

Скатящимся

ротором

12

СММ можно разделить на виды. 1. По назначению:

а) муфты вращения; б) механизмы поступательного перемещения;

в) редукторные механизмы; г) демпферные устройства; д) предохранительные муфты; е) динамометрические муфты;

ж) герметические системы для бессальникового привода гер­ метичных устройств (в том числе муфты вращения, редукторы, муфты поступательного перемещения).

При использовании оболочки из токопроводящего металла, разделяющей ведущую и ведомую части СММ, герметические си­ стемы получили название экранированных СММ.

2. По принципу создания момента:

а) активные, с магнитом или обмотками возбуждения в обоих взаимодействующих элементах, передающие момент в результате взаимодействия магнитов или полюсов;

б) реактивные, с магнитом в одном из взаимодействующих элементов, передающие момент за счет разницы проводимостей при согласованном и рассогласованном положении зубцов;

в) гистерезисные с магнитом или обмоткой возбуждения в одном из взаимодействующих элементов и гистерезисным слоем в другом, в которых момент создается за счет потерь в гистерезисном слое.

4. По способу расположения катушки возбуждения или ма­ гнитов:

а) с вращающимися или движущимися магнитами или ка­ тушкой возбуждения;

б) с неподвижными магнитами или катушкой возбуждения. 5. По виду магнитов:

а) с магнитом в виде звездочки и с полосовыми магнитами для систем с вращающимися магнитами;

б) с магнитом в виде втулки с осевой намагниченностью; по виду обмотки возбуждения:

в) многокатушечные, с подвижной обмоткой; г) с униполярной обмоткой, ось которой совпадает с осью

подвижного элемента.

6. По виду рабочей поверхности взаимодействующих элемен­

14

7. По количеству рабочих зазоров:

а) однозазорные, с однократным использованием магнитного потока;

б) многозазорные, с многократным использованием магнит­ ного потока.

8. По виду магнитного потока в рабочем зазоре:

а) одноименнополюсные, с постоянной полярностью магнит­ ного потока в зазоре;

. б) переменнополюсные, с чередующейся полярностью магнит­ ного потока в зазоре.

Кроме того, отдельные виды СММ различного назначения могут иметь различные исполнения, свойственные лишь этим видам. Так, муфты поступательного перемещения могут быть выполнены в модификациях винт—гайка 1 и с поступательным движением полумуфт. Предохранительные и демпферные муфты на магнитах исполняются с магнитной цепью, обеспечивающей изменение индукции в зазоре, а следовательно, и величины передаваемого момента. Динамометрические муфты 2 выполняются с измеритель­ ными обмотками, заложенными между вращающимися элементами, или оптической индикацией угла сдвига полумуфт. Редукторные механизмы могут быть выполнены следующих модификаций:

1) с кинематической схемой обычных (механических) редук­ торов — цилиндрические, червячные, планетарные;

свойствами и возможностью легко изменять жесткость передачи. В связи с этим они могут быть применены в передачах для умень­ шения уровня шумов и вибраций. В частности, возможно исполь­ зование муфт вращения для развязки привода и исполнительных органов точных станков (например, шлифовальных), для устра­ нения вибраций, идущих от привода. В ряде случаев муфты вра­ щения могут быть использованы как демпферы крутильных колебаний, сглаживающие пульсации скорости привода. В этой роли муфты могут быть использованы как в станочных приводах, так и в приборных системах, звукозаписи, вычислительных ма­ шинах и т. п.

Возможность электромагнитного управления свойствами муфт— частотными характеристиками, жесткостью — позволяет создать привод со специфичными динамическими свойствами. Так, на­ пример, сочетание муфты и шагового двигателя при соответству­

2 Л. Б. Г а н з б у р г, Н. П. Г л у х а н о в, Н. М. Р у м я н ц е в . Индукционная муфта. Авт. свид. № 219346, 1966.

15

ющем подборе характеристик позволяет получить стабильную мгновенную скорость привода.

СММ с электромагнитным возбуждением применяются также для соединения и расцепления валов во время работы механизма. Управление в этом случае осуществляется включением или вы­ ключением обмотки возбуждения, без механических операций.

Возможно также использование демпферных систем при ра­ боте приводов на упор. В этом случае СММ в конце хода воспри­ нимает выбег механизма до остановки.

Так как СММ срываются при превышении моментом нагрузки расчетного максимального момента СММ, они могут использо­ ваться в качестве предохранительных звеньев в кинематических -цепях машин и приборов. Расцепление происходит без поломок, а повторное сцепление привода происходит после остановки ме­ ханизма. Механизмы поступательного перемещения могут за­ менить механическую пару винт—гайка или шлицевое соединение в станках и приборах.

Редукторные СММ вследствие отсутствия трения шестерен позволяют получить значительные передаточные отношения (до 20 000 и более) с высокими к. п. д. Они могут быть использованы в особых условиях: при высокой температуре (до 450° С), в жест­ ких климатических условиях, в условиях действия радиации (так как в обычных редукторах смазочные масла под действием радиации густеют), в вакууме. Вследствие отсутствия износов редукторные СММ целесообразны для приборных точных передач, работающих длительно.

В ряде передач необходим достоянный контроль величины передаваемого момента (например, в испытательных стендах). Для этих целей может быть использована специальная экрани­ рованная муфта-динамометр. Муфта по конструкции аналогична электромагнитной экранированной муфте с неподвижной обмоткой возбуждения. На наружную поверхность экрана устанавливается измерительная обмотка. Для того чтобы обеспечить чувствитель­ ность к передаваемому моменту, муфта должна иметь небольшое число зубцов (до двух зубцов в зубцовых зонах). При малых изме­ нениях передаваемого момента изменение угла рассогласования полумуфт получается значительным. При этом изменяется индук­ ция в зазоре и величина ЭДС, наводимая в измерительной обмотке. Измерение этой ЭДС позволяет судить о величине передаваемого момента.

Все СММ могут быть выполнены с разделяющей герметичной оболочкой. Следует отметить, что задача создания бессальникового привода для герметичных аппаратов решается только примене­ нием герметических электрических машин, имеющих оболочку, разделяющую вращающиеся части. В герметическом экранирован­ ном исполнении могут быть выполнены любые бесконтактные электрические машины, например асинхронные и шаговые дви­ гатели, а также и двигатель постоянного тока. В настоящее время

16