Скидка на подшипники из наличия!
Новое поступление товара в 2026 году!
Электромагнитная муфта — управляемое устройство, которое соединяет и разъединяет два вала привода без механического вмешательства оператора: по сигналу тока в катушке возникает магнитное поле, и оно притягивает якорь, сжимая пакет фрикционных дисков. Через эти диски вращающий момент передаётся с ведущей части на ведомую. Снимается ток — поле исчезает, диски расходятся, связь между валами прерывается.
Ниже разобрано, как работает электромагнитная муфта: из чего она состоит, как катушка и якорь включают фрикционный пакет, как оценивается передаваемый момент и где такие муфты применяют в приводах станков и машин. Терминология и параметры приводятся по действующим стандартам на электромагнитные муфты с механической связью.
По определению стандарта, электромагнитная муфта с механической связью — это муфта, в которой крутящий момент, создаваемый внешним источником, передаётся от ведущей части к ведомой механическим трением или зацеплением, параметрически управляемым магнитным полем электромагнита, входящего в конструкцию самой муфты. Ведущая часть соединяется с источником механической энергии, ведомая — присоединяется к ней только при действии механической связи.
Принцип работы фрикционной электромагнитной муфты основан на фрикционном взаимодействии ведущих и ведомых дисков. Когда на катушку подаётся постоянный ток, образуется магнитный поток, который замыкается через корпус, диски и якорь. Якорь притягивается к корпусу и сжимает пакет фрикционных дисков; на плоскостях их контакта возникают силы трения, и момент передаётся с ведущего вала на ведомый. При снятии тока поток исчезает, упругие элементы (специальные наружные диски с «волной» либо отжимные пружины) разводят пакет, и передача момента прекращается.
Управляющий сигнал — электрический; силовая связь — механическая (трение). Это и делает муфту быстрым дистанционно управляемым звеном привода.
Муфта, передающая наибольший момент при наличии сигнала управления, называется нормально разомкнутой; передающая наибольший момент при отсутствии сигнала — нормально замкнутой. Большинство фрикционных муфт общемашиностроительного применения выполняется нормально разомкнутыми: без тока валы расцеплены.
Многодисковая фрикционная муфта с магнитопроводящими дисками состоит из корпуса с катушкой, пакета фрикционных дисков (внутренних и наружных), якоря и общей втулки. Рассмотрим функции основных элементов.
Создаёт магнитный поток при подаче тока. Намотана на катушкодержатель и размещена в корпусе муфты; рассчитана на определённое напряжение питания. В бесконтактном исполнении катушкодержатель смонтирован неподвижно, что исключает скользящий токоподвод и снижает теплопередачу от фрикционных дисков к катушке.
Подвижный магнитопроводящий элемент. Под действием поля притягивается к корпусу и через нажимной диск (или тяги) сжимает фрикционный пакет. При отключении тока якорь отходит до упора, и пакет расцепляется.
Исполнительный орган муфты: преобразуют нормальную силу сжатия в силу трения. В муфтах с магнитопроводящими дисками сам пакет входит в магнитную цепь. Диски через один связаны с ведущей и ведомой полумуфтами: внутренние сидят на шлицевой втулке, наружные — на поводке, и могут перемещаться вдоль шлицев в небольших пределах.
В контактном исполнении ток к катушке подводится через контактное кольцо и щёткодержатель. В бесконтактном исполнении используется составной магнитопровод с балластными (магнитоизолирующими) зазорами, а скользящий контакт отсутствует — такие муфты надёжнее в тяжёлых режимах.
Включение муфты — это последовательность электромагнитных и механических событий, которая занимает доли секунды.
Скорость отклика характеризуют два параметра: время нарастания момента до 0,9 номинального («время включения») и время спадания момента до 0,1 номинального («время отключения»). Для типовых масляных муфт они составляют доли секунды; у быстродействующих сухих муфт времена существенно меньше.
Магнитопроводящие диски одновременно проводят магнитный поток и передают момент. Поэтому состояние их поверхностей, зазоры в пакете и качество масла напрямую влияют и на магнитную цепь, и на передаваемый момент.
По способу передачи момента и устройству рабочего зазора электромагнитные муфты делят на несколько групп. Для приводов станков и машин чаще всего применяют фрикционные многодисковые исполнения.
Фрикционные и зубчатые муфты относятся к муфтам с механической связью (трение или зацепление). Скольжения, ферропорошковые и гистерезисные передают момент через магнитное поле и позволяют регулировать скорость ведомого звена.
Электромагнитные фрикционные многодисковые муфты с магнитопроводящими дисками общемашиностроительного применения нормируются по основным параметрам и размерам, а также по техническим условиям. Муфты различают по габаритам; каждому габариту соответствует свой номинальный момент.
Масляные муфты выпускаются в широком ряду габаритов с номинальными передаваемыми моментами от десятков до сотен ньютон-метров и более; сухие — в более узком диапазоне моментов. Важное соотношение: номинальный вращающий момент масляной муфты составляет около 40 % номинального передаваемого момента, а сухой и быстродействующей — около 80 %. Это объясняется условиями трения в масле и всухую.
Конкретные значения момента, мощности катушки и времён включения/отключения зависят от габарита и исполнения муфты и берутся из таблиц действующих стандартов и паспорта изделия, а не округляются «на глаз».
Способность фрикционной муфты передавать вращение определяется моментом сил трения на пакете дисков. Чтобы муфта не буксовала, момент трения должен с запасом превышать передаваемый момент.
Момент сил трения многодисковой муфты:
Tf = f · F · Rср · z
Условие надёжной передачи: Tf ≥ β · Tp
Tf ≥ β · Tp
где f — коэффициент трения пары дисков; F — осевая сила сжатия пакета, Н; Rср — средний радиус поверхности трения, м; z — число пар поверхностей трения; β = 1,35…1,5 — коэффициент запаса сцепления; Tp — передаваемый (расчётный) момент.
f
F
Rср
z
β = 1,35…1,5
Tp
Средний радиус: Rср = (D1 + D2) / 4, где D1, D2 — наружный и внутренний диаметры поверхности трения.
Rср = (D1 + D2) / 4
Число пар трения: z = z1 + z2 − 1, где z1, z2 — число наружных и внутренних дисков.
z = z1 + z2 − 1
Из формулы видно: момент растёт пропорционально осевому усилию, коэффициенту трения, среднему радиусу и числу пар трения. Именно поэтому многодисковое исполнение при компактных габаритах развивает значительный момент — добавляя пары трения, наращивают момент без увеличения осевой силы. Бесконечно увеличивать усилие сжатия нельзя: его ограничивает допускаемое давление на фрикционных поверхностях.
Требуется передать момент Tp = 100 Н·м. Примем β = 1,4, f = 0,06, Rср = 0,04 м, z = 8.
Tp = 100 Н·м
β = 1,4
f = 0,06
Rср = 0,04 м
z = 8
Требуемый момент трения: Tf = 1,4 · 100 = 140 Н·м.
Tf = 1,4 · 100 = 140 Н·м
Необходимая осевая сила: F = Tf / (f · Rср · z) = 140 / (0,06 · 0,04 · 8) ≈ 7,3 кН.
F = Tf / (f · Rср · z) = 140 / (0,06 · 0,04 · 8) ≈ 7,3 кН
Значения f, Rср и z приняты для иллюстрации; в проекте они задаются конструкцией муфты и материалом дисков.
Питание катушки осуществляется от источника постоянного тока — напрямую либо через двухполупериодный выпрямитель из сети переменного тока. Для муфт малых габаритов на выходе выпрямителя нужно фильтровать пульсации сглаживающей ёмкостью, иначе момент будет нестабилен.
В контактном исполнении отрицательный полюс источника подключают к корпусу машины, а положительный — к щёткодержателю муфты. Токоподводящая щётка должна обеспечивать надёжный контакт с кольцом; при больших окружных скоростях устанавливают два щёткодержателя.
Катушка — индуктивная нагрузка. При мгновенном разрыве цепи на ней возникает скачок напряжения, опасный пробоем изоляции. Поэтому параллельно катушке ставят гасящий элемент: диод или резистор. Без такой защиты ресурс катушки и коммутирующих контактов резко падает.
Гасящий резистор выбирают значительно больше сопротивления катушки — порядка восьми–десяти её сопротивлений; диод включают в обратной полярности к питанию. Способ гашения влияет и на время отключения: диод поддерживает затухающий ток в катушке и удлиняет спад момента, тогда как резистор рассеивает энергию быстрее и ускоряет отключение.
Надёжность фрикционной электромагнитной муфты определяется не только её характеристиками, но и точностью установки. Втулка с внутренними дисками и поводок наружных дисков должны размещаться соосно; чем выше скорость вращения, тем жёстче требование к соосности. Биение посадочных шеек вала должно быть минимальным, иначе пакет работает с перекосом, диски изнашиваются неравномерно, растут вибрации.
Остаточный момент — момент, который муфта продолжает передавать после снятия тока из-за неполного разведения дисков и остаточной намагниченности. Его снижают правильной регулировкой остаточного зазора и упругими разводящими элементами; для вертикального монтажа учитывают, что остаточный момент может быть выше.
Электромагнитные фрикционные муфты предназначены для автоматического и дистанционного управления приводами машин и механизмов. Электрический сигнал управления позволяет встраивать их в системы автоматики и быстро менять режим работы привода без остановки двигателя.
Характерные задачи:
Сочетание быстрого электрического управления, плавного включения и способности пробуксовывать при перегрузке делает фрикционную электромагнитную муфту удобным управляющим звеном там, где привод должен часто и точно менять состояние.
При подаче постоянного тока на катушку возникает магнитное поле, которое притягивает якорь. Якорь сжимает пакет фрикционных дисков, и за счёт сил трения момент передаётся с ведущего вала на ведомый. После снятия тока поле исчезает, диски расходятся, и валы расцепляются.
Из корпуса с катушкой возбуждения, пакета фрикционных (магнитопроводящих) дисков — внутренних и наружных, якоря и общей втулки. В контактном исполнении добавляется контактное кольцо со щёткодержателем для подвода тока.
В контактной ток к катушке подводится через скользящий контакт «кольцо — щётка». В бесконтактной катушкодержатель неподвижен, скользящего контакта нет, а магнитная цепь замыкается через составной магнитопровод с балластными зазорами. Бесконтактные муфты надёжнее в тяжёлых режимах.
Типовое номинальное напряжение питания — 24 В постоянного тока, с допускаемым колебанием от 0,9 до 1,05 номинала. Питание берут от источника постоянного тока или через двухполупериодный выпрямитель; для малых габаритов пульсации сглаживают фильтрующей ёмкостью.
Это гасящий элемент. При разрыве цепи индуктивная катушка создаёт скачок напряжения, способный пробить изоляцию и повредить контакты. Диод или резистор поглощают энергию поля и защищают катушку; заодно схема влияет на время спадания момента.
Муфту подбирают так, чтобы её номинальный передаваемый момент с запасом перекрывал расчётный момент привода (коэффициент запаса сцепления порядка 1,35–1,5). Завышать момент без нужды не следует — это усложняет монтаж и удорожает узел. Точные значения берут из таблиц стандарта и паспорта.
Момент трения пропорционален числу пар трущихся поверхностей. Добавляя диски, увеличивают это число, а значит и передаваемый момент, без роста осевой силы сжатия. Поэтому многодисковое исполнение компактно при высоком моменте.
Это момент, который муфта передаёт после снятия тока из-за неполного разведения дисков и остаточной намагниченности. Его уменьшают правильной регулировкой остаточного зазора и упругими разводящими элементами; при вертикальном монтаже он может быть выше.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.