Порошковая электромагнитная муфта + крутящий момент

Порошковая электромагнитная муфта + крутящий момент

Распределение различных сцеплений и тормозов, используемых для контроля скорости производственного процесса — это решающий фактор практически для любой промышленной среды. Электрические муфты далеко не всегда первый выбор инженера, изыскивающего решение – как контролировать крутящий момент. Изначально традиционно рассматриваются системы привода с электродвигателем, пневматические муфты, фрикционные пружины. Между тем, есть уникальный тип – порошковая электромагнитная муфта, которая оптимально подходит для управления натяжением и крутящим моментом.

Порошковая электромагнитная муфта

Традиционно порошковые электромагнитные муфты разделяются на две категории:

  1. с питанием.
  2. без питания.

В целом этот тип систем предпочтителен для оборудования, где имеет место контроль проскальзывания (режим с контролируемой скоростью проскальзывания). Порошковые электромагнитные муфты также применяются для контроля натяжения обмоточного провода, обладают очень точным переменным крутящим моментом под электрическим управлением.

Для включения муфтового сцепления электрический ток подаётся на катушку возбуждения. Образуется электромагнит с эффектом магнитного потока. Мелкие намагниченные частицы (кусочки стали с керамическим покрытием) в открытой полости сцепления притягиваются одна к другой по линиям потока.

В нормальном режиме входная и выходная части порошковой электромагнитной муфты разделены. Однако по мере соединения функциональных частиц магнитным эффектом момент вращения передаётся от входа к выходу устройства.

Крутящий момент здесь пропорционален приложенной силе тока, что даёт точно контролируемый показатель. То есть порошковая электромагнитная муфта обеспечивает не просто плавный пуск, но с учётом эффекта проскальзывания успешно действует в качестве защиты от перегрузки.

Если крутящий момент на выходе устройства превышает крутящий момент порошковой электромагнитной муфты, благодаря эффекту проскальзывания осуществляется защита выхода.

Чтобы отключить сцепление, достаточно снять электрический ток. Соответственно, магнитный поток исчезает, частицы утрачивают связь друг с другом. Вход и выход, по существу, обеспечивают свободное вращение независимо, за исключением некоторого остаточного сопротивления частиц.

Порошковая электромагнитная муфта + крутящий момент устройством
Магнитопорошковая муфта технологично в разрезе: 1, 6 – входные интерфейсы; 2 – выход; 3 – подведённый питающий кабель; 4 – катушка индуктивности; 5 – порошковая полость

Максимальная скорость и тепловыделение являются важными факторами, которые следует учитывать при выборе размера порошковой электромагнитной муфты. По мере роста скорости и крутящего момента, отмечается рост мощности скольжения.

Некоторые более крупные блоки оснащены портами для принудительного воздушного охлаждения или требуют вентиляторов для отвода тепла. В целом, порошковая электромагнитная муфта — это быстродействующее устройство, где имеет место:

  • стабильный крутящий момент,
  • длительный срок службы,
  • способность работать в условиях постоянного проскальзывания.

Магнитопорошковый тормоз + контроль натяжения

Магнитопорошковый тормоз (добавка железного порошка в зазор между стационарным магнитным полем и ротором электромагнитного тормоза) позволяет буквально набрать желаемый крутящий момент.

Часто применяемые для натяжения при разматывании, магнитные порошковые тормоза дают переменный крутящий момент под электрическим управлением. Поскольку крутящий момент управляется переменным током, значение не меняется при изменении скорости скольжения.

Опять же поданным напряжением на катушку образуется электромагнит и электромагнитные линии потока. Магнитные частицы внутри тормозной полости выстраиваются вдоль линий магнитного потока (аналогично железным опилкам вокруг магнита).

Порошковая электромагнитная муфта + крутящий момент и тормоз
Магнитопорошковый тормоз технологично в разрезе: 1, 2 – подшипники; 3 – рабочий вал; 4 – магнитные частицы; 5 – проводники катушки индуктивности; 6 – подведённый питающий кабель

Цепочка частиц формируется от узла катушки/поля (фиксированного) до внутренней ступицы выходного вала. Цепочки магнитных частиц создают сопротивление/крутящий момент от входа к выходу. Передаваемое сопротивление пропорционально входному току.

По факту обесточивания катушки магнитный поток исчезает. Узел поля и выходной вал прекращают взаимодействие друг с другом, за исключением небольшого остаточного сопротивления. Такого рода тормоза оптимальны для работы в условиях непрерывного проскальзывания, обеспечивают контроль натяжения, например, в процессах производства:

  • проволоки,
  • плёнки,
  • трубок и т.п.

Ограничивающим фактором обычно является тепловыделение. По этой причине некоторые из более высоких требований к мощности включают дополнительное охлаждение. Обычно применяемые системы — встроенный вентилятор или порты воздушного охлаждения.

Гистерезисные муфты (тормоза) + контроль натяжения

Гистерезисные муфты и тормоза передают крутящий момент магнитным способом. Вращающиеся части сцепления или неподвижные части тормоза не соприкасаются. Крутящий момент прямо пропорционален току катушки. Соответственно, крутящий момент каждого узла допустимо точно контролировать в очень широком рабочем диапазоне.

Стабильность тока гистерезисной муфты (тормоза) обеспечивает постоянный крутящий момент. Поверхности, передающие крутящий момент, не изнашиваются, что даёт длительный срок службы узлов. Кроме того, отсутствие точек износа исключает необходимость обслуживания. Наконец, устройства способны одинаково работать в любом состоянии — горизонтальном или вертикальном.

Порошковая электромагнитная муфта + крутящий момент и гистерезисное сцепление
Механизм гистерезисное сцепление технологично в разрезе: 1 – рабочий вал; 2 – катушка возбуждения; 3 – подшипники; 4 – ротор; 5 – чаша гистерезиса

Муфтовый ротор, несущий магнитный поток, вращается вокруг гистерезисного диска (цилиндра). В системе тормоза ротора нет, используется только диск. По мере увеличения тока, на гистерезисной муфте или тормозе усиливается магнитное притяжение к диску с постоянными магнитами. Этим притяжением, в свою очередь, передаётся вращение сцепления или действие замедления.

Отключение любого действия выполняется простым отключением электричества. Как гистерезисные тормоза, так и сцепки рассчитаны на работу с непрерывным проскальзыванием. Такие системы идеальны для контроля натяжения тонкой проволоки или для тестирования оборудования.

Модули без питания (гистерезис постоянного магнита)

В зависимости от способа монтажа, узлы функционируют как сцепление или тормоз. Крутящий момент создаётся магнитным полем, но зависит от механических настроек устройства. Каждый блок имеет индивидуальный диапазон крутящего момента.

Как только крутящий момент установлен, как правило, отмечается стабильность хода независимо от скорости (в пределах диапазона скорости устройства). Такие условия идеально подходят для контроля натяжения:

  • бумаги,
  • плёнки,
  • фольги,
  • проволочных и других материалов.

Устройства такого рода не требуют источника питания. Соответственно, выглядят экономически выгодным вариантом. Типичные области применения систем включают:

  • испытательные стенды двигателей,
  • оборудование для намотки проволоки,
  • оборудование для производства бутылочных крышек,
  • оборудование производства этикеток.

Поскольку гистерезисные блоки герметичны и не образуют частиц износа, соответственно, удачно подходят для медицинского оборудования и оборудования пищевой промышленности.

Порошковая электромагнитная муфта + гистерезисные тормоза
Электромагнитный гистерезисный тормоз: 1 – чаша гистерезиса; 2 – подшипник; 3 – рабочий вал; 4 – катушка возбуждения

Системы здесь в большинстве своём имеют гистерезисный диск, непосредственно закреплённый на ступице, проходящей через сцепление/тормоз. Два круглых многополюсных магнита прочно закреплены внутри блока. Магниты обращены друг к другу, тогда как диск гистерезиса расположен в пространстве между магнитами.

Учитывая, что между магнитами и гистерезисным диском остаётся воздушный зазор, гистерезисный диск вращается без фрикционного контакта. Противоположными магнитами создаётся магнитный поток, вызывающий сопротивление диска гистерезиса. Дисковый элемент, в свою очередь, вызывает сопротивление валу устройства.

Величина выходного сопротивления увеличивается или уменьшается посредством регулируемых вручную единиц. Когда полюса магнита выровнены по «северу» и по «югу» относительно один другого, создаётся максимальное сопротивление диска. Поскольку полюса меняются «север на юг», поток проходит непосредственно через гистерезисный материал, уменьшая величину сопротивления на канале вала устройства.

Гибридные фрикционные муфты

Системы этого типа традиционно применяют в конструкциях устройств подачи бумаги. Простой пример: копировальные машины и принтеры. Здесь, благодаря фрикционной системе, предотвращается замятие бумаги, неправильная подача бумажных листов.

Большинство фрикционных муфт выступают механическими системами. Но есть исключения, к примеру, гибридная фрикционная муфта «OPL» (разработка фирмы «Ogura») уникальной конструкции. Это гибрид представляет собой промежуточный вариант между гистерезисом постоянного магнита и магнитно-порошковой муфтой. Здесь используются многополюсные магниты, прочно закреплённые на валу ротора.

Порошковая электромагнитная муфта + гибридная фрикционная
Гибридная фрикционная муфта в разрезе: 1 – внутренний полюс; 2, 6 – боковая крышка; 3 – магнитный порошок; 4 – постоянный магнит; 5 – корпусная часть; 7 – рабочий вал; 8 – магнитный держатель

Узел магнит/вал вращается относительно корпуса, изготовленного из магнитной высокоуглеродистой стали. Воздушный зазор между ротором и корпусом содержит магнитные частицы. Магниты на роторе создают линии магнитного потока через чередующиеся магнитные полюса. Магнитным потоком частицы соединяются воедино.

Связными частицами образуются цепочки вдоль силовых линий между магнитами и корпусом. Этими цепочками вызывается плавный момент сопротивления при вращении. Корпус соединён с шестернёй или шкивом. Либо вал/отверстие узла, либо корпус (шестерня/шкив) исполняют роль входа или выхода.

Гибридные фрикционные муфты дополняются втулками или шарикоподшипниками, имеют или не имеют вал. Системы показывают лучшие воспроизводимые характеристики при работе в горизонтальном положении. Такого вида сцепки вызывают малый внутренний износ, обеспечивают стабильный крутящий момент.

Конструктивно блоки герметичны, чем предотвращается выпадение рабочих частиц из устройства, а также предотвращается попадание загрязняющих веществ из окружающей среды. Следует отметить простую установку, поскольку блоки поставляются предварительно собранными, имеют заданное значение крутящего момента.


При помощи информации: MachineDesign