Центробежные муфты и тормоза технологии передач

Центробежные муфты и тормоза технологии передач

Значимый фактор технологии передач, где фигурируют центробежные муфты и тормоза, — это количество передаваемой мощности. Эти сведения, включая рабочую скорость, позволяют рассчитать передаваемый крутящий момент, определить размер устройства. Современным системам приводов доступен широкий выбор механизмов, созданных по технологии передач. Размерность механизмов определяется зависимостью от сцепления, рабочих скоростей, диапазона крутящего момента (до 2000 Нм).

Обзор центробежных муфт на типичное исполнение

Следует подчеркнуть: правильная работа сцеплений обеспечивается при условии полного отсутствия на трущихся поверхностях устройств:

  • технической смазки,
  • масла жидкой консистенции,
  • влаги в любом виде.

Крутящий момент рассчитывается формулой:

M = 9550 * (P / n); (киловатт)

M = 7162 * (P /n); (лошадиные силы)

где: P – мощность; n – скорость вращения.

Коэффициент полезного действия для передачи крутящего момента является мерой способности технологии передачи обеспечивать достаточное трение для транспорта приложенной мощности, когда системные грузила соприкасаются с барабаном.

Так, центробежная муфта W-типа имеет коэффициент полезного действия 1,0. Однако центробежная муфта F-типа того же типоразмера, наделённая самовозрастающим эффектом, способна передавать иной крутящий момент.  А именно момент, увеличенный примерно в 2,5 раза при той же скорости и массе грузоподъёмности.

Асимметричная поворотная центробежная муфта обеспечивает коэффициент мощности 1,75 или 1,25, в зависимости от направления вращения.

Принцип взаимодействия скоростей

Скорость включения центробежной муфты показывает ускорение, при котором центробежная сила, действующая на массу маховиков, превышает силу удерживающих пружин растяжения. Системные грузики выталкиваются наружу, поверхности трения трутся о внутреннюю поверхность барабана сцепления.

Полный крутящий момент передаётся только при более высокой скорости, при которой фрикционные поверхности грузил полностью соприкасаются с барабаном сцепления. Износ фрикционных накладок допустимо свести к минимуму за счёт быстрого прохождения диапазона скоростей зацепления.

На скорость зацепления оказывает влияние сила пружин, удерживающих системные грузила. Чем сильнее сила пружины, тем дольше удерживаются эти элементы.

Центробежные муфты и тормоза технологии передач + взаимодействие
Пример функции взаимодействия на зацепление (график): А – крутящий момент; Б – скорость вращения; 1 – отключенное сцепление; 2 – пробуксовка сцепления; 3 – включенное сцепление; 4 – скорость взаимодействия (nE); 5 – рабочая скорость (nB)

Скорость включения выбирается в соответствии с рабочей скоростью приводного двигателя и передаваемой мощностью. Поскольку мощность, передаваемая центробежной муфтой, возрастает по мере увеличения скорости вращения, для системы привода характерна минимальная рабочая скорость.

Правда, скоростной режим связан с конкретным применением, но зачастую предусматривает номинал порядка 600 об/мин. Скорость зацепления и требуемые пружины определяются индивидуально на основе знаний и опыта.

Скорость включения (nE) выбирается таким образом, чтобы передаваемый крутящий момент при рабочей скорости (nB) оставался выше теоретически необходимого. Этот фактор безопасности защищает сцепление от проскальзывания при кратковременном падении скорости.

Типичное исполнение центробежных муфт

Здесь ниже рассматривается типичное исполнение на центробежные муфты современного применения. Указываются основные технологические и конструктивные особенности, а также преимущества той или иной системы.

Помимо этих сведений, предоставляется также описание принципа работы устройства. Рассматриваемые ниже типы систем технологии передач, конечно, имеют фирменный почерк, но в целом демонстрируют общую картину на устройства такого рода.

Центробежные муфты тип «F» конструкция + особенности

Здесь системные грузики размещены на профилированной втулке (1) и удерживаются пружинами растяжения (3), зацепленными за накладки (4). Диски размещают грузики в осевом направлении. Каждая накладка имеет гофрировку на внутренней поверхности для размещения на грузе. Так предотвращается смещение накладок в стороны.

При вращении профилированной ступицы центробежная сила, действующая на системные грузики, превосходит силу пружины. Когда скорость достаточно высока, накладки контактируют с барабаном (5) сцепления. Сила трения между накладками и барабаном позволяет передавать крутящий момент между элементами.

Центробежные муфты и тормоза технологии передач + тип F
Центробежная муфта типа «F» конструкция: 1 – ступица; 2 – грузила; 3 – пружина растяжения; 4 – накладка; 5 — барабан

Компактная конструкция центробежной муфты типа «F» и эффект самовозрастания обеспечивают сцеплению передачу высоких крутящих моментов. Как результат — коэффициент полезного действия достигает значения 2.5.

Благодаря лёгкому доступу к натяжным пружинам и съёмным накладкам, детали, подверженные износу, заменяются просто. Поскольку накладки не закреплены на системных грузиках, при работе возможен некоторый шум, однако не создающий дискомфорта.

Профилированная ступица имеет особую форму. Эта форма вызывает эффект заклинивания между профилем и грузиками в момент приложения крутящего момента к муфте. Возникает дополнительная нагрузка на накладки, что позволяет передавать более высокий крутящий момент.

Центробежные муфты тип «S» конструкция + особенности

Для этой конструкции характерным является то, что здесь цилиндрическая втулка (1) несёт три системных грузила (2). Все три расположены на штифтах и обладают свойством скольжения по цилиндрическим штифтам (3).

Внутри грузил установлены пружины растяжения (4), удерживающие соседние грузила до момента, пока центробежная сила не преодолеет усилие пружины. Как только момент достигнут, грузила поднимаются, накладки (5) касаются внутреннего диаметра барабана (6) сцепления. Сила трения между накладками и барабаном сцепления передаёт крутящий момент.

Центробежные муфты и тормоза технологии передач + тип S
Вариант исполнения типа «S»: 1 – цилиндрический штифт; 2 – грузила; 3 – ступица; 4 – пружина; 5 – накладка; 6 — барабан

В отличие от технологии передачи F-типа, накладки центробежных муфт с направляющими штифтами постоянно приклеены к маховикам, а не монтируются на отдельных держателях.

Направляющие штифты центробежных муфт W-типа обеспечивают точное направление грузил. Тем самым обеспечивается бесшумная работа системы. Для этого варианта технологии передач коэффициент транспорта крутящего момента составляет 1.5.

Центробежные муфты тип «W» исполнение + работа

Цилиндрическая втулка (1) этого исполнения несёт два грузила (2), расположенных по штифтам и скользящих по цилиндрическим основаниям (3). Пружины растяжения (4) закреплены снаружи грузил к держателям (5) футеровки.

Пружины растяжения удерживают груз до момента, пока центробежная сила не преодолеет силу пружины. Тогда грузила поднимаются, накладки соприкасаются с внутренней обоймой барабана (6) сцепления. Силой трения между накладками и барабаном передаётся крутящий момент.

Центробежные муфты и тормоза технологии передач + тип W
Конструкция, выполненная по типу «W»: 1 – грузило; 2 – цилиндрический штифт; 3 – ступица; 4 – пружина; 5 – накладка; 6 — барабан

Исполнение по технологии передач W-типа сочетает в конструкции преимущества сцеплений F-типа и S-типа. Благодаря лёгкому доступу к натяжным пружинам и съёмным накладкам, изнашиваемые детали легко заменить.

Как и для варианта исполнения S-типа, направляющие штифты здесь обеспечивают точное направление грузил, чем обеспечивается бесшумная работа сцепления. Для этой технологии передач коэффициент транспорта крутящего момента равен 1,0.

Центробежные ассиметричные поворотные муфты типа «P»

На такой системе грузила (1) устанавливаются таким способом, чтобы обеспечивался поворот на штифтах (5), закреплённых на фланце. Здесь имеются пружины растяжения (2), удерживающие соседние грузила до момента преодоления центробежной силой усилие пружины.

Тогда грузила поднимаются, приклеенные накладки (3) соприкасаются с внутренней обоймой барабана (4) сцепления. По причине асимметричного расположения грузил, крутящий момент передачи этого типа сцепления зависит от направления вращения.

Центробежные муфты и тормоза технологии передач + тип P
Исполнение механизма по типу «P»: 1 – грузило; 2 – пружина; 3 – накладка; 4 – барабан; 5 – установочный штифт

Особенность исполнения данной системы — конструкции узкая. Кроме того, асимметричная поворотная центробежная муфта считается самой бесшумной системой в ассортименте продукции такого рода. Для этой технологии передач коэффициент транспорта крутящего момента составляет 1,25 (1,75), в зависимости от направления вращения.

Технологии передач + центробежные тормоза

Помимо центробежных муфт, для индустрии не меньшее значение приобретают центробежные тормоза. Решающим преимуществом центробежных тормозов перед обычными тормозами является возможность работы без внешнего источника питания.

Тормоз, установленный на валу, призван тормозить приводной вал на заданной скорости. Центробежная сила заставляет системные грузила отрываться от ступицы, в результате чего накладки касаются внутренней обоймы тормозного барабана. Таким действием создаётся тормозной момент.

По мере снижения скорости вращения, пружины растяжения возвращают грузила в исходное положение. Фундаментальный принцип центробежных тормозов не предполагает торможение системы до полной остановки. То есть здесь имеет место состояние равновесия между скоростями, определяемыми моментом нагрузки и тормозным моментом.

Несмотря на тот факт, что центробежные тормоза соответствуют техническим принципам, центробежных муфт, а также используют аналогичные компоненты, этот механизм требует дополнительного изучения условий применения. Наиболее важным принципом использования центробежных тормозов является трение, производящее тепло.

Сила трения центробежного тормоза

Центробежные тормоза преобразуют механическую энергию в тепловую энергию, что образуется между накладкой и тормозным барабаном. Как правило, больший нагрев отмечается на барабане.

Распределение температуры (график ниже) на секционном тормозном барабане явно демонстрирует более высокий нагрев барабана в области над маховиками. Количество выделяемого тепла зависит от различных факторов:

  • передаваемый тормозной момент,
  • скорость торможения,
  • продолжительность операции торможения,
  • размер поверхности трения,
  • масса тормозного барабана.

Момент торможения отмечается резким ростом температурной кривой. Температура на внутренней обойме барабана (Tb1) значительно выше, чем температура (T1) на внешнем уровне тормозного барабана.

Центробежные муфты и тормоза технологии передач + нагрев тормоза
График распределения температуры: А – шкала температуры (°C); Б – шкала времени (секунд); 1 – линия внутренней обоймы барабана; 2 – линия внешней области барабана

Соответственно, тормозной барабан в процессе работы нагревается довольно сильно, что видится источником опасности. Здесь очевидна ответственность за эксплуатацию машины, за принятие надлежащих защитных мер.

Допустимый нагрев соответствует максимально допустимой температуре фрикционного материала. Этот параметр всегда указывается производителем. Превышение параметра приводит к повреждению накладок, утрачивается эффективность тормоза, а в худшем случае, механика попросту разрушается.

Чтобы предотвратить такого рода последствия, проектирование центробежного тормоза сопровождается подробными данными о применении, где среди прочего отмечается:

  • рабочая скорость тормозимой системы,
  • скорость включения центробежного тормоза,
  • тормозной момент для скорости торможения,
  • изменения тормозного момента,
  • время и частота торможения,
  • область применения.

Центробежные тормоза относят к устройствам ограничения скорости. Эта технология находит широкое применение на оборудовании спуска. Здесь скорость опускания соответствует условию равновесия между скоростью, определяемой моментом нагрузки, и скоростью, определяемой тормозным моментом.


При помощи информации: SUCO