Przedmiotem niniejszego wynalazku jest sprzeglo elektromagnetyczne ze sprzezeniem mechanicznym, a w szczególnosci cierne lub klowe sprzeglo e- lektromagnetyczne z drobnym czolowym zebem, znajdujace zastosowanie w napedach obrabiarek i innych maszyn, na przyklad w automatycznych skrzyniach przekladniowych, mechanizmach poda¬ jacych i wspomagajacych przemieszczenie.Najszersze zastosowanie w obrabiarkach skra¬ wajacych i innych urzadzeniach 'znalazly sprzegla elektromagnetyczne z magnetycznie przewodzacy¬ mi tarczami podwójnie przenikanymi przez stru¬ mien magnetyczny, w zwiazku z czym dalszy opis odnosi sie do takich typów sprzegiel.Znana konstrukcja sprzegla elektromagnetycz¬ nego sklada sie z litego lub skladanego korpusu, wewnetrznych magnetycznie przewodzacych tarcz sprzegnietych z ferromagnetyczna tuleja nosna, magnetycznie przewodzacych tarcz sprzegnietych z wodzikiem oraz zwory izolowanej od tulei nosnej elementem dystansowym z materialu niemagne¬ tycznego.Kazda tarcza sklada sie z zewnetrznego i we¬ wnetrznego pierscienia polaczonych lacznikami.Moment wytworzony przez sprzeglo elektromag¬ netyczne sklada sie z momentów tarcia propor¬ cjonalnych do normalnej sily dzialajacej na dana pare tarcz.Sila ta, bedaca wynikiem magnetycznego przy¬ ciagania, jest proporcjonalna do kwadratu robo- 10 15 25 30 czego strumienia magnetycznego przenikajacego pierscienia tarcz. Jednakze w sprzeglach z magne¬ tycznie przewodzacymi tarczami istnieja takze ma¬ gnetyczne strumienie uplywnosci pierscieni ze¬ wnetrznych tarcz na wewnetrzne poprzez laczniki i z wewnetrznych tarcz do tulei poprzez sprzeg zebaty oraz strumien rozproszenia z korpusu sprze¬ gla na wal.Strumien uplywnosci przez laczniki powoduje zmniejszenie roboczego strumienia magnetycznego i momentu wytworzonego przez dana pare tarcz w miare oddalenia miejsca polozenia tarcz od biegunów. W przypadku wykonania tarcz calkowi¬ cie z arkusza blachy zjawisko to zasadniczo jest nlie do unikniecia.Strumien uplywnosci z wewnetrznych tarcz do tulei zamyka sie przez koncowa czesc tulei na korpus sprzegla eleketromagnetycznego. Stumien ten powoduje zmniejszenie roboczego strumienia magnetycznego i momentu wytworzonego przez dana pare wewnetrznych pierscieni tarcz w miare zblizania miejsca polozenia tarcz do plaszczyzny biegunów korpusu.Strumien rozproszenia z korpusu na wal prze¬ chodzi przez sprzezona z kompusem czesc tulei.Dalej strumien ten przechodzi przez wal, nastep¬ nie przez lozyska walu /od strony zwory sprzegla elektromagnetycznego/ oraz inne czesci mechaniz¬ mu, do którego wbudowane jest sprzeglo, i za- 112 005112 005 myka sie na skutek przewodnosc rozproszenia w powietrzu ma górna czesc korpusu sprzegla Strumien rozproszenia nie uczestniczy w wytwa¬ rzaniu momentu .sprzegla elektromagnetycznego a jedynie powoduje szkodliwe sprzezenie pogarsza¬ jace wlasciwosci dynamiczne sprzegla.Wzrost sumarycznego sitrumaenia zamykajacego sie przez tylna scianke korpusu na skutek do¬ dania strumieni uplywnosci i rozproszenia zmu¬ sza do zwiekszenia grubosci tej scianki.Uwzgledniajac powyzsze, szkodliwy wplyw strumieni uiplywmosci i rozproszenia polega na zmniejszeniu wynikowego momentu elektromag¬ netycznego sprzegla, pogorszeniu wykorzystania objetosci stali korpusu, zwiekszeniu czasu trwa¬ nia stanów nieustalonych i na zwiekszonym mag- nesowywaniu walów, lozysk i innych przyleglych elementów wezla.Konstrukcyjna wada, powodujaca wskazane wy¬ zej szkodliwe efekty, jest bezposrednie osadzenie korpusu elektromagnetycznego sprzegla na ferro¬ magnetyczniej tulei nosnej.Znane sposoby likwidacji wymienionej wyzej wady sa skierowane, po pierwsze na wykonywa¬ nie tulei nosnych z materialu niemagnetyczne¬ go. Wiadomo, ze tuleje wykonane z niemagnetycz¬ nych stali konstrukcyjnych /na przyklad chromo- niklowych/ sa trudno obrabialne i zle poddiaja sie utwardzaniu, niezbednemu w zwiazku z wy¬ sokimi jednostkowymi obciazeniami na zebach tulei. Równiez zeby tulei wykonanych z metali kolorowych zle sie utwardzaja.W obu przypadkach aby zmniejszyc obciazenia na zebach nalezy zwiekszyc rozmiary tulei. A wiec pozytywny efekt uzyskuje sie tu (kosztem zastoso¬ wania bardziej skomplikowanej technologii, zwiek¬ szenia kosztów wlasnych, zmniejszenia odpornosci na zuzycie lub zwiekszenia rozmiarów sprzegla.Po drugie na zastosowaniu tulei zlozonych z wlas¬ ciwej tulei ferromagnetycznej i niemagnetycznej gilzy, urnieszczonej na koncowej czesci tulei i izo¬ lujacej magnetycznie korpus od tulei i walu, co prowadzi do zwiekszenia pracochlonnosci i roz¬ miarów poprzecznych tulei. Co z kolei przy okres¬ lonej srednicy otworu osadczego równowazne jest ze zwiekszeniem wymiarów poprzecznych sprze¬ gla. Jednakze nawet opisane konstrukcyjne zmia¬ ny nie zapewniaja mozliwosci uzyskania pelnego mozliwego skutku, gdyz sprzyjajac usuwaniu lub zmniejszaniu szkodliwych strumieni uplywnosci i rozproszenia, nie zapewniaja warunków dla naj¬ lepszego wykorzystania aktywnych materialów /to jest stali i miedzi/ w objetosci korpusu pod wzgledem uzyskania maksymalnej sily przyciaga¬ nia i momentu* Celem niniejszego wynalazku jest usuniecie wy¬ zej opisanych niedogodnosci.Natomiast zadaniem wynalazku jest opracowa¬ nie konstrukcji sprzegla elektromagnetycznego za- gswriiaj^cego wytworzenie maksymalnej mozliwej sdly przyciagania i momentu przy zadanych gaba¬ rytach, stosowanych materialach i podstawowych procesach technologicznych po przez zmiane kon¬ strukcji mocowania korpusu na tulei nosnej oraz po przez wykonanie korpusu z okreslonym stosun- 30 kiem wewnetrznych wymiarów geometrycznych, optymalnym w sensie wytwarzanej sily przycia¬ gania.Zadanie zostalo zrealizowane w wyniku zapro- 5 jektowania sprzegla elektromagnetycznego ze sprze¬ zeniem mechanicznym, zawierajacego nosna tu¬ leje ferromagnetyczna, na której wiencu zeba¬ tym usytuowany jest zespól magnetycznie prze¬ wodzacych tarcz ciernych. Po jednej stronie tarcz 10 ciernych umieszczona jest zwora, a z dirugiej — korpus, zamocowany na nosnej tulei ferromagne¬ tycznej. Wedlug wynalazku miedzy zewnetrzna po¬ wierzchnia czesci koncowej nosnej tulei ferromag¬ netycznej i obejmujaca ja wewnetrzna powierz- i5 chnia korpusu przewidziana jest szczelina powietrz¬ na. Przy tym korpus jest polaczony z tuleja za pomoca czolowego niemagnetycznego szwu spa¬ walniczego.Korzystnym jest gdy korpus ma pierscienio- 20 we bieguny, których powierzchnia stanowi 20- 25*/« powierzchni czolowej korpusu.Korzystnym jest równiez, gdy w koncowej czesci tulei, w poblizu spawu wykonane sa otwory la¬ czace sie z powierzchnia szczelina, zapewniajace 25 doprowadzenie smaru na tarcze cierne przez szcze¬ line powietrzna.Magnetyczna izolacja korpusu od ferromagne¬ tycznej tulei nosnej za pomoca szczeliny powietrz¬ nej i czolowego niemagnetycznego spawu zajmuje znacznie mniejsza objetosc, niz posrednia gilza niemagnetyczna i praktycznie nie powoduje zwiek¬ szenia wymiarów sprzegla elektromagnetycznego.Jednoczesnie eliminuje sie koniecznosc realizacji dwóch dokladnych pasowan i zapewnia sie moz- 35 liwosc koncowej obróbki biegunów korpusu wzgie- dem otworu ósadczegó w tulei. Wyeliminowanie strumieni uplywnosci na tuleje i waly/i rozprpo- szenia zapewnia symetryczny rozklad strumienia na biegunach, co przy powierzchni przekroju kaz¬ dego bieguna równej 0,2—0,25 powierzchni czolo¬ wej kórpUsU zapewniaja rozklad miedzi i stali w korpusie odpowiadajacy warunkom wytwarzania maksymalnej sily przyciagania i momentu. doprowadzenie smaru przez otwory w tulei do pierscieniowej szczeliny pod korpusem polepsza odprowadzanie ciepla od uzwojenia pozwalajac w ten sposób zwiekszyc dopuszczalna gestosc pradu.Przedmiot wynalazku w przykladowych wyko- 50 naniach jest przedstawiony na rysunku na którym fig. l przedstawia konstrukcje elektromagnetycz¬ nego sprzegla z korpusem posiadajacym stykowe doprowadzenie pradu w postaci pierscienia; fig. 2 — przednie czolo korpusu skierowane ku tar- 55 czom sprzegla elektromagnetycznego; fig. 3 — wy¬ kres zaleznosci najwiekszej sily przyciagania od stosunku powierzchni przekroju bieguna do cal¬ kowitej powierzchni czola korpusu; fig. 4 — we¬ wnetrzna tarcze z usunietymi zebami; fig. 5 — 50 wykres jakosciowego rozkladu strumienia magne¬ tycznego i sily przyciagania w opisywanej kon¬ strukcji i znanej konstrukcji sprzegla; fig. 6 — inny przyklad wykonania sprzegla elektromagne¬ tycznego z Obezstykowym doprowadzeniem pradu; 65 fig. 7 — poprzeczny przekrój zlozonego korpusu 40 455 112 005 6 dluzenia cewki, ^ — sredni jej promien, f — wspól¬ czynnik wypefeiienaa okna miedzia bQl0 — wymian iy przekroju okna ma cewke 8 /fig. 1/ otrzyma-' jemy wyrazenie dla obliczenia wysokosci okna b * o 2nr* N Powierzchnia okna, uwzgledniajac wyrazenie /4/ io jest równa So =t* Io =Ko bó*=Ko Ca2 /2IIn/* /5/ Wykorzystujac wyrazenie /5/ dla S0, sila mag¬ nesujaca wyrazi sie: 15 K0-A.f Iw=A.Só.f= ,^-jT^l M Powierzchnia czolowa cewki wynosi 20 S,=SS^2S! pf a kwadrat indukcji uwzgledniajac wyrazenie /Z/ wynosi: Bi=/J-iw/A 23 a p /y/ Wykorzystujac dla podstawien wyrazenie /6/, /7/ i /8/ z wyrazenia /l/ otrzymujemy nastepujace Wyrazenia dla sily przyciagania: 4/p Fm^VSS-2Si/ 'Si /9/ gdzie Kp—cottst, S? —calkowita powierzchnia czo¬ lowa korpusu.» Z badania wyrazenia /9/ na istnienie punktów ekstremalnych zwyklymi metodami wynika, ±&. sprzegla elektromagnetycznego z bezstykowym do¬ prowadzeniem pradu wedlug linii A—A z fig. 6.Sprzeglo elektromagnetyczne wedlug wynalazku /fig. 1/ sklada sie z korpusu 1, zamocowanego na ferromagnetycznej tulei nosnej 2 za pomoca czo¬ lowego niemagnetycznego spawu, 3, wewnetrznych i zewnetrznych magnetycznie przewodzacych tarc? 4 i 5, zwory 6 z niemagnetycznym pierscieniem 7 oraz uzwojenia 8 umieszczonego w pierscienio¬ wym wytoczeniu korpusu 1. Tarcze wewnetrzne 4 sa w zazebieniu z zebatym wiencem ferromagne¬ tycznej tulei nosnej 2, a tarcze zewnetrzne 5 — z wodzikiem sprzegla 9. Miedzy wewnetrzna po¬ wierzchnia korpusu 1 i koncowa czescia tulei 2 znajduje sie powietrzna szczelina 10, do której doprowadza sie smar przez otwory 11 w ferro¬ magnetycznej tulei nosnej 2.Zewnetrzne i wewnetrzne cylindryczne odcinki korpusu 1 tworza bieguny 12 /fig. 2/, rozdzielone uzwojeniem 8. Przekroje biegunów 12 maja rów¬ ne powierzchnie Si=S2, a powierzchnia czolowa uzwojenia 8 wynosi S8. Suima powierzchni 2S± biegunów 12 i czolowej powierzchni S3 uzwojenia 8 TÓwna jest calkowitej powierzchni Sy czola kor¬ pusu, przy czym zachowany jest nastepujacy stosunek (powierzchni: Dla wyjasnienia efektywnosci wybranego sto¬ sunku powierzchni rozpatrzone bedzie wyrazenie, okreslajace sile przyciagania magnetycznego ukla¬ du sprzegla elektromagnetycznego: gdzie Fm — srednia /dla pakietu tarcz/ sila przy¬ ciagania, Bi — indukcja na biegunie o powierzchna Si, k — conststaly wspólczynnik, zalezy od kon¬ strukcji pakietu tarcz.Przy zmniejszeniu Si powierzchnia Só okna pod uzwojenie 8 bedzie wzrastala, cewka w wa¬ runkach granicznych wypelni korpus a jej po¬ wierzchnia czolowa bedzie równa powierzchni czo¬ lowej korpusu S ^ . Sila magnesujaca Iw bedzie maksymalna lecz ograniczona, a iloczyn Bil Si przy Si=0 prfzyjlmie wartosc zerowa /fig. 3/, punkt 0/.Przy zwiekszeniu Si powierzchnia okna So-*0, uzwojenie w ostatecznosci zniknie, a Si bedzie maksymalne lecz ograniczone /Simax=0,5 S^/, a iloczyn Bi* Si przy IW=0, Bi=0 takze przyjmuje wartosc zerowa /fig. 3 punkt 0,5/.Miedzy tymi dwoma granicznymi przypadkami istnieje pewny stosunek miedzy Si i S^ przy którym iloczyn Bi2 Si osiaga ekstremum /punkty 0,2 ... 0,25, fig. 3/.Aproksymujac górna robocza czesc krzywej mag¬ nesowania sprzegla wyrazeniem Iw=aBiP ... /3/, a=const, p=const i wyrazajac magnesujaca sile Iw przez powierzchnie Si i wspólczynniki stale oraz oznaczajac przez A — gestosc pradu, S8^ po¬ wierzchnie czolowa cewki, kQ — wspólczynnik wy- P Sl=~2/p+4/s£ nv Dla rozpatrywanych rodzataów sprzegiel, maja¬ cych Wzglednie male szczeliny powietrzne, przy praktycznie stosowanych wartosciach wspólczynni¬ ka K, wykladnik p=2,6-^-4 co ptty podstawieniu do /10/ daje wartosc optymalnego stosunku: -—=/0,2-'0,25/ IW ss We wbudowanym do mechanizmu sprzegle przez otwory 11 ii powietrzna szczeline 10 przepompo¬ wuje sie smar, który przechodzac pod korpusem i, zapewnia odprowadzenie ciepla od tego ostatniego vi kieruje sie wglebieniami miedzy zebami tulei 2 do tarcz 4 i 5. Rozprowadzenie smaru miedzy tarczami jest realizowane dzieki usnieciu w nie¬ których tarczach czesci zebów zajmujacych róz¬ ne pozycje katowe na przyklad w pierwszej /li¬ czac od biegunów/ wewnetrznej tarczy usuwa sie zab 1 /fig. 4/, w drugiej zab 2 itd.Przy zalaczeniu sprzegla elektromagnetycznego /fig. 1/ do cewki 8 doprowadza sie prad, elementy doprowadzajace prad nie sa pokazane na rysun¬ ku. Pod dzialaniem narastajacego strumienia mag¬ netycznego pakiet tarcz 4 i 5 wraz ze zwora 6 10 15 20 23 30 35 40 45 50 55 60112 005 7 8 przyciaga sie do korpusu 1. Rolboczy strumien mag¬ netyczny 0 E zamyka sie w obwodizie pokazanym ma rysunku linia przerywana. Strumienie magne¬ tyczne uplywnosci 08 i rozproszenia 04 rozgale¬ ziajace isde po czesci obwodu przedstawionej linia przerywana z krzyzykami sa praktycznie równe zero z powodu zastosowania magnetycznej izolacji tulei £ w postaci szczeliny powietrznej 10 i czo¬ lowego niemagnetycznego spawu 3.We wlaczonym elektromagnetycznym sprzegle pakiet tarcz 4 i 5 jest scisniety z maksymalnie mozliwa sila F, której srednia wartosc dla pa¬ kietu wynosi Fm.Sila F sklada sie z sily F4 scisniecia zewnetrz¬ nych pierscieni tarcz 4 i 5 oraz sily F2 scisniecia wewnetrznych pierscieni tarcz 4 i 5. Dzieki wy¬ eliminowaniu strumieni uplywnosci na tuleje i wa¬ ly i rozproszenia oraz zapewnionemu optymalne¬ mu stosunkowi powierzchni Si=,S8 i Es , sily Ft i F2 sa równe i maksymalne. Dziki temu sprzeglo elektromagnetyczne wytwarza moment, maksymal¬ nie mozliwy przy danych wymiarach gabaryto¬ wych sprzegla, stosowanych materialach konstruk¬ cyjnych i tarczach ciernych. Moment przenosi sie z walu poprzez nosna ferromegnetyczna tuleje 2, wewnetrzne tarcze 4 i zewnetrzne tarcze 5 na wo¬ dzik 9 /fig. 1/.Na fig. 5 pokazany jest jakosciowy wykres wartosci strumieni magnetycznych 0i, 02 prze¬ nikajacych odpowiednio zewnetrzne i wewnetrzne pierscienie tarcz oraz sil przyciagania Ft i F2 na dlugosci sprzegla zrealizowanego zgodnie z wy¬ nalazkiem. Wartosci X odpowiadaja przy tym wspólrzednym osiowym przekroju. Dla porówna¬ nia linia przerywana przedstawiono strumien 0'i, 0'2 oraz sily F\ i F'2 w sprzegle z bezposrednim osadzeniem korpusu na ferromagnetycznej tulei i nieoptymalnym stosunkiem powierzchni przekroi biegunów i czola korpusu.Przy odlaczaniu sprzegla elektromagnetycznego ma miejsce przyspieszony zanik strumienia i mo¬ mentu w zwiazku ze wzglednym zmniejszeniem zapasu energii magnetycznej na skutek wyelimi¬ nowania strumieni uplywnosci i rozproszenia.Mozliwa jest realizacja elektromagnetycznego sprzegla z bezstykowym doprowadzeniem pradu (ze zlozonym korpusem). Przyklad wykonania ta¬ kiego sprzegla przedstawiony jest na fig. 6.Konstrukcja ta rózni sie od opisanej wyzej za¬ stosowaniem w miejsce korpusu 1 /fig. 1/ korpusu zlozonego skladajacego sie z oporowej tarczy bie¬ gunowej 13 i trzymacza 14 z cewka 8, oddzielo¬ nego od biegunowej tarczy 13 powietrznymi szcze¬ linami balastowymi 15 i 16. Miedzy oporowa tar¬ cza biegunowa 13 i ferromagnetyczna tuleja nos¬ na 2 zapewniona jest powietrzna szczelina 10. Mo¬ cowanie oporowej tarczy 13 do ferromagnetycz¬ nej tulei 2 jest zrealizowane za pomoca czolowego niemagnetycznego spawu 3. W tym przypadku op¬ tymalny stosunek okreslony wyrazeniem /li/ od¬ nosi sie do powierzchni, Si, S2, Ss przekroju biegu¬ nów /fig. 7/, w plaszczyznie A—A, pokrywajacej sie z wewnetrzna /to jest zwróconej ku cewce/ powierzchnia oporowej tarczy 13 /fig. 6/.Smar, przeplywajacy przez powietrzna szczeline 10, odprowadza czesc ciepla przekazywanego do korpusu na skutek strat energii mechanicznej, spowodowanych poslizgiem w tarczach ciernych 4 i 5, natomiast odprowadzanie ciepla od cewki jest zapewnione poprzez przplyw smaru przez szcze¬ liny balastowe 15 i 16 miedzy korpusem 1 i trzy- maczem 14 cewki 8. W pozostalych szczególach konstrukcja analogiczna z pokazana na fig. 1.Zastrzezenia patentowe 1. Sprzeglo elektromagnetyczne ze sprzezeniem mechanicznym, zawierajace ferromagnetyczna tu¬ leje nosna, na której zebatym wiencu umieszczony jest pakiet magnetycznie przewodzacych tarcz cier¬ nych z jednej strony których umieszczona jest zwora, a z drugiej korpus zamocowany na ferro¬ magnetycznej tulei nosnej, znamienny tym, ze mie¬ dzy zewnatrzna powierzchnia koncowej czesci fer¬ romagnetycznej tulei nosnej /2/ i obejmujaca ja wewnetrzna powierzchnia korpusu /l/ ma szcze¬ line powietrzna /10/, a zamocowanie korpusu /l/ na tulei /2/ jest wykonane za pomoca czolowego niemagnetycznego spawu /3/. 2. Sprzeglo elektromagnetyczne wedlug zastrz. 1, znamienne tym, ze korpus /l/ ma pierscieniowe bieguny, których powierzchnia stanowi 20—25% powierzchni czolowej korpusu IV. 3. Sprzeglo elektromagnetyczne wedlug zastrz. 1, znamienne tym, ze koncowa czesc tulei /2/ w poblizu spawu ma otwory /4/ laczace sie ze szcze¬ lina powietrzna /10/, zapewniajace doprowadzenie smaru do tarcz ciernych przez szczeline powietrz¬ na /10/. 10 15 20 25 30 15 411 45112 005 FIE.2 2 n112 005 T^-%04. 0 OJ 0,10$ f/fij 0,4 0,5 52 SL FIG. 4 FIG. Fi FIEJ « ,ff o i ^ f//h Bltk 1235/81 110 egz. A4 Cena 45 zl PL