RU25209U1 - Магнитная муфта - Google Patents

Description

МАГНИТНАЯ МУФТА

Изобретение относится к области машиностроения, может найти применение в приводах различных машин, механизмов насосов, вентиляторов, гребных валов, редукторов вертолетов, там, где производится передача крутящего момента с бесступенчатым, плавным регулированием числа оборотов или скорости движения в широких пределах.

Известны магнитные муфты предназначенные для передачи вращения или поступательного движения бесконтактным способом с помошью поля постоянных магнитов ( А.Б. Альтман и др. «Постоянные магниты. Справочник, издание 2 дополненное и переработанное. М: Энергия, 1980г. стр.152)

Во избежание потерь на вихревые токи рекомендуется применять немагнитные материалы с большим удельным электрическим сопротивлением.

К недостаткам стандартных магнитньпс муфт следует отнести :

-отсутствие возможности регулирования числа оборотов ведомой по.11умуфты;

-срыв крутящего момента при перегрузке ведомой полумуфты ;

-отсутствие средств защиты от вредного влияния вихревых токов.

По конструктивному признаку муфты делят на аксиальные, радиальные, линейные.

В данной заявке рассматривается радиальная муфта, однако элементы существенной новизны и полезности идентичны и для применения в аксиальных и линейных муфтах.

Задача предлагаемой полезной модели - создание муфты с регулируемой плавно, бесступенчато нагрузочной способностью и числа оборотов ведомой полумуфты с помощью оригинальных конструктивных средств, исключающих, также вредные сопутствующие факторы:

F 16 D 27/01

1 qjbiB крутящего момента при прокрутке полумуфт относительно друг друга; наводки вихревых токов; нерациональную расстановку магнитных ячеек. В предлагаемой полезной модели решаются поставленные задачи: - бесступенчатое регулирование скорости вращения ведомой полумуфты достигается смещением магнитных блоков ведущей или ведомой полумуфт в осевом направлении в сторону уменьшения (увеличения) площади их магнитного взаимодействия, порождающего кр)ггяший момент на выходе муфты; - принципиально новым элементом является устройство нейтрализующее действиекрутящего момента, возникающего при проскальзывании полюсов магнитов, вращающих ся с разной скоростью; -простыми средствами устраняется вредное влияние вихревых токов; -предлагается оригинальное устройство для бесконтактной передвижки вращающейся регулируемой полумуфты сторонним приводом; -предлагается оптимальное сочстянис толщин магнитных ячеек полумуфты и их размещение. Известны аналоги: «Магнитная муфта, класс 21 d 40; № 147644. Авторы А.И. Бертинов и др. Опубликовано в «Б И №11 за 1962г, содержащая ведущий барабан, внутри которого закреплен многополюсный постоянный магнит и ведомый вал, так же с многополюсным постоянным магнитом, с целью плавного вхождения муфты в синхронизм на ведомом валу закреплен пакет пластин из высокогистерезисного материала. Данный аналог обеспечивает постепенный разгон ведомой полумуфты, что имеет преимущество по сравнению с упомянутым источником (А.Б. Альтман и др. «Постоянные магниты). Однако диапазон скоростей вхождения в синхронизм ведомой полумуфты неуправляемый, процесс синхронизации сопровождается проскальзыванием магнитных полюсов между

бой, что неизбежно приведет к возникновению силовых ударных импульсов тормозящих вращение ведомой полумуфты, срыву крутящего момента. Кроме того, магнитная система муфты с гистерезисным пакетом пластин не может иметь промыщленного значения, так как слищком велико сопротивление магнитной цепи, велики потери. Рациональной магнитной системой является указанная на рис. 2-20 упомянутого справочника «Постоянные магнитьо. Муфта с такой магнитной системой, имея собственную массу около 5 кг передает мощность на ведомый вал около 70 квт, но возможность регулирования передаваемой момиюсти также отсутст уег. Известно изобретение Класс F 16 D 27/01; а.с. №1343145, 1987г (БИ №22 от 15.06.91) авторы A.M. Балащов и др., в котором предложено устранить недостатки магнитных муфт путем: повышения нагрузочной способности,; Поставленная цель достигается тем, что чередующиеся постоянные магниты и магнитопроводы по.пумуфты выполнены в виде сегментов, полностью заполняющих объем по.пумуфт. Рабочий зазор может заполняться магнитной жидкостью, что придает муфте свойства подщипника, создает условия плавного нарастания крутящего момента. Недостатками муфты являются больщие потери энергии в магнитной цепи, магнитное поле рассеивается магнитной жидкости усложняет конструкцию. Магнитные сегменты нерационально размещены в рабочем пространстве полумуфт. Данное изобретение совпадает с предлагаемым по наибольшему количеству признаков: сходные по принципу действия магнитные сегменты; предприняты меры по мягкому разгону ведомой полумуфты, повышения нагрузочной способности, поэтому данный аналог выбирается в качестве прототипа. Цель изобретения - обеспечение возможности регулирования силы крутящего момента передаваемого муфтой. Поставленная цель достигается исполнением одной из полумуфт с возможностью плавного передвижения по валу в аксиальном направлении при одно

loo (m временной передаче крутящего момента, например с помощью призматической шпонки. При аксиальном движейии полумуфты меняется щирина зоны взаимодействия магнитных полей полумуфт, а следовательно и силы взаимодействия обеспечивающей крутящий момент и, как следствие, пропорциональное изменение числа оборотов ведомой полумуфты. Другой целью изобретения яплястся ycipnncniic удпрного импульсного воздействия ведомой полумуфты на вал в направлении обратном рабочему крутящему моменту, возникающего при взаимодействии магнитных полей по.лумуфт вращающихся с разной скоростью. Согласно изобретению, шпоночный паз должен быть выполнен шире щпонки в 22,5 раза, чтобы обеспечить холостой ход полумуфты в обратном направлении (эффект обгонной муфты, которая в данном изобретении не пригодна, т.к. сложна в изготовлении но, главное, не обеспечивает реверс ведомой полумуфты). Следующей целью является устранение вредного влияния вихревых токов наводимых ПО.11ЯМИ вращающихся магнитов в сопутствующих металлических деталях. Предлагается с помощью заземляющего контакта отподить пихрепые токи п землю или использовать их на полезную цель, например, питание сигнальной лампы. Целью является и обеспечение муфты несложным надежным механизмом для передвижки регулируемой полу муфты вдоль оси вращения по направляющей щпонке. Предложено оригинальное устройство включающее ферромагнитное кольцо посаженное на полумуфту, сцепленное бесконтактно, магнитным полем, с магнитом тягового устройства, например, винт-гайка, с ручным или механическим приводом. Целью изобретения является и рациональное размещение магнитных сегментов (ячеек) по всему периметру рабочего контура полумуфты. Шаг расстановки каждьк 2-х соседних ячеек должен быть минимально возможным (8-12мм для оксиднобариевых магнитов), что также снизит силу ударного поздсПсгпня молумуфт друг на друга, т.к. время разгона при встречном вращении слишком мало (примерно 0,0008 с при скорости враще

/ov. ния 3000 об/мин), повысится плавность вращения ведомой полумуфты, в ряде случаев позволит отказаться от магнитной жидкости. Сущность изобретения заключается в создании магнитной муфты, лищенной указанных недостатков аналогов, в выведении на новый технический уровень достоинств прототипа по следующим конструктивным направлениям: расщирение функциональных возможностей полумуфт; -улучщение компоновки постоянных магнитов; -улучщение качественных показателей муфты. Заявленное изобретение (полезная модель) иаправлсгю на создание магнитной муфты отличающейся от известных новизной конструктивных средств расширяющих ее функциональные возможности для передачи крутящего момента от ведущего вала к ведомому, обеспечивающих: -бесступенчатое плавное регулирование числа оборотов ведомой полумуфты изменением силы взаимодействия магнитных полей; -устранение вредного влияния переменных сил возникающих при взаимодействии магнитных полей ведущей и ведомой полумуфты, при работе на разных скоростях вращения; -отведение индуцированных пнхрепых токоп па полезную нагрузку или в землю; -оригинальное бесконтактное сцепление тягового устройства с передвигаемой полумуфтой; -оптимальную расстановку магнитных сегментов (магнитных ячеек). Предлагаемая муфта проста в исполнении, надежна и долговечна в эксп.11уатации. Она найдет массовый спрос во всех приводах где необходимо регулирование скорости вращения исполнительного механизма, вытеснит из применения вариаторы, частотные преобразователи, цепные переключатели в велосипедах, реостатные, тиристорные преобразователи.... ч

Так, например, -применение магнитной муфты для постепенного рачгоня гидронасоса избавит городское хозяйство от разрыва отопительной спсгсмы; -применение в автомобилях вместо коробки скоростей - удешевит и упростит машину, повысит ее надежность; -поставив на каждое заднее колесо автомобиля по магнитной муфте можно отказаться от дифференциала, рулевого рычажного управления поворотных колес... Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображено: на Фиг.1 Общий вид магнитной муфты: полумуфта 1 (ведущая) в полости которой закреплены с помощью клеевой прослойки 2, равномерно по окружности, постоянные магниты 3 (12шт.). На посадочную ступицу 4 приварено ферромагнитное кольцо 5. Полумуфта 1 соединяется по ходовой поспдкс, с почможпостьи) иорсдпижения по промежуточной втулке 6, как в осевом направлении по шпонке 7 ишоночным пазом 8, так и во вращательном движении воспринимая крутящий момент от щпонки 7, втулки 6, закрепленной жестко на ведущем валу 9, шпонкой 10, болтом 11, шайбой 12. Магнитная ячейка 13 имеет бесконтактную магнитную силовую связь с кольцом 5 и, одновременно, может передвигаться вдоль оси вращения муфты с помощью планок 14 и 15 закрепленных на втулке 16 и резьбовой втулке 17 (гайке). Это фиксированное в пространстве движение обеспечивают также опорная конструкция 18, закрепленный на ней направляющий валик 19 ходовой винт 20 зафиксированные на опоре шайбами 21 и щплинтами 22, а также ручной привод-рукоятка 23. Ведомая полумуфта 24 включает: -постоянные магниты 25, в количестве равном количеству магнитов ведущей полумуфты 1; , - шайбу 28, бояг 29 фиксирующие полумуфту на цапфе ведомого вала. На фигуре 2 изображено поперечное сечение муфты в плоскости А-А фигуры 1, где видны: ведущая полумуфта 1, магниты 3, каждый из которых в соединении с полюсниками 30 иЗ 1 составляют магнитные ячейки. Магниты 25 совместно с полюсниками 32 и 33 составляют магнитные ячейки ведомой полумуфты. Латинскими буквами N и S обозначены полюса (северный и южный условно) магнитов и место их рпчмещения. Шпонка 26 впрсссопана в ведомый вал 27, а щпоночный паз 34, принадлежащий ведомой полумуфте имеет ширину в 2 раза больше ширины шпонки (установлено расчетом для исходных данных; обороты муфты 3000 в мин., количество магнитов на периферии 12, диаметр ведомой полумуфты 70 мм). На Фиг.З изображено поперечное сечение Б-Б магнитной муфты, проходящее по: оси симметрии кольца 5, магнита 13, втулке 6, шпонке 7, ведущему валу 9, шпонке 10, направляющему валику 19, ходовому винту 20, рукоятке 23, болтовому креплению 35 опорной конструкции 18 к основанию 36, скользящему контакту заземления 37, заземляющему проводу 38. Устройство «Магнитная муфта рпГхутст слсдующпм (Г р1гюм: Как явствует из чертежа Фиг. 1, в исходном положен1Н1 ведущая полумуфта 1 и ведомая 24 разобщены между собой, силовое магнитное взаимодействие между ними отсутствует. Полумуфта 1 закреплена жестко на ведущем валу 9 принадлежащим, например, электродвигателю и по ходовой посадке на промежуточной втулке 6. Полумуфта 24 закреплена на ведомом валу 27 принадлежащим, например, гидронасосу. Постоянные магниты 3 расположенные по периферии полумуфты 1 образуют внутреннюю полость, в которую может вместиться ведомая по;1умуфта при их сближении вдоль оси вращения с помощью, например, ручного привода винт-гайка (поз. 17, 20 Фиг.1). вручную начинает вращать рукоятку 23 винтовой пары и тем самым перемещать щеки 14 и 15 с закрепленным в них мппичом 1.1, ппирппиякицую втулку 16, скользящую по валику 19 вправо, согласно Фиг.1. При этом магнитный венец полумуфты 1, состоящий из магнитов 3, скользя по втулке 6 и шпонке 7 вслед за магнитом 13 надвигается на магнитный венец полумуфты 24, между ними возникаег силовое мапштиое сцепление. Чем больще площадь взаимодействия, тем больщий крутящий момент будет передаваться ведомой полумуфте. При максимальном перекрытии рабочих поверхностей, полумуфты станут вращаться синхронно. Регулирование крутящего момента и числа оборотов ведомой по.11умуфты становится возможным благодаря устранению явления срыва крутящего момента, введением механизма работающего по принципу дсйстпия обгонной муфты. Таким механизмом является щпоночное соединение одной нз полумуфт с палом, в котором щпоночный паз щире щпонки настолько, чтобы свободный пробег щпонки нейтрализовал действие крутящего момента, направленного противоположно рабочему моменту. В случае изображенном на Фиг. 2 расчетная щирина паза 34 должна быть на 8 мм щире щпонки (при 3000 об/мин ведущей полумуфты). Если ведомая полумуфта вращается со скоростью меньщей, чем ведущая, происходит пересечение металлических частей полумуфт и примыкающих к ним деталей магнитными полями постоянных магнитов, вызывающее индуцирование вихревых токов, которые могут разогреть металл сверх нормы. В целях борьбы с этим явлением в изобретении предлагается отводить накопивщийся электрический потенциал вихревых токов с помощью :)ЛС1с1рпмсской цепи на полезные цели, например, для питания сигнальной лампы, или отводить просто п землю, как показано на Фиг. 3, где наведенный ток может стекать со стального кольца 5 на скользящий контакт 37 и по проводу 38 в землю. Оригинальное тяговое устройство обеспечивает поступательное движение регулируемой полумуфты. Действие устройства происходит следующим образом:

JiMiiO A

Авторы. - оператор с помощью рукоятки 23 и винта 20, приводит в поступательное движение гайку 17 втулку 16, маг-нишую ячейку 1,1, чафиксирониппых п щеках 14 и15, по направляющему валику 19; - ячейка 13, имея бесконтактную магнитную связь с кольцом 5, приваренному к ступице 4 , передвигает полумуфту 1, по промежуточной птулке 6 и направляющей шпонке 7, в одном из направлений указанном стрелками на Фиг. 1. Тяговое устройство высоконадежное, долговечное и простое по сравнению со сложными узлами применяемыми для аналогичных целей в коробках передач автомобилей, станков. Важным достоинством муфты является рациональная расстановка магнитных ячеек по периметру полумуфт. На Фиг. 2 видно, что все пространство муфты заполнено магнитами равномерно с одинаковым углопым типом. При vioM, необходимо стремиться к изготовлению магнитных ячеек с минимальными ра1мерамп толщины, чтобы избежать излишних ускорений разгоняемых масс ведомой полумуфты, препятствующих вращению ведущей полумуфты.

Claims (5)

1. Магнитная муфта, содержащая цилиндрические ведущую и ведомую полумуфты, установленные с зазором одна относительно другой, постоянные магниты, закрепленные на полумуфтах, магнитопроводы, расположенные на полумуфтах между одноименными полюсами постоянных магнитов, причем поверхности постоянных магнитов и магнитопроводов полумуфт, образующие зазор, расположены соответственно одна напротив другой с целью повышения нагрузочной способности, постоянные магниты и магнитопроводы полумуфт выполнены в виде сегментов, а с целью расширения функциональных возможностей, зазор между полумуфтами заполнен магнитной жидкостью, при этом на поверхностях полумуфт, обращенных к зазору, выполнены карманы для магнитной жидкости, отличающаяся тем, что одна из полумуфт выполнена с возможностью передвижения вдоль оси вращения при одновременной передаче крутящего момента на вал, например с помощью направляющей призматической шпонки, для регулирования силы взаимодействия магнитных полей полумуфт, приводящее к пропорциональному изменению нагрузочной способности ведомой полумуфты, выражающее в снижении (увеличении) передаваемого крутящего момента и оборотов под нагрузкой.

2. Муфта по п.1, отличающаяся тем, что конструктивные элементы фиксации одной из полумуфт в рабочем положении, например на ведомом валу с помощью призматической шпонки, выполнены с возможностью холостого вращения полумуфты в направлении, противоположном рабочему крутящему моменту (принцип обгонной муфты), за счет ширины направляющего шпоночного паза, превышающей на расчетную величину ширину шпонки, запрессованной на ведомом валу, для нейтрализации усилия от встречного крутящего момента, возникающего при взаимодействии магнитных полюсов полумуфт при их взаимном проскальзывании.

3. Муфта по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что все металлические части конструкции и сопутствующих деталей, находящиеся под воздействием поля вращающихся магнитов, снабжены электрическим контактом для отвода наведенных вихревых токов в землю или на полезную нагрузку, например, для горения сигнальной лампы.

4. Муфта по пп.1-3, отличающаяся тем, что корпус полумуфты сдвигаемой аксиально оси вращения снабжен ферромагнитным кольцом, имеющим магнитное силовое сцепление через воздушный зазор с магнитом тягового устройства (например, винт-гайка), осуществляющего передвижку полумуфты бесконтактным способом по валу механическим или ручным приводом вдоль направляющей шпонки.

5. Муфта по пп.1-4, отличающаяся тем, что магнитные сегменты полумуфт установлены равномерно по всему периметру рабочего контура магнитного взаимодействия с минимально возможным шагом расстановки; для обеспечения снижения силы ударного взаимодействия полумуфт между собой, возникающего при проскальзывании полумуфт в момент набора скорости вращения, а также при постоянной работе ведомой полумуфты на скорости вращения, меньшей чем ведущей.