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 磁粉离合器-总概况
来源: 点击数:15563次 更新时间:2023/7/23 11:38:23

磁粉离合器结构及工作原理:
磁粉离合器是由主动转子(输入轴)、从动转子(输出轴)、含激磁线圈的磁轭组成,三部分相对同心装配,形成了一个可以相对转动的整体,在主动转子和从动转子之间的环形空隙(工作腔)内填有高导磁性的合金磁粉。
激磁线圈无电流通过时,工作腔中的磁粉呈松散状态。在主动转子所产生的离心力的作用下,磁粉被均匀地甩在主动转子的内壁上,主、从动转子之间无力的相互作用,磁粉离合器处于分离状态,没有转矩的传递。
激磁线圈有电流通过时,磁轭中产生工作磁通,工作腔中的磁粉沿磁通方向呈链状连接起来(形成磁粉链),磁粉离合器就是靠此时磁粉与磁粉、与工作面之间的摩擦力和磁粉链之间的抗剪力来传递转矩,磁粉离合器处于结合状态。(见图1)
切断电流时,磁通随激磁电流的消失而消失,磁粉在重力的作用下又重新处于松散状态,并在离心力的作用下,被甩在主动转子的内壁上,磁粉离合器又处于分离的状态。
磁粉制动器与磁粉离合器的原理相同,只要磁粉离合器的从动转子加以固定,就形成了磁粉制动器。(见图2)

磁粉离合器特性
激磁电流与转矩呈线性关系
如图3所示,传递的转矩与激磁电流基本成线性关系。只要改变激磁电流的大小,便可在较大范围内控制转矩的大小。一般情况下在5%-100%的额定转矩范围内,激磁电流与传递转矩基本成正比例线性关系。

稳定的滑差转矩
当激磁电流保持不变时,其传递的转矩不受主动件从动件之间的转速差(滑差转速)影响,如图4所。也就是说,静摩擦转矩与动摩擦转矩无差别,因此可以稳定地实现转矩恒定。此特性应用于张力控制,用户只要调激磁电流便能准确地控制转矩,从而有效地控制卷料的张力。

防止由于滑差所致的发热现象
通常连续滑动时摩擦部分免不了会发热,甚至烧毁。但是本设备具备完备的散热装置,长时间运转也不会过于发热,而且使用寿命长。


应用范围:
由于磁粉离合器/制动器具有以上特性,现已广泛就用于造纸、印刷、塑料、橡胶、纺织、印染、电线电缆、冶金以及其他相关卷取加工行业中收卷和放卷张力的控制。下面是一套较为完整的张力控制系统示意图。


另外:磁粉离合器还可以用于缓冲启动、过载保护、调速等;磁粉制动器还可以用于传动机械的测试加载、制动等。

设计参考
首选,我们解释一下两个名词:
1.滑差转速:磁粉离合器为输入输出轴之间的转速差,磁粉制动器为输入轴的转速;
2.滑差功率:磁粉离合器/制动器在传递转矩时,因为有滑差转速而产生的功率。

磁粉离合器/制动器的选型一般以其所需的最大转矩、转速为依据来定。但同时也要保证其实际工作的滑差功率小于额定值,因为滑差功率会转化成热量造成各部位零件的温度上升。具体计算公式如下: P=2∏/60×M×n
式中:P-滑差功率(unit:w)
M-工作转矩(unit:N•m)
n-滑差转速(unit:r/min)
F-工作张力(unit:N)
V-线速度(unit:m/s)

举例:FZ100/Y双水冷却磁粉制动器,滑差功率为7000W,额定转矩为100N•m,许用转速为1500r/min.

当其在额定转矩工作时,允许的最高转速为:n=(60×P)/(2∏×M)=9.55×p/M=9.55×7000/100=668.8(r/min)

当其在最高滑差转速工作时,允许的最大转矩为:M=(60×P)/(2∏×n)=9.55×p/n=9.55×7000/100=44.6(N•m)

注意事项:
不得超载、冷却到位
磁粉离合器/制动器在工作时,其转矩、转速、滑并功率均不得超过额定值。冷却方式(自然冷却、强制气冷却、水冷却)需根据实际工作时产生的最大滑差功率而定。冷却空气需过滤油和水。有条件,可加装温度检测、报警装置、防止温度过高,影响磁粉的寿命上。(最高温度80℃)

关于寿命
磁粉离合器/制动器的使用寿命在于磁粉的使用寿命。一般而言,磁粉在不超载的状态下,其使用寿命为4500-7500小时;但在有些状态下其使用寿命可延长数倍,如:降低磁粉离合器/制动器的工作转矩、相对滑差转速和滑差功率到额定值的50%-70%。也就是说,在设计时,余量尽可能放大一些。

关于转矩
磁粉离合器/制动器出厂使用后,其磁粉在早期使用过程中会发生磨合,转矩会略为有所下降,可通过调整电流来加以补偿。

磁粉离合器安装示例



钢卷热压设备中收料机构,磁粉离合器的选型及应用。

我们看到画面上是一台钢卷热压收料机构,绿色的是钢坯,粉红色的是收料机构的磁粉离合器。在收料机构中为什么有了收料电动机还要加一个磁粉离合器呢?磁粉离合器的作用又是什么?它使我们的电机在运转的同时抱在磁粉离合器在输出的力矩能保持一个恒定,这个电机本身有一定的滑差,不管我们那个钢卷的轴转速是多少,电机输出的转速一直保持恒定。为什么我们会这样设计呢?我们的钢卷加工完成以后要进行一个收料。钢卷在收料过程中直径会慢慢的变大。我们同样的加工速度线速度一定的情况下,它的直径越大需要的速度就会越来越慢,转速会越来越低。如果我们使用电机直驱的话,就会有一个问题。就是随着转速的变低电机的转速也会越来越慢,容易使驱动电机烧坏,所以我们需要一个磁粉离合器进行连接。

第2磁粉离合器选型及计算,首先看一下这个双轴的磁粉离合器。左侧的叫入力轴是连接电机的,电机带动入力轴进行旋转。右边是一个出力轴,这两个轴之间是没有直接连接的。如果在没有通电的情况下两根轴是自由运动的。输入轴和输出轴之间有一个面,之间充斥的磁粉,通电以后磁粉是这两个轴之间有一个摩擦的力。电机带动入力轴通过这个摩擦力带动我们的出力轴进行一个旋转。当出力轴的扭矩超过我们设定的一个值以后,它们之间就会出现一个滑动摩擦。我们的负载电机输出的是一个恒定值,这样既保护了电机,也能使我们的出力轴始终保持着一个恒定的扭矩,稳定的扭矩进行一个输出,从而使我们的转速随着收料进行一个变化。

磁粉离合器一般有三种。第1种是双轴式的。本身的机壳是固定的,入力轴带电机,出力轴带负载。还有一种微型磁粉离合器,当负载不是很大的时候,包括空间很小的时候。可以选择我们的微型磁粉离合器。其实微型的磁粉离合器跟普通型的是一样的,功能是一样的,它的区别在于他的额定扭矩最大就是16Nm。如果我们用普通的离合器,本身体积比较大,功率很大,额定扭矩从0.6到2000牛米。如果扭矩比较大的时候,尽量选择普通的磁粉离合器。如果空间有限,输出的扭矩很小就选用微型的磁粉离合器。

第3种是空心轴磁粉离合器,他有一种空心轴外壳旋转磁粉离合器。有三个连接点第1个跟底板连接进行安装。外壳可以安装一个齿轮与那个电机的输出齿轮连接。是由电机带动磁粉离合器的外壳进行一个旋转。离合器的外壳与输出轴进行一个配合。从而通过电流的输出控制输出扭矩。输出选型一般都选额定转矩。需要多大的转矩就选用多大的转矩。磁粉离合器的扭矩是通过电流来控制的。我们选用根据表格选用电流最大的,假如我们需要15Nm的输出,我们的扭矩就选择25,通过电流的输出降低到15Nm。我们在参数表还可以看到一个允许转速。我们看到扭矩在100以下都是1800转。我们会看到表格上面扭矩越大转速反而越低。如果这个时候我们的转速很高怎么办?我们还可以加大收料轴的直径,因为直径越大同样的转速。它的线速度会越大。如果线速度不变,直径越大转速就会越低。力臂越大,同样的负载所需要的扭矩也会越大。我们可以通过非标件的设计和扭矩的配合,可以做到合适的选择。

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