Бесконтактный магнитный подшипник вращения
Подшипники являются наиболее распространенным и важным элементом многих механизмов от автомобиля до космического корабля и ракеты. Однако механические подшипники практически исчерпали свое развитие. Они имеют быстрый износ, требуют систематического ухода и недолговечны. Кроме того, механическое подшипники имеют ограничение по скорости вращения, и надежности, что сужает их область применения. Известны электромагнитные бесконтактные подшипники вращения. Однако это достаточно сложные и дорогие устройства.
Прогресс в области усовершенствования характеристик постоянных магнитов позволяет создать достаточно мощный предельно простой по конструкции и абсолютно бесконтактный магнитный подшипник. Силовое отталкивание цилиндрических магнитов компенсирует нагрузки на вал по радиальной оси. Силовое отталкивание торцевых магнитов от магнитов статора и ротора компенсирует осевые нагрузки подшипника . В результате создана самоуравновешивающуюся полностью бестоковая магнитная динамическая система бесконтактного подвеса вала. Такое новое и перспективное применение постоянных магнитов позволяет создать предельно простой и дешевый бесконтактный подшипник вообще без потерь и с неограниченным сроком эксплуатации.
Главная отличительная особенность предлагаемого простого и изящного технического решения состоит в оригинальной комбинации магнитов по двум осям координат для автоматической компенсации как осевых, так и радиальных нагрузок на валу этого подшипника.
В случае использования высоких технологий точного изготовления конструкции такого бесконтактного подвеса с соблюдением минимальных зазоров в доли миллиметра между магнитами и с применением современных магнитов типа "самарий – кобальт" такие магниты могут вполне реально использованы в динамических режимах нагрузок на валу в автотранспорте до 200 киловаттмеханической мощности.
4.3. Муфты. Назначение и классификация муфт. Конструкция и расчет.
Муфты
Приводными муфтами (обычно просто муфтами) называются устройства, служащие для кинематической и силовой связи валов в приводах машин и механизмов. Муфты передают с одного вала на другой вращающий момент без изменения его величины и направления, а также компенсируют монтажные неточности и деформации геометрических осей валов, разъединяют и соединяют валы без остановки двигателя, предохраняют машину от поломок в аварийных режимах, в некоторых случаях поглощают толчки и вибрации, ограничивают частоту вращения и т. д.
Применяются во многих машинах и механизмах, они являются ответственными узлами, от их правильного выбора могут зависеть уровень и характер нагруженности деталей машин.
На рис. 97 показаны возможные погрешности при монтаже валов (несоосность валов): а — радиальное смещение ∆; б — осевое смещение λ; в — угловое смещение δ. Указанные погрешности могут существовать одновременно.
Муфты приводов машин классифицируют по многим признакам. По принципу действия муфты подразделяют на четыре класса:
1— нерасцепляемые (не допускающие разъединения валов при работе машины);
2 — управляемые (допускающие возможность управления муфтой);
3 — самодействующие (автоматически срабатывающие в результате изменения заданного режима работы);
4 — прочие (все муфты, не входящие в первые три класса).
Классы муфт (кроме четвертого) подразделяют на группы (механические, гидродинамические, электромагнитные), подгруппы (жесткие, компенсирующие, упругие, предохранительные, обгонные и др.), виды (фрикционные, с разрушаемым элементом и др.) и конструктивные исполнения (кулачковые, шариковые, зубчатые, фланцевые, втулочно-пальцевые и многие другие).
Предохранительные муфты предотвращают повреждения в результате перегрузок и сокращают дорогостоящее время простоя оборудования.
В общем случае муфта состоит из ведущей и ведомой полумуфт и соединительных элементов. В механических муфтах в качестве соединительного элемента используют твердые (жесткие или упругие) тела. В гидродинамических муфтах функции соединительного элемента выполняет жидкость, в электромагнитных — электромагнитное поле. Существуют также: гидравлическая муфта (гидродинамическая муфта), электромагнитная и магнитная и т.д.
Гидравлическая муфта — устройство, в котором валы физически не связаны, передача механической энергии происходит под действием потока рабочей жидкости (масла) от насосного колеса к турбинному колесу. Особенность гидравлической муфты в том, что она ограничивает максимальный момент, сглаживает пульсации, устраняет перегрузку двигателя при пуске и разгоне.
Электромагнитная и магнитная муфта — валы также физически не связаны, кроме того, она позволяет передавать механическую энергию через герметическую стенку абсолютно без утечек. Одно из применений в центробежных насосах для перекачки опасных жидкостей.
В рамках данного курса мы рассматриваем только наиболее распространенные механические муфты, большинство из которых стандартизовано.
Рис. 97. Погрешности при монтаже валов.
Примеры и группы муфт (механические)
· Жёсткие (глухие) муфты:
o втулочные (по ГОСТ 24246-80);
o фланцевые (по ГОСТ 20761-96);
o продольно-свёртные (по ГОСТ 23106-78).
· Компенсирующие муфты — компенсируют радиальные, осевые и угловые смещения валов:
o шарнирные муфты — угловое смещение до 45° (по ГОСТ 5147-80)
o зубчатые;
o цепные (по ГОСТ 20742-93).
· Упругие муфты — компенсация динамических нагрузок:
o муфты с торообразной оболочкой (по ГОСТ 20884-93);
o втулочно-пальцевые (по ГОСТ 21423-93);
o муфты со звёздочкой (по ГОСТ 14084-93).
· Сцепные муфты — соединение или разъединение валов или валов с установленными на них деталями.
o муфты кулачково-дисковые (по ГОСТ 20720-93);
o фрикционные.
· Самоуправляемые (автоматические) муфты:
o обгонные муфты — передача вращения только в одном направлении;
o центробежные — ограничение частоты вращения;
o предохранительные муфты — ограничение передаваемого момента (с разрушающимся элементом и автоматические).
Управляемые муфты соединяют (разъединяют) агрегаты машин по команде. Самоуправляемые муфты срабатывают автоматически, соединяя или разъединяя валы в зависимости от специфики работы машины и принципа действия муфты.
Основной характеристикой нагруженности муфты является вращающий момент Т (в некоторых случаях вращающий момент задают в виде мощности при определенной частоте вращения).
Примеры муфты,постоянно соединяющие валы.
Глухие муфты.Длинные валы по условиям изготовления, сборки и транспортировки иногда изготовляют составными. В этом случае отдельные части вала соединяют глухими муфтами. В некоторых случаях эти муфты применяют и для соединения строго соосных валов агрегатов.
Втулочная муфта представляет собой втулку, надеваемую с зазором на концы валов. Муфта отличается малыми габаритами по диаметру, но усложняет монтаж из-за необходимости больших осевых смещений соединяемых агрегатов. Материал втулок — конструкционная сталь (Ст5, Ст3). Втулочные муфты применяют для соединения валов диаметром до 70мм. Наружный диаметр муфты D = (l,5...l,6)d, где d — диаметр вала,. Длина муфты L = (2,5...4,0) d (окончательно определяется длиной шпонок или шлицев).
Фланцевые муфты состоят из двух одинаковых полумуфт, выполненных в виде ступицы с фланцем. Фланцы соединяют болтами. Различают два конструктивных исполнения: половину болтов устанавливают во фланцах полумуфт без зазора для их центрирования; все болты во фланцах полумуфт устанавливают с зазором и предусматривают центрирование полумуфт.