Elektrosprzęgło FMB: zasada działania, budowa, zalety i zastosowanie

Elektrosprzęgło FMB jest urządzeniem służącym do załączania i wyłączania transmisji mocy pomiędzy elementami układu napędowego. Wykorzystuje siłę elektromagnetyczną do sterowania mechanizmem sprzęgła, umożliwiając precyzyjne przenoszenie momentu obrotowego między częścią napędzającą a napędzaną.

Elektromagnetyczne sprzęgła FMB obejmują konstrukcje tarczowe, wielopowierzchniowe oraz zębate, przeznaczone między innymi do obrabiarek, maszyn pakujących, urządzeń tekstylnych, wentylatorów, skrzyń przekładniowych, ciągników i maszyn przemysłowych. Dobór konkretnego wykonania zależy przede wszystkim od wymaganego momentu obrotowego, sposobu pracy, rodzaju sterowania oraz tego, czy sprzęgło ma pracować na sucho, czy ze smarem.

Czym jest elektrosprzęgło FMB

Sprzęgło elektromagnetyczne jest urządzeniem stosowanym w różnych układach mechanicznych do załączania i wyłączania transmisji mocy pomiędzy dwoma obracającymi się wałami zamocowanymi na maszynie. Działa poprzez siłę elektromagnetyczną, ułatwiając załączanie i rozłączanie mechanizmu sprzęgła w różnych zastosowaniach.

Ten typ sprzęgła jest podzbiorem sprzęgieł samochodowych, działającym w oparciu o zasady tarcia. Zapewnia precyzyjną kontrolę nad przesyłem mocy i znajduje zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu, między innymi w motoryzacji, przemyśle i produkcji.

Sprzęgło elektromagnetyczne to mechanizm umożliwiający łączenie lub rozłączanie dwóch wałów, zwanych wałem napędowym lub wałem silnika i wałem napędzanym lub wałem skrzyni biegów. Po podaniu prądu uzwojenie wytwarza pole magnetyczne, które przyciąga element zwory i powoduje mechaniczne połączenie części sprzęgła.

Budowa elektrosprzęgła

Sprzęgło elektromagnetyczne składa się z dwóch głównych części: wirnika i twornika. Wirnik jest połączony z wałem napędowym, a twornik z wałem napędzanym. Po włączeniu prądu elektrycznego pole elektromagnetyczne przyciąga twornik, załączając sprzęgło i przekazując moc między dwoma wałami.

W zależności od odmiany konstrukcyjnej elektrosprzęgło może zawierać wirnik, korpus magnesu, cewkę wzbudzającą, płytkę kotwicy lub zwory, tarczę cierną, tarczę dociskową, piastę, sprężyny, kołnierz, tuleję dystansową, pierścienie kolektorowe oraz elementy prowadzące i regulacyjne.

Wirnik i korpus magnesu

Uruchomienie silnika powoduje obrót wirnika, który jest połączony z wałem silnika. W konstrukcjach wielopłytkowych korpus magnesu, w którym zamontowany jest wewnętrzny zespół wielopłytkowy, stanowi część napędzającą.

W sprzęgle EKA część napędzającą tworzy klinowe koło pasowe połączone z korpusem magnesu, który stale obraca się na łożyskach tocznych. Korpus magnesu z kołem pasowym ma znacznie większy moment bezwładności niż tuleja z płytką zwory.

Cewka i uzwojenie wzbudzające

Akumulator dostarcza niezbędny prąd do uzwojenia. Do sterowania dopływem prądu do uzwojenia służy wyłącznik sprzęgła.

Uzwojenie zamontowane na kole zamachowym przenosi prąd elektryczny z akumulatora, generując pole magnetyczne wokół niego. Gdy prąd przepływa przez uzwojenie, tarcza dociskowa styka się z kołem zamachowym, co powoduje załączenie sprzęgła.

Cewka wzbudzająca jest wciśnięta w korpus magnesu. W sprzęgle EKA uzwojenie cewki wzbudzania jest umieszczone na tarczy nośnej, a tarcza nośna cewki jest przymocowana do nieruchomej części lub ramy maszyny.

Sprzęgła EKA z kołem pasowym mają wyprowadzenie uzwojenia wzbudzania na nieobracające się zaciski. Dlatego prąd wzbudzania jest doprowadzany do zacisków bez kolektora.

Tarcza cierna i tarcza dociskowa

Zamontowana na wałku sprzęgła tarcza cierna posiada okładziny cierne po obu stronach. Gdy uzwojenie otrzymuje prąd, tarcza dociskowa dociska tarczę cierną do koła zamachowego, zapewniając prawidłowy styk i umożliwiając przeniesienie napędu.

Umieszczona na wałku sprzęgła tarcza dociskowa odgrywa kluczową rolę w działaniu sprzęgła. Odpowiada ona za docisk tarczy ciernej do koła zamachowego podczas przepływu prądu przez uzwojenie.

W sprzęgłach wielopłytkowych wewnętrzny zespół wielopłytkowy jest pokryty warstwą materiału ciernego odpowiedniego dla sposobu działania, czyli pracy ze smarem lub na sucho, w celu wydłużenia okresu eksploatacji i zwiększenia tarcia.

Twornik, płytka kotwicy i elementy prowadzące

Po doprowadzeniu prądu wzbudzania do cewki namagnesuje się wirujący korpus magnesu i przyciągnie do siebie płytkę zwory. W wyniku tarcia między nimi przenoszony jest moment obrotowy.

Płytka kotwicy może przesuwać się względem korpusu magnesu, prowadzona za pomocą suwliwych kołków. Jeżeli cewka jest wzbudzona prądem stałym, płytka kotwicy jest przyciągana do korpusu magnesu.

Jeżeli hamulec nie jest aktywowany, płytka jest odrzucana dzięki sprężynom działającym na kołki przesuwne w kołnierzu luki dystansowej. Tuleja dystansowa ogranicza skrajną pozycję kotwicy.

Pierścienie kolektorowe i przyłącza

Pierścienie kolektorowe odbierają prąd wzbudzenia od szczotek zasilających wykonanych dla sprzęgieł smarowanych z brązu i dla sprzęgieł pracujących na sucho miedziano-grafitowych.

W sprzęgle ELS jedno przyłącze elektryczne jest połączone z pierścieniami kolektorowymi, a drugie znajduje się na korpusie magnesu. W konstrukcjach bez pierścienia prąd jest doprowadzany do nieruchomych zacisków lub do odpowiednio przygotowanego układu elektrycznego.

Zasada działania elektrosprzęgła FMB

Początkowo sprzęgło pozostaje rozłączone, co powoduje powstanie szczeliny powietrznej między wirnikiem i piastą. Uruchomienie silnika powoduje obrót wirnika, który jest połączony z wałem silnika.

Akumulator prądu stałego dostarcza prąd stały do uzwojenia sprzęgła. Zastosowanie prądu stałego o wysokim napięciu powoduje przekształcenie uzwojenia w elektromagnes, generując siłę przyciągania na armaturę.

Z kolei wirnik wywiera nacisk na tarczę cierną, powodując jej ruch w kierunku wirnika i inicjując obrót piasty. W rezultacie piasta obraca się, co pozwala wirnikowi na przeniesienie pełnego momentu obrotowego, gdy sprzęgło jest w stanie załączonym.

Po naciśnięciu wyłącznika sprzęgła lub pedału akumulator przerywa dopływ prądu do uzwojenia, eliminując siłę elektromagnetyczną i powodując powrót sprzęgła do pozycji rozłączonej.

Po przekazaniu dopływu prądu wzbudzania płaskie sprężyny odciągną płytkę zwory do pozycji wyjściowej i przenoszenie momentu obrotowego zostanie przerwane. Konstrukcja ta łączy w sobie zasady elektromagnetyczne i mechaniczne, skutecznie łącząc efekty magnetyczne z tradycyjnymi mechanizmami sprzęgłowymi.

Załączanie sprzęgła wielopłytkowego

Sprzęgła ELS to elektrycznie przełączane wielopowierzchniowe sprzęgła przenoszące nominalny moment obrotowy za pomocą tarcia na wielu płytkach, które są zaciskane i zwalniane pod działaniem elektromagnesu.

Sprzęgła te łączą napędzające części maszyn z częściami napędzanymi. Zewnętrzny zespół wielopłytkowy, przesuwając się, pociąga za sobą osłonę sprzęgła.

Osłona wraz z kołnierzem jest mocno połączona z napędzaną częścią maszyny. Łącznie z zewnętrznym zespołem wielopłytkowym stanowi ona napędzaną część sprzęgła.

Korpus magnesu, w którym zamontowany jest wewnętrzny zespół wielopłytkowy, stanowi część napędzającą. Nakrętka regulacyjna jest wkręcona w płytkę kotwicy tak, że podczas gdy sprzęgło jest aktywowane, naciska ona na zespół wielopłytkowy.

Regulacja szczeliny powietrznej

Poprzez obracanie nakrętki można regulować szerokość szczeliny powietrznej pomiędzy korpusem magnesu a płytką kotwicy. Szerokość szczeliny ma wpływ na wielkość transmitowanego momentu obrotowego.

W celu dokładnej regulacji szczeliny powietrznej należy posłużyć się szczelinomierzem. Prawidłowe ustawienie szczeliny ma znaczenie dla siły przyciągania, czasu załączania oraz wartości przenoszonego momentu obrotowego.

W sprzęgle EKA nie ma potrzeby regulacji sprzęgła podczas całego okresu jego eksploatacji. Tarcza nośna cewki uzwojenia jest z powodu strat ułożona z minimalnym luzem, dlatego jest konieczne jej dokładne wycentrowanie, zgodnie z warunkami technicznymi.

Rodzaje elektrosprzęgieł FMB

Sprzęgło ELS

Sprzęgło elektromagnetyczne ELS występuje w 10 rozmiarach. Są to elektrycznie aktywowane wielopowierzchniowe sprzęgła z pojedynczym pierścieniem.

Zakres przenoszonych momentów obrotowych wynosi 6,3-630 Nm. Sprzęgła ELS są przeznaczone do maszyn ze sterowaniem automatycznym, obrabiarek oraz przemysłu tekstylnego.

Sprzęgła ELS charakteryzują się szybkim narastaniem momentu do wartości nominalnej oraz małym momentem resztkowym po zwolnieniu. Ta szybka reakcja na impulsy przełączające wpływa na zwiększenie dokładności i wydajności maszyn bez stosowania dodatkowych elementów transmisyjnych oraz na zmniejszenie wymiarów i masy jednostek napędowych.

Sprzęgło ELK

Sprzęgło elektromagnetyczne ELK występuje w 10 rozmiarach. Są to elektrycznie aktywowane sprzęgła wielopowierzchniowe z 2 pierścieniami.

Zakres przenoszonych momentów obrotowych, zastosowanie i warunki pracy są takie jak dla sprzęgieł ELS.

Sprzęgło ELA

Sprzęgło elektromagnetyczne ELA występuje w 10 rozmiarach. Są to elektrycznie aktywowane wielopowierzchniowe sprzęgła bez pierścienia.

Zakres przenoszonych momentów obrotowych wynosi 10-630 Nm. Sprzęgła ELA są przeznaczone do obrabiarek, maszyn tekstylnych, spożywczych i sprzętu transportowego.

Zastępują 2-pierścieniowe sprzęgła ELK. Mogą być stosowane jako sprzęgła suche lub pracujące ze smarem.

Sprzęgło EKA

Sprzęgło elektromagnetyczne EKA występuje w 5 rozmiarach. Są to elektrycznie uruchamiane sprzęgła tarczowe z jedną powierzchnią cierną.

Zakres przenoszonych momentów obrotowych wynosi 12,5-100 Nm. Sprzęgła EKA są przeznaczone do napędów sprężarek chłodniczych, maszyn pakujących w przemyśle spożywczym oraz do załączania wentylatorów.

Sprzęgła są skonstruowane do pracy na sucho. Część napędzaną tworzy tuleja niosąca osiowo, sprężyście umocowaną płytkę zwory.

Po doprowadzeniu prądu wzbudzania do cewki namagnesuje się wirujący korpus magnesu i przyciągnie do siebie płytkę zwory. W wyniku tarcia między nimi przenoszony jest moment obrotowy.

Po przekazaniu dopływu prądu wzbudzania płaskie sprężyny odciągną płytkę zwory do pozycji wyjściowej i przenoszenie momentu obrotowego zostanie przerwane. Część napędzającą i napędzaną można zamienić.

Czas rozbiegu, dobiegu i zużycia może się w wyniku tego zwiększyć. Zalety sprzęgieł EKA obejmują możliwość włączania przy niezsynchronizowanych obrotach części napędzającej i napędzanej, mały moment szczątkowy, brak zużycia i nagrzewania w stanie wyłączonym, możliwość pracy wyłączonej przez nieograniczony czas, brak konieczności regulacji oraz łatwy montaż.

Sprzęgło EKT

Sprzęgło elektromagnetyczne EKT występuje w 2 rozmiarach. Są to elektrycznie uruchamiane sprzęgła tarczowe z jedną powierzchnią cierną.

Zakres przenoszonych momentów obrotowych wynosi 18-25 Nm. Sprzęgła EKT są przeznaczone do napędów wentylatorów w silnikach ciągników.

Sprzęgło EKS

Sprzęgło elektromagnetyczne EKS występuje w 5 rozmiarach. Są to elektrycznie aktywowane sprzęgła tarczowe.

Zakres przenoszonych momentów obrotowych wynosi 40-250 Nm. Sprzęgła te przeznaczone są do napędów maszyn pakujących, urządzeń do produkcji tekstylnej i maszyn specjalistycznych.

Sprzęgła EKS pracują na sucho, dlatego w ich przypadku szczególne znaczenie ma prawidłowe odprowadzanie ciepła, ochrona powierzchni ciernych przed zanieczyszczeniami oraz właściwe ustawienie elementów współpracujących.

Sprzęgło EZC

Sprzęgło elektromagnetyczne EZC występuje w 2 rozmiarach. Są to elektrycznie aktywowane sprzęgła zębate załączane sprężyną i rozłączane przy pomocy elektromagnesu.

Zakres momentów obrotowych wynosi 400-2500 Nm. Sprzęgła EZC są przeznaczone do stałego mechanicznego połączenia maszyn z możliwością sporadycznego rozłączania za pomocą lokalnego lub zdalnego sterowania.

Sprzęgła te stosowane są głównie do urządzeń walcowniczych. Zębata konstrukcja jest przeznaczona do sytuacji, w których wymagane jest mechaniczne połączenie o dużej wartości przenoszonego momentu obrotowego.

Sprzęgło EZF

Sprzęgło elektromagnetyczne EZF występuje w 3 rozmiarach. Są to elektrycznie aktywowane sprzęgła zębate bez pierścienia.

Zakres momentów obrotowych wynosi 40-250 Nm. Sprzęgła EZF są przeznaczone do skrzyń przekładniowych oraz do pracy w tych miejscach, gdzie niezbędne jest połączenie wirujących urządzeń bez poślizgu.

Sprzęgła EZF mogą pracować na sucho lub ze smarem. Wybór sposobu pracy powinien odpowiadać warunkom przewidzianym dla konkretnej konstrukcji oraz wymaganiom układu napędowego.

Sprzęgła EZA i EZB

Sprzęgła elektromagnetyczne EZA i EZB występują w 7 rozmiarach. Są to elektrycznie uruchamiane sprzęgła tarczowe z jedną powierzchnią cierną.

Zakres przenoszonych momentów obrotowych wynosi 12,5-100 Nm. Sprzęgła EZA i EZB są przeznaczone do napędów sprężarek chłodniczych, maszyn pakujących w przemyśle spożywczym oraz do załączania wentylatorów.

Nie ma potrzeby regulacji sprzęgła podczas całego okresu jego eksploatacji. Dzięki tarczowej konstrukcji mogą być stosowane w układach wymagających elektrycznego sterowania przenoszeniem momentu obrotowego.

Zalety elektrosprzęgieł

• Sprzęgła elektromagnetyczne umożliwiają szybkie załączanie i rozłączanie, gwarantując krótki czas reakcji.
• Zapewniają płynne i stopniowe zazębianie się, minimalizując wstrząsy i zużycie połączonych elementów.
• Sprzęgła elektromagnetyczne umożliwiają precyzyjną kontrolę przenoszenia mocy, co podnosi ogólną wydajność systemu.
• Można je włączać i wyłączać zdalnie, eliminując potrzebę bezpośredniego kontaktu fizycznego.
• Sprzęgła te mogą wydajnie przenosić wysokie wartości momentu obrotowego, dzięki czemu nadają się do zastosowań wymagających dużej wytrzymałości.
• Ich konstrukcja zakłada mniejszą liczbę ruchomych części, co przekłada się na mniejsze wymagania konserwacyjne.
• Sprzęgła elektromagnetyczne pobierają energię tylko wtedy, gdy są załączone, co przyczynia się do efektywności energetycznej.
• Moment obrotowy można regulować poprzez kontrolowanie prądu dostarczanego do uzwojenia sprzęgła.

Wielopowierzchniowe sprzęgła ELS odznaczają się bardzo małymi gabarytami w stosunku do wielkości transmitowanego momentu obrotowego. Charakteryzują się szybkim narastaniem momentu do wartości nominalnej oraz małym momentem resztkowym po zwolnieniu.

Sprzęgła EKA, jak wszystkie sprzęgła cierne, mogą być włączane przy niezsynchronizowanych obrotach części napędzającej i napędzanej. Nie mają prawie żadnego momentu szczątkowego, a w stanie wyłączonym nie zużywają się i nie nagrzewają.

Ograniczenia i możliwe wady

• Sprzęgła elektromagnetyczne będą generować ciepło podczas pracy, co może powodować problemy termiczne.
• Konstrukcja jest bardziej złożona niż w przypadku tradycyjnych sprzęgieł, co zwiększa złożoność i koszty produkcji.
• Zależność od źródła zasilania sprawia, że urządzenia te są podatne na przerwy w dostawie prądu lub awarie.
• Tarcie między płytami może z czasem powodować ich zużycie, co wymaga okresowej konserwacji.
• Na wydajność i żywotność urządzenia mogą mieć wpływ takie czynniki jak kurz, wilgoć i zanieczyszczenia.
• Przy wysokich prędkościach obrotowych wydajność może się zmniejszyć ze względu na wpływ prądów wirowych i innych zjawisk elektromagnetycznych.
• Działanie sprzęgieł elektromagnetycznych może powodować zakłócenia elektromagnetyczne w pracy pobliskich urządzeń elektronicznych.

W przypadku konstrukcji ciernych szczególne znaczenie ma stan powierzchni roboczych, temperatura pracy, prawidłowa szczelina powietrzna oraz ochrona przed kurzem, wilgocią i zanieczyszczeniami. W sprzęgłach pracujących ze smarem należy uwzględnić warunki smarowania, natomiast w sprzęgłach suchych należy zapewnić odpowiednie warunki odprowadzania ciepła.

Zastosowanie elektrosprzęgieł FMB

Elektryczne sprzęgła zębate, elektromagnetyczne sprzęgła zębate i elektryczne sprzęgła wielotarczowe są stosowane wszędzie tam, gdzie wymagany jest wysoki moment obrotowy i niewielkie rozmiary.

Klienci korzystają z nich między innymi u producentów obrabiarek, maszyn CNC, tokarek, frezarek i innych. Są one wykorzystywane przez producentów silników elektrycznych prądu przemiennego i stałego, w tym silników hamulcowych, bezszczotkowych silników prądu stałego i serwosilników.

Sprzęgła elektromagnetyczne są stosowane w wielu układach, między innymi w samochodach, lokomotywach i wielu maszynach, takich jak kosiarki do trawy i maszyny przemysłowe.

• Stosowane w automatycznych skrzyniach biegów w celu kontrolowania zmiany biegów i zapewnienia płynnego przenoszenia mocy.
• Stosowane w maszynach, takich jak prasy drukarskie, systemy przenośników taśmowych i urządzenia pakujące, w celu kontrolowanego przesyłu mocy.
• Stosowane w traktorach i maszynach rolniczych do załączania i wyłączania zasilania różnych podzespołów.
• Używane w tokarkach, młynach i innym sprzęcie obróbczym do sterowania obrotem wrzeciona i chwytaniem narzędzi.
• Stosowane w robotyce do sterowania ruchem i przenoszeniem mocy w stawach i kończynach.
• Stosowane w wózkach widłowych, dźwigach i sprzęcie do transportu materiałów w celu kontrolowanego przemieszczania i podnoszenia.
• Stosowane w maszynach tkackich i przędzalniczych w celu kontrolowania napięcia i ruchu tkaniny.
• Stosowane w statkach morskich do sterowania załączaniem i wyłączaniem śruby napędowej.
• Stosowane w drzwiach i bramach automatycznych w celu zapewnienia płynnego i kontrolowanego otwierania i zamykania.
• Stosowane w maszynach drukarskich do precyzyjnej kontroli podawania papieru i rolek drukujących.
• Występują w urządzeniach medycznych, takich jak systemy obrazowania, służące do kontrolowania ruchu i pozycjonowania.

Dobór odpowiedniego wykonania

Podczas doboru elektrosprzęgła należy uwzględnić wymagany zakres przenoszonego momentu obrotowego, rodzaj połączenia, liczbę powierzchni ciernych, sposób doprowadzenia zasilania oraz warunki pracy.

Ważne jest również określenie, czy sprzęgło ma pracować na sucho, czy ze smarem. Sprzęgła ELS i EKS są przeznaczone do pracy na sucho, natomiast sprzęgła ELA i EZF mogą pracować na sucho lub ze smarem.

W aplikacjach wymagających bardzo dużego momentu obrotowego stosowane są sprzęgła zębate EZC, których zakres momentów obrotowych wynosi 400-2500 Nm. W układach wymagających połączenia wirujących urządzeń bez poślizgu stosowane są sprzęgła EZF.

W przypadku maszyn o ograniczonej przestrzeni montażowej korzystne mogą być wielopowierzchniowe sprzęgła ELS, które w stosunku do transmitowanego momentu obrotowego odznaczają się bardzo małymi gabarytami.

Eksploatacja i obsługa

Sprawność elektrosprzęgła zależy od prawidłowego montażu, właściwego wycentrowania elementów, odpowiedniej szczeliny powietrznej oraz zgodności parametrów elektrycznych z wymaganiami konstrukcji.

W celu dokładnej regulacji szczeliny powietrznej należy posłużyć się szczelinomierzem. Tarcza nośna cewki uzwojenia jest z powodu strat ułożona z minimalnym luzem, dlatego jest konieczne jej dokładne wycentrowanie, zgodnie z warunkami technicznymi.

Tarcie między płytami może z czasem powodować ich zużycie, co wymaga okresowej konserwacji. Na wydajność i żywotność urządzenia mogą mieć wpływ takie czynniki jak kurz, wilgoć i zanieczyszczenia.

W sprzęgłach EKA nie ma potrzeby regulacji sprzęgła podczas całego okresu jego eksploatacji. Sprzęgła mogą pracować wyłączone przez nieograniczony czas, ponieważ w stanie wyłączonym nie zużywają się i nie nagrzewają, a momentem szczątkowym jest tylko opór w łożyskach tocznych.

tags: #elektro #sprzeglo #fmb