离合器和制动器应用的新解决方案



商悦传媒   2019-04-25 09:30

导读: 许多不同类型的动力传动系统中的关键元件,即本文中描述的离合器和制动器,可以将应用程序带出工作站并进入...

  许多不同类型的动力传动系统中的关键元件,即本文中描述的离合器和制动器,可以将应用程序带出工作站并进入现实世界。它们说明了这些理所当然的组件的制造商所实现的功能。伺服性能。将电动离合器或制动器与编码器和控制组件相结合,使位于伊利诺伊州South Beloit的Warner Electric的工程师能够提供伺服系统性能的一些主要方面。编码器监控轴位置并向CBC1000型提供轴位置信息。

  在典型应用中,CBC1000计算预设数量的脉冲,然后激励制动器或离合器并停止或启动负载。如果实际停止点与预设点不同,则会尝试通过稍后激活离合器/制动器来纠正错误。华纳的Unimodule制动器与CBC1000配合使用,可在一个包装中提供C面安装以及离合器和制动器。

  华纳电气的工程师开发了CBC1000,以解决离合器制动器制造商常遇到的问题。“我们总是遇到所谓的孕吐。制动器是一种感应产品,电感会随着线圈变热而变化,因为线圈会变热,”高级项目工程师Scott McCoy说。清晨,当一个应用程序对制动器施加90V电压时,它表现出非常好的性能。随着线圈升温,它的电阻增加,施加到它的90V将不会提供与当天早些时候相同的电流。一段时间后,性能稳定并变得一致。

  使用限流控制来解决这个问题的尝试证明相当昂贵,并且在性能方面并不总是令人满意。“限流系统有其应用,但不是我们所寻求的通用控制,”他解释道。孕吐的解决方案实际上在于监控离合器制动器停止负载的位置,然后使用该信息来控制设备。

  循环至循环,该离合器制动控制系统实现了编码器计数的精确度。对于1,000脉冲/转编码器,与四英寸直径的输送头滑轮连接,一个编码器脉冲产生0.0125线性英寸分辨率。根据华纳的说法,除了使用日内瓦机构或伺服系统之外,以前无法实现这种精度。

  没有更多的主缸。所需的系统流体体积和压力限制了传统主缸制动系统的性能。提供更大的体积需要更大的气缸孔,这又需要更大的输入力。

  为了避免这些限制,位于明尼苏达州明尼阿波利斯市的商业Intertech公司的一个部门Oildyne的工程师设计了一种用于制动驱动的电动小型液压动力和控制系统。由车辆系统部工程经理Fred Cords发明,该系统可提供3,500 psi的压力和0.1至0.865立方厘米/转的流量。其固定排量泵可在许多不同的流体上运行,包括制动液,煤油和液压油。“我们可以在故障模式下进行手动推进,并使用死人开关,”Oildyne说道。

  在运行期间,通过制动踏板输入泵的初始力启动泵和电动机。初始流体流动在低压下发生,因为流体可以自由地流回系统的储存器。输入力控制提升阀,当输入力增加时,提升阀上的关闭力增加。这种变化会增加提供给制动系统的压力。制动器的压力与输入力成正比增加。至于流量,适当的泵选择可以根据系统要求增加体积。

  在中型应用中,例如在叉车上,这种类型的系统保持独立于由车辆发动机提供动力的任何车载液压系统。它完全致力于制动操作。“如果车辆的主液压系统出现故障,”斯旺森说,“我们仍然能够停下车辆。”

  包起来。位于明尼苏达州圣保罗市的Reell精密制造公司的工程师通过将传感器技术与成熟的机械设计相结合,赋予其EC20卷簧开/关离合器分度能力。新款离合器包括一个全封闭的霍尔效应传感器,可以看到一个装有铁磁颗粒的12个齿的尼龙轮。牙齿可以被磁化,使得北极或南极可以对传感器进行寻址。

  12个牙齿中的任何一个都可以被磁化,当然,牙齿可以处于去磁状态。“让我们说你将所有12个位置磁化,然后你将11磁化,使南极面对传感器,一个朝北,”Reell Precision的Joe Arnold说道。这种差异可以通过传感器检测到,因此“当你回到起始位置时,你会知道。”他将这种表现称为离合器的“主旗”能力。这款名为ED20P的新型离合器需要四线 Vdc电源,接地,传感器引线,并切换引线。工程师将车轮设计成花键连接到离合器的轮毂上,而轮毂又连接到从动轴上。

  “我们正在开发一个应用程序,用户有五个不同的位置,他们想要快速移动,”阿诺德说。客户在ED20P的传感器轮上使用500 rpm输入和五个磁化极,从一个位置步进到下一个位置。使用离合器的归位标记功能将使用户能够在发生电源故障时找到过程起点。

  通常脱开,离合器通常用于在从动轴上产生阻力的系统中。当离合器脱离时,该阻力使轴停止。与其他弹簧离合器一样,ED20P的弹簧有一个输入轮毂和一个输出轮毂。在弹簧的一个脚趾上是一个小摩擦盘式离合器。它施加大约8盎司英寸的扭矩,并在离合器通电时使弹簧压在输出轮毂上。该动作导致弹簧在轴上缠绕。

  Reell Precision的ED20P将于1997年在产品上首次亮相。它的额定寿命为20磅,寿命为100磅。更轻的扭矩负载延长了设备的使用寿命。

  惯性小,寿命长。材料处理和包装机械中使用的循环驱动器不断地停止和启动负载。在这种应用中,离合器制动器和负载的惯性可以结合起来消耗大部分电动机的峰值能量容量。而且,系统必须消散旋转部件产生的动能。高惯性部件导致更多的动能,以热量的形式,离合器制动器必须在每次接合时处理​​。

  油剪离合器 - 制动器采用成堆的盘。因此,盘直径和离合器制动惯性可以保持最小。惯性增加了圆盘直径的四次方,而扭矩与圆盘直径或工作表面的数量成比例地增加。因此,与传统的离合器制动器相比,多盘设计可以产生具有更低惯性的高扭矩。在操作过程中,油剪离合器制动器必须从一系列交替的摩擦盘和钢制驱动盘之间挤压薄薄的油膜,以实现完全的表面接触。

  典型的多盘油剪离合器制动器,新型号01 Posidynefrom Force Control Industries,Fairfield,OH,在速度为3,600 rpm时传输大约100 lb英寸。该装置设计用于分数到1马力的应用,长75/8英寸(C面到C面),最大外径8英寸,重20.15磅。“仍有许多应用程序不需要伺服型驱动器的复杂性,”Force Control副总裁Reg Kelly解释道。“因为01型是油剪式驱动器,

  在正常操作期间产生的热量通过离合器制动器中的油传导到其铸铝壳体,并通过辐射和对流消散。完全密封和气动,01型最大额定功率为1.0马力。它产生0.005 lb-ft2的循环惯性并将循环应用程序处理为600次/分钟。确保01型的低循环惯量需要用于离合器制动器中使用的小摩擦盘的新工具。此外,“离合器的非循环止推板与输入轴一起旋转,不会启动和停止,”凯利解释说,“这有助于减少惯性。”

  大家伙住在哪里。大机械具有特殊的魅力。伊顿公司的Airflex部门的66VC1600离合器很大。设计用于研磨机,船舶推进系统和油田机械等设备,离合器可在75 psi的驱动压力下处理5,600,000 lb英寸的扭矩。

  在每个弹簧释放的气动离合器内部,松散的柔性致动管包含在由轮缘和两个侧板形成的壳体内。Eaton Airflex产品经理Paul Showalter说:“它实际上看起来大致像一个自行车轮胎内胎,它采用较旧的轮胎式技术,由帘子布和橡胶制成。”

  称为扭矩杆的元件穿过位于致动管径向内侧的摩擦瓦背板中的空腔。侧板将它们固定到位。为了接合离合器,使用者对致动管加压,这迫使摩擦靴径向向内约1/4英寸并将它们向下夹紧在鼓上。扭矩杆腔中的板簧在管压力释放时缩回摩擦瓦。

  在使用中,离合器的外部元件(侧板)的输入侧通过支架组件安装到旋转轴上。当接合时,离合器驱动与离合器同轴的66英寸直径的鼓,并且鼓驱动离合器输出侧的另一个轴。支撑摩擦元件的扭矩杆将力从输入传递到离合器的输出侧。

  大的空气通道延伸穿过摩擦靴背板的整个长度。当与侧板的扇形形状结合时,该设计允许冷却空气流过元件。此外,输入侧蜘蛛的设计有助于将空气拉过系统。

  Showalter表示,66VC1600离合器是“所有VC元件的母亲”。较小的可容纳直径小至11.5英寸的鼓。离合器扭矩容量取决于施加的气动压力和旋转速度。最大推荐压力为125 psi,但该公司将其额定值设定为75 psi。

  供应伺服系统。American Precision Industries的Deltran部门推出的新型伺服电机制动系统称为BRP系列,旨在在最恶劣的条件下提供可靠的性能。这些弹簧组和电动释放制动器设计为静态保持制动器,由电磁铁组件(也包括设定弹簧),电枢,摩擦片组件和法兰组成,所有这些都用花键连接到轴上。在物理上,该系列中的六个制动器的直径范围为11/2至71/4英寸。

  Deltran部门区域销售和营销经理William Fierle说:“很容易从制动器中获得扭矩,但如果电磁铁不能释放它,那对客户来说就无用了。所以关键在于制造在最小安培转弯状态下释放制动器。“当高性能无刷伺服电机运转时,它会变热。电机的制动器会吸收热量。此外,当电动机运转时,制动器被电释放 - 其线圈通电 - 为环境增加热量。还有,它提供给电机和制动器的电压下降约低于标称额定值24,90或100V的10%并不罕见。尽管有这些条件,制动器必须释放。

  不利条件会导致电机引起的环境温度上升100℃,制动线℃。为了实现最大的磁路效率,并确保制动器在困难条件下可靠运行,Deltran采用磁力建模。“我们认为这样做在制动器设计上是不寻常的,”Fierle说。“磁力建模对电机设计师非常有帮助,但制动设计师并不常见。”

  Fierle解释说,伺服电机可以非常有效和准确地停止负载。但在系统设置期间,伺服可能不会被用作启动和停止的主要手段。通常情况下,它是一名制造工程师,他将伺服系统放入生产线。设置系统时,很容易点击停止按钮。每次工程师这样做时,制动器会动态停止并发生磨损。所以Deltran为在设置过程中动态使用制动器的制造工程师进行设计。在正常操作中,制动器用作保持元件,而不是动态制动器。

  新生产线可以适应不同的制动器安装配置。一些电机制造商更喜欢将制动器放在前钟上,有些则放在后钟的内部或外部。BRP系列可以适应所有这些安装变化。环氧涂层线C额定电线增强了这些制动器抵抗湿气和热量的能力。

  鼓励刹车。当明尼苏达州布卢明顿的Toro公司为他们的新3000系列Groundsmaster割草机需要变速驱动桥时,他们转向Sauer-Sundstrand。那家公司随后前往明尼苏达州哈默尔的Tol-O-Matic公司,为他们的IHT-M15变速驱动桥获得停车制动器,然后根据Toro的设计。

  Tol-O-Matic的OEM客户经理John Wodnick表示,Tol-O-Matic的工程师正在开发该公司的210系列卡钳,用作低调,高扭矩的液压和液压/机械组合制动器。“因为IHT的信封要求与210匹配,”Wodnick说,“我们专门为IHT和Toro设计了210的机械版本。”

  随着3000系列Groundsmaster的继续开发,Toro的工程师要求制动器还为斜坡上的车辆操作和转向辅助提供牵引力控制。(转向辅助需要制动一个车轮,并围绕车轮旋转车辆。)满足这些新要求需要重新设计各种部件。

  有限元分析(FEA)和早期测试表明需要增加制动器中使用的材料的屈服强度。热处理通过在负载下提高225%的住房产量特性来满足这一需求。枢轴销和壳体界面的重新设计适应较高的输入力载荷,并将载荷分布在更大的区域上以减小应力。由于扭矩容量必须增加,因此需要重新设计制动器的凸轮杆。凸轮轮廓经过重新设计,以增强其机械优势,同时在整个衬片寿命期间保持恒定的夹紧力。

  通过凸轮轮廓变化获得的更大的力使得必须增加杠杆的屈服强度以及凸轮和背板接口的接触面积。与较薄的标准表面硬化凸轮相比,增加材料厚度和使部件完全硬化可提高275%的屈服强度。此外,FEA允许优化安装支架孔,并且通过硬化使支架的屈服强度提高225%。

  与Toro合作进行的所有这些改变都将卡钳盘式制动器的性能从6,000磅英寸静态扭矩提高到超过12,000磅英寸。

  正如这些设计所表明的那样,无论未来如何存在,工程师都可以确定他们将拥有可靠的电力传输组件来满足他们的需求。