5-4. СЕРВОДВИГАТЕЛИ С ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМИ И ПОРОШКОВЫМИ МУФТАМИ

Исполнительные устройства с электромагнитными и порошковыми муфтами относятся к числу тех серводвигателей, в которых используется энергия специального равномерно вращающегося двигателя. Мощность сигнала управления, потребляемая такими серводвигателями, много меньше выходной мощности, так как основная часть механической энергии заимствуется от двигателя.

а) Серводвигатели с электромагнитными муфтами

На рис. 5-8 изображена упрощенная схема серводвигателя с фрикционными электромагнитными муфтами.

Нереверсивный двигатель 1 включен в течение всего времени работы системы. Скорость вращения этого двигателя изменяется лишь при изменении нагрузки и напряжения сети и обычно в сравнительно узких пределах. Двигатель 1 вращает шестерни 2, имеющие внешнее зацепление. Вблизи непрерывно вращающихся шестерен 2 располагаются диски 3, перемещаемые электромагнитами 4. В дисках или шестернях уложены фрикционные кольца 7. Для сервомоторов небольшой мощности применяются пробковые или пластмассовые кольца, для более мощных сервомоторов — чугунные кольца.

Сигнал управления, подаваемый на обмотки электромагнитов 4, распределяется так, что включенным оказывается либо один, либо другой электромагнит. Если включается нижний электромагнит, то нижний фрикционный диск оказывается прижатым к вращающейся шестерне. Под действием момента трения фрикционный диск, а с ним ось 5 и выходной вал 6 получают вращение в определенном направлении. Если теперь нижний электромагнит выключается, а включается верхний, то вступает в действие верхняя часть передачи и выходной вал получает вращение в противоположную сторону.

На рис. 5-9 изображена конструкция серводвигателя малой мощности с электромагнитными муфтами. На выходной оси серводвигателя помещен индукционный тахогенератор 8 для создания обратной связи по скорости. Серводвигатели с фрикционными электромагнитными муфтами обладают хорошими динамическими свойствами. Это обусловлено двумя обстоятельствами. Во-первых, вращающийся двигатель и шестерни 2 имеют значительный запас кинетической энергии. Во-вторых, момент трения фрикционных муфт, приходящийся на единицу момента инерции частей с переменным вращением, сравнительно велик.

Рассмотрим процесс разгона серводвигателя при включении одного из электромагнитов. При подаче напряжения на обмотку электромагнита ток в этой обмотке за

Рис. 5-8. Схема серводвигателя с электромагнитными муфтами.

Рис. 5-9. Серводвигатель малой мощности с электромагнитными муфтами.

время достигает значения тока трогания. После этого якорь начинает двигаться, и по истечении времени замыкается фрикционная муфта. Если не принимать во внимание кратковременного увеличения силы сжатия фрикционных поверхностей, вызванного ударом при замыкании муфты, то можно считать, что момент трения равен:

где коэффициент трения; сила электромагнита; средний радиус фрикционного кольца.

Если постоянный момент нагрузки, приведенный к валу муфты, обозначить через то угловую скорость при легко определить из уравнения момента количества движения

где время отсчитывается, начиная с момента замыкания муфты; момент инерции частей с переменной скоростью вращения, приведенный к валу муфты; угловая скорость диска после замыкания муфты.

Итак, скорость при указанных условиях нарастает линейно и в течение времени

где скорость вращения шестерен, имеет место скольжение фрикционных поверхностей (рис. 5-10).

По истечении времени скорость диска становится равной скорости шестерни, проскальзывание исчезает и момент трения становится равным моменту нагрузки. Диск теперь вращается с постоянной скоростью Обычно отношение выбирается таким, что время разгона при отсутствии нагрузки не превосходит нескольких миллисекунд.

Мы рассмотрели процесс разгона серводвигателя. Теперь посмотрим, как осуществляется торможение. Если муфты включаются поочередно, причем при отключении нижней сразу включается верхняя, то процесс изменения скорости вращения отличается от рассмотренного только наличием начальной скорости дисков.

Рис. 5-10. Изменение скорости выходного вала при срабатывании электромагнита.

Если же при отключении одной муфты другая не замыкается, то вследствие малости трения возможно длительное вращение дисков и выходного вала по инерции.

Для устранения выбега в сервомоторах с одной работающей при данном знаке сигнала муфтой применяют специальные тормоза.