作者：John Pieri
John Pieri是Dananher Motion的汤森Deltran产品线经理
基本离合器和刹车，并在为新产品选择运动控制组件时可以节省您的财富。这是你需要知道的。
您有哪些选项用于持有，停止，索引，慢跑或释放机械负载？如果经济是一个令人担忧的话，更好地检查制动器和离合器。
有许多用于执行这些任务的工程选项。例如，系统中的电动机可以加速负载，并将其带到预编程位置并将其保持在那里。或者，伺服电机和阶梯电机可以处理分度和定位，但它们通常比相当的机械和机电制动器和离合器成本超过10到15倍。只有那些需要相对昂贵的设备和极高占空比的任务，例如邮件分拣机，可以证明这些电机的成本。对于大多数其他工作，离合器和刹车是经济的选择。
离合器和制动器可以与任何类型的电机或无电机一起使用。它们有多种尺寸，选择性地以扭矩和速度分组，速度为3至5000磅。150到超过20,000 rpm。他们的规格遍布四种操作模式：开始，索引，滑动和保持。开始和滑动模式仅适用于离合器，制动器的保持模式，以及用于离合器和制动器的索引模式。离合器和刹车有许多设计，但本文将专注于两个关键技术，包装弹簧和电磁。每种类型都具有独特的特性，使一种更适合于特定应用的类型。
机电制动器有两种类型，开机和断电。当电源施加到保持线圈时，上电型接通制动器。另一方面，电源关闭单元，释放电源时释放制动器。在第二种情况下，弹簧在正常操作期间将制动器闭合或接合（无功）。这种类型更频繁地使用，因为在发生意外的电源故障的情况下，制动器在固定位置保持负载。通常用于接合或脱离离合器的功率电平通常是12至24 Vdc。然而，可以订购其他电压，包括AC。
通常选择离合器和制动器，用于一个或多个动态和静态特性，包括扭矩，速度，精度和多达十三个其他规格。虽然这些规格适用于包裹弹簧和机电离合器和制动器，但是大约一半的这些规格更恰当地适用于一种类型，另一个一半施加到其他类型。
包裹弹簧
使用包裹弹簧的离合器和制动器倾向于在这六种特性的性能下擅长：
•扭矩容量
• 低电量
•积极参与
•停止准确性
•气动或机械致动
它们也最适合单转操作，并在快速循环能力上与机电离合器和制动器相当。在缺点方面，他们最大的限制特性是最高速度约1750 rpm。
包裹弹簧离合器和制动器由三个基本部件，输入毂，包装（线圈）弹簧和输出轮组成。这些离合器进入超越，起动停止（随机定位）和单革命类型。添加第二个包装弹簧，然后获得第四型，离合器制动组合。
这是基本超越离合器操作的操作：当输入轮毂旋转时，弹簧将卷绕以接合两个轮毂，图1。
图1 - 超越包裹弹簧离合器。当输入轮毂旋转时，弹簧将送下来以接合两个轮毂。当输入停止或反转时，弹簧放松，并释放输出集线器。常用变型包括止止离合器，单转离合器和组合离合器制动器。
当输入停止或倒转时，弹簧打开以释放输出毂，并让负载超限。这些离合器也用于单向分度和支持功能。
通过向弹簧添加控制柄，可以修改超越离合器以使其成为启动离合器。它让离合器接合然后在用止动圈锁定到位时脱离负载。在脱离后，负载从不断运行的输入自由。
如果第二个柄柄固定到输出轮毂上，则您有一个旋转的离合器。当控制柄脚接合时，输出轮毂不能超常，因为它被固定到弹簧。由于大多数单转离合器只能停止其起始负载能力的约10％，因此确定所选的离合器具有足够的制动扭矩容量。
带两个弹簧的弹簧离合器/制动器组合使用两个控制钳来保持离合器或制动器弹簧的开启。当离合器和制动控制齿随输入轮毂旋转时，离合器弹簧积极地与输入轮毂和输出轴啮合。当停止项圈锁住制动控制杆时，制动弹簧卷紧，使输出轴与静止制动毂接合。同时，离合器弹簧微微展开，让输入轮毂自由旋转。
卷簧离合器和制动器可以执行数百个简单的运动过程，可以通过超越、启停和单转功能进行控制。弹簧包裹离合器或制动器的扭矩能力是轮毂直径和弹簧抗拉强度的直接函数。这种类型的单元不会打滑，但将提供所需的扭矩，直至弹簧的机械限制。当弹簧被允许收紧以抓住轮毂时，输出轮毂通常在0.003秒内加速到输入rpm，输出则在0.0015秒内加速。弹簧离合器和制动器是惯性敏感的:惯性越大，动态扭矩越高。此外，对弹簧离合器的扭矩需求等于负载的系统摩擦扭矩加上加速度的动态扭矩。在负载的旋转质量中必须有足够的能量，当负载接近循环的停止位置时，让弹簧释放其对输入轮毂的抓地力。这意味着，当有一个大的摩擦负载，或扭矩需求时，负载达到凸轮顶部，旋转质量必须有足够的能量打开弹簧。在能量不足的情况下，输入轮毂会过度磨损，产生噪声。
电磁离合器
在16种可能的特性中，电磁离合器往往在另外6种性能上表现突出:
•随机启动/停止
•上电和断电制动
•软启动/停止
•双向旋转
•超过1750rpm的速度
简单的电磁离合器是将电动机连接到负载的装置。通常，电机轴固定或键入离合器转子 - 轴组件孔（输入），其中负载
用皮带轮或齿轮连接到离合器的电枢（输出），图2。
图2 - 电磁离合器。电枢通常去耦并自由地运行直到线圈通电。当产生磁场时，转子轴组件吸引电枢板，与转子组件接合，并驱动负载。
在线圈通电之前，电枢组件不耦合，因此它不能与输入转子轴旋转。然而，当线圈通电时，转子轴组件成为电磁铁的一部分，吸引电枢板，将其与转子组件接合，并驱动负载。当线圈断电时，两个元件不再吸引，电枢组件内的弹簧将它们分开。电机轴和负载断开，因此不能驱动负载。离合器让电机在负载空闲时运行，这减少了循环时间并产生更好的整体系统效率。
离合器联轴器也用滑轮、齿轮或滑轮连接两个平行轴。虽然有一个防旋转片或法兰防止磁场(电磁铁)旋转，转子和电枢组件安装在单个轴上，转子固定在轴上。电枢通过轴承安装并自由旋转。当线圈通电时，电枢啮合转子的摩擦面并驱动负载。电磁离合器联轴器提供了相同的效率，电动切换连接之间的电机和负载的直线轴。在这里，一个反旋转标签或法兰防止现场组件旋转，转子和电枢组件安全地安装在相对的直线轴。当线圈通电时，电枢啮合转子的摩擦面，耦合两个直线轴，并驱动负载。
上电动制动器在与离合器相同的原理下操作，但仅具有单个旋转部件，电枢组件，图3。
图3 - 上电电磁制动器。电枢组件自由旋转直到线圈通电，吸引电枢板，并制动负载。
制动器通常位于负载轴上，通过固定到轴的电枢组件，磁场组件安装在非旋转部件或舱壁上。在线圈通电之前，电枢组件自由旋转。当通电时，场组件成为电磁铁，吸引电枢板，并停止负载。
断电，弹簧制动器在略有不同的原理下运行，图4。
图4 -断电电磁弹簧组制动器。压缩弹簧通常施加制动力。在断电模式下，弹簧向电枢板施加压力，电枢板又向转子施加压力。当线圈通电时，制动花键与负载轴解耦，负载自由旋转。
野外组件内的压缩弹簧施加制动力。在正常的断电模式中，弹簧将压力施加到固定（非旋转）电枢板上，这又向转子施加压力。取决于线圈的状态，转子可以在施加的压力下来回浮动。花键或六角通过轮毂将其耦合到负载轴。一些转子悬挂在两个膜片状弹簧之间以达到浮动状态。
断电，永磁制动器使用永磁体的吸引力来产生制动动作，而电磁铁否定该力并让负载旋转。在正常的断电模式中，固定场组件中的永磁体在电枢组件上产生有吸引力，该电枢组件与装有螺丝或销钉连接到负载轴以停止或保持负载。当线圈通电时，电磁铁将相对的磁力形成到永磁体上，使电枢组件自由旋转（没有制动器）。
牙齿制动器和离合器
离合器和离合器联轴器在电动机和在线或平行轴上的负载之间提供高效，正，可切换的连杆，当时使用静止或低速接合
应用程序。固定凸缘防止现场组件旋转，转子通常附接到输入轴。电枢组件牢固地安装到与滑轮或齿轮的线上负载轴或平行轴。当线圈通电时，电枢中的齿带正极地接合转子中的齿，然后将两个在线或平行轴连接并驱动负载。
牙齿制动器提供一种高效，正，可切换的装置，其可以保持载荷或从慢速速度减速负载，通常20rpm或更小。使用与齿离合器相同的原理，这些制动器可用于有效地保持载荷位置。它们进入开机和断电类型，是需要在紧张的地方需要非常高扭矩的应用。
多盘式制动器和离合器
多个盘离合器提供电机和在线或平行轴上的负载之间的光滑，高效，可切换的链路，图5。
图5 - 多盘式制动器和离合器。盘离合器将电机和负载连接在线或平行轴上。固定凸缘防止电磁铁旋转，直到线圈通电。当通电时，电枢接合转子的摩擦表面，接合多个盘直到实现完全扭矩。然后两个轴耦合并驱动负载。
与其他部件一样，凸缘上的抗旋转突片可防止该场旋转，并且转子牢固地安装在驱动轴上。然后，电枢组件直接安装在线轴上或间接地安装在具有齿轮或滑轮的平行轴上。当线圈通电时，电枢接合转子的摩擦表面，该摩擦表面进一步接合在组件内的多个盘，直到达到完全扭矩，耦合两个在线或平行轴，并驱动负载。
多个盘式制动器提供与标准制动装置相同的平滑，高效操作。这里，取消转子部件，并且电磁体接合静态场组件加上旋转电枢组件以制动负荷。这些类型的制动器在紧凑的封装中提供了高扭矩，主要用于航空航天行业的定制应用。
侧栏1：
选择弹簧包装离合器/制动器
包裹弹簧离合器和制动器是预先包装的，预装配的单元，令人惊讶地易于选择和安装。只需要三个步骤：
第一步：确定功能。这些单位可以执行三个功能，超越，起动和单革命。确定为应用程序提供最佳控制的函数。选择最能符合制造商的选择图表的应用程序的系列。
第二步：确定大小。首先，确定最大离合器或制动速度以及用于安装包裹弹簧的轴直径。包装弹簧离合器几乎立即啮合，因为弹簧包装随负载增加，必须正确尺寸。
如果对正确的单位大小有任何不确定性，请使用制造商的技术选择过程指南。通过定位与最适合您应用程序的模型相关的图表上的相应速度和轴直径点来选择正确的换档弹簧单元。对于需要比所示直径更高或更大直径轴的应用，制造商将提供额外的帮助。
第三步：验证设计注意事项。选择适当的系列和型号大小后，查看设计考虑因素。这些和其他选项的完整清单详述了制造商目录的“如何订购”每个系列的部分。
侧栏2：
选择摩擦制动器和离合器
刹车选择，
第一步：确定应用程序是否需要静态（保持）或动态（停止）制动器。
第二步：对于静态制动应用，确定在最坏情况条件下保持负载的所需静态扭矩，包括系统拖动。跳到第五步。
第三步：对于具有特定停止时间要求的动态制动应用，首先使用惯性时间方程计算负载减速所需的动态转矩(TD)。(当初始选择的离合器或制动器的惯量或啮合时间大于负载惯量或加速度时间的10%时，用惯量-时间方程求解加速度时间。使用一个惯性值等于负载惯性和离合器或刹车惯性之和。然后验证加速度和离合器或制动啮合时间的总和仍然在应用所需的加速度时间内。)
TD = (0.104(Iw)/t) -D
其中：i =总系统惯性，lb-in.-sec2
w =轴速度。rpm.
t =零，秒
d =加载拖动，lb-in。
乘以1.25以转换为静态扭矩。转到第二节。
第四步:对于动态制动应用程序，只需要有能力失速负载，计算适当的静态扭矩(Ts)使用马力-rpm方程:
TS =（1.25）（63000）（PK）/ W.
式中:P =马力，hp
k =服务因子
w =速度，rpm
第五步：从制造商目录中选择制动模型，静态扭矩额定值大于所需扭矩。验证所选制动器是否适合可用的应用程序包络和安装配置。
离合器选择，步骤一：对于具有特定加速时间要求的应用，首先计算使用惯性时间方程加速负载所需的动态转矩（Td）：
td = 0.104（Iw）/ t + d
其中：i =旋转载荷惯量，lb-in-sec2
W =差分滑动速度，RPM
t =速度，秒
D =负载阻力扭矩反射到离合器，LB-IN。
通过将1.25乘以转换为静态扭矩
第二步：对于仅需要加速负载能力的应用，使用HorsePower-RPM方程计算静态扭矩：
TS =（1.25）（63000）（PK）/ W.
式中:P =马力，hp
k =服务因子
W =差分滑动速度，RPM
第三步：从制造商的目录中选择一个离合器型号，静态转矩额定值大于所需的扭矩。验证所选的离合器是否适合可用的应用包络和安装配置。
动态接合离合器时，请仔细考虑适当的节能。计算每分钟的总能量消耗：
E =（ek + es）n
其中：ek =动能，ft-lb / min
ES =滑动能量，FT-LB / min
n =循环速率，CPM
如果总能量耗散超过允许，则考虑使用较大的系列离合器。
：设计世界：
了下:刹车•离合器那运动控制•电机控制
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