Giải thích chi tiết: Ly hợp / phanh đĩa ma sát

Bài toán dùng để làm gì

Ly hợp và phanh đĩa ma sát dùng để đóng/ngắt truyền động hoặc dừng tải: phanh động cơ, ly hợp máy dập, phanh trục tời. Bài toán tính mô-men ma sát của bộ đĩa, áp suất bề mặt má, thời gian trượt khi đóng, nhiệt sinh ra mỗi lần đóng và công suất nhiệt theo số lần đóng mỗi giờ.

Hình dung đơn giản

Kiến thức nền cần có

Đọc lại các mục sau ở Chương 0 nếu chưa nắm chắc: 0.4 mô-men · 0.10 ma sát · 0.11 quay · 0.12 năng lượng/công suất · 0.13 quán tính · 0.15 áp suất

Các đại lượng và lấy số liệu ở đâu

Ký hiệu	Ý nghĩa	Đơn vị	Lấy số liệu ở đâu
Chức năng	Ly hợp (tăng tốc tải) hoặc phanh (hãm tải)	–	Theo thiết kế
Da, Di	Đường kính ngoài và trong của má ma sát	mm	Catalogue Mayr (ROBA-stop), Ogura, Miki Pulley, Warner Electric
z	Số mặt ma sát	–	1 đĩa kẹp giữa 2 mặt = 2
μ, pzul	Hệ số ma sát và áp suất cho phép của vật liệu má	–, MPa	Khô hữu cơ μ 0,25–0,4, p 0,2–1; trong dầu μ 0,06–0,12, p 1–3
F	Lực ép đĩa (lò xo, nam châm điện, khí nén)	N	Catalogue hoặc tính từ lò xo/xi lanh
J, n, TL	Quán tính phía bị dẫn, tốc độ, mô-men tải	kg·m², v/ph, Nm	Tính từ cơ cấu (xem TB18, TB19)
Zh, Wa, Qa	Số lần đóng/giờ, nhiệt cho phép mỗi lần, công suất nhiệt cho phép	lần, J, W	Catalogue theo cỡ phanh/ly hợp

Xây dựng công thức từng bước

Công thức tổng quát không "từ trên trời rơi xuống": nó được ghép từ những công thức con đơn giản. Đi lần lượt từng bước:

Bước 1. Bán kính ma sát và mô-men ma sát

Giả thiết má mòn đều, lực ma sát coi như đặt ở bán kính trung bình. Mỗi mặt ma sát góp một phần mô-men:

rm = (Da + Di)/4 ; T = μ·F·rm·z ≥ K·TL

Bước 2. Áp suất bề mặt

Lực ép chia diện tích vành khăn của má:

p = F / [π/4·(Da² − Di²)] ≤ pzul

Bước 3. Mô-men hiệu dụng

Ly hợp: một phần mô-men ma sát bị tải ăn mất, phần còn lại để tăng tốc. Phanh: tải cũng góp phần hãm:

Te = T − TL (ly hợp) ; Te = T + TL (phanh)

Bước 4. Thời gian trượt

Thời gian để thay đổi tốc độ phần quay từ ω về 0 (hoặc từ 0 lên ω):

ts = J·ω / Te , ω = 2π·n/60

Bước 5. Nhiệt mỗi lần đóng

Động năng ½·J·ω² cộng phần do tải trong lúc trượt đều biến thành nhiệt ở má:

W = ½·J·ω²·T / Te ≤ Wa

Bước 6. Công suất nhiệt

Nhiệt mỗi lần nhân số lần đóng mỗi giờ, chia 3600 giây:

Q = W·Zh / 3600 ≤ Qa

Hình TB25.2 – Sơ đồ hình thành công thức: số liệu → từng công thức con → kết luận

Lời giải mẫu từng bước (số liệu mẫu của công cụ tính ở đầu trang)

Bước A – Số liệu đầu vào (ô vàng của công cụ tính). Đây là bộ số ví dụ có sẵn; khi làm thật bạn thay bằng số của mình:

TT	Đại lượng	Ký hiệu	Giá trị	Đơn vị	Ghi chú / nguồn
1	Chức năng	mode	Ly hợp (tăng tốc tải)
2	Đường kính ngoài má ma sát	Da	150	mm
3	Đường kính trong	Di	90	mm
4	Số mặt ma sát	z	2		1 đĩa kẹp giữa 2 mặt = 2
5	Hệ số ma sát	μ	0,3		Khô hữu cơ 0,25–0,4 · trong dầu 0,06–0,12
6	Lực ép	F	3 000	N
7	Áp suất cho phép	pz	0,5	MPa	Khô hữu cơ 0,2–1 · trong dầu 1–3
8	Mô-men quán tính phía bị dẫn	J	0,5	kg·m²
9	Tốc độ	n	1 450	v/ph
10	Mô-men tải	TL	20	Nm
11	Hệ số an toàn mô-men	K	1,5
12	Số lần đóng / giờ	Zh	30
13	Nhiệt cho phép mỗi lần đóng	Wa	20 000	J	Catalogue
14	Công suất nhiệt cho phép	Qa	500	W	Catalogue

Bước B – Tính lần lượt (web tự tính, bạn có thể bấm tay để kiểm tra lại). Dòng xanh lá là kết quả chính:

TT	Đại lượng	Ký hiệu	Kết quả	Đơn vị	Công thức / cách tính
15	Bán kính ma sát trung bình	rm	60	mm	rm = (Da + Di)/4 (giả thiết mòn đều)
16	Mô-men ma sát	T	108	Nm	T = μ·F·rm·z
17	T ≥ K·TL	Kiểm tra	ĐẠT
18	Áp suất bề mặt	p	0,265	MPa	p = F/A
19	p ≤ pzul	Kiểm tra	ĐẠT
20	Vận tốc góc	ω	151,8	rad/s
21	Mô-men hiệu dụng gia tốc / hãm	Te	88	Nm	Ly hợp: T − TL ; phanh: T + TL
22	Mô-men hiệu dụng > 0	Kiểm tra	ĐẠT
23	Thời gian trượt	ts	0,863	s	ts = J·ω/(T ∓ TL)
24	Nhiệt mỗi lần đóng	W	7 074	J	W = ½·J·ω²·T/(T ∓ TL)
25	W ≤ W cho phép	Kiểm tra	ĐẠT
26	Công suất nhiệt	Q	58,95	W	Q = W·Z/3600
27	Q ≤ Q cho phép	Kiểm tra	ĐẠT

Áp dụng thực tế và lưu ý

Chọn phanh động cơ (Mayr, SEW BE) theo mô-men phanh ≥ 1,5–2 lần mô-men tải, rồi kiểm tra nhiệt W và Q với bảng catalogue.
Nếu W KHÔNG ĐẠT: dùng biến tần hãm điện trước, phanh cơ chỉ giữ ở tốc độ thấp; hoặc đặt phanh ở trục nhanh (quán tính quy đổi nhỏ hơn) – xem TB29 cho điện trở hãm.
Nếu Q KHÔNG ĐẠT: giảm số lần đóng, lên cỡ phanh/ly hợp lớn hơn hoặc chuyển sang ly hợp trong dầu.
Ly hợp có Te ≤ 0 nghĩa là mô-men ma sát không đủ thắng tải, ly hợp trượt mãi và cháy: phải tăng lực ép hoặc số mặt ma sát.
Má mới cần chạy rà vài chục lần mới đạt μ danh nghĩa; dính dầu mỡ thì μ giảm mạnh.

Nhóm: Điện – điều khiển – lưu chất

Gồm: TB26 động cơ điện không đồng bộ 3 pha · TB27 chọn cb và tiết diện dây động lực · TB28 tụ bù công suất phản kháng · TB29 điện trở xả (hãm) cho biến tần / servo · TB30 nguồn 24 vdc và sụt áp dây dẫn · TB31 bơm ly tâm (nước làm mát, dung dịch) · TB32 hút khói hàn – chụp hút, ống gió, quạt · TB33 encoder, đáp ứng hệ thống và chỉnh pid