Муфты – соединительные элементы валов и узлов.

Общее назначение муфт. Виды муфт по способу соединения, демпфирующим и компенсирующим способностям

Классификация муфт

В зависимости от конструкции муфты различаются по функциональному назначению и принципу действу. Различают следующие виды муфт: механические, гидравлические, электрические и др. Широко применяемые муфты стандартизованы.

Основная паспортная характеристика муфты – значение вращающего момента, на передачу которого она рассчитана. Ниже рассматриваются только наиболее распространенные в

машиностроении

механические муфты.

По характеру соединения валов муфты подразделяют на неуправляемые (постоянные), управляемые и самоуправляемые (автоматические).

Как соединить валы механизмов?

Для передачи осевого вращения применяются валы, на котором могут крепится различные шестерни и звездочки. Соединение проводится при применении различных методов, к примеру, используются муфты для соединения валов. К их особенностям относятся нижеприведенные моменты:

  1. Есть возможность выполнять демонтаж.
  2. Существенно упрощается сбор и производство конечного изделия.
  3. Многие типы изделий позволяют компенсировать различного рода смещения, которые могут возникать при работе устройства.
  4. Устройство может выдерживать существенную нагрузку.

Сегодня детали соединяются между собой при применении технологи сварки крайне редко. Это связано с тем, что вибрация и другое воздействие может стать причиной появления трещин и других дефектов.

Неправильная фиксация может привести к поломке устройства. Изделие выбирается в зависимости от эксплуатационных условий. К примеру, валы могут смещаться в самых различных направлениях.

Виды муфт по способу соединения

По способу соединения выделяют следующие виды муфт:

  • постоянно замкнутые (глухие)
  • управляемые (например, муфта сцепления автомобиля)
  • самодействующие (с автоматическим управлением по моменту – предохранительные, по направлению вращения, по скорости, по углу поворота или пройденному пути

Втулочная

Такой вид оборудования призван, прежде всего, связывать соосные валы цилиндрического типа. При этом разброс вращающего момента на соединяемых частях может сильно отличаться. Главная особенность, однако, иная — никакого смягчения динамической нагрузки и никаких ограничений темпа вращения не наблюдается.

Втулочные муфты — простейшие из муфт жесткого типа. Предусматривается 3 исполнения:

  • Модели с цилиндрическим отверстием под посадку могут оборудоваться коническими штифтами;
  • Есть аналоги со шпонками в виде призмы или сегментов;
  • И наконец, существует еще вариант, где ничего этого нет, а есть прямобочные шлицы.

Принцип работы муфты


Общий вид многодисковой фрикционной муфты
Основная задача многодисковой муфты – в нужный момент плавно соединить и разъединить входной (ведущий) и выходной (ведомый) валы с помощью силы трения между дисками. При этом от одного вала к другому передается крутящий момент. Диски сжимаются за счет действия давления жидкости.

Отметим, что чем сильнее соприкасаются поверхности дисков, тем больше величина передаваемого момента. При работе муфта может пробуксовывать, при этом ведомый вал разгоняется плавно, без рывков и ударов.

Главное отличие многодискового механизма от других заключается в том, что за счет наращивания количества дисков увеличивается количество соприкасающихся поверхностей, в результате чего становится возможным передавать больший крутящий момент.

Основа нормальной работы фрикционной муфты – наличие регламентированного зазора между дисками. Этот интервал должен равняться значению, которое установил производитель. Если зазор между дисками муфты будет меньше положенного, то фрикционы будут постоянно находиться в “поджатом” состоянии и, соответственно, быстрее изнашиваться. Если же расстояние будет больше, то при работе будет наблюдаться пробуксовка муфты. В этом случае тоже не избежать быстрого износа. Точная регулировка зазоров между фрикционами при ремонте муфты – залог ее правильной работы.

Фланцевая

Речь идет о глухом жестком изделии. При его работе соединение обеспечивается постоянно и надежно. Полумуфты, входящие в такую сборку, напоминают диски. Крепятся они по круговой схеме равномерно. Главным образом фланцевые муфты нужны, чтобы механизм не был избыточно перегружен.

Фото: фланцевая муфта Centa

Что немаловажно, они компенсируют последствия нарушения соосности между валами. Фланцевые изделия позволяют соединять и разъединять валы непосредственно в процессе работы. Для их изготовления применяют нормы, приведенные в ГОСТ 20761. Главное отличие между конкретными моделями — рекомендованные сечения совместимых валов.

Производство фланцевых муфт может вестись из штампованной стали, стального литья. В некоторых случаях применяют чугунные отливки. Главным образом такие изделия востребованы машиностроителями. Отбор конкретной модели производится преимущественно сообразно нагрузкам.

Классификация муфт по демпфирующим способностям

  • жесткие (например втулочные, фланцевые)Втулочная муфта
  • упругие (например муфта упругая со звездой или с торообразной оболочкой)

Жесткая-компенсирующая

Известно, что сборка машин и механизмов производится из отдельных узлов и других частей. Но установить их взаимно точно не представляется возможным. В любом случае при производстве и монтаже появляются дефекты разной степени серьезности. Также мешают строгости задания параметров специфика конструкции отдельных узлов и эксплуатационные изменения.

Жесткая компенсирующая муфта как раз и призвана решать эту застарелую проблему. Исправление отклонений от номинальных положений обеспечивается при помощи использования подвижных жестких деталей. Наиболее распространен зубчатый подвид, образуемый парой полумуфт.

Такие изделия могут справиться с последствиями смещения вала по оси, по радиусу или на определенный угол. Это достигается при помощи боковых зацепляющих узоров. Неудивительно поэтому, что конструкторы и инженеры уделяют такое пристальное внимание именно степени надежности и износостойкости зубьев. Их обязательно закаливают до уровня 42 — 51 по HRC.

Виды муфт

Муфта глухая образует жесткое и неподвижное соединение валов. Они не компенсируют ошибки изготовления и монтажа, требуют точной центровки валов. Применяются обычно глухие муфты для тихоходных валов.

Втулочная муфта – самая простая из глухих муфт, состоит из соединительной втулки со штифтами (рис. 7.1, а) или шпонками (рис. 7.1, б). Основное их достоинство – простота конструкции. Применяют их при относительно небольших нагрузках на валах диаметрами до 60…70 мм.

втулочная муфта со штифтамиа) втулочная муфтаб)

Рuс. 7.1. Втулочные муфты со:

а – штифтами; б – шпонками

Муфта фланцевая – наиболее распространенная (рис. 7.2), состоит из двух полумуфт 2, соединенных болтами 1. Болты ставят через один: с зазором (вариант I) и без зазора под развертку (вариант II). Центрирование полумуфт в этом случае осуществляют болтами, установленными без зазора, которые рассчитывают на срез. Установка болтов без зазора позволяет получить муфты меньших габаритов и поэтому более распространена.

Фланцевая муфта

Рис. 7.2. Фланцевая муфтa

Фланцевые муфты применяют для соединения валов диаметром до 200 мм и более. Достоинствами таких муфт являются простота конструкции и сравнительно небольшие габариты.

Жесткая компенсирующая муфта. За счет подвижности деталей такие муфты компенсируют радиальные, угловые и осевые смещения валов, вызванные неточностями их изготовления, монтажа и упругими деформациями. Это позволяет уменьшить нагрузки на валы и подшипники.

Недостаток жестких компенсирующих муфт – отсутствие упругодемпфирующих элементов, смягчающих толчки и удары. Наибольшее распространение получили кулачково-дисковая и зубчатая.

Кулачково-дисковая муфта (рис. 7.3) состоит из двух полумуфт 1 и 3, соединенных промежуточным диском 2. При работе диск перемещается по пазам полyмуфт, и тем самым компенсируются несоосность соединяемых валов (радиальные смещения – до 0,04d, угловые – до 30′).

Скольжение выступов в пазах сопровождается их износом. Интенсивность износа возрастает с увеличением несоосности и частоты вращения. Для уменьшения износа поверхности трения муфты периодически смазывают и не допускают на них больших напряжений смятия.

кулачково-дисковая муфта

Рис. 7.3. Кулачково-дисковая муфтa

Из условия износостойкости кулачково-дисковых мyфт рассчитывают давление на боковых поверхностях выступов и пазов:

,

давление на боковых поверхностях

(7.1)

где Тр – расчетный вращающий момент;

h – рабочая высота выступа;

D, d – соответственно наружный и внутренний диаметры;

[p] – допускаемое давление: при термически необработанных, хорошо смазываемых поверхностях или при закаленных поверхностях трения [p] = 15…30 МПа.

Детали кулачково-дисковых муфт изготовляют из сталей Ст5 (поковка) или 25Л (литье). Для тяжелонагруженных муфт применяют легированные стали типа 15Х, 20Х с цементацией рабочих поверхностей.

Зубчатая муфта (рис. 7.4, а) состоит из двух полумуфт 1 и 3 с наружными зубьями эвольвентного профиля и разъемной обоймы 2 с внутренними зубьями. Передача вращающего момента осуществляется большим числом одновременно работающих зубьев, что обеспечивает высокую нагрузочную способность и малые габариты муфты.

зубчатая муфта

Рuс. 7.4. Зубчатая муфта

Для компенсации смещений деталей предусматривают торцевой зазор δ. Для ослабления вредного влияния кромочного контакта применяют зубья бочкообразной формы (рис. 7.4, б), а соединение выполнено с увеличенными зазорами. Зубчатые муфты допускают угловое смещение валов (рис. 7.4, в) Δα max = 1,5°, радиальное Δr = 0,2…0,6 мм, осевое (на рисунке не показано) – 1…8 мм.

Детали зубчатых муфт изготовляют из углеродистых сталей типа 45, 40Х, 45Л коваными или литыми. Для повышения износостойкости зубья полумуфт подвергают термической обработке до твердости не ниже 40НRC, а зубья обойм – не ниже 35HRC.

Упругие компенсирующие муфты применяются не только для компенсации смещения валов, но и для снижения динамичности нагрузок и амортизации колебаний, возникающих при работе передач машин.

Муфта упругая втулочно-пальцевая (рис. 7.5) состоит из двух полумуфт 1, соединенных пальцами 2, на которые для смягчения ударов надеты гофрированные резиновые втулки. Такие муфты в силу простоты конструкции получили широкое применение в приводах от электродвигателей для валов диаметрами 9…160 мм при вращающих моментах 6,3…16000 Нм.

упругая втулочно-пальцевая муфта

Рuс. 7.5. Упругая втулочно-пальцевая муфтa

Толщина резиновых втулок невелика, и поэтому амортизирующая способность муфты незначительна. Они допускают радиальное смещение валов до 0,6 мм, продольное – до 5 мм, угловое – до 1°.

Для ограничения износа среднее контактное давление пальца на втулку находят по формуле:

,

давление пальца на втулку

(7.2)

где z = 6 – число пальцев;

Dm – диаметр окружности расположения осей пальцев;

dп – диаметр пальцев;

l – длина упругого элемента;

[p] ≈ 2 МПа – допускаемое давление для резиновых втулок.

Муфта со змеевидными пружинами (рис. 7.6) состоит из двух полyмуфт 1 с зубьями специальной формы, между которыми свободно расположены секции змеевидной пружины 3 прямоугольного сечения. Кожух 2, состоящий из двух половин, служит резервуаром для пластичного смазочного материала и предохраняет пружину от выпадения.

муфтa со змеевидными пружинами

Рuс. 7.6. Муфтa со змеевидными пружинами

Муфта используется для передачи больших вращающих моментов, обладает хорошими эксплуатационными качествами, имеет небольшие габариты, но сравнительно дорогостоящая.

В зависимости от размеров муфты могут компенсировать радиальные смещения валов 0,5…3 мм, осевые – 4…20 мм и угловые до 1°15′.

Материалы полумуфт – сталь 45, стальное литье 45Л; пружин – пружинные стали 65Г, 60С2.

Расчет муфты предусматривает проверку прочности пружины при изгибе методами сопротивления материалов.

Управляемые (сцепные) муфты

Позволяют соединять и разъединять валы без остановки двигателя. По конструкции управляемые муфты можно разделить на кулачковые, зубчатые, основанные на зацеплении, и фрикционные, основанные на трении.

Кулачковые и зубчатые муфты имеют весьма небольшие габариты и массу, не допускают проскальзывания. Однако их включение на ходу сопровождается ударами. Фрикционные муфты позволяют плавно соединять ведущий и ведомые валы под нагрузкой при любой скорости их вращения, предохраняют механизмы от внезапных перегрузок.

Управляемые муфты требуют точной соосности соединяемых вaлов.

Кулачковая муфта (рис. 7.7) состоит из двух полумуфт 1 и 2, имеющих на сцепляемых торцах выступы – кулачки. При включении муфты кулачки одной полумуфты входят во впадины другой, создавая жесткое соединение.

кулачковая муфтa

Рис. 7.7. Кулачковая муфтa

Включение кулачковой муфты во избежание ударов производят при остановленном двигателе или с малыми скоростями (до 1 м/с).

Полумуфты чаще всего располагают на одном валу, что обеспечивает хорошую их соосность. При выключенной муфте зубчатое колесо свободно вращается на подшипнике скольжения 3. Если муфта включена, вращающий момент от зубчатого колеса передается через кулачки и шлицы на вал.

Для устранения ударов и шума при включении муфты применяют специальные соединительные устройства – синхронизаторы.

Кулачковые муфты изготовляют из сталей 20, 15Х, 20Х с последующей цементацией или сталей 40Х, 30ХН с последующей объемной закалкой. Размеры муфт принимают конструктивно, а затем выполняют проверочный расчет кулачков на износостойкость и прочность.

Фрикционные сцепные муфты передают вращающий момент между полумуфтами за счет сил трения на рабочих поверхностях (рис. 7.8).

фрикционная муфтa

Рuс. 7.8. Фрикционные муфты:

а – однодисковая; б – многодисковая; в – конусная

В начальный период касания полумуфт происходит относительное проскальзывание их рабочих поверхностей (смазанных или сухих), и тем самым обеспечивается плавность включения муфты. При установившемся движении проскальзывание не происходит, а при перегрузке муфта пробуксовывает, что предохраняет машину от поломок.

Фрикционные муфты должны обладать надежностью сцепления, высокой износостойкостью и теплостойкостью контактирующих поверхностей. Материал трущихся деталей (накладок) выбирается в зависимости от среднего контактного напряжения (давления):

,

среднее контактное напряжение

(7.3)

где Fa – осевая сила;

Т – вращающий момент;

k = 1,3…1,5 – коэффициент запаса сцепления;

Dm – средний диаметр контакта;

f – коэффициент сцепления (трения покоя);

z – число пар поверхностей трения;

А = πDmb – площадь поверхности трения;

b – ширина поверхности трения;

[p] – допускаемое контактное напряжение.

По формуле (7.3) может быть рассчитан вращающий момент, который может передавать фрикционная муфта. Для увеличения передаваемого вращающего момента можно увеличить число пар поверхностей трения.

Многодисковые фрикционные муфты имеют небольшие габариты и не требуют большого усилия для их включения.

Самоуправляемые автоматические муфты выполняют автоматически одну из следующих функций: ограничение передаваемой нагрузки – предохранительные муфты; передачу нагрузки (момента) только в одном направлении – муфта обгона; включение и выключение при заданной скорости – центробежные муфты.

Предохранительную муфту срабатывают, когда вращающий момент превышает некоторую установленную величину. При достижении вращающим моментом предельной величины под действием осевых усилий, обусловленных формой впадин полумуфты, шарики смещаются в осевом направлении (преодолевая сопротивление пружины) и размыкают муфту с последующим прощелкиванием.

Муфта обгона (мyфты свободного хода) предназначены для передачи вращающего момента только в одном направлении. Наибольшее распространение получили фрикционные обгонные мyфты, передающие вращающий момент за счет заклинивания между полумуфтами промежуточных тел (в основном роликов). Такие муфты бесшумны, компактны, могут работать при высокой частоте вращения. Их изготовляют для вaлов диаметром 10…90 мм и передачи момента до 750…800 Нм.

Обгонные роликовые муфты (рис. 7.9) применяют в приводах агрегатов двигателя самолета (например, в приводах стартер-генераторов) и в приводах несущих винтов вертолетов; при отказе одного двигателя движение винта не тормозится, так как обгонная муфта позволяет зубчатым колесам вращаться. При отказе обоих двигателей обгонные муфты не препятствуют вращению несущего винта в режиме авторотации.

Обгонная муфтa

Рис. 7.9. Обгонная муфтa

Пусковую (центробежную) муфту используют для плавного пуска приводов грузоподъемных машин конвейеров и т.п. Они позволяют электродвигателю легко разогнаться и по достижении им определенной скорости начать плавный разгон рабочего органа. Одновременно пусковые мyфты выполняют и предохранительные функции.

Распространены колодочные и дисковые центробежные фрикционные муфты. Центробежную муфту устанавливают на вал электродвигателя. При наличии ременной передачи от электродвигателя к рабочему органу наружную ведомую часть муфты конструируют в виде шкива.

Классификация муфт по компенсирующим способностям

В зависимости от возможности муфты нивелировать монтажную погрешность установки валов различают:

  • компенсирующие муфты (компенсируют погрешность установки валов)
  • не компенсирующие муфты

Кулачковая – дисковая

Подобное приспособление рассчитано на передачу значительного крутящего момента. Могут сказать, что-то же самое обещают и относительно других муфтовых агрегатов. Это верно, однако кулачковый-дисковый блок обладает неоспоримым преимуществом: он отлично справляется, когда соединять/разъединять сборку приходится относительно редко.

Фото: дисковая муфта Rexnord

При этом требуется близкое совпадение темпа вращения валов. Опционально достижимо обеспечение их строгой соосности. Звездочку всегда изготавливают из материала, отличающегося высокой упругостью и эластичностью. Профили зубцов и кулачков соответствуют эвольвенте.

Механический агрегат подключают вручную. Передача усилия идет при помощи системы рычагов. От операторов требуется только перемещение рычага либо прокручивание рукояти. Она связывается с необходимой деталью за счет червячного либо кривошипного привода. Это решение технически просто и надежно, но сотрудникам придется тратить много сил.

Схема прямоугольник отличается высокой контактно-поперечной площадью. Потому передача очень высокой мощности облегчается. Минус — необходимо особо точное позиционирование полумуфт. В противном случае они будут гораздо хуже входить в зацепление. У формы симметричной трапеции такого требования нет. Зазоры в боковой плоскости гасятся за счет изменения глубины посадки кулачка.

Зубчатая

Подобное устройство гарантирует успешную передачу вращающего импульса между валами. Точнее говоря, зубчатые муфты связывают выходные и входные валы на разных агрегатах. Пара полумуфт, входящих в комплект поставки таких изделий, оснащаются собственными внешними венцами зубчатой формы. Предусматривается всегда еще и отверстие под заправку смазкой.

Передаваемый зубчатой муфтой крутящий момент очень велик, для многих промышленных целей его вполне достаточно. Предусматривается возможность гашения таким приспособлением сдвига валов в радиальном, осевом и угловом отношении. Подобная функция реализована за счет торцевого зазора.

Поддержание муфт в рабочем состоянии

Как и любой другой агрегат или механизм транспортного средства, муфтовые устройства нуждаются в качественном обслуживании. Специалисты ГК Favorit Motors выполнят корректировку работы муфт любого типа или замену каких-либо их составляющих.

Упругая-компенсирующая

Механический импульс в таких системах транслируется между полумуфтами через посредство упругой детали. Не всегда для ее изготовления применяют резину и пластмассу с эластичными свойствами. Нередко подходящим материалом оказывается пружинная сталь. Упругий блок при работе деформируется. Стоит отметить, что деформация связана отчасти еще и со сдвигом полумуфт между собой.

Такая система позволяет гасить удары и толчки. Предотвращается возникновение колебаний, обычно провоцируемых неравномерным кручением. Одновременно компенсируются смещения валов друг к другу. При сильной механической нагрузке деформирование из плюса становится минусом. Еще один недостаток — сравнительно крупные размеры.

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...