ДМи. ОК

ДМи. ОК Муфты Пара деталей, подлежащих соединению с целью передачи вращательного движения (вал вал, вал колесо и т. п. ), может отстоять друг от друга и не иметь общей поверхности соприкосновения. Группу специальных деталей, замыкающую эти вращающиеся детали в единую кинематическую цепочку, принято называть муфтой. В конструкции всего устройства муфта составляет сборочную единицу или образует узел. Поскольку муфты только передают движение, то функционально им близки передачи с передаточным числом равным единице. Муфты Выполняемые функции Соединение Нерасцепляемые: фланцевые, втулочные и т. д. Соединение + Компенсирующие: зубчатые, вспомогательная функция цепные и т. д. Подвижные: шарнирные, Упругие: крестовые и т. д. - с неметаллическим элементом (МУВП, с Предохранительные: резиновой звездочкой, . . . ) - одноразовые (со срезным - с металлическим элементом штифтом, . . . ), - многоразовые (фрикционные, кулачковые, . . . ) Сцепные: кулачковые, зубчатые, фрикционные и т. д. И т. д. Принцип действия Мехнические Гидравлические или пневматические Электромагнитные 1 Комбинированные

ДМи. ОК Муфты Наряду с основной функцией (соединять) муфты могут выполнять и вспомогательную функцию. Набор этих функций служит отличительным признаком типа муфты. Помимо соединительных функций муфты выполняют и специальные функции: управляют работой механизма ( управляемые муфты); регулируют параметры работы механизма ( предохранительные муфты). Муфты, выполняющие несколько функций, должны обеспечивать периодическое соединение и разъединение соединяемых валов, поэтому их называют сцепными. Постоянные ( нерасцепляемые ) муфты выполняют только соединительные функции. По принципу действия муфты подразделяются на механические, гидравлические и пневматические, электромагнитные и комбинированные. Большинство конструкций муфт стандартизировано или нормализовано и их конструирование часто сводится к выбору из справочника с последующим проверочным расчетом. Конструкции и принципы действия муфт (на примере соединения двух валов) Муфты, предназначенные для выполнения только своей основной функции (соединять), составляют группу нерасцепляемых (или, как их еще называют, глухих, жестких) муфт. Такие муфты образуют жесткую конструкцию и помимо крутящего момента также передают изгибающий момент, перерезывающие и осевую силы. Наиболее распространены конструкции втулочных и фланцевых нерасцепляемых муфт. 2

ДМи. ОК Муфты Конструкции и принципы действия муфт Втулочные муфты конструктивно самые простые, имеют малые габариты. Они представляют собой втулку, с обоих концов в которую вставляются валы. Окружная и осевая фиксация валов и втулки осуществляется шпоночным, шлицевым или штифтовым соединениями, либо установочными винтами. Втулка может быть цельной (конструкция с осевой сборкой) или состоять из соединенных двух продольно разрезанных половинок (конструкция с радиальной сборкой, продольно свертные муфты). Фланцевые муфты (поперечно свертные) состоят из двух полумуфт, представляющих собой втулки с фланцами, которые посажены и закреплены на каждом из валов и соединены по фланцу крепежными резьбовыми деталями (с установкой с зазором или без зазора). Возможно выполнение фланцев заодно с валами (например, фланцы в виде приваренных к валу колец). Применяются для соединения валов небольших диаметров (до 70 мм). втулка вал а) б) крепеж в) полумуфты 3

ДМи. ОК Муфты Конструкции и принципы действия муфт Виды несоосности валов. Соединяемые валы практически не бывают соосны: из за погрешностей изготовления и монтажа, вследствие их изгиба при работе. Поэтому после соединения нерасцепными муфтами валы дополнительно деформируются, что увеличивает напряжения в валах и величины реакций в опорах. Снизить последствия от несоосности и перекоса достигается возможным повышением точности взаимного расположения монтируемых изделий, снятием статической неопределимости конструкции из двух жестко соединенных валов, а также взаимным центрированием полумуфт (фланцев одного и другого вала). 4

ДМи. ОК Муфты Конструкции и принципы действия муфт Для соединения валов, имеющих погрешности расположения осей, применяют компенсирующие муфты. Наиболее распространены зубчатые и цепные муфты. Муфты компенсирующие жесткие Зубчатая муфта , в самом простейшем варианте, включает два узких диска с наружными шлицами, вставленные во втулку с сопряженными внутренними шлицами. Вращение с одного вала с диском посредством шлицевого соединения передается на втулку, а с нее на второй диск и далее – на второй вал. Вместо шлицевого соединения могут использоваться две пары цилиндрических зубчатых колес с внутренним зацеплением и передаточным числом равным единице (либо эвольвентное шлицевое соединение). Наружную поверхность шлицов по длине выполняют бочкообразной формой. Это, а также наличие радиальных зазоров в соединении, позволяет зубчатым муфтам компенсировать начальный перекос (до 1 ° ) и непараллельность (порядка 1 мм) осей валов. Муфты имеют высокую нагрузочную способность. Расчет зубчатых муфт ведут по условию «несмятия» зубьев Т – крутящий момент; D 0=zm, где m модуль зубьев; A=bh – проекции рабочей поверхности зуба на его среднюю диаметральную плоскость: b – длина зуба; h – высота зуба; z – число зубьев; 5

ДМи. ОК Муфты Конструкции и принципы действия муфт Муфты компенсирующие жесткие Конструкция цепных муфт включает две одинаковые звездочки, посаженные на каждый из валов и охваченные по окружности общей цепью. По компенсирующей способности муфты аналогичны зубчатым, но конструктивно проще и имеют меньшую нагрузочную способность. Цепные муфты состоит из двух звездочек (насаженных на соединяемые валы и имеющих одинаковые числа зубьев), охватывающей их цепи и кожуха. Цепные муфты допускают перекосы валов до 1° (при бочкообразных роликах до 3. . . 5 ° ) и радиальные смещения, в зависимости от размера, до 1 мм. Для муфт характерны простота конструкции, относительно небольшие габариты, простота монтажа и демонтажа без осевых смещений валов. Габариты цепных муфт в 1, 5 раза меньше, чем упругих втулочно пальцевых муфт. Вместе с тем цепные муфты обладают некоторой податливостью при расцентровках валов. Основное применение имеют однорядные муфты. Размерный ряд цепных муфт по ГОСТ 20742— 81* охватывает диаметры валов 20. . . 130 мм и моменты 63. . . 8000 Н·м. Применяют также муфты с двухрядной роликовой цепью и с зубчатой цепью. При больших углах (до 3. . . 5°) перекоса валов следует применять двухрядные роликовые цепи с бочкообразными роликами. Из за окружных зазоров цепные муфты нельзя рекомендовать для реверсивных приводов и приводов с большими 6 динамическими нагрузками.

ДМи. ОК Муфты Конструкции и принципы действия муфт Подвижные муфты допускают соединение валов с повышенными взаимными смещениями осей, большими, чем допускают компенсирующие муфты. Эти смещения могут быть вызваны как неточностями изготовления и монтажа, так и заданными функциями механизмов. Кулачково-дисковые муфты (называемые также крестовыми или муфтами Ольдгема ) в основном предназначены для соединения валов с поперечным смещением осей. Однако ввиду осевых зазоров они обеспечивают также компенсацию некоторых осевых и угловых смещений. Муфты состоят из двух полумуфт с фланцами и промежуточного плавающего диска или кольца. На фланцах полумуфт предусматривают по одному диаметральному пазу, а на диске – по одному выступу кулачку с каждой стороны, которые расположены крестообразно под углом 90 °. Пазы образуют направляющие для выступов, обеспечивающих передачу вращающего момента, но вместе с тем допускающих возможность относи тельных радиальных смещений полумуфт и диска. Расчет кулачково дисковых муфт ведут из условия «несмятия» кулачков Обычно детали кулачково дисковых муфт изготовляют из сталей Ст5 (поковка) или 25 Л (литье). Для тяжелонагруженных муфт применяют легированные стали типа 15 Х, 20 Х с цементацией рабочих поверхностей. При этом [σсм]=15… 20 МПа 7

ДМи. ОК Муфты Подвижные муфты. Передача движения между валами со смещенными или перекошенными осями связана со скольжением в направляющих. Промежуточное плавающее тело (кольцо) описывает своим центром окружность диаметром, равным радиальному смещению осей е, и совершает два оборота за один оборот вала, что из за больших центробежных сил ограничивает частоту вращения муфт. Муфты для валов с диаметрами 16. . . 150 мм и наибольшими моментами 16. . . 16 000 Н · м стандартизованы (ГОСТ 20720— 81*). Допустимые радиальные смещения валов до 0, 04 диаметра вала, углы до 30'. Допустимые частоты вращения для муфт диаметром D до 240 мм – 250 об/мин. Муфты вследствие сил трения и отставания промежуточного тела от его теоретического положения передают на валы значительные радиальные силы и работают со значительным износом. Поэтому их по указанию Госгортехнадзора не устанавливают на кранах. Рекомендуют применять, добавляя не реже одного раза в смену, пластичные смазочные материалы с противозадирными присадками. Критерием работоспособности крестовых муфт является износостойкость рабочих граней. Давление по длине граней распределяется неравномерно. Обычно его принимают пропорциональным деформации смятия, т. е. по треугольной эпюре. При отсутствии зазора в направляющих давления (рис. а) распределяются аналогично напряжениям изгиба. Обычно из за посадочных зазоров (рис. б) или из за отверстий в дисках давление распространяется не на всю, а на часть общей длины. 8

ДМи. ОК Муфты Подвижные муфты. В основе такой муфты используется шарнир Гука. Он представляет собой две лежащие во взаимно перпендикулярных плоскостях вилки, которые шарнирно соединены крестовиной. Опоры крестовины являются наиболее ответственным элементом муфты, поскольку имеют ограниченные габариты и передают большие нагрузки. Муфта допускает угол перекоса осей до 45°, причем в процессе работы он может меняться. Муфты с двумя такими шарнирами образуют так называемый “карданный вал” ( вал Кардана). У карданного вала имеется особенность: при равномерном вращении ведущего вала ведомый вращается неравномерно, и степень пульсации тем больше, чем выше перекос осей. Только при параллельном расположении ведущего и ведомого валов их вращение будет равномерным. Шарнирные муфты (шарниры Гука) предназначены для передачи крутящего момента между валами с взаимным наклоном осей до 40. . . 45°, причем угол наклона осей может меняться. Вращение под такими большими углами может передаваться потому, что муфта имеет два шарнира с двумя взаимно перпендикулярными осями. Спаривая две муфты, можно удвоить предельный угол между ведущим и ведомым валами или передавать движение между параллельными, но смещенными валами ( карданова передача). Применяя телескопический промежуточный вал, т. е. вал с изменяющейся длиной, можно изменять смещение валов во время работы. 9

ДМи. ОК Муфты Подвижные муфты. Шарнирные муфты применяют при необходимости: а) компенсации неточностей взаимногоположения узлов из за погрешностей сборки, деформирования основания, деформирования рессор (в транспортных и других машинах); б) передачи вращения переставным валам (шпинделям многошпиндельных сверлильных станков, валкам прокатных станов и т. д. ); в) передачи вращения закономерно перемещающимся во время работы узлам (консолям фрезерных станков и т. д. ). Ниже в основном рассматриваем имеющие доминирующее распространение асинхронные шарнирные муфты, которые вызывают слабо неравномерное вращение ведомого вала (при взаимном угле наклона валов, отличном от нуля). Шарнирные муфты применяют для передачи крутящих моментов от 10 до 3· 106 Н·м. Шарнирные полумуфты выполняют в виде вилок, повернутых одна относительно другой на 90° и соединенных шарнирами с промежуточным телом. По габаритам и допускаемым моментам шарнирные муфты можно разделить на: а) малогабаритные, которые передают небольшие моменты и у которых промежуточные тела имеют форму параллелепипедов и шарниры размещены в габаритах ступиц полумуфт; б) крупногабаритные, которые предназначены для передачи средних и больших моментов, промежуточные тела которых имеют форму крестовины, а шарниры значительно выходят за габариты ступиц и полумуфт. 10

ДМи. ОК Муфты Подвижные муфты. Малогабаритные шарнирные муфты стандартизованы (ГОСТ 5147 – 80*) в диапазоне диаметров валов 8. . . 40 мм и соответственно в диапазоне моментов 11, 2. . . 1120 Н · м. Шарниры скольжения образуется с помощью вставных осей, одна из которых длинная, а вторая состоит из двух коротких втулок, стянутых стержнем, расклепанным по концам. Конструкция весьма технологична. Габаритные размеры D=(1, 5. . . 1, 6)d; L=(4. . . 5)d. Муфта с промежуточным телом в виде крестовины (для моментов от 1000 Н ∙ м). Возможность сборки обеспечивается закладными вкладышами (позволяющими вставить крестовину в перекошенном состоянии) или разъемными подшипниками. Основное применение имеют муфты с шарнирами качения в виде игольчатых подшипников. Трущиеся детали изготовляют из стали с последующей закалкой до твердости рабочих поверхностей (58. . . 64) HRC. Обычно применяют легированные хромистые и хромоникелевые стали, а для муфт малых размеров – также подшипниковые стали типа ШХ 15. 11

ДМи. ОК Муфты Подвижные муфты. Ведомый вал одинарной шарнирной муфты, если он не соосен с ведущим, вращается неравномерно при равномерном вращении ведущего вала. Соотношение между угловыми скоростями ведомого и ведущего сем валов (т. е. мгновенное передаточное отношение) где γ — острый угол между осями валов; α — переменный угол поворота ведущего вала от некоторого исходного положения. Угол периодического отставания и опережения ведомого вала от номинальных положений, соответствующих равномерному вращению, довольно значителен и при γ = 45° доходит до 10°. Переменное мгновенное передаточное отношение шарнирной муфты вызывает дополнительные динамические нагрузки. Синхронное вращение ведомого вала с ведущим можно обеспечить путем постановки двух шарнирных муфт так, чтобы вторая муфта компенсировала неравномерность вращения, создаваемую первой. Для этого необходимо выдержать следующие условия: а) оси ведущего и ведомого валов должны составлять одинаковые углы с промежуточным валом (это условие удовлетворяется автоматически, если ведущий и ведомый валы параллельны); б) вилки на обоих концах промежуточного вала должны быть установлены в одной плоскости. 12

ДМи. ОК Муфты Подвижные муфты. При необходимости строго равномерного вращения ведомого вала применяют синхронные шарнирные муфты. На конце одного вала находится чашка со сферической полостью. На конце второго вала установлен шар. На сферической полости чашки и на шаре выполнены канавки постоянной глубины одна против другой. В каждой паре канавок помещен один шар. Шары держатся сепаратором в общей плоскости, проходящей через центр сферы, и вместе с канавками образуют шарниры. Специальным рычагом, связанным с соединяемыми валами, сепаратор автоматически поворачивается так, чтобы шары располагались в плоскости биссектрисы угла между валами. При этом обеспечивается синхронное вращение ведущего и ведомого валов. Шарнирные муфты рассчитывают по напряжениям смятия в шарнирах и на прочность вилок и крестовины. Наибольшие допускаемые давления в шарнирах скольжения для закаленных до высокой твердости стальных поверхностей назначают до 40 МПа. 13

ДМи. ОК Муфты Упругие муфты. Дополнительным назначением упругих муфт является снижение, динамической (ударной) нагрузки и предотвращение опасных колебаний. Кроме того, упругие муфты допускают некоторую компенсацию неточностей взаимного положения валов. Упругие муфты особенно эффективны в реверсивных приводах с зазорами. Известны случаи многократного повышения ресурса механизмов, подверженных динамическим нагрузкам, при использовании упругих муфт. Упругая муфта состоит из двух полумуфт и упругих элементов, которые могут быть металлическими (стальные пружины) или неметаллическими (обычно из резины или полиуретана). При динамических нагрузках упругие муфты аккумулируют и частично рассеивают энергию. С помощью упругих муфт можно предотвратить возможность появления резонансных колебаний. Упругие муфты в дополнение к рассмотренным выше общим характеристикам муфт характеризуются: а) податливостью; б) демпфирующей способностью. Муфты бывают постоянной и переменной жесткости. Первые имеют линейную характеристику (зависимость угла закручивания от вращающего момента – 14 линейная), а вторые – нелинейную.

ДМи. ОК Муфты Упругие муфты. Под жесткостью муфт с линейной характеристикой понимают отношение момента к углу закручивания муфты С= T /φ. Жесткость муфт с нелинейной характеристикой C = d. T /( dφ ) является функцией угла закручивания. Жесткость при колебаниях может несколько отличаться от статической, обычно при неметаллических упругих элементах она больше статической. Под демпфирующей способностью муфты понимают ее способность рассеивать, т. е. превращать в тепло, энергию при деформировании. Энергия в муфтах рассеивается за счет внешнего трения на поверхности упругих элементов и внутреннего трения в их материале. В муфтах со стальными пружинами решающее значение имеет внешнее трение, в муфтах с неметаллическими упругими элементами превалирует внутреннее трение. Наиболее удобно характеризовать демпфирующие свойства относительным рассеянием энергии, которое равно энергии, рассеиваемой за цикл колебаний (выражается площадью петли гистерезиса), отнесенной к наибольшей энергии деформации. Т. е. демпфирующая способность муфт способствует снижению динамических нагрузок и затуханию колебаний. 15

ДМи. ОК Муфты Упругие муфты. Эластомеры (резина, полиуретан) обладают в качестве упругих элементов муфт следующими существенными достоинствами: а) способностью аккумулировать большее количество энергии на единицу массы, чем пружинная сталь, до 10 раз; б) значительной демпфирующей способностью; относительное рассеяние энергии в резине достигает 0, 1. . . 0, 3, в муфтах с резиновыми упругими элементами 0. 3. . . 0. 8; в) электроизолирующей способностью. Муфты с упругими элементами из эластомеров технологичнее, чем со стальными. Зато ресурс неметаллических упругих элементов меньше, чем стальных. Резина вследствие структурных изменений, ускоряемых внешними воздействиями, постепенно меняет свои упругие свойства. Муфты с неметаллическими упругими элементами являются основными для средних и малых моментов. Неметаллические упругие элементы выполняют однородными резиновыми (или полиуретановыми), резиноволокнистыми с короткими волокнами и резинокордными. Резиновые элементы обладают повышенной податливостью, но меньшей несущей способностью, применяются при меньших моментах. Хорошо работают на сжатие. 16

ДМи. ОК Муфты Упругие муфты. Муфты выполняют: с несколькими отдельными упругими элементами, работающими на сжатие (рис. а, б), на сдвиг (рис. в), на изгиб (рис. г); с общим упругим элементом в виде звездочки (рис. д), креста (рис. е) или диска (рис. ж, з), испытывающими сложное напряженное состояние или испытывающими кручение (рис. и); с упругим элементом в виде оболочки (рис. к, л, м), работающей на кручение или крутильный сдвиг, или лепестков. 17

ДМи. ОК Муфты Упругие муфты. Втулочно пальцевые муфты МУВП. В этих муфтах момент передается через пальцы и сидящие на них упругие элементы в форме гофрированных втулок. Упругие элементы подвергаются неравномерному сжатию. Форма их обеспечивает повышение податливости и некоторое выравнивание напряжений. Пальцы закреплены своими коническими хвостами в одной полумуфте и входят в цилиндрические отверстия другой полумуфты. Число пальцев в зависимости от размера муфты 4. . . 10. Габаритные размеры: D=(3, 5. . . 4)d; L=(3, 5. . . 4)d. Муфты стандартизованы (ГОСТ 21424— 75*) в диапазоне диаметров валов 10. . . 160 мм и моментов 63. . . 16000 Н∙м. Муфты рассчитаны на напряжение кручения на валу наибольшего диаметра 20. . . 25 МПа. Материал полумуфт – чугун СЧ 20, сталь 30 или 35 Л. Материал пальцев по прочности не ниже, чем сталь 45. Материал колец – резина с временным сопротивлением при растяжении не менее 8 МПа. Частоту вращения муфты ограничивают окружной скоростью 30 м/с. Муфты допускают осевые смещения в пределах осевого монтажного зазора, изменяющегося в пределах 1. . . 5 мм, а радиальные не более 0, 1 мм на каждые 100 мм диаметра муфты. Радиальные и угловые смещения валов существенно снижают срок службы упругих элементов и повышают нагрузки на валы и опоры. Для удобства монтажа радиальные смеще ниявалов должны быть меньше радиальных зазоров между упругими элементами и отверстиями в полумуфтах. Углы перекоса валов должны быть не больше 1°. 18

ДМи. ОК Муфты Упругие муфты. Расчет муфты ведут по прочности пальцев на изгиб, а резину – по напряжениям смятия на поверхности соприкасания втулок с пальцами z – число пальцев. Рекомендуют принимать [σсм ]= 1. 8… 2 МПа. 19

ДМи. ОК Муфты Упругие муфты. Муфты с резиновой звездочкой. Муфты состоят из двух полумуфт фланцевого типа с тремя, четырьмя или более торцовыми кулачками каждая. Кулачки входят в соответствующие впадины в промежуточном теле – звездочке, которая служит упругим элементом и выполняется из резины. Зубья звездочки работают на сжатие, им целесообразно придавать выпуклую форму. Компенсационные свойства муфт ограничены: γ <1. Допускаемые давления от 2 МПа при n =1750 об/мин, до 7 МПа при n =100 об/мин. Муфта имеет малые габариты: D =2, 5 d ; L =(4. . . 4, 5) d. ГОСТ 14084— 76 предусматривает муфты для диаметров валов d=6. . . 48 мм и моментов 2, 5. . . 400 Н∙м. Работоспособность резиновой звездочки определяется напряжения смятия z – число зубьев звездочки. 20

ДМи. ОК Муфты Упругие муфты. Муфты с резиновой звездочкой. Муфты с крестообразной резиновой звездочкой Джумабак (рис. е), а также пальцевые с упругими дисками, имеют большой, активно работающий объем резины и поэтому обладают большой энергоемкостью. В муфте, показанной на рис. з с упругим элементом в виде армированного резинового кольца, которое скрепляется с полумуфтами болтами через один постоянно работает весь объем упругого элемента. Муфту успешно применяют в автомобилях. Муфты с коническим диском, работающим на кручение (рис. 21. 18), выполняют в виде двух одинаковых фланцевых полумуфт с коническими рабочими поверхностями, к которым приклеивают резиновый диск или кольцо. Это обеспечивает равномерное распределение касательных напряжений по всему объему упругого элемента, а следовательно, максимальную энергоемкость муфт. Муфта имеет сравнительно малые габариты. Недостатками являются необходимость осевого перемещения одного из валов при монтаже и ограниченная способность компенсирования несоосности валов. Известны муфты этого типа, передающие вращающие моменты до 16∙ 106 Н∙м. 21

ДМи. ОК Муфты Упругие муфты. Муфты с упругим элементом в виде оболочки. Муфта с упругой торообразной оболочкой состоит из двух полумуфт, упругой оболочки и фланцев, зажимающих оболочку. Оболочка, как правило, армирована кордом. Муфта может рассматриваться как упругий шарнир Гука. В соответствии с ГОСТ 20884— 82* оболочка выполняется неразрезной, а фланцы, для возможности монтажа делаются из двух половин. Стандарт охватывает диапазон диаметров валов 14. . . 200 мм и моментов 20. . . 25 000 Н∙м. Достоинствами муфты являются: способность компенсировать значительные неточности монтажа валов; легкость монтажа, демонтажа и замены упругого элемента. Предельно допустимые смещения осей валов в зависимости от размера муфты: радиальные 1. . . 5 мм, осевые 2. . . 6 мм, угловые 1, 5. . . 2°. Возможно выполнение муфт для максимальных углов закручивания 5. . . 30°. При больших частотах вращения крупные муфты под действием центробежных сил на оболочке создают большие дополнительные осевые нагрузки на подшипники. Поэтому их устанавливают с предварительно сжатой оболочкой. Расчет муфт с упругим элементом ведут по напряжениям сдвига По экспериментальным данным [τ]=0. 4 МПа 22

ДМи. ОК Муфты Упругие муфты. Муфты с упругим элементом в виде оболочки. Муфта с торообразной оболочкой по ГОСТ 20884— 82* вогнутого профиля имеет свойства, близкие к свойствам муфты с выпуклым, профилем оболочки, но она меньше по диаметру и подвержена меньшим центробежным силам, а. следовательно, создает меньшие в 2. . . 3 раза осевые силы на валы. Муфта с упругими элементами в виде дисков с кольцевыми гофрами для понижения радиальной жесткости (рис. л) по конструкции аналогична предыдущей, но обладает более высокой жесткостью и при одинаковых габаритах допускает передачу больших моментов. Максимальный угол закручивания в зависимости от размеров муфты 10. . . 15°. Допускаемые смещения валов в зависимости от размера муфты: радиальные 2. . . 6 мм, осевые 4. . . 8 мм, угловые 3. . . 40. Муфты выпускают для моментов до 85000 Н∙м. 23

ДМи. ОК Муфты Упругие муфты. Развитие упругих муфт подчинено требованиям малых габаритов и повышенной энергоемкости, т. е. способности аккумулировать значительное количество энергии. Для этого стремятся: а) выбирать упругие элементы с равномерным напряженным состоянием, так как энергоемкость пропорциональна квадрату напряжения; б) увеличивать долю объема упругих элементов в объеме муфты; в) обеспечивать возможность упругим элементам свободно деформироваться в поперечном направлении; в противном случае они оказываются не деформируемыми, так как у резины коэффициент Пуассона около 0, 5; следует иметь в виду, что жесткость (модуль упругости) резины резко возрастает с ростом скорости деформирования, т. е. в работе при ударной нагрузке и при колебаниях больше, чем в статике (до двух раз); жесткость, а также демпфирование колебаний резины растет при низких температурах; г) применять упругие элементы, работающие на кручение и сдвиг, так как энергоемкость резиновых элементов, работающих на сдвиг, выше, чем работающих на сжатие. 24

ДМи. ОК Муфты Упругие муфты. Муфты с металлическими упругими элементами. Эти муфты характеризуются большим сроком службы упругих элементов, чем муфты с неметаллическими упругими элементами. Зато они дороже. Основная область их применения — передача больших вращающих моментов. Основные типы металлических упругих элементов муфт: а — витые цилиндрические пружины; б — стержни, пластины или пакеты пластин, расположенные по образующей или по радиусу муфты; в — пакеты разрезных гильзовых пружин; г — змеевидные пластинчатые пружины. Эти элементы работают на кручение (рис. а) или на изгиб (рис. б, в, г). 25

ДМи. ОК Муфты Упругие муфты. Муфта с цилиндрическими пружинами состоит из обода 1 с ребром 2 и ступицы 4 с дисками 3. Ребро обода размещается между дисками так, что возможен относительный поворот этих деталей. Ребро и диски имеют одинаковые фасонные вырезы, в которые закладывают пружины 5 с ограничителями 6. С торцов муфту закрывают дисками 7, которые прикрепляют к ступице или ободу для предохранения пружины и ограничителей от выпадения и загрязнения В разгруженной муфте (рис. а) каждый из ограничителей соприкасается своей цилиндрической поверхностью и с дисками, и ребром, а пружины предварительно сжаты. Под нагрузкой (рис. б) ребро перемещается между дисками, а пружины дополнительно сжимаются. При этом один из ограничителей соприкасается только с ребром, а другой — только с дисками. Такие муфты целесообразно применять как упругие звенья в системе соединения валов с зубчатыми колесами или цепными звездочками. В этом случае обод является зубчатым венцом, а муфта как бы встраивается в конструкцию зубчатого колеса. Для уменьшения износа деталей необходимо предусматривать смазку трущихся поверхностей муфты. Расчет пружинной муфты ведут из условия прочности пружины на кручение 26

ДМи. ОК Муфты Упругие муфты. Муфта зубчато-пружинная или муфта со змеевидными пружинами Они состоят из двух полумуфт с зубьями специальной формы, которые обвиты зигзагообразной ленточной пружиной. Передаваемая нагрузка распределяется между большим числом витков пружины, что позволяет выполнять муфты небольших габаритов при достаточной податливости. Рабочие поверхности зубьев очерчивают дугами окружностей, проведенными из центров, которые обычно располагают в плоскости внешних торцов зубьев. При возрастании передаваемого муфтой момента пружина облегчает зубья и точки контакта пружины с зубьями двух полумуфт сближаются. Благодаря этому жесткость и несущая способность муфты возрастают. Муфта является наиболее совершенной среди муфт с металлическим упругим элементом. В стационарных машинах при отсутствии опасности колебаний применяют муфту постоянной жёсткости с простой формой зубьев (рис. в). 27

ДМи. ОК Муфты Упругие муфты. Муфта зубчато-пружинная или муфта со змеевидными пружинами Муфту надо конструировать так, чтобы при максимальной рабочей нагрузке зубья не работали кромками. Пружина является наиболее ответственным элементом муфты. Ее выполняют из пружинной стали с пределом прочности σв=1700 МПа. В больших муфтах применяют пружины, устанавливаемые в два три ряда по высоте зубьев. Число зубьев выбирают обычно в пределах 50. . . 100, у самых больших муфт прокатных станов — до 250. Зубья и пружина заключены в кожух, заполненный смазочным материалом. Габаритные размеры муфты: D=(3. . . 3, 5)d; L= (2, 5. . . 3)d. Муфты могут компенсировать некоторые неточности монтажа в пределах, зависящих от размеров муфты: осевые смещения валов до 4. . . 20 мм, радиальные до 0, 5. . . 3 мм, угловые до 1° 15'. Максимальный угол закручивания 1. . . 1, 2°. Муфты допускают соединение при сборке без осевого смещения. Относительное рассеяние энергии в муфтах достигает 0, 5. . . 0, 6. Основная область применения — тяжелое машиностроение, в частности прокатные станы, паровые турбины и т. д. 28

ДМи. ОК Муфты Сцепные механические управляемые муфты. Эти муфты предназначены для соединения или разъединения валов при их вращении или в покое. Сцепные механические муфты разделяют на: а) кулачковые или зубчатые; б) фрикционные. Для передачи значительных крутящих моментов в условиях стесненных габаритов при нечастых включениях и необязательной плавности включения применяют кулачковые или зубчатые муфты. Кроме того, эти муфты применяют при необходимости осуществления жесткой кинематической связи или включения в строго определенном положении (коробки переключения скоростей). Для плавного соединения и разъединения валов при их вращении в широком диапазоне скоростей и моментов применяют фрикционные муфты. 29

ДМи. ОК Муфты Сцепные механические управляемые муфты. Кулачковые сцепные муфты. На торцах полумуфт 1 и 2 имеются выступы (кулачки) 3. В рабочем положении выступы одной полумуфты входят во впадины другой. Для включения и выключения муфты одну из полумуфт 2 устанавливают на валу подвижно в осевом направлении. Подвижную полумуфту перемещают с помощью специального устройства – отводки. Вилку отводки располагают в пазу 4. На чертеже штриховой линией показано выключенное положение полумуфты 2. Кольцо 5 служит для центровки валов. Несоосность валов резко снижает работоспособность кулачковых муфт. 30

ДМи. ОК Муфты Сцепные механические управляемые муфты. Кулачковые сцепные муфты. Распространенные формы кулачков (сечение цилиндрической поверхностью): прямоугольный профиль (рис. а) требует точного взаимного расположения полумуфт в момент включения. Кроме того, в таких муфтах неизбежны технологические боковые зазоры и связанные с этим удары при изменении направления вращения. Зазоры увеличиваются при износе кулачков. трапецеидальный профиль (рис. б , в) не требует точного взаимного расположения полумуфт в момент включения, а боковые зазоры компенсируются изменением глубины посадки кулачков. Симметричные профили кулачков (рис. б ) – реверсивные, несимметричные (рис. в ) – нереверсивные. В муфтах с трапецеидальными кулачками возникают осевые силы Fa (рис. б ), которые стремятся раздвинуть полумуфты и затрудняют включение; в этом отношении муфты с прямоугольными кулачками обладают преимуществом. Значение угла α трапецеидального профиля выбирают таким (обычно 2. . . 5°), чтобы обеспечивалось самоторможение или не требовалось большого постоянного усилия на отводке. 31

ДМи. ОК Муфты Сцепные механические управляемые муфты. Кулачковые сцепные муфты. Включение кулачковых муфт при относительном вращении валов всегда сопровождается ударами, которые могут вызвать разрушение кулачков. Поэтому такие муфты не рекомендуют применять для включения механизма под нагрузкой и при больших скоростях относительного вращения (υ<1 м/с). Работоспособность кулачковых муфт определяется в основном износом кулачков, который зависит от напряжений смятия на поверхности соприкасания. Эти напряжения рассчитывают приближенно в предположении, что нагрузка распределяется равномерно между всеми кулачками: где z — число кулачков полумуфты. Для уменьшения износа поверхность кулачков должна быть твердой. Этого достигают с помощью объемной закалки или цементации. Применение цементации предпочтительней, так как при этом сохраняется вязкость сердцевины, что повышает сопротивление кулачка хрупким разрушениям от ударов. Муфты с цементированными кулачками изготовляют из сталей 15 Х, 20 Х, с объемной закалкой – из сталей 40 Х, ЗОХН и т. п. При этом допускают: [σсм]= 90. . . ]20 МПа — включение без относительного вращения; [σсм]= 5 О. . . 7 О МПа — включение на тихом ходу; [σсм]= 35. . . 45 МПа — включение на повышенных скоростях. 32

ДМи. ОК Муфты Сцепные механические управляемые муфты. Зубчатые сцепные муфты. По устройству и методике расчета эта муфта подобна зубчатой компенсирующей муфте с той разницей, что здесь обойма 2 изготовляется подвижной и управляется с помощью отводки. На рисунке обойма расположена в положении «Включено» . Диски 1 и 3 являются ограничителями, а втулка 4 центрирует валы и одновременно выполняет функцию подшипника при их относительном вращении (когда муфта выключена). Применяют также зубчатые муфты без обоймы 2, у которых одна полумуфта имеет внутренние, а другая — внешние зубья. 33

ДМи. ОК Муфты Сцепные механические управляемые муфты. Зубчатые сцепные муфты. Допускаемые напряжения смятия при расчетах прочности зубьев принимают такими же, как и для кулачковых муфт. Преимущества зубчатой муфты по сравнению с кулачковой— возможность изготовления на широко распространенном зуборезном оборудовании. При этом получают более высокую точность. Чаще всего кулачковые и зубчатые сцепные муфты располагают на одном валу и используют для переключения скоростей. 34

ДМи. ОК Муфты Сцепные механические управляемые муфты. Зубчатые сцепные муфты. Для устранения ударов при включении в зубчатых муфтах широко применяют синхронизаторы (например, в коробках скоростей автомобилей). Синхронизаторы выравнивают скорости валов перед их соединением. Принцип работы синхронизатора. Конструкция зубчатой муфты, предназначенной для переключения скоростей в коробке передач, здесь дополнена двусторонней конической фрикционной муфтой 1, которая и является синхронизатором. При перемещении обоймы 2 с внутренними зубьями вправо или влево она через шарик передает осевую силу конусной полумуфте синхронизатора и сцепляет ее с конусной полумуфтой одной из шестерен (рис. а). Проскальзывание, которое наблюдается при включении фрикционных муфт, позволяет плавно разгонять ведомые элементы. Также и здесь при включении синхронизатора происходит выравнивание угловых скоростей ведущего вала и ведомой шестерни. Дальнейшим перемещением обоймы включается зубчатая муфта (рис. 6). Разгон ведомых элементов производят, как правило, на холостом ходу. Поэтому фрикционные муфты синхронизаторов рассчитывают на передачу момента, необходимого для преодоления инерционных нагрузок, возникающих при разгоне. Эти нагрузки обычно значительно меньше рабочих. Для того чтобы скорости успели выравняться в процессе непрерывного перемещения обоймы, это перемещение следует производить медленно. 35

ДМи. ОК Муфты Сцепные механические управляемые муфты. Фрикционные сцепные муфты. При включении фрикционных муфт крутящий момент возрастает постепенно по мере увеличения силы нажатия на поверхности трения. Это позволяет соединять валы под нагрузкой и с большой разностью начальных угловых скоростей. В процессе включения муфта пробуксовывает , а разгон ведомого вала происходит плавно, без удара. Т. е. в период разгона привода, в ней имеет место скольжение. При установившемся движении скольжение отсутствует. Эпизодическое проскальзывание возможно при пиковых нагрузках. Отрегулированная на передачу предельного крутящего момента, безопасного для прочности машины, фрикционная муфта выполняет одновременно функции предохранительного устройства. Фрикционные муфты рассчитывают по номинальному моменту с допустимыми перегрузками. Муфты фрикционные, так же как и кулачковые, не допускают несоосности. 36

ДМи. ОК Муфты Сцепные механические управляемые муфты. Фрикционные сцепные муфты. Фрикционные муфты по форме рабочих поверхностей разделяют на: а) дисковые, у которых рабочими поверхностями являются плоские (боковые) поверхности дисков; б) конусные, у которых рабочие поверхности имеют коническую форму; в) цилиндрические шинно пневматические колодочные и кольцевые (с разжимными кольцами), у которых рабочие поверхности имеют цилиндрическую форму. По условиям смазки муфты разделяют на сухие и масляные, т. е. работающие со смазкой. При возможности защиты муфты от попадания масла применяют сухие муфты, требующие меньшие силы сжатия поверхностей трения. Дисковая Конусная Цилиндрическая Балон с колодками шинно пневматической муфты 37

ДМи. ОК Муфты Сцепные механические управляемые муфты. Дисковые сцепные фрикционные муфты. Простейшая дисковая муфта с одной парой поверхностей трения состоит из полумуфты 1, укрепленой на валу неподвижно, полумуфты 3 – подвижной в осевом направлении, 2 – фрикционная накладка. Для соединения валов к подвижной полумуфте прикладывают силу Fa. Момент трения Тт определяют по формуле где r ср = ( D 1 + D 2 )/4 – средний радиус рабочих поверхностей, который приближенн принимают за приведенный радиус сил трения на этих поверхностях. Чтобы ограничить условия неравномерного износа, обычно принимают D 1/D 2= 2. . . 1, 5. Для уменьшения силы Fa и габаритов муфты применяют конструкции не с одной, а со многими парами поверхностей трения — многодисковые муфты. В этих муфтах имеются две группы дисков: наружные 3 и внутренние 2. Наружные диски соединены с полумуфтой 1, а внутренние — с полумуфтой 7 с помощью подвижного шлицевого соединения. Правый крайний внутренний диск опирается на регулировочные гайки 4, на левый крайний диск действуют силы нажатия Fa от механизма управления. При этом сила нажатия передается на все поверхности трения, а момент трения определяется Многодисковая Однодисковая 38

ДМи. ОК Муфты Сцепные механические управляемые муфты. Дисковые сцепные фрикционные муфты. При этом сила нажатия передается на все поверхности трения, а момент трения определяется где z – число пар трущихся поверхностей; z=n-1, n – число дисков. Таким образом, применение многодисковых муфт позволяет увеличить передаваемый крутящий момент в z раз по сравнению с двухдисковой муфтой, сохраняя при этом силу нажатия Fa и диаметры дисков. Однодисковая Многодисковая (n=9) (n=2) 39

ДМи. ОК Муфты Цилиндрические шинно пневматические фрикционные муфты. В цилиндрических шинно пневматических муфтах трение создается между колодками резинового баллона, связанного с одной полумуфтой, и цилиндрическим ободом второй полумуфты (барабана). Для включения муфт в камеру баллона подается воздух под давлением, баллон расширяется, и колодки равномерно прижимаются к барабану. Баллон, показанный на рис. 21. 32, пере даетокружную силу, поэтому он выполняется многослойным и состоит из: а. ) внутренней, удерживающей воздух эластичной резиновой камеры; б) несущей многослойной накладки из прочной про резиненной ткани (корда); в) внешнего протектора из резины. Колодки связаны с баллоном с помощью гладких шпилек. Баллон теплоизолирован от колодок пароиитовой прокладкой. Колодки покрыты (обклеены) фрикционными накладками, выполняемыми обычно из асботканевой ленты, пропитанной фенолоальдегидной смолой Для шинно пневматических муфт характерны следующие достоинства: а) удобство управления; б) возможность регулирования предельного момента и скорости включения; муфта может служить надежным предохранительным звеном; в) компенсация осевых, радиальных и угловых смещений валов; г) самокомпенсация износа и отсутствие необходимости периодического регулирования; д) шумопоглощение, смягчение толчков и гашение крутильных колебаний. К недостаткам этих муфт относят: значительную стоимость баллона, старение резины, чувствительность муфты к попаданию на резину масла, щелочей и кислот. Муфты хорошо работают в интервале температур — 20. . . + 50 °С. Шинно пневматические муфты применя ют в основном в тяжелом машиностроении: в буровых лебедках, в приводах от судового двигателя к гребному винту, в экскаваторах и других машинах. Наряду с описанными обжимными муфтами, имеющими основное распространение, применяют также разжимные и осевые муфты. 40 Расчет шинно пневматических муфт состоит из расчета фрикционной части и расчета нажимного устройства — пневматического баллона.

ДМи. ОК Муфты Сцепные механические управляемые муфты. Критерии работоспособности фрикционных муфт, материалы, рекомендуемые значения [p] и f. Работоспособность фрикционных муфт определяется в основном износом трущихся поверхностей. Интенсивность износа зависит от удельной мощности трения (работа сил трения на единице площади за одну секунду): где υs —средняя скорость скольжения. В управляемых муфтах скольжение происходит во время включения, т. е. износ зависит и от числа переключений в час. Большое влияние на работоспособность муфты оказывает ее тепловой режим. Перегрев муфт приводит к увеличению износа, а в некоторых случаях к обугливанию неметаллических накладок или к задиру металлических поверхностей. Нагрев муфт связан также со скольжением при переключениях. Количество теплоты, выделяемой при этом, пропорционально работе трения. Эта теплота нагревает детали муфты и уходит в окружающую среду. Вследствие того, что теплота выделяется интенсивно за малое время, муфты не имеют установившегося теплового режима. За этот короткий промежуток времени поверхности трения могут нагреваться до высокой температуры, в то время как средняя температура муфты в целом остается низкой. Отсутствие установившегося режима значительно усложняет тепловой расчет муфт. Поэтому чаще всего ограничиваются расчетом только по удельному давлению р на поверхностях трения. Допускаемые значения [р] устанавливают на основе опыта эксплуатации: 41

ДМи. ОК Муфты Критерии работоспособности фрикционных муфт, материалы, рекомендуемые значения [p] и f. Допускаемые значения [р] устанавливают на основе опыта эксплуатации: Данные этой таблицы справедливы при средней скорости v до 2, 5 м/с и числе переключений в час не более 100. При больших значениях вводятся поправки. Скорость определяют по среднему радиусу муфты. К материалам для трущихся деталей фрикционных муфт в соответствии с критериями работоспособности муфт предъявляют следующие основные требования: 1) высокий коэффициент трения и его стабильность, т. е. малая изменяемость при изменении скорости, давления и температуры; 2) износостойкость, включая сопротивляемость схватыванию; 3) теплостойкость, включая стойкостьпротив тепловой усталости, т. е. способность выдерживать повышенные температуры без разрушения с длительным сохранением нужных свойств материала. Наибольшее распространение на практике получили следующие комбинации материалов: закаленная 42 сталь по закаленной стали или сталь по чугуну при хорошей смазке; асбестовые или порошковые накладки по стали или чугуну без смазки.

ДМи. ОК Муфты Сцепные механические управляемые муфты. Фрикционные муфты с гидравлическим и пневматическим управлением. Эти муфты обычно выполняют дисковыми и применяют при больших передаваемых моментах и необходимости дистанционного управления. Сжатие дисков осуществляется с помощью гидравлического или пневматического цилиндра; разжатие — пружинами, маслом или воздухом, которые подают в другую полость цилиндра. Муфты выполняют также с диафрагмой вместо поршня, что позволяет уменьшить осевые габариты. 43

ДМи. ОК Муфты Сцепные механические управляемые муфты. Электромагнитные фрикционные муфты — это муфты, в которых сжатие трущихся поверхностей осуществляется встроенным в муфту электромагнитом. Большое распространение получили многодисковые муфты, имеющие малые габариты по диаметру, что весьма важно для быстроходных приводов. Основные достоинства электромагнитных фрикционных муфт: удобство дистанционного и автоматического управления, быстродействие, возможность точного регулирования передаваемого момента, отсутствие неуравновешенных сил. Муфты применяют при необходимости дистанционного, преимущественно автоматического управления. Многодисковая электромагнитная муфта (рис. а) состоит из следующих основных частей: внутренней полумуфты 1 с корпусом электромагнита, несущим катушку 2; пакета наружных и внутренних фрикционных дисков 3 , якоря 4 , наружной полумуфты (на рисунке не показана). Катушку заливают эпоксидной смолой, что позволяет муфте работать в масле. Муфта питается постоянным током, который в данном исполнении муфты подводится через контактное кольцо, соединенное с одним выводом катушки, а второй вывод соединяется на корпус. В муфте с магнитопроводящими дисками кольцевой магнитный поток пересекает диски и замыкается через якорь, притягивая якорь и диски к корпусу (рис. а). Для того чтобы магнитный поток не замыкался через диски, в них выполняют прорези по кольцевому пояску против катушки. 44

ДМи. ОК Муфты Сцепные механические управляемые муфты. Формы дисков показаны на рисунке г. Якорь состоит из двух колец — наружного и внутреннего, что обеспечивает лучшее прилегание его к дискам, если последние имеют некоторую конусность. Корпус муфты и якорь изготовляют из мягкой стали Ст. З или армко железа , диски — из марганцовистой стали 65 Г, твердость которой 40. . . 45 HRC 9. Муфты с магнитопроводящими дис камистандартизованы для передаваемых моментов от 25 до 16000 Н∙м (ГОСТ 21573— 76*). В муфте с вынесенными дисками (рис. 21. 34, б) магнитный поток не проходит через диски, но якорь, выполненный за одно целое со специальными тягами (рис. 21. 34, с), притягиваясь к корпусу, тянет за собой нажимной диск и сжимает диски. Внутренние диски выполняют с металло керамическими накладками, наружные — из стали 65 Г. В последнее время начали применять электромагнитные муфты с неподвижной катушкой (рис. в), что позволило отказаться от контактных колец и уменьшить массы вращающихся деталей. При включении муфты зазор между неподвижным магнитопроводом , несущим катушку, и подвижным сохраняется постоянным. 45

ДМи. ОК Муфты Сцепные механические управляемые муфты. Электромагнитные порошковые муфты состоят из полумуфт с зазорами, заполненными железным порошком, через который пропускается магнитный поток. Работа муфты основана на том, что железный порошок в зазоре под действием магнитного потока оказывает сопротивление сдвигу, тем большее, чем он сильнее намагничен. Наибольшие относительные перемещения частиц порошка наблюдаются в середине слоя. Слои порошка, прилегающие к намагниченным поверхностям, не перемещаются относительно этих поверхностей и их не изнашивают. Порошковые муфты обладают основными достоинствами, присущими фрикционным электромагнитным муфтам. Следует особо отметить: а) исключительное быстродействие; б) возможность весьма точного управления передаваемым моментом; в) малую зависимость момента от скорости скольжения; г) высокую износостойкость рабочих поверхностей и способность при достаточном охлаждении длительного скольжения. В муфте работает весь объем порошка, а не только поверхность. Они передают значительно большие моменты, чем индукционные муфты тех же габаритных размеров. К недостаткам их следует отнести: «старение» и необходимость периодической замены рабочей смеси (железный порошок в масле), трудности создания уплотнений, а также их изнашивание. Основные части муфты: а) сердечник, представляющий собой одну полумуфту; б) катушка; в) вторая полумуфта — кольцо. Между сердечником и кольцом образуется кольцевой зазор, заполняемый суспензией железного порошка в масле. Сердечник выполнен разъемным для удобной сборки муфты и смены катушек. На верхней части рисунка (над осью) показано исполнение муфты, в котором для уменьшения рассеяния магнитного потока предусмотрена магнитная изоляция шестерни в виде диска из немагнитного материала; правая стенка этой муфты выполнена также из немагнитного материала. В исполнении, показанном на нижней части на рисунке, зазоры между сердечником и шестерней, сердечником 46 и стенкой второй полумуфты увеличены, что уменьшает рассеяние магнитного потока.

ДМи. ОК Муфты Сцепные механические управляемые муфты. Самодействующие (самоуправляющиеся) муфты автоматически срабатывают в определенных условиях. Применяют муфты самоуправляющиеся: а) по моменту – предохранительные; б) по направлению движения – обгонные или свободного хода; в) по скорости – центробежные; г) по пути – однооборотные и др. Предохранительные (перегрузочные) муфты. Перегрузки могут быть вызваны рабочим процессом машины – орудия или, реже, механизмами. Рабочий процесс отдельных групп машин – дробильных, землеройных, почвообрабатывающих, для обработки металлов давлением и др. – связан с систематическими перегрузками. В машинах неударного действия, обрабатывающих однородные заготовки, например в металлорежущих станках, перегрузки могут вызываться завышенными режимами обработки, затуплением или поломкой инструмента и т. д. Перегрузки, связанные с работой механизмов, могут вызываться прекращением подачи смазочного материала, заеданиями и т. д. По характеру действия перегрузки могут быть постепенно нарастающими (например, при затуплении инструмента) или ударными. 47

ДМи. ОК Муфты Сцепные механические управляемые муфты. Функции предохранительного звена могут выполняться, помимо специальных предохранительных муфт, другими элементами привода, допускающими проскальзывание: сцепными фрикционными муфтами, гидро и пневмоприводом. Так, в гидроприводах перегрузки предотвращаются предохранительными клапанами. В пневмоприводах сколько нибудь значительные перегрузки невозможны вследствие упругости рабочей среды – воздуха. Предохранительные муфты или другие предохранительные звенья необходимо устанавливать: а) в машинах ударного действия, так как силу удара трудно точно регламентировать и эти машины обычно имеют маховики; б) в машинах, обрабатывающих неоднородную среду, в которой возможны твердые включения (землеройные, почвообрабатывающие, дробильные и аналогичные машины); в) в автоматических машинах и устройствах в связи с отсутствием непрерывного наблюдения за их работой; г) в ответвляющихся кинематических цепях машин, передающих небольшую часть мощности приводного двигателя (например, в приводах подачи металлорежущих станков). При опасности перегрузок ударного действия предохранительные муфты ставят, когда применение упругих муфт недостаточно. 48

ДМи. ОК Муфты Механические управляемые муфты. По принципу работы механические предохранительные муфты разделяют на: а) муфты с разрушающимся элементом; б) пружинно кулачковые; в) фрикционные. После срабатывания предохранительной муфты соединение должно быть восстановлено. По способу восстановления соединения предохранительные муфты разделяют на: а) муфты с неавтоматическим восстановлением соединения – размыкающие цепь и прекращающие поток энергии; б) муфты с автоматическим восстановлением соединения после поворота на один или несколько угловых шагов кулачков (зубьев); в) муфты с автоматическим восстановлением соединения без прекращения передачи момента при проскальзывании (фрикционные муфты). При расчете предохранительных муфт во избежание случайных выключений за расчетный принимают момент где Тmax – максимальный передаваемый момент при нормальной работе машины. 49

ДМи. ОК Муфты Предохранительные муфты с разрушающимся элементом. Муфты этого типа применяют при редких перегрузках. Благодаря малым габаритам они могут быть приближены к источникам перегрузки. Недостатком этих муфт является необходимость замены разрушающихся элементов. Из муфт этого типа в основном применяют муфты со срезными штифтами. Штифты обычно выполняют из среднеуглеродистой улучшенной стали. Их снабжают кольцевой канавкой в месте разрушения, которая повышает точность срабатывания, а также уменьшает опасность повреждения деталей муфты. Штифты устанавливают во втулки, закаленные до высокой твердости, во избежание их повреждений при срезании штифтов. Штифты должны быть расположены в удобном для замены месте. Чаще применяют муфты с осевым, реже с радиальным расположением штифтов. Выполняют муфты с одним штифтом и с несколькими штифтами. Муфты с одним штифтом, если трение при проскальзывании муфты невелико, имеют более высокую точность срабатывания, но в муфтах с несколькими штифтами взаимно компенсируются поперечные нагрузки, передаваемые на валы. Расчетный разрушающий момент откуда диаметр штифта где z – число штифтов; R – радиус окружности расположения сечений среза штифтов; k – коэффициент неравномерности распределения (при z = 1 – k= 1 , при z =2. . . 3 – k =1. 2. . . 1. 3 ); τ В ср – предел прочности штифта на срез (τВ ср=сσВ). 50 По опытным данным: для гладких штифтов c=0. 7. . . 0. 8; для штифтов с шейкой c=0. 9. . . 1.

ДМи. ОК Муфты Фрикционные предохранительные муфты применяют при частых кратковременных перегрузках, главным образом при перегрузках ударного действия. По конструкции они аналогичны сцепным фрикционным муфтам. Отличие заключается в отсутствии механизма управления и в постоянном сжатии фрикционных тел пружинами. Кроме того, в предохранительных муфтах в связи с их кратковременным проскальзыванием можно допускать более высокие давления, если эти муфты не рассчитывают на длительные перегрузки. Основное применение имеют многодисковые муфты. Конусные муфты применяют только при малых моментах (в связи с простотой конструкции). В зависимости от места расположения предохранительные муфты выполняют работающими без смазочного материала (всухую) или в масле. Предпочтительнее сухие муфты с фрикционными телами из разнородных, несхватывающихся материалов, например стали по фрикционному материалу на асбестовой основе. В этих муфтах коэффициент трения более стабилен, чем в смазываемых муфтах, в которых возможно загустевание смазочного материала и слипание трущихся поверхностей. 51

ДМи. ОК Муфты В муфтах, работающих в масле, нужно обеспечивать однородные совершенные условия смазки. Пружины предохранительных муфт должны регулироваться. Фрикционные предохранительные муфты при срабатывании поглощают энергию, преобразуя ее в тепловую. При срабатывании они продолжают передавать момент, но обычно меньший: коэффициент трения скольжения для большинства материалов меньше коэффициента трения покоя. Фрикционные предохранительные муфты с повышенной точностью срабатывания имеют специальный механизм, разжимающий диски при достижении предельного момента. Этот механизм выполнен в виде трех шариков, находящихся в канавках переменной глубины, причем через него передается половина общего момента. 52

ДМи. ОК Муфты Пружинно-кулачковые предохранительные муфты. Их широко применяют при небольших скоростях и передаваемых моментах. Они могут обеспечить достаточно высокую точность срабатывания и, следовательно, надежность (в конструктивных исполнениях с уменьшенным трением), так как упругие свойства пружин достаточно стабильны и во всяком случае значительно более стабильны, чем, например, коэффициент трения фрикционных муфт. При высоких скоростях муфты не применимы, так как подвергаются много кратным перегрузкам вследствие повторныхсамовключений. В обычном исполнении кулачковые пред охранительные муфты аналогичны сцепным кулачковым, только подвижная полумуфта поджимается к неподвижной пружиной, а рабочие поверхности кулачков выполняют с большими углами наклона к оси, а = 30. . . 45°, преимущественно а = 45°. Часто рабочие поверхности кулачков делают не плоскими, а с углом наклона, постепенно увеличивающимся к вершине. У вершины кулачки скругляют. При перегрузках муфты прощелкивают , причем сцепление автоматически восстанавливается после прекращения действия перегрузок и поворота полумуфт на целое число угловых шагов кулачков. Прощелкивание сигнализирует о перегрузках, но связано со значительным изнашиванием кулачков. 53

ДМи. ОК Муфты В пружинно-шариковых муфтах, представляющих собой разновидность пружинно кулачковых, кулачки заменены шариками, трение скольжения частично заменено трением качения и, следовательно, уменьшено изнашивание. Кроме того, пружинно шариковые муфты имеют некоторые преимущества в технологическом отношении. Поэтому они получили широкое распространение. Пружинно шариковые муфты обычно выполняют с пружинами, действующими на каждый шарик, что повышает равномерность нагрузки шариков. Фрикционные, пружинно кулачковые и пружинно шариковые муфты стандартизованы в диапазоне диаметров валов 12. . . 50 мм и моментов 2, 5. . . 250 Н ∙ м (ГОСТ 15620— 77*. . . ГОСТ 15622— 77*). Расчет пружинно кулачковых муфт сводится к расчету кулачков, который производится так же, как сцепных кулачковых муфт, и к расчету пружины. При кратковременных перегрузках силы трения на кулачках, в шлицевом или шпоночном соединении оказывают сопротивление размыканию муфты. При длительных перегрузках силы трения снимаются возникающими колебаниями. Сила сжатия пружины при полном выключении кулачков не должна существенно превышать силу в начале выключения. Расчет пружинно шариковых муфт аналогичен расчету пружинно кулачковых. Расчет кулачков заменяют расчетом шариков по формулам Герца. 54

ДМи. ОК Муфты Обгонные муфты передают момент в одном направлении и допускают свободное относительное вращение в противоположном. Поэтому их также называют муфтами свободного хода. Термин «обгонные муфты» возник в связи с тем, что муфты допускают обгон ведущего вала ведомым, если тот получает более быстрое вращение от другой кинематической цепи. Обгонные муфты изготовляют: а) зубчатыми и кулачковыми — храповыми; б) фрикционными. Зубчато храповые муфты применяют для тихоходных валов. Их выполняют с зубчато храповым колесом, имеющим обычно зубья несимметричной формы, и собачкой, западающей во впадины между зубьями. Собачка обеспечивает передачу момента в одном направлении, а при изменении знака момента отжимается нерабочими, обычно скошенными поверхностями зубьев. Достоинства зубчато храповых муфт: надежность работы и возникновение небольших по сравнению с фрикционными механизмами нормальных сил. Недостатки — невозможность включения при любом относительном положении звеньев и передача радиальных нагрузок на валы при одной собачке. Кулачковые храповые муфты представляют собой кулачковые муфты с односторонне скошенными зубьями. Скользящая полумуфта поджимается к неподвижной полумуфте пружиной; это обеспечивает передачу момента в одном направлении. При изменении направления относительного движения полумуфты подвижная полумуфта отжимается, причем кулачки выходят из зацепления. Муфты этого типа имеют ограниченное применение. Основное применение имеют фрикционные обгонные муфты с роликами. 55

ДМи. ОК Муфты Обгонные муфты. Роликовая обгонная муфта состоит из звездочки, кольцевой обоймы, роликов пружин и толкателей. Звездочка и обойма образуют сужающиеся в одном направлении полости, в которых располагают ролики. Обычно обойму выполняют с гладкой цилиндрической внутренней поверхностью, а звездочка имеет плоские срезы. Эта конструкция наиболее технологична. Муфты выполняют преимущественно с тремя роликами (мелкие размеры муфт) и с пятью роликами (крупные размеры), но в случае необходимости повышенной несущей способности при стесненных габаритах можно применять большее число роликов. Каждый из роликов отжимается пружинками в суживающуюся часть полости. Если ведущей является обойма, то муфта, изображенная на рисунке, может передавать вращение против часовой стрелки, если ведущей является звездочка, то — по часовой стрелке. При этом ролики закатываются в суживающиеся полости и заклиниваются между звездочкой и обоймой. При обратном вращении ролики выкатываются в более широкую часть полостей и муфта расцепляется. Роликовые обгонные муфты работают при частоте включений от нескольких включений в сутки до нескольких тысяч в минуту (в так называемых импульсных вариаторах). Муфты строят для моментов от самых малых до 100 000 Н∙м и выше. Муфты широко распространены в транспортных машинах — велосипедах, мотоциклах, автомобилях, вертолетах, а также в станках, в импульсных вариаторах, в приборах и т. д. Муфты нормализованы по диаметрам валов 10. . . 90 мм и моментам 2, 5. . . 800 Н∙м. Преимущества роликовых обгонных муфт: почти полное отсутствие мертвых ходов при наличии некоторой угловой податливости, важной для смягчения ударов, и почти 56 бесшумная работа.

ДМи. ОК Муфты Центробежные муфты служат для автоматического соединения (или разъединения) валов при достижении ведущим валом заданной частоты вращения. Они являются муфтами, самоуправляемыми по скорости. Центробежные муфты можно применять: для облегчения управления, например, в автомобилях, мотороллерах, при этом включение и выключение муфты происходит автоматически при регулировании скорости двигателя или значительно облегчается; для разгона механизмов и машин, имеющих значительные маховые моменты, двигателями с малыми пусковыми моментами (например, ветродвигателями, асинхронными электродвигателями); для повышения плавности пуска. Центробежные муфты представляют собой фрикционные муфты, у которых обычный механизм управления заменен специальными грузами, находящимися под действием центробежных сил и пружин. При достижении ведущим валом определенной скорости центробежные силы, действующие на грузы, преодолевают силы пружин, прижимают трущиеся поверхности друг к другу и муфта включается. Для передачи крутящего момента необходима угловая скорость, которая определяется из условия где z – число колодок; f – коэффициент трения. В диапазоне между от ω0 до ω1 муфта пробуксовывает и постепенно разгоняет 57 ведомый вал.