Общие сведения.

Муфты соединяют концы валов для передачи вращающего момента без изменения угловой скорости. В зависимости от конструктивных особенностей они могут также компенсировать погрешности расположения осей валов, демпфировать крутильные колебания, обеспечивать плавный пуск и останов механизма, предохранять механизмы от превышения расчетных величин нагрузок.

Муфты широко применяются в приводах общего машиностроения и авиационных механизмах, в силовых редукторах несущих и хвостовых винтов вертолетов, в турбонасосных агрегатах ЖРД, в кинематических цепях различных механизмов космических аппаратов и т.д. Общими требованиями, предъявляемыми к муфтам, являются повышенная надежность, минимальные габариты и масса, минимальные потери мощности.

По признаку управляемости все муфты разделяются на 4типа:

неуправляемые – не допускают рассоединения валов в процессе работы;

управляемые – позволяют принудительно соединять и рассоединять ведущий и

ведомый валы в процессе работы;

самоуправляемые – автоматически рассоединяют валы при изменении

заданного режима работы;

прочие – например, комбинированные, состоящие из неуправляемой и управляемой или самоуправляемой муфт.

Неуправляемые муфты по характеру соединения валов разделяются на:

глухие – для постоянного жесткого соединения строго соосных валов;

компенсирующие – для соединения валов с незначительными взаимными сме-

щениями и перекосами осей, вызванными погрешностями изготов-

ления и монтажа;

упругие – снижающие динамические нагрузки и способные компенсировать не-

соосность валов.

Управляемые разделяются на:

кулачковые и зубчатые – для соединения и рассоединения валов при почти

равных угловых скоростях;

фрикционные – для плавного соединения ведущего и ведомого валов при лю-

бой разности их угловых скоростей.

Самоуправляемые муфты разделяются на:

центробежные – для автоматического соединения или рассоединения валов

при заданной угловой скорости ведущего вала;

обгонные – для передачи момента только в заданном направлении и только при

равенстве угловых скоростей;

предохранительные – для предохранения деталей машин от превышения расче-

тных нагрузок.

Большинство муфт, применяемых в общем машиностроении, стандартизовано. Основной характеристикой стандартной муфты является расчетный крутящий момент

Т_р=к₁к₂Т_н , (5.7)

где Т_р и Т_н – расчетный и номинальный крутящие моменты; к₁=1,0 . . . 1,8 – коэффициент безопасности; к₂ – коэффициент режима работы: к₂ =1,0 – при равномерной нагрузке, к₂ =1,3 . . . 1,5 при ударной и переменной нагрузке.

Неуправляемые муфты. Наиболее просты конструкции глухих втулочных (рис. 1а, б) и фланцевых (рис.1в) муфт. Они допускают смещение осей валов не более 0,05 мм. Глухие муфты помимо крутящего момента передают изгибающий, а также поперечную и осевую силу. Для разгрузки муфт от изгибающего момента их располагают вблизи опор. С помощью втулочных и фланцевых муфт соединяются тихоходные валы и поворотные тяги в ЛА. Передача момента втулочной муфтой осуществляется с помощью цилиндрических или конических штифтов, шпонок или шлицев. При шпоночном или шлицевом соединении осевая фиксация осуществляется стопорными винтами. Преимуществами втулочных муфт являются простата конструкции, малые габариты и масса. Размеры муфты выбираются в зависимости от d_b: D~1,5d_b; L~3d_b; d_шт~ 0,2d_b; a~ 0,75d_b , а затем уточняется расчетом. Расчет муфты ведется по методикам расчета на прочность соответствующих соединений вала со ступицей.

Фланцевые муфты в авиационных приводах применяются в основном поперечно – свертные (рис. 1в).Плоскость стыка полумуфт 1 и 2 перпендикулярна оси вала. Полумуфты соединяются болтами 4, установленными без зазоров (под развертку – нижняя часть рисунка) или болтами 3, поставленными с зазором. Если в муфте стоят только болты 3, центровка производится либо выступом на одной полумуфте и впадиной на другой, либо закладными полукольцами 5(вариант рис.1в )

Допускаемая окружная скорость V 35 м/с.

Болты под развертку рассчитывают на срез и смятие:

; , (5.2)

где d_b , z_b , D₀ - диаметр болта, число болтов и диаметр установки болтов соответственно.

Болты, поставленные с зазором, рассчитываются по усилию затяжки, найденному из условия передачи вращающего момента силами трения на поверхности контакта фланца:

F_зат = , (5.3)

где - коэффициент запаса сцепления, f=0,15…0,2 – коэффициент трения, D_cp – средний диаметр кольцевой поверхности трения.

При взаимном смещении и перекосе осей валов применяются компенсирующие муфты. Для компенсации незначительных осевых, радиальных и угловых смещений используются кулачково – дисковая (рис.2а) и зубчатая (рис.2б) муфты.

Соединение валов с большой угловой несоосностью (30^о…45^о) осуществляются шарнирными муфтами.

Зубчатые муфты с большим числом одновременно работающих зубьев широко используются в передачах большой и средней мощности. Стандартные муфты общего назначения могут передавать крутящие моменты от 700 Нм до 10⁵ Нм при 25 м/c. Муфта состоит из 2^х полумуфт 1 и 4 с наружными зубьями эвольвентного профиля и разъемной обоймы 3 с двумя рядами внутренних зубьев, которые зацепляются с зубьями полумуфт, насаживаемых на концы валов. Обойма соединена болтами 5. Муфта компенсирует все виды смещения валов. С этой целью зубья полумуфт обрабатываются по сфере радиусом R, а в продольном сечении зубьям бочкообразную форму (видВ). Такие муфты способны компенсировать погрешности расположения валов . Применяемые в авиапромышленности более компактные специальные зубчатые муфты способны передавать крутящий момент от 400 до 7000Нм при n<3000 об/мин. Зубья муфт, применяемых в вертолетных трансмиссиях имеют высокую поверхностную твердость, не менее 58HRC_Э. При расчете зубьев муфт учитывается их работа в условиях перекоса. Например, при изменении угла перекоса от 0 до 1^о30^/ напряжения смятия увеличиваются в 3 раза.

Зубчатые муфты с некорригированными прямыми зубьями рассчитываются по напряжениям смятия

, (5.4)

Где к=1,3…1,5; d,z – диаметр делительной окружности зуба и число зубьев соответственно; A_c=bh – расчетная поверхность смятия зуба; =120…150 МПа.

Расчет зубчатых муфт с бочкообразными зубьями ведется по формулам для зубчатых передач с определением контактных и изгибных напряжений.

Напряжения изгиба в торцевых сечениях, где происходит наибольшее количество разрушений, определяется по формуле

где к₀ = 0.5 –при приложении силы в вершине зуба, к_х = 1,33 при ; к_Н – коэффициент, зависящий от числа зубьев: к_Н = 1,3; 1,4; 1,5 при значениях z = 20; 40 и больше 100 соответственно. Долговечность зубчатых муфт ограничивается износом зубьев. Износостойкость повышают применением жидкой смазки с принудительной подачей её в зону контакта зубьев.