79. Муфты, их классификация. Выбор стандартных муфт.
Назначение и классификация
Муфты служат для соединения валов или валов с деталями, свободно вращающимися на них (зубчатыми колесами, шкивами и т.п.), с целью передачи вращения без изменения скорости. Известно, что большинство устройств, систем компонуют из отдельных узлов с входными и выходными валами. Такими узлами являются, например, привод в виде двигателя, передаточный и исполнительный механизмы. Кинематическая и силовая связь между этими узлами устройства осуществляется с помощью муфт (рис.1).
Рис. 1
Соединение валов является основным, но не единственным назначением муфт. Муфты применяют для включения и выключения исполнительного органа при непрерывно работающем двигателе, для предохранения рабочих органов от перегрузок и чрезмерно больших скоростей, для передачи движения между валами только в одном направлении, для остановки в качестве тормоза и других функций.
Глухие жесткие муфты используют при передаче движения между соосными валами, которые должны работать как единый вал. Компенсирующие подвижные муфты применяют при передаче движения между несоосными валами при наличии небольших радиальных, осевых, угловых или комбинированных смещений осей валов. Упругими муфтами пользуются для смягчения толчков, динамических нагрузок при передаче вращающегося момента между валами. Предохранительные муфты применяют во избежание поломок деталей механизма из-за перегрузок. Обгонные муфты используют для передачи движения только в одну сторону.
Классификация муфт.
Многообразие конструкций муфт усложняет их классификацию. Ниже приведена классификация по отдельным признакам.
1. По принципу действия и основному назначению различают:
а) постоянные муфты, не допускающие разъединения валов в процессе работы машины (глухие, компенсирующие, упругие);
б) сцепные (управляемые) муфты, позволяющие соединять и разъединять валы (дистанционного (электрического) управления – электромагнитные, магнитопорошковые (магнитожидкостные), пьезокристаллические; ручного (механического) управления – зубчатые, кулачковые, фрикционные); в) самоуправляемые (автоматические) муфты, автоматически разъединяющие валы при изменении заданного режима работы (по величине передаваемого момента – предохранительные; по скорости вращения – центробежные; по направлению вращения – обгонные); г) предохранительные муфты, разъединяющие валы при нарушении нормальных эксплуатационных условий работы.
2. По характеру соединения валов муфты делят на:
а) жесткие (глухие) — практически не допускающие компенсации радиальных, осевых и угловых смещений валов; б) компенсирующие—допускающие некоторую компенсацию радиальных, осевых и угловых смещений валов благодаря наличию упругих элементов (резиновых втулок, пружин и др.); в) фрикционные — допускающие кратковременное проскальзывание при перегрузках; г) электромагнитные и гидравлические.
Стандартами предусмотрены размеры на некоторые типы муфт. Муфты подбирают по большему диаметру соединяемых валов и расчетному значению передаваемого момента Тр = kT, где Т – номинальный момент на валу; k – коэффициент режима работы муфты. В приводах от электродвигателя принимают: при спокойной нагрузке k = 1,15 … 1,4; при переменной нагрузке k = 1,5 … 2; при ударной нагрузке k = 2,5 … 4.
Часто муфты изготавливают индивидуально. При выборе конструкции муфты учитывают ее назначение, особенности конструкции механизма, условия эксплуатации, характер нагрузки. Выбранные муфты проверяют в кинематических передачах на точность, в силовых – на прочность.
Постоянные муфты
Эти муфты делятся на глухие и подвижные, или компенсирующие, которые допускают небольшие неточности сборки.
Глухая втулочная муфта (рис. 2) является наиболее простой и используется при высокой соосности соединяемых валов и отсутствии перекоса. Она состоит из втулки, соединенной с валами с помощью штифтов (рис. 2, а), шпонок (рис. 2, б), а при больших моментах – шлицами.
Рис. 2
Втулки изготавливают из различных материалов, но чаще из тех же марок сталей, что и валы. Рекомендуют следующие соотношения между наружным D и внутренним d диаметрами D = 1,5d. Длина посадочной части втулки на каждом валу ℓ1 = (1 … 1,5)d; общая длина муфты ℓ = (2,25 … 3)d, диаметр штифта dш = (0,2 … 0,25)d.
Для соединения втулки с валом рекомендуют посадки с нулевым зазором типа H/h или переходные типа H/k.
Расчет таких муфт сводится к расчету штифтов (шпонок) на сдвиг.
Размеры втулочных муфт стандартизированы.
Поводковые муфты различных конструкций применяют при диаметрах валов 3 … 12 мм. Они допускают небольшие радиальные смещения осей валов. Муфты состоят из полумуфт 1 и 2, закрепленных на валах штифтами. На фланце одной из полумуфт закреплен палец (поводок) 3, входящий в паз второй полумуфты. Палец может быть цилиндрическим и сферическим, последний допускает и перекос осей. Муфта (см. рис. 3) проста по конструкции, но у нее всегда существует мертвый ход за счет зазора z между пальцем и пазом. При расстоянии r между осями вала и пальца величина мертвого хода в угловых минутах = 3438 z/r. Чтобы уменьшить в вале радиальную изгибающую нагрузку, рекомендуют применять муфты с двумя пальцами, расположенными симметрично относительно оси валов.
Упругие муфты применяют для амортизации ударных и динамических нагрузок при частых пусках и реверсах механизма.
Упругая поводковая муфта. Она состоит из двух полумуфт 4, 5, закрепленных на валах. В каждой полумуфте закреплено симметрично относительно оси по два цилиндрических пальца (поводка) 1, 2. Между полумуфтами находится упругий элемент 3 из твердой резины, кожи с четырьмя расположенными равномерно по окружности отверстиями, в которые входят пальцы полумуфт. При работе муфты упругий
элемент деформируется, амортизирует динамические нагрузки и компенсирует погрешности расположения осей валов. Недостатком муфты является наличие мертвого хода из-за деформации упругого элемента и зазора между пальцем и упругим элементом.
Упругая мембранная муфта позволяет передавать вращение между валами, имеющими радиальное смещение и перекос осей соответственно до 0,7 мм и 230. Вращающийся момент передается с полумуфты 1 на полумуфту 2 с помощью тонкого упругого кольца и мембраны 3. Изготавливают мембраны из стали 65Г, фосфористой бронзы, текстолита и других материалов. Мертвый ход муфты не превышает 6 … 12.