Амортизирующая способность муфт

Способность амортизировать (ослаблять) и демпфировать (заглушать) колебания внешней нагрузки, толчки и являются важнейшими свойствами муфт динамических нагруженных агрегатов.

Значение переменной нагрузки на муфту и «ведомую» часть системы зависит от переменной составляющей вращающего моменты, круговой частоты и коэффициента податливости муфты.

При использовании упругих муфт, обладающих высоким коэффициентом крутильной податливости, можно существенно снизить переменные нагрузки в системе. В этом случае муфта играет роль «фильтра» (амортизирующего устройства).

При использовании упругих и компенсирующих муфт проблемы работоспособности и надежности приводов частично переносятся с валов и опор на муфты, точнее, на их компенсирующие элементы, которые имеют значительные взаимные смещения под нагрузкой или испытывают повышенные деформации и напряжения, а потому подвержены повреждениям (износу, разрушениям).

10.2 -Самоуправляемые. Конструкции предохранительных, обгонных, центробежных муфт. Особенности конструкции и расчет.

Самоуправляемые муфты предназначены для автоматического сцепления и расцепления валов при изменении заданного режима работы машины. Самоуправляемые муфты бывают: по направлению вращения – обгонные; по угловой скорости – центробежные; по моменту – предохранительные.

Обгонные муфты служат для передачи вращающего момента в одном направлении. Наибольшее распространение получила роликовая муфта с диапазоном валов d=10…90 мм и числом роликов z=3…5. Эта муфта состоит из двух полумуфт, одна из которых имеет форму звездочки с вырезами для роликов. Для быстрого включения муфты ролики отжимаются пружинами. При передаче вращающего момента ролики заклиниваются между полумуфтами в сужающейся части выреза, образуя жесткое сцепление. Если по какой-либо причине угловая скорость ведомого вала превысит угловую скорость ведущего, то вследствие обгона ролики расклинятся, выкатятся в расширенную часть выреза и муфта автоматически выключится. При остановке ведущего звена ведомый вал продолжает вращаться.

 

Материал деталей обгонных муфт – стали, термообработанных до высокой твердости рабочих поверхностей. Ролики должны быть постоянно смазаны маловязким маслом. Обгонные роликовые муфты работают бесшумно, допуская большую частоту включений. Применяются в станках, автомобилях и т.д. Критерием работоспособности роликовых муфт является прочность рабочих поверхностей роликов и полумуфт.

Центробежные муфты предназначены для автоматического включения или выключения ведомого вала при достижении ведущим валом заданной угловой скорости.

 

По устройству центробежные муфты представляют собой фрикционные муфты, у которых механизмом управления служат грузы-колодки 1, находящиеся под действием центробежных сил. При достижении ведущим валом заданной угловой скорости центробежные силы, действуя на грузы, производят включение муфты. Передача вращающего момента осуществляется силой трения, пропорциональной квадрату угловой скорости.

В современном машиностроении применяются конструкции центробежных муфт, которые служат для разгона механизмов с большими маховыми массами при двигателе с малым пусковым моментом, для повышения плавности пуска, для предотвращения разноса машины. Размеры муфт принимают конструктивно. Рабочие поверхности трения грузов проверяют на износостойкость аналогично фрикционным муфтам.

Предохранительные муфты предназначены для предохранения машин от перегрузок. Муфты ставят как можно ближе к месту возникновения перегрузки. Они могут работать только при строгой соосности валов.

Пружинно-кулачковая предохранительная муфта. 

По конструкции эта муфта аналогична сцепной кулачковой, только подвижна в осевом направлении полумуфта прижимается к неподвижной не механизмом управления, а постоянно действующей пружиной с регулируемой силой. Кулачки выполняют трапецеидального профиля небольшой высоты с углом наклона рабочих граней 45…60°. Кулачковые предохранительные муфты надежны в работе, но имеют повышенный износ кулачков. Размеры муфт подбирают по стандарту или принимают конструктивно.

10.3 -Муфты сцепные. Жесткие сцепные муфты: кулачковые и зубчатые. Форма зубьев. Включение и выключение муфт, зубьев. Муфты трения. Классификация по форме рабочих поверхностей и механизмам управления. Динамика включения. Механизмы управления.

Управляемые (сцепные) муфты предназначены для соединения и разъединения валов при малой частоте вращения и на ходу. Различают кулачковые и зубчатые муфты, включаемые без вращения и при низкой частоте вращения и фрикционные, включаемые и выключаемые под нагрузкой.

Для передачи значительных моментов при несчастных включениях, невысоких требованиях к плавности включения применяют и при необходимости осуществления жесткой кинематической связи применяют кулачковые и зубчатые муфты.

Для плавного соединения и разъединения валов под нагрузкой применяют фрикционные муфты.

Муфты кулачковые. 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. Чаще всего кулачковые и зубчатые сцепные муфты располагают на одном валу и используют для переключения скоростей

Прямоугольный профиль (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 (б, в) не требует точного взаимного расположе­ния полумуфт в момент включения, а боковые зазоры компенсируются изменением глубины посадки кулачков. Сим­метричные профили кулачков — реверсивные, несимметричные — нереверсивные.

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 (v <1 м/с).

Работоспособность кулачковых муфт определяется в основном износом кулачков, который зависит от напряжений смятия на поверх­ности соприкасания.

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 15Х, 20Х, с объемной закалкой — из сталей 40Х, ЗОХН и т. п.

Муфты зубчатые сцепные. По устройству и методике расчета эта муфта подобна зубчатой компенсирующей муфте с той разницей, что здесь обойма изготовляется подвижной и управляется с помощью отводки. Включение выполняют введением в зацепление полумуфт за время свободного хода механизма после выключения двигателя или на ходу с применением синхронизаторов.

Применяют также зубчатые муфты без обоймы, у которых одна полумуфта имеет внутренние, а другая внешние зубья.

Допускаемые напряжения смятия при расчетах прочности зубьев принимают такими же, как и для кулачковых муфт.

Для устранения ударов при включении в зубчатых муфтах широко применяют синхронизаторы (например, в коробках скоростей автомо­билей). Синхронизаторы выравнивают скорости валов перед их сое­динением.. 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.

Разгон ведомых элементов происходит, 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 выровняться в процессе непрерывного перемещения обоймы, это перемеще­ние следует производить медленно