§19.7. Самодействующие муфты

В зависимости от того, при изменении какого параметра машины происходит автоматическое сцепление или расцепление муфты и соеди­няемых ею валов, различают следующие самодействующие механи­ческие муфты: предохранительные, служащие для защиты машины от перегрузок; обгонные, или муфты свободного хода, предназначенные для передачи момента только в одном направ­лении и допускающие свободное вращение в обратном направлении; центробежные, служащие для автоматического сцепления или расцепления валов при достижении ведущим валом заданной скорости вращения.

Предохранительные муфты подразделяются на муфты с раз­рушаемым и неразрушаемым элементом.

Во избежание случайных выключений предохранительных муфт расчетный момент для них

T_P=1,25T, (13)

где T — максимальный момент, который должен передаваться пре­дохранительной муфтой.

Предохранительные муфты с разрушаемым элементом применяют при редком возникновении перегрузки. Недостатком этих муфт является необходимость замены разрушаемых элементов.

Из предохранительных муфт с разрушаемым элементом чаще всего применяют муфту со срезными штифтами (рис. 14, а). Муфта состоит из двух дисковых полумуфт 1 и 2, соединенных между собой стальными штифтами 3, заключенными в стальные каленые втул­ки 4, предохраняющие полумуфты от смятия их штифтами. При пере­грузке машины штифты срезаются и полумуфты расцепляются. Для вос­становления работы муфты на место разрушенных ставят новые штифты. Число штифтов чаще всего равно 1 или 2. Материал штифтов — средне-углеродистая сталь, реже закаленная сталь.

Предельный момент, при котором происходит разрушение штифтов, равный расчетному моменту предохранительной муфты, определяют по формуле

, (14)

где z — число штифтов; d — диаметр штифтов в плоскости их среза; _B.C — предел прочности на срез для штифтов; D₁ — диаметр окружности, по которой расположены центры штифтов.

Значение рекомендуется принимать в зависимости от предела прочности при растяжении: ; для гладких штифтов k =0,7—0,8, для штифтов с шейкой k = 0,9.

К предохранительным муфтам с неразрушае­мым элементом относятся: кулачковые (рис. 19.15, б, ГОСТ 15620—77) шариковые (рис.14, в, ГОСТ 15621—77) и фрикционные (рис. 14, г, ГОСТ 15622—77).

Во всех этих предохранительных муфтах полумуфта 1 соединяется со своим валом неподвижно, а полумуфта 2 — с возможностью ее осевого перемещения. Последняя постоянно прижимается к первой посредством нескольких пружин 3. Сила нажатия полумуфт пружи­нами регулируется гайкой 4.

рис. 14. Предохранительные муфты с разрушаемыми элементами.

Сцепление полумуфт осуществляется: в кулачковой муфте — невы­сокими торцовыми кулачками; в шариковой — посредством шариков 5, находящихся под действием пружин; в фрикционной — посредством силы трения, развиваемой между фрикционными дисками 5 полумуфт. При нормальной работе каждая из этих муфт вращается как одно целое с соединенными ими валами, а при перегрузке происходит рас­цепление полумуфт.

Предохранительные кулачковые и шариковые муфты применяют только при небольших скоростях и моментах, так как при их перегруз­ках происходят удары кулачков и шариков, сопровождающиеся боль­шим шумом. Предохранительные фрикционные муфты применяют при частых кратковременных перегрузках и в особенности при перегруз­ках ударного действия.

Размеры этих муфт принимаются по ГОСТам. Расчет кулачков предохранительной кулачковой муфты осущест­вляют так же, как и синхронной кулачковой муфты, а расчет предохра­нительной фрикционной муфты такой же, как и фрикционной управ­ляемой муфты, за исключением того, что значения [р] могут быть приняты более высокими (примерно на 20— 30%), так как пробуксовывание дисков и связанный с этим износ их происходит только при перегрузках.

Кроме рассмотренных, применяются предохранительные муфты и других конструкций.

Обгонные муфты, или муфты свободного хода, характеризуются тем, что они автоматически сцепляют и расцеп­ляют валы в зависимости от соотношения угловых скоростей валов. Если скорость ведущего вала становится больше скорости ведомого вала, то муфта сцепляет валы. А если скорость ведущего вала стано­вится меньше скорости ведомого вала, то муфта расцепляет валы, не препятствуя ведомому валу свободно обгонять ведущий вал, откуда и происходит наименование муфт.

Муфты свободного хода широко применяются в велосипедах, мото­циклах, коробках передач автомобилей, металлорежущих станках и в других машинах.

Обгонные муфты по способу сцепления их полумуфт различают храповые и фрикционные. Преимущественное применение имеют фрикционные обгонные муфты с роликами, так как у них почти полностью отсутствует .мертвый ход и работают они бесшумно.

Обгонная фрикционная муфта с роликами (рис. 15) состоит в основном из двух полумуфт — звездочки 1 и обой­мы 2 и роликов 3, расположенных в суживающихся в одном направле­нии пазах между звездочкой и обоймой. Каждый ролик отжимается пружиной 4 в суживающуюся часть паза.

Если ведущей полумуфтой является звездочка, то сцепление валов может происходить только тогда, когда она вращается по часовой стрелке, а если ведущей полумуфтой является обойма, то сцепление . валов может произойти при вращении ее против часовой стрелки. При указанном вращении ведущей полумуфты каждый ролик закаты­вается в суживающуюся часть паза и заклинивается между полумуф­тами, в результате чего и происходит сцепление полумуфт и соединение валов. При обратном вращении ведущей полумуфты ролики выкаты­ваются в более широкую часть пазов и полумуфты расцепляются.

Полумуфты и ролики при передаче больших нагрузок изготовляют из стали ШХ15, а при небольших нагрузках из стали 20Х и 40Х.

Расчет обгонной роликовой муфты заключается в проверочном расчете роликов и рабочих поверхностей полумуфт на контактную прочность по формуле

, (19.15)

где — расчетное контактное напряжение между роликом и полумуфтой; — допускаемое контактное напряжение между ними; Епр — приведенный модуль упругости (при одинаковых материалах полумуфт и роликов Епр = Е, где Е — модуль упругости материала полумуфт и роликов); T_K— момент, передаваемый муфтой [см. фор­мулу (19.1)]; z—число роликов; D—диаметр рабочей поверхности обоймы; d — диаметр роликов; l — длина роликов; — угол закли­нивания роликов (рекомендуется принимать = 7°).

При твердости контактных поверхностей роликов и полумуфт > HRC 60 допускаемое контактное напряжение 150 МПа.

рис. 15. Обгонная муфта с роликами.

Центробежные муфты по способу сцепления их полу­муфт представляют собой фрикционные муфты, в которых в отличие от фрикционных управляемых муфт сцепления полумуфты сцепляются, или расцепляются автоматически при помощи специальных грузов, находящихся под действием центробежных сил и пружин. При дости­жении ведущим валом определенной угловой скорости центробежные . силы, действующие на грузы, связанные с одной из полумуфт, преодо­левают силы пружин и прижимают эти грузы к другой полумуфте (или отжимают), в результате чего полумуфты и соединяемые ими валы сцепляются (или расцепляются).