11.4 Механические муфты

11.4.1 Общие сведения, назначение и классификация

Муфты – это устройства для кинематической и силовой связи валов в приводах машин и механизмов. Муфты передают крутящий момент без изменения его величины и направления. Соединение валов является общим, но не единственным назначением муфт, они также применяются:

– для включения и выключения исполнительного механизма при непрерывно работающем двигателе (управляемые муфты);

– для уменьшения динамических нагрузок (упругие муфты);

– для предохранения от перегрузок (предохранительные муфты);

– для компенсации погрешностей взаимного расположения соединяемых валов (компенсирующие муфты). Виды погрешностей приведены на рис. 11.8.

Рис. 11.8. Погрешности взаимного расположения валов:

а – радиальная; б – осевая; в – угловая

В общем случае муфта состоит из ведущей и ведомой полумуфт и соединительных элементов. В данной части курса прикладной механики рассматриваются только механические муфты. В современных машинах применяется большое количество таких муфт, поэтому ограничимся рассмотрением лишь наиболее распространенных.

Классификация механических муфт приведена на рис. 11.9.

Рис. 11.9. Классификация механических муфт

11.4.2 Краткая характеристика муфт

Постоянное соединение валов обеспечивают глухие, жёсткие, компенсирующие, упругие компенсирующие и демпфирующие муфты.

Жёсткое и неподвижное соединение осуществляется простыми глухими муфтами (например, втулочными и фланцевыми – рис. 11.10 и 11.11) при условии высоких требований к отклонению от соосности валов.

Муфта втулочная – простейший представитель глухих муфт. Соединение втулки с валами выполняют с помощью штифтов (рис. 11.10, а) или шпонок (рис. 11.10, б). Втулочные муфты применяют в лёгких машинах при диаметре валов 60 … 70 мм.

а) б)

Рис. 11.10. Муфта втулочная:

а – со штифтами;	б – с призматическими шпонками
1 – втулка	1 – втулка
2 – штифты или шпонки	2 – штифты или шпонки
3 – соединяемые валы	3 – цепь
	4 – соединяемые валы

Муфты фланцевые (рис. 11.11) широко распространены в машиностроении. Их применяют для соединения валов диаметром до 200 мм и более. Достоинствами таких муфт являются простота конструкции и сравнительно небольшие габариты.

Рис. 11.11. Муфта фланцевая

Для снижения требований к соосности применяют компенсирующие и подвижные муфты. Компенсирующие свойства достигаются за счёт применения жёстких (например, муфта зубчатая – рис. 11.12) или эластичных промежуточных звеньев (например, муфта упругая с торообразной оболочкой – рис. 11.13).

Муфта зубчатая состоит из полумуфт 1, 2 с наружными зубьями и разъёмной обоймы 3 с двумя рядами внутренних эвольвентных зубьев. Муфта компенсирует все виды несоосности валов за счёт специального профиля зубьев и зазоров в зацеплении. Зубчатые муфты обладают компактностью и хорошими компенсирующими свойствами. Их применяют для передачи больших крутящих моментов.

Рис. 11.12. Муфта зубчатая

Рис. 11.13. Муфта упругая с торообразной оболочкой

Муфта упругая с торообразной оболочкой состоит из двух полумуфт, упругой оболочки, по форме напоминающей автомобильную шину, и двух колец, которые с помощью винтов закрепляют оболочку на полумуфтах. Достоинства муфты: способность компенсировать значительные погрешности установки соединяемых валов – мм, мм, ; лёгкость сборки-разборки и замены упругого элемента. Муфта стандартизована и получила широкое распространение.

Неметаллические (эластичные или упругие) элементы придают муфте свойства: амортизировать динамические нагрузки, устранять резонансные явления, а также демпфировать, т. е. гасить крутильные колебания. Данные муфты не устраняют несоосность валов, а лишь допускают их работу в условиях несоосности. В компенсирующих муфтах при несоосности валов возникает дополнительная радиальная нагрузка, действующая на валы и оси.

К подвижным муфтам относят шарнирные муфты (шарнир Гука и различные типы карданов). Они применяются для соединения валов, расположенных друг к другу под углом до 40 , а также валов, у которых этот угол изменяется при передаче вращения (трансмиссии автомобилей, тракторов, металлорежущих станков, привода подвижного стола прокатного стана и др.).

Периодическое соединение и разъединение валов осуществляется сцепными управляемыми, самоуправляемыми и предохранительными муфтами.

Сцепные управляемые муфты применяются для пуска и остановок исполнительного органа при вращающейся ведущей системе.

Для включения и отключения привода при заданном скоростном режиме используются самоуправляемые центробежные муфты, например, обгонная центробежная (рис. 4.14).

Обгонная фрикционная муфта с роликами наиболее распространена, так как у неё почти полностью отсутствует мёртвый ход и работает она бесшумно. Состоит из двух полумуфт 1, 2 и роликов 5, расположенных в сужающихся в одном направлении пазах между полумуфтами. Каждый ролик отжимается толкателем 3 с пружиной 4. Муфта обеспечивает свободный обгон ведущего вала ведомым при . Эти муфты применяют в станках, автомобилях, мотоциклах, велосипедах и т. д.

Рис. 11.14. Муфта обгонная фрикционная роликовая

Для защиты привода от перегрузок служат предохранительные муфты, например, со срезным штифтом (рис. 11.15).

Муфта предохранительная со срезным штифтом относится к муфтам со специальным разрушающимся элементом. При перегрузке в ней срезается штифт 3. Для восстановления работы муфты штифт заменяют. Закалённые втулки 4 облегчают замену штифтов и предотвращают смятие материала полумуфт штифтом.

Рис. 11.15. Муфта предохранительная со срезным штифтом

Среди комбинированных муфт наибольшее распространение получило сочетание компенсирующих и упругих муфт с предохранительными и управляемыми.

Выбор муфты. Тип муфты назначает конструктор. При выборе типа необходимо учитывать возможности муфты, конструктивно-технологические и экономические факторы, а также условия работы привода.

Стандартные и нормализованные муфты подбираются по крутящему моменту и угловой скорости, допускаемые значения которых для каждого типоразмера муфты приводятся в соответствующих стандартах и нормалях.

В качестве расчётного принимается наибольший передаваемый крутящий момент :

, (11.21)

где – коэффициент динамичности, зависящий от вида агрегата и характера изменения нагрузки (значения k приведены в справочной литературе); – номинальный крутящий момент, передаваемый муфтой; – паспортный момент муфты.