5.3 Муфты предохранительные (пм).

Эти муфты служат для защиты машин от перегрузки. В качестве ПМ в машиностроении применяют: 1. Муфты с разрушающимся элементом, 2. Кулачковые, шариковые, 3. Фрикционные.

Последние три типа муфт стандартизованы (ГОСТ 15620-93, 50893-96 и 15622-77).

ПМ независимо от типа могут работать только при строгой соосности валов.

Поскольку все звенья кинематической цепи испытывают перегрузку различной степени, ПМ следует располагать как можно ближе к месту возникновения перегрузки.

5.3.1 Муфты с разрушающимся элементом.

Муфты этого типа отличает компактность и высокая точность срабатывания.

Их применяют в тех случаях, когда по роду работы машины перегрузки могут возникнуть лишь случайно. В качестве разрушающегося элемента обычно используют штифты, выполняемые из стали (45, У8А) или из хрупких материалов (серый чугун, бронза, силумин и др.). В момент срабатывания (при перегрузке) штифт разрушается и предохранительная муфта разъединяет кинематическую цепь. Для восстановления работы муфты штифт заменяют. Штифты размещают в закаленных до высокой твердости (50...60 HRC) втулках. Закаленные втулки облегчают замену штифтов, предотвращают смятие более слабого материала полумуфт штифтом и тем самым приближают действительные условия среза штифта к расчетным:

КТ=zD₁ πd²[τ]∕ 8K_z, где z - число штифтов; K_z – коэфф. неравномерности распределения нагрузки по штифтам. Число z принимают равным 1 или 2;(K_z=1 при z=1;K_z=1,2 при z=2).

Напряжение [τ] принимают равным пределу прочности материала на срез. Например, для закаленных штифтов из стали Ст5 допускают [τ]=420 МПа.

Жесткое соединение полумуфт штифтом не может компенсировать вредного влияния их несоосности на штифт, условия работы которого становятся неопределенными. Поэтому необходима строгая центровка полумуфт.

5.3.2 Кулачковые предохранительные муфты (кпм)

КПМ широко применяют при небольших скоростях и моментах. При перегрузке КПМ многократно расцепляются и снова включаются, подавая своего рода звуковой сигнал о перегрузке. Однако эти повторные включения муфты происходят с ударами, что вызывает перегрузки деталей механизма.

КПМ по конструкции аналогичны сцепным кулачковым. Отличие в том, что подвижная в осевом направлении полумуфта поджата пружиной к неподвижной, а рабочие грани кулачков имеют большой угол наклона (α=30...60°). Работа КПМ сопровождается изнашиванием кулачков, поэтому последние должны иметь высокую твердость (> 56 HRC). Для повышения точности срабатывания муфты высоту кулачков следует делать по возможности небольшой и применять пружины малой жесткости. Необходимо предусмотреть также регулирование силы нажатия пружины, замыкающей КПМ. В КПМ регулирование осуществляют гайкой, которую затем стопорят контргайкой.

Желательно, чтобы отношение D_K∕d_ш диаметра расположения кулачков к диаметру шлицев, по которым перемещают подвижную часть муфты, было близко к единице или меньше ее. Тогда КПМ работает надежно и менее чувствительна к колебаниям коэффициентов трения на кулачках и на шлицах.

От действия окружной силы F_t в зацеплении возникает осевая сила F_a=F_t tg α, которая стремится раздвинуть полумуфты и вывести их из зацепления.

Этому противодействуют сила пружины F и сила трения на кулачках и в шлицевом (шпоночном) соединении. С учетом этих сил условия равновесия полумуфты можно записать в виде:

α - угол заострения кулачка; ρ - угол трения в зацеплении кулачков (6...8°); f₂ – коэф. трения в шлицевом соединении (0,15). В соответствии с силой F подбирают пружину.

Обычно пружины КПМ имеют большую длину.

• При H/D < 2,6 пружина устойчива.

H - высота пружины в свободном состоянии, D - ее средний диаметр.

• При H/D > 2,6 может быть поперечный изгиб пружины.

Для предупреждения этого пружину следует устанавливать на направляющие поверхности, обычно на поверхность подвижной части муфты. Прочность кулачков рассчитывают так же, как и в обычных кулачковых муфтах (см. выше). Недостатком предохранительных кулачковых муфт являются удары кулачков при перегрузках, сопровождающиеся большим шумом. Поэтому такие муфты не рекомендуют применять при высокой частоте вращения.