книги из ГПНТБ / Поляков В.С. Муфты. Конструкции и расчет

Глава III

СЦЕПНЫЕ МУФТЫ

Сцепные муфты служат для соединения нлп разъединения валов (на ходу или во время остановки) с помощью специальных управля­ ющих устройств. Муфты этого вида широко используются там, где требуются частые пуски и остановки, изменение режимов работы, реверсирования, например в тепловозах, автомобилях, прокатных станах, прессах, станках и т. п.

кий промежуток времени. Включение кулачковых муфт возможно лишь при определенных угловых положениях одного вала относи­ тельно другого.

Подвижную полумуфту рекомендуется располагать на ведомом валу, что уменьшает износ деталей механизма управления муфтой.

Преимуществами кулачковых муфт по сравнениюсфрикционными являются малые габариты и отсутствие относительного поворота соединяемых валов. Основной недостаток кулачковых муфт — невозможность их включения на ходу при большой разности угловых скоростей ведущего и ведомого вала.

Рис. 104. Разновидности кулачковых муфт

Число кулачков колеблется в весьма широких пределах — от 3 до 60 и более; оно выбирается в зависимости от передаваемого крутящего момента (при данном диаметре муфты число кулачков тем меньше, чем больше крутящий момент) и от желаемого времени включения муфты. Следует иметь в виду, что в передаче крутящего момента участвуют не все кулачки в равной мере. Это вызывается погрешностями изготовления и сборки.

Рис. 105. Формы зубьев кулачковых муфт

малых крутящих моментов п при малой разности скоростей соединя­ емых валов. Передача больших крутящих моментов потребовала бы создания больших осевых сил (профильный угол здесь составляет 30—45°), а при больших относительных скоростях соединяемых валов происходит быстрое обмятие вершин зубьев. Основное досто­ инство треугольного профиля— легкость и быстрота включения, связанная с большим числом кулачков (до 60).

Трапецеидальный профиль (рис. 105, б) обычно применяется при сравнительно больших крутящих моментах и больших относи­ тельных скоростях вращения соединяемых валов. Число кулачков 2 = 5 -г- 11; угол профиля а = 3 -ь 10°.

Прямоугольный профиль (рис. 105, в) применяется в тяжело нагруженных машинах, а также при ручном включении. Этот профиль не требует постоянной осевой силы прижатия и имеет правильный контакт зубьев по плоскости при неполном их вклю­

где F — площадь проекции опорной поверхности кулачка на диа­ метральную плоскость в см2; h — высота кулачка в см; W — момент сопротивления основания кулачка в см2; Мросч — расчетный кру­ тящий момент в кгс -см; dcp — средний диаметр муфты (по кулачкам).

Рекомендуются следующие допускаемые значения [о1сп для стальных термически обработанных (цементация п закалка) кулач­

Допускаемые напряжения на изгиб выбираются в зависимости от материала муфты.

Расчетный крутящий момент обычно берется равным

Мросч — 1 ,ЗМкр,

где М кр — максимальный крутящий момент, передаваемый муфтой при установившемся движении.

В ответственных случаях производится уточненный расчет по динамическому моменту [671.

Сила включения муфты определяется из следующей зависимости:

где /' — коэффициент трения по валу; d — диаметр вала в см; а — угол наклона рабочей грани кулачка (рис. 105); р — угол трения на контактных поверхностях кулачков (tgp = f).

Самовыключение муфты возможно при

t g a > / ( l + ~ ] ,

Б.ФРИКЦИОННЫЕ МУФТЫ

1.Общие сведения

Фрикционные муфты нашли широкое применение в приводах раз­ личных машин в качестве сцепных муфт.

Фрикционные муфты осуществляют передачу крутящего момента от ведущего вала к ведомому при помощи сил трения, создаваемых на контактных поверхностях сцепляющихся частей муфты.

В нерабочем состоянии муфты контактные поверхности не нахо­ дятся в сцеплении. Включение муфты производится прижатием друг к другу указанных поверхностей, а выключение — их разъеди­ нением. В период включения происходит взаимное скольжение контактных поверхностей, которое прекращается после уравнива­ ния угловых скоростей ведомой п ведущей частей. Некоторое про­ скальзывание возможно во время работы муфты при внезапном возрастании крутящего момента.

Изменением силы сжатия трущихся поверхностей можно легко регулировать силу трения. Поэтому фрикционные муфты обеспе­ чивают плавное сцепление (пуск машины) при любой разности угло­ вых скоростей ведущего н ведомого валов.

Плавное включение муфт позволяет избежать больших динами­ ческих нагрузок и шума при пуске. Применение этих муфт в транс­ портных машинах предохраняет человека от инерционных пере­ грузок. Наконец, фрикционные муфты дают возможность регули­ ровать время разгона ведомых частей п наибольший крутящий момент, передаваемый муфтой. Это позволяет использовать муфту в качестве предохранительного звена. Фрикционные муфты не­ пригодны в тех случаях, когда требуется строгое совпадение угло­ вых скоростей соединяемых валов, так как при проскальзывании муфты это условие нарушается.

По направлению перемещений сцепляющихся элементов муфты делятся на осевые (конусные, рис. 106 и дисковые, рис. 107) и ради­ альные (колодочные, рис. 108; ленточные и с разжимным кольцом,

Дисковые муфты имеют наибольшее применение по сравнению с другими типами фрикционных муфт. Это объясняется тем, что они обеспечивают передачу больших крутящих моментов при относи­ тельно небольших габаритах и силах, требуемых для прижатия поверхностей сцепления. Это достигается использованием в диско­ вых муфтах нескольких пар поверхностей трения.

Преимущество конусных муфт — простота конструкции и мень­ шее осевое усилие по сравнению с однодисковой.

Муфты радиального действия имеют значительно меньшее рас­ пространение из-за сравнительно большой сложности и больших га­ баритов.

Следует отметить, что некоторые типы колодочных муфт не так чувствительны к перекосам соединяемых валов, как, например, конусные, которые требуют тщательной выверки соосности валов.

В зависимости от отсутствия или наличия смазки на поверхно­ стях трения различают сухие и масляные муфты. Сухие фрикцион­ ные муфты должны быть защищены от попадания смазки, а масля­ ные—должны обеспечиваться обильной смазкой. В последних фрик­

ционные поверхности работают в масляной ванне, что обеспечивает постоянство коэффициента трения и, следовательно, постоянную величину передаваемого крутящего момента.

2. Процессы сцепления и расцепления

Фрикционные муфты могут быть нормально разомкнутыми и нормально замкнутыми. Последние применяются значительно реже, чем первые, когда требуются лишь кратковременные включения (например, в автомобилях, тракторах и др.). В этом случае рабочие поверхности муфты нормально сжаты и принудительно размыка­ ются лишь при включении.

Рассмотрим процесс включения фрикционной муфты первого вида. Первоначально ведущий вал вращается, ведомый же непод­ вижен. Включение муфты производится прижатием контактных поверхностей друг к другу. При этом сила и момент трения между сцепляющимися деталями муфты возрастает от нуля до некоторого максимума, определяемого наибольшим передаваемым крутящим моментом. Когда момент трения станет больше момента сил сопро­ тивления, приложенного к ведомому валу, последний начнет вра­ щаться с некоторым ускорением до тех пор, пока скорости обеих

силы сжатия (соответственно, момента трения) сцепляемых частей от нуля до максимума. Время сцепления — время, отсчитываемое от начала включения, за которое угловая скорость ведомого вала достигает скорости ведущего вала. В зависимости от конструкции муфты, величины передаваемого ею крутящего момента и момента инерции приводимых масс отношение времени включения к вре­ мени сцепления может изменяться от величины, близкой к нулю, до единицы или даже больших.

С достаточной для практики точностью принимают, что усилия сжатия контактных поверхностей и момент трения в муфте пропор­ циональны времени, отсчитываемому от начала включения. Это равносильно предположению о постоянстве коэффициента трения на трущихся поверхностях и постоянстве скорости включения муфты. При этом допущении зависимость между моментом сил трения и временем изобразится графиком ОВС (рис. ПО). На ри­ сунке обозначены:

М,„ах — наибольший момент трения в муфте в кгс-м; Мс — момент сил сопротивления в кгс-м; Мт — текущая величина момента трения в кгс -м;

t — текущая величина времени в с, отсчитываемая от начала включения муфты;

/вкл — время полного включения муфты в с; іс — время в с, при котором момент Мт достигает значения /Ис; ісц — время сцепления муфты в с.

Как уже упоминалось, в зависимости от характеристики муфты и конкретных условий /сц может быть больше или меньше, чем время tnKJI. В процессе включения и сцепления муфты следует различать три периода (рис. ПО).

Мт,кгс-м

Рис. ПО. Зависимость крутящего момента Л4Тот времени в процессе включения муфты

В течение первого периода вращается только ведущий вал; ведомый вал неподвижен. Во втором периоде ведомый вал полу­ чает разгон. Если угловые скорости ведущего и ведомого валов не сравняются в течение второго периода (/СТ1< /ш(.,), то разгон ведомого вала продолжается и в третьем периоде (/с11> ^вкл).

kкоэффициент пропорциональности между временем и кру­ тящим моментом:

Л ! . .

M~s = ki, k--

Допустим также, что угловая скорость шд ведущего вала в про­ цессе сцепления остается постоянной. Это допущение приближенно справедливо для приводов с асинхронными двигателями, а также с другими двигателями, в которых обеспечена достаточная равно­ мерность вращения.

Кроме того, примем, что момент сил сопротивления Л4Сна ведо­ мом валу в процессе сцепления муфты также не изменяется Mc=const. Тогда имеют силу следующие зависимости для определения работы

Формула (1) относится к случаю, когда время ^сц меньше или равно времени іІІКЛ (рис. ПО); формула (2) соответствует случаю, когда tСц > івкл нахождение времени сцепления /сц позволяет опре­ делить, по какой из формул рассчитывать работу А т.

Время сцепления находится по формуле

его по формуле (3). Если полученная величина меньше или равна і„кл, то ее и следует принять за истинное значение /си, а величину

Ат можно находить по формуле (1). Если же полученная по формуле

(3)величина больше (вкл, то следует величину ^сц пересчитать по формуле (4), а величину А тсчитать по формуле (2).