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

Глава VI

ЦЕНТРОБЕЖНЫЕ МУФТЫ

Центробежные муфты предназначаются для автоматического включения (или выключения) ведомого вала при достижении веду­ щим валом определенной частоты вращения.

Путем выбора типа муфты и соответствующим подбором ее пара­ метров можно получить заранее заданную характеристику пускового периода привода.

Применение центробежных муфт в установках с прерывистым режимом работы (частый пуск и остановка) позволяет значительно сократить длительность потребления пускового тока, превышающего номинальный ток в 4—8 раз, и тем самым предохранить электро­ двигатель от перегрева и снизить расход электроэнергии.

При включении электродвигателей с короткозамкнутым ротором почти мгновенно возникает крутящий момент, в 2—2,5 раза превы­ шающий номинальный крутящий момент двигателя. В этих случаях применение центробежных муфт с замедляющими устройствами позволяет избежать аварий и повышает долговечность наиболее напряженных деталей машин.

При всем разнообразии конструкций центробежных муфт общей чертой их, кроме автоматичности действия, является наличие фрик­ ционных элементов (диски, колодки, ленты).

Центробежные муфты могут быть разделены на два типа: не­ постоянного и постоянного действия.

Схема муфты первого типа показана на рис. 208, а.

Вполумуфте 1 ведущего вала под действием центробежной силы

врадиальном направлении передвигаются ползуны 2 и оказывают давление на внутреннюю поверхность обода ведомой полумуфты 5; пружина 4 связывает оба ползуна и противодействует центробежной силе.

Крутящий момент, который может передать такая муфта, будет

М кр= (2С - F)fR = i ^ - F ) fR ,

где С = ™ -----центробежная сила; т — масса одного ползуна;

V — окружная скорость центра тяжести ползуна; г — расстояние от центра тяжести ползуна до оси вращения; / — коэффициент трения; F — сила пружины.

Включение муфты наступит при скорости ѵ, определяемой уело вием 2С F, т. е. при

Fr_

2т '

Применением муфты такого типа обеспечивают возможность разгона двигателя под малой нагрузкой, так как муфта включает

Рис. 208. Схемы центробежных муфт

ведомый вал полностью лишь по достижении заранее заданной час­ тоты вращения.

В муфтах второго типа (рис. 208, б) сила трения создается не цент­ робежной силой, а постоянным давлением пружин.

Крутящий момент, передаваемый муфтой, будет

M KP = 2 ( F - C ) f R .

С увеличением скорости крутящий момент уменьшается, и по достижении заранее заданной частоты вращения (когда С станет равным F) муфта выключается.

1. Муфта с незакрепленными колодками

На рис. 209 [91 представлена простейшая конструкция центро­ бежной муфты с четырьмя колодками. Колодки 3 свободно располо­ жены между спицами крестовины 1, насаживаемой на ведущий вал. Барабан 2 муфты закреплен на ведомом валу, крестовина 1 пере­ дает вращение колодкам, которые благодаря возникающим центро­ бежным силам и трению на поверхности контакта, увлекают за собой барабан 2 и связанный с ним вал. Колодка в зависимости от размеров муфты и величины передаваемого крутящего момента могут быть изготовлены из металла или дерева. Величина крутящего момента, которая может быть передана муфтой, находится по формуле

где г — число колодок; ф — коэффициент формы колодок; / — коэф­ фициент трения между колодками и ведомым барабаном муфты; G — масса колодки муфты в кг; R — внутренний радиус барабана в см (рис. 210); п — частота вращения вала электродвигателя в мо-

по

плоскости чертежа) в см.

Значения коэффициента трения / и допускаемых удельных давле­ ний приведены в табл. 34 и 37.

Расчет муфт состоит в выборе размеров R, г и /, обеспечивающих получение допустимых величин р и определение ширины, удовлетво­ ряющей требуемой величине Д4кр.

Описанная конструкция центробежной муфты находит примене­ ние в приводе к центрифуге.

На рис. 211 изображена аналогичная конструкция муфты, при­ меняемая в токарно-винторезных станках [271.

Муфта состоит из ведущей звездочки 2, посаженной на вал электродвигателя на шпонке, полого цилиндра 1 со ступицей, сидящего на ведомом валу, сегментов 3 с пластинками ферродо 5 и двух шайб 4, закрепленных винтами на звездочке и удерживающих сегменты от выпадания.

Рис. 211. Центробежная муфта токарно-винторезного станка

2. Двухколодочная центробежная муфта

На рпс. 212 дано схематическое изображение двухколодочной центробежной муфты. Число колодок в зависимости от размеров муфты может быть и больше. Муфта передает крутящий момент бла­ годаря силам трения, возникающим между внутренней поверхностью шкива 2 и фрикционными накладками 4 колодок 3. Последние могут свободно поворачиваться на пальцах 5. Прижатие колодок к шкиву осуществляется центробежными силами, возникающими при враще­ нии ведущей траверсы /. Колодки муфты могут быть выполнены пус­ тотелыми, и величина передаваемого муфтой момента может изме­ няться в зависимости от количества дроби, насыпанной в колодку (см. пробки на колодках рис. 212 и штриховую линию на поперечном разрезе колодки).

Центробежную муфту целесообразно устанавливать на быстро­ ходном валу, так как величина передаваемого муфтой момента при прочих равных условиях пропорциональна квадрату угловой ско­ рости.

При расчете усилий на поверхности контакта накладок 4 (рис. 212) [781 и шкива 2 полагаем, что контактное давление пропор­ ционально радиальной деформации накладки в данной точке.

Такое допущение с достаточной для практики точностью отра­ жает фактическую зависимость между давлением и деформациями, возникающими в накладках.

Пусть во время работы муфты колодка под влиянием центробеж­ ной силы повернется на некоторый малый угол Ѳ вокруг оси О (рис. 213). При этом, произвольная точка d на поверхности накладки переместится в положение d', точка b займет положение Ь', с — с'

ит. д. Обозначим

/_ OdA — a; Od = I.

Тогда, учитывая малость угла Ѳ, получим следующее выражение для радиальной деформации накладки:

d'e — d'd sin а = /Ѳ sin а.

Из треугольника OAd находим

следовательно,

d!e = IQsin а = ад sin tp.

Так как давление р пропорционально деформации d'e, то

где h — коэффициент пропорциональности.

Рис. 212. Схема двухколодочной центробежной муфты