Управляемые муфты

Муфта в технике, устройства для постоянного или временного соединения валов, труб, стальных канатов, кабелей и т. п. Различают муфты соединительные, которые в зависимости от выполняемой функции обеспечивают прочность соединения, герметичность, защищают от коррозии и т. п. , и муфты приводов машин и механизмов, которые передают вращательное движение и вращающий момент с одного вала на другой вал, обычно соосно расположенный с первым, или с вала на свободно сидящую на нём деталь (шкив, зубчатое колесо и т. п.) без изменения вращающего момента. Кроме того, муфты приводов выполняют др. важные функции: компенсацию небольших монтажных отклонений, разъединение валов, автоматическое управление, бесступенчатое регулирование передаточного отношения, предохранение машин от поломок в аварийном режиме и т. д. муфты применяют для передачи как ничтожно малых, так и значительных моментов и мощностей (до нескольких тыс. квт). Различные способы передачи вращающего момента, разнообразие функций, выполняемых М., обусловили большой типаж конструкций современных муфт. Наиболее распространённые из них стандартизованы .

Передача момента в муфтах может осуществляться механической связью между деталями, выполняемой в виде неподвижных соединений или кинематических пар (муфты с геометрическим замыканием); за счёт сил трения или магнитного притяжения (муфты с силовым замыканием); сил инерции или индукционным взаимодействием электромагнитных полей (муфты с динамическим замыканием). По характеру работы и основному назначению различают муфты следующих типов: постоянные соединительные; управляемые (сцепные), позволяющие соединять и разъединять валы через систему управления; самоуправляемые (автоматические), соединяющие и разъединяющие валы в процессе работы автоматически в зависимости от изменения режима; предохранительные, разъединяющие валы при опасном нарушении нормальных условий работы машины; муфты скольжения, передающие момент лишь при частоте вращения ведомого вала, меньшей частоты вращения ведущего вала.

Управляемые муфты

Управляемые, или сцепные, муфты, выполняемые с геометрическим и силовым замыканием, также отличаются большим разнообразием. Группу муфт с геометрическим замыканием составляют кулачковые, зубчатые и др. Муфты, отличающиеся компактностью конструкции, но не допускающие включения на быстром ходу при большой разности угловых скоростей сцепляемых полумуфт. Этого недостатка лишены зубчатые муфты с синхронизаторами. Такие муфты обеспечивают безударное включение на холостом ходу, т. к. сначала в соприкосновение входят фрикционные поверхности и происходит выравнивание скорости вращения полумуфт в процессе скольжения перед введением в зацепление зубьев. Муфта с синхронизаторами используют в автомобильных коробках передач. К управляемым муфтам с силовым замыканием механической связью относятся муфты трения, или фрикционные, которые допускают включение на ходу и под нагрузкой. Конструкция этих муфт может быть выполнена с одним или несколькими дисками, с цилиндрическими или коническими поверхностями трения, с механическим, пневматическим, гидравлическим или электромагнитным управлением. Такие муфты применяют в автоматических системах, т. к. они позволяют осуществлять дистанционное управление.

Группу муфт с силовым замыканием электромеханической связью составляют муфты с жидкой или порошкообразной ферромагнитной смесью, в которых при прохождении электрического тока в катушке возбуждения возникает магнитный поток, в результате ферромагнитная смесь, заполняющая зазор между полумуфтами, намагничивается, что обеспечивает сцепление смеси с поверхностями полумуфт. Эти муфты широко используются в копировальных металлообрабатывающих станках и др. рабочих машинах. Силовое замыкание электромагнитной связью осуществляется в синхронных электроиндукционных муфт, которые имеют магнитопроводы с разделёнными полюсами на обеих полумуфтах. Вращающий момент между валами передаётся при прохождении через катушку возбуждения тока и возникновении при этом силы магнитного притяжения между полюсами полумуфт.

Управляемые муфты: a — кулачковая; б — зубчатая с синхронизатором; в — фрикционная с электромагнитным управлением; г — с ферромагнитной смесью; д — синхронная электроиндукционная; 1 — полумуфты; 2 — внешние зубья; 3 — конические фрикционные поверхности; 4 — передвижное кольцо с внутренними зубьями; 5 — диски полумуфт; 6 — ферромагнитная смесь; 7 — катушка возбуждения; 8, 9 — магнитопроводы полумуфт с разделёнными полюсами.

Кулачковая муфта — это управляемая или сцепная муфта, которая состоит из двух полумуфт, расположенных на концах валов. В рабочем положении выступы одной полумуфты входят во впадины другой, при этом одна из полумуфт является подвижной при помощи механизма управления муфтой.

В простейшем случае муфта состоит из двух полумуфт (1) и (2) , на торцах которых равномерно по кругу расположены кулачки (3). Одна полумуфта закрепляется на валу неподвижно, а другая, находящаяся на другом валу, может перемещаться вдоль этого вала. Подвижную полумуфту перемещают с помощью специального устройства — механизма управления муфтой (на рис.1 не показан). Вилку механизма управления размещают в кольцевом пазу (4) подвижной полумуфты. При введении в зацепление кулачков двух полумуфт осуществляется передача крутящего момента M от одного вала к другому (на рис. муфта показана в сомкнутом состоянии). Кольцо (5) служит для центровки валов.

Распространены следующие формы профиля кулачков:

прямоугольная — требует точного взаимного расположения полумуфт в момент включения;

трапецевидная симметричная — не требует точного взаимного расположения полумуфт, поскольку боковые зазоры компенсируются изменением глубины посадки кулачков;

трапецевидная несимметричная — обеспечивает нереверсивность работы муфты за счёт того, что угол наклона одной из боковых поверхностей профиля увеличен до такой степени, что самоторможение муфты устраняется; в результате при вращении ведущего вала в одном из направлений муфта будет проскальзывать и не будет передавать вращающий момент.

Включение кулачковой муфты при относительном вращении валов сопровождается ударами, которые могут вызывать разрушении кулачков. Поэтому такие муфты не рекомендуется использовать для включения механизма под нагрузкой и при больших скоростях относительного вращения (V ≥ 1 м/с).

Кулачковая муфта

Зубчатая муфта — жёсткая компенсирующая муфта, которая состоит из полумуфт с внешними зубчатыми венцами, и разъёмной обоймы с двумя внутренними зубчатыми венцами. Эти устройства предназначены для передачи крутящего момента между двумя валами, оси которых не являются коллинеарными. Иными словами, зубчатая муфта обеспечивает компенсацию осевого, радиального и углового смещения валов. Это достигается за счёт того, что её зубчатое зацепление изготовляют с гарантированным боковым зазором и с возможностью свободного осевого смещения сопряжённых зубьев, а сами зубья имеют бочкоподобную форму со сферической внешней поверхностью. Компенсация отклонений от соосности валов сопровождается проскальзыванием зубьев.

Зубчатые муфты выполняют ту же функцию, что и карданная передача. Способность компенсировать угловое смещение у зубчатых муфт, как правило, ограничена величиной 4-5°. В то же время, карданная передача способна обеспечивать компенсацию и бо́льших угловых смещений. Существует тип зубчатых муфт, предназначенных для соединения двух номинально коаксиальных валов. Такие муфты способны компенсировать небольшие отклонения от соосности, такие как погрешности при установке валов, смещения в процессе эксплуатации. У таких муфт компенсирующая угловая способность ограничена величиной Δα = 0,25… 0,5°.

Зубчатые муфты способны передавать больший крутящий момент на единицу объёма муфты, чем карданные передачи, однако карданные передачи создают меньшие вибрации. Ограниченность величины передаваемого момента на единицу объёма карданной передачи является следствием ограниченности площади поперечного сечения карданной передачи.

Зубчатая муфта состоит из двух полумуфт 1 и 3 с наружными зубьями эвольвентного профиля и разъемной обоймы 2 с внутренними зубьями. Передача вращающего момента осуществляется большим числом одновременно работающих зубьев, что обеспечивает высокую нагрузочную способность и малые габариты муфты.

Для компенсации смещений деталей предусматривают торцевой зазор δ. Для ослабления вредного влияния кромочного контакта применяют зубья бочкообразной формы (рис. 7.4, б), а соединение выполнено с увеличенными зазорами. Зубчатые муфты допускают угловое смещение валов (рис. 7.4, в) Δα max = 1,5°, радиальное Δr = 0,2…0,6 мм, осевое (на рисунке не показано) – 1…8 мм.

Зубчатая муфта

Муфта фрикционная — устройство, передающее вращательное движение посредством трения. Такие муфты осуществляют плавное сцепление при различной скорости, что успешно используется, в машиностроении, в конструкции автомобильного сцепления. Более того, муфта фрикционная не может передать через себя больший момент, чем момент сил трения, ввиду того, что начинается проскальзывание контактирующих фрикционных элементов. Поэтому именно это свойство позволяет фрикционным муфтам быть эффективными предохранителями для защиты машины от динамических перегрузок.

По назначению фрикционные муфты могут быть сцепными и предохранительными.

Типы фрикционных муфт

По типу трущихся поверхностей муфты фрикционные бывают дисковые (а), конусные (б), и цилиндрические (в).

-В дисковых муфтах (одно- и многодисковые), трение происходит по торцевым поверхностям дисков.

-В конусных, рабочие поверхности изготовлены конической формы.

-Цилиндрические (ленточные, колодочные и т.д.) имеют цилиндрическую поверхность контакта.

Из всех перечисленных видов муфт, дисковые получили наибольшее распространение.

По типу сил трения бывают муфты сухие и муфты масляные.

Сухие муфты работают без смазочного материала, а масляные со смазочным материалом. Такие муфты применяют в ответственных конструкциях механизмов при передаче больших моментов. Смазывание продлевает срок службы рабочих поверхностей, но зато усложняет конструкцию муфты.

Муфты фрикционные изготавливают из конструкционной стали, чугуна СЧ30, а качестве фрикционных материалов, из которых изготовляют накладки, служат прессованная фрикционная пластмасса, асбестопроволочная ткань - ферродо, порошковые материалы и т.д. Сжатие поверхностей трения является главной задачей работы муфт фрикционных. Поэтому они рассчитываются на прочность по контактному давлению (подобно напряжениям смятия). Для каждой отдельной конструкции вычисляется сжимающая сила и делится на площадь контакта. При этом расчётное контактное давление не должно превышать допускаемое для данного материала.

Также, муфты фрикционные подразделяются на сцепные (муфты сцепления), и предохранительные муфты.

Муфта сцепления, посредством трения, разъединяет и плавно соединяет входной и выходной вал.

Предохранительная муфта служит для разделения входного и выходного валов, если превышается предельная величина крутящего момента.

Муфты фрикционные дисковые, бывают однодисковые, двух, и многодисковые.

В наше время очень широко используются малогабаритные однодисковые муфты с фрикционными вставками, которые устанавливают консольно, для удобства ремонта. Они блокируются с тормозом или непосредственно жесткой связью, или посредством системы управления.

Необходимость быстродействия и большие передаваемые моменты, заставляют применять для управления работой муфты пневматические или гидравлические силовые цилиндры. Электромагнитные и механические устройства не могут обеспечить в этом случае, возникновения большого усилия, передаваемого на нажимный диск. В этом случае больше применяются муфты с пневматическим управлением. А именно муфты с электромагнитным управлением хорошо работают в прессах небольшого (до 100 кН) усилия.

В современном машиностроении применяются различные конструкции фрикционных муфт, среди которых наибольшее распространение получила многодисковая муфта.

Многодисковая фрикционная муфта состоит из двух полумуфт в виде корпуса и втулки 3, дисков 4 и 5 и нажимного механизма 2 рис. 3.3.16. В продольные пазы внутренней поверхности корпуса свободно входят зубья ведущих дисков 4, а в пазы на наружной поверхности втулки — зубья ведомых дисков 5, между которыми возникают силы трения, что обусловливает передачу вращающего момента. Толщину стальных дисков принимают 1,5...2,5 мм для масляных и 2,5...5 мм для сухих муфт. Зазор между дисками выключенной муфты 0,2...1,5 мм в зависимости от материала поверхностей трения. Число ведущих дисков выбирают не более 11, так как нажимная сила Р на последние диски постепенно уменьшается вследствие трения зубьев дисков в пазах полумуфт. Все диски в муфте должны быть параллельными и соосными во избежание их местного повышенного износа и нагрева. По этой причине ведущие и ведомые диски устанавливают на одной полумуфте, расположенной на ведомом валу, при этом число пар трущихся поверхностей четное, а число всех дисков — нечетное. Многодисковые муфты имеют малые габариты, что важно для быстроходных механизмов. Эти муфты с механическим управлением применяют для передачи малых и средних вращающих моментов. При передаче больших моментов многодисковые фрикционные муфты снабжают пневматическим, гидравлическим или электромагнитным дистанционным управлением, широко применяемым в современном станкостроении.

Основным критерием работоспособности фрикционных муфт является износостойкость трущихся поверхностей. Поверхности трения дисков проверяют на износостойкость по значению давления.

Используемая литература

http://dic.academic.ru

http://www.jcwiki.ru

Иванов М.Н. Детали машин: Учебник для машиностроительных специальностей вузов/М.Н. Иванов, В.А. Финогенов. – 13 изд. перераб. – Москва: Высшая школа, 2010. – 408с.: ил.

(ISBN 978-5-06-006181-9)

http://www.licrym.org

Фамилия автора. Наименование источника: данные, прилагаемые к наименованию(есть на титульном листе источника) / авторство; дополнительное авторство (чей перевод, кто редактор и т.д.). - Сведения об издании (переиздание ли это, год повторного издания). - Город издания : Издательство, Год. - Объем издания. - (Серия).