4.2. Муфты и тормоза

4.2.1. Общие сведения

Муфтами называются устройства для соединения валов совместно работающих узлов машин, соединения валов с расположенными на них деталями (зубчатыми колесами, шкивами и др.), соединения электрических проводов и др. Большинство муфт служит для передачи вращающего момента без изменения его направления и угловой скорости. Роме соединительных они могут одновременно выполнять и другие функции: амортизирующие (смягчение при работе толчков и ударов); регулирующие по скорости, направлению, величине вращающего момента; предохранительные при перегрузках; включения и выключения механизма и др.; по конструкции, назначению и принципу действия муфты весьма разнообразны.

По принципу действия муфты делятся на механические, электрические, гидравлические. В электрических и гидравлических муфтах используют принципы сцепления за счет электромагнитных и гидродинамических сил. Эти муфты изучаются в специальных курсах. По признаку управляемости все механические муфты разделяют на четыре класса: неуправляемые (не расцепляемые), не допускающие рассоединения валов в процессе работы; управляемые, позволяющие принудительно соединять и разъединять валы в процессе работы; самоуправляемые, автоматически рассоединяющие валы при изменении заданного режима работы; прочие, например, комбинированные.

4.2.2. Неуправляемые муфты

Эти муфты служат для постоянного соединения валов. Неуправляемые муфты по характеру соединения валов делят на жесткие или глухие, компенсирующие и упругие.

а) Жесткие муфты применяют для соединения строго соосных валов. Валы, соединенные такими муфтами, работают как одно целое, поэтому наряду с крутящим моментом муфта может воспринимать изгибающий момент, поперечные и осевые нагрузки. Наиболее простыми и распространенными жесткими муфтами по конструкции являются втулочные и фланцевые.

Втулочная муфта (рис. 4.8) представляет собой втулку, надеваемую на концы соединяемых валов и закрепляемую на них штифтами, шпонками, шлицами или винтами. Материал втулок – сталь 35, 40, 45, чугун. Применяется для соединения валов диаметром до 100 мм. Размеры муфты зависят от диаметров вала: D = (1,5…1,8)d; L = (2,5…4)d.

Прочность муфты определяется прочностью ее соединения с валом. Основным недостатком этой муфты является необходимость точного совмещения осей валов, а для их разъединения требуются значительные смещения валов по оси.

Рис. 4.8

Фланцевая муфта (рис. 4.9) наиболее распространенная – состоит из двух полумуфт, насаживаемых на концы валов и соединенных между собой болтами. Болты ставят с зазором или без зазора. В первом случае момент передается за счет трения на стыке полумуфт от затяжки болтов с силой

F_зат = 2Т_рS/(d_ср z f), (4.12)

где S = 1,2…3,0 – коэффициент запаса сцепления;

f = 0,15…0.2 – коэффициент трения;

d_ср – средний диаметр кольцевой поверхности трения;

z - число болтов.

Рис. 4.9

Если болты поставлены без зазора, то момент передается болтами, которые работают на срез и на смятие; несущая способность при одинаковых размерах в 5…6 раз больше, чем в первом варианте. Применяется для соединения валов диаметрами 12…250 мм. Достоинствами таких муфт являются простота конструкций и сравнительно небольшие размеры.

б). Компенсирующие муфты – это муфты, позволяющие компенсировать незначительные осевые Δℓ, радиальные Δr и угловые Δα смещения валов, обусловленные погрешностями монтажа, а также деформациями валов от нагрузки (рис. 4.10). По конструкции наибольшее применение находят зубчатые, кулачково-дисковые и шарнирные муфты. Зубчатые муфты допускают смещения валов: продольное – до 8 мм, радиальное – до 0,6 мм и угловое – до 1⁰; применяют для диаметров валов 40…180 мм. Кулачково-дисковые (рис.1.11) муфты допускают радиальное смещение валов до 0,05d и угловое до 1⁰. Шарнирные муфты применяют при больших изменяющихся угловых смещениях валов (до 45⁰).

Рис.4.10

Рис. 4.11

в). Упругие муфты – это муфты, у которых вращающий момент между полумуфтами передается через упругие элементы. Они способны не только компенсировать линейные, радиальные и угловые смещения, но и демпфировать колебания, амортизировать толчки и удары. По материалу упругих элементов они делятся на муфты с неметаллическими (резина с высокой эластичностью, кожа) и металлическими пружинами (пружины, пластины и др.) упругими элементами. Широкое применение в приводах от электродвигателя к редукторам и в других случаях для валов диаметрами 10…180 мм находят упругие втулочно-пальцевые муфты типа МУВП (рис. 4.12). По конструкции они аналогичны фланцевым, но вместо болтов поставлены пальцы с резиновыми (кожаными) втулками или набором колец из них. Допускают смещение валов Δℓ = 1…5 мм, Δr = 0,2…0,5 мм; Δα = 1⁰.

Рис. 4.12

Применяются также упругие муфты с резиновой звездочкой, с торообразной оболочкой и др.