22.5. Муфти керовані (зчіпні)

22.5.1. Загальні відомості. Керовані (зчіпні) муфти призначено для з’єднання або роз’єднання валів при їх обертанні або у спокої за допомогою механізму керування.

За принципом роботи керовані муфти поділяються на дві групи: 1) муфти, засновані на зачепленні; 2) муфти, засновані на терті.

22.5.2. Муфти, засновані на зачепленні: 1) кула­ч­кові; 2) зубчасті.

Рис. 22.13. Кулачкова муфта (ГОСТ 15620-77): 1, 2 – пів муфти; 3 – виступи-кулачки; 4 – паз для вилки відводки; 5 – центрувальне кільце

Кулачкова муфта (ГОСТ 15620-77) складається із півмуфт 1, 2, на торцях яких виконано кулачки-виступи (рис. 22.13). В робочому стані кулачки півмуфти 1 входять у западини півмуфти 2. Останню встановлено на валу з можливістю рухатися в осьовому напрямку, що дозволяє включати і виключати муфту. Переміщення в осьовому напрямку півмуфти 2 здійснюється за допомогою спеціального пристрою - відводки. Вилка відводки розміщується у кільцевій канавці 4 півмуфти. Кільце 5 забезпечує центрування валів.

Форми кулачків: прямокутний (рис. 22.14, а); трапецієвидний (б, в).

Прямокутний профіль вимагає точного взаємного розміщення півмуфт у момент вмикання. Крім того, у зачепленні завжди наявні технологічні зазори, що приводить до ударів при зміні напрямку обертання.

Т

Рис. 22.14. Форми кулачків: а - прямокутний; б, в - трапецієвидний

рапецієвидний профіль (б, в) не вимагає точного взаємного розміщення півмуфт у момент вмикання, а бокові зазори компенсу­ються зміною глибини заходу кулачків у западини. Муфти із симетричним трапецієвидним профілем використовують у приводах з реверсуванням навантаження. У муфтах із трапецієвидним профілем виникають осьові сили F_a, які розсувають півмуфти й утруднюють їх вмикання. Тому кут α трапецієвидного профілю вибирають у межах 2...50˚, що забезпечує самогальмування кулачків.

Кулачкові муфти використовують для з’єднання або роз’єднання зубчастих коліс, розміщених на валах, наприклад, у коробках швидкостей переважно без навантаження і при малих відносних швидкостях обертання (v ≤ 1 м/с).

Матеріал кулачкових півмуфт: сталі, що підлягають цементації до твердості Н > 50...63 HRC - сталі 15, 20, 15Х, 20Х, 12ХНВА; при великих розмірах - сталі 45, 45Л, 40Х, 40ХН; твердість кулачків Н > 50...55HRC.

Критерієм роботоздатності кулачкових муфт є спрацювання кулачків, яке залежить від напруги зминання на поверхні стикання кулачків

(22.3)

де z - кількість зуб’їв; D₁, b, h - див. рис. 22.13; = 90 ...120 МПа - вмикання без відносного обертання, = 50...70 МПа - вмикання на тихому ходу, = 35...45 МПа - вмикання на підвищених швидкостях.

Механічні характеристики і основні конструктивні параметри керованих кулачкових муфт за ГОСТ 15620-77 приведено в табл. 22.7 (Всі таблиці приведено в кінці розділу 22).

З убчаста зчіпна муфта (ОСТ 90.0991-75) має евольвентні зуб’я із збільшеним бічним зазором та округленими торцями, що запобігає їх пошкодженню при вмиканні (рис. 22.15). Муфта компактна, може передавати великі обертові моменти. Вмикання муфти на швидкому ходу здійснюється із застосуванням синхронізаторів.

М

Рис. 22.15. Зубчаста зчіпна муфта (ОСТ 90.0991-75)

еханічні характеристики і основні конструктивні параметри керованих кулачкових муфт за ГОСТ 15620-77 приведено в табл. 22.8 (Всі таблиці приведено в кінці розділу 22).

22.5.3. Муфти, засновані на терті, - фрикційні. При вмиканні фрикційних муфт обертальний момент на веденому валу зростає поступово, пропорційно силі притискання поверхонь тертя. Це дозволяє з’єднувати вали під навантаженням, із значною початковою різницею їх кутових швидкостей.

Фрикційні муфти за формою робочих поверхонь поділяються на: дискові (плоска робоча поверхня); конічні (конічна робоча поверхня); колодкові, стрічкові (циліндрична робоча поверхня ).

Фрикційні муфти вимагають точної співвісності валів.

Дискова муфта складається із нерухомо закріпленої на валу півмуфти 1, рухомої в осьовому напрямку, півмуфти 2, фрикційної накладки 3 (рис. 22.16). Вмикання муфти виконується осьовим зміщенням півмуфти 2 за допомогою відводки.

У

Рис. 22.16. Дискова фрикційна муфта: 1 – півмуфта, закріплена на валі; 2 – фрикційна накладка; 3 - півмуфта, рухома в осьовому напрямку

багатодисковій муфті є дві групи дисків - зовнішні та внутрішні, з’єднані за допомогою шліців із правою або лівою півмуфтами. Багатодискова конструкція має більшу несучу здатність, ніж одно дискова, дозволяє зменшувати силу притиску дисків і габарити муфти, забезпечує плавність включення.

Багатодискові муфти нормалізовані (МН5665-65) для Т_р = 25...2500 Н·м.

Критерієм роботоздатності фрикційних муфт є стійкість проти спрацювання поверхонь тертя. Розрахунковий критерій - тиск на поверхнях тертя

(22.4)

де D₁, D₂ - відповідно діаметри кільцевих поверхонь дисків; - допустимий тиск (таблиці 17.1 [9], 37.1 [14], 21.1 [19]).

Конусна фрикційна муфта має півмуфти, які сти­кають­ся між собою по конічних поверхнях (рис. 22.17). Від дії осьової сили притиску F_a на поверхні стикання виникає питомий тиск p і питомі сили тертя pf (f - коефіцієнт тертя), які направлені по дотичній до кола конуса і які використовуються для передачі обертаючого моменту.

Умова стійкості проти спрацювання робочої поверхні конусних муфт:

(22.5.)

де b, D_ср, a - див. рис. 22.16; при зменшенні кута α зменшується осьова сила притиску F_а, для усунення самозаклинення необхідно, щоб α ≈15º.