Виды муфт для передачи вращения

Муфта в технике: определение, назначение, примеры использования

Муфта — это цилиндрическое по форме устройство, соединяющее два вала, трубы или отрезка провода. Они используются для постоянного или временного соединения, могут быть управляемыми. Классификация устройств насчитывает десятки разновидностей. Они применяются во всех отраслях жизни человека.

Что такое муфта

Что такое муфта? Это механизм для соединения приводных валов или трубопроводов.

Для чего нужна муфта? Основная задача:

• механической — соединить два вала для передачи вращения;
• соединительной — соединить два участка трубопровода для создания единой герметичной трубы.

Механические муфты выполняют и другие вспомогательные функции, такие, как ограничение предельной мощности на валу, предотвращение реверсивного вращения и некоторые другие.

КПД муфты определяется ее конструкцией. Наибольшими значениями этого параметра обладают жесткие конструкции, передающие энергию без потерь.

Фрикционные и упругие разновидности допускают потерю от 2 до 15 % энергии.

Виды муфтовых соединений

Механические муфты имеют много подвидов. Все они относятся к постоянным разъемным соединениям.

Жесткие

Для крупных конструкций, например, гребных валов, они служат для постоянного соединения раздельно изготавливаемых и перевозимых секций в единое целое на судоверфи. Здесь используются жесткие соединения, фланцевые или втулочные с фиксирующим элементом.

Фланцевая муфта представляет собой фланец, выточенный или приваренный на торце вала. в отверстия фланца пропускаются болты или шпильки, которыми он притягивается к ответному фланцу на другой секции вала.

Все муфтовые соединения требуют строгой соосности сопрягаемых валов. При ее нарушении возникают напряжения изгиба и радиальные биения, деформирующие и разрушающие соединение.

Исключением служит кулачково-дисковый механизм. Он была разработана Джоном Олдэмом в начале XIX века специально для параллельных, но не соосных валов.

Упругие

Если в ходе работы на валу возникают вибрация и динамические нагрузки, для их поглощения используют упругие муфты. Они имеют эластичный компонент для поглощения энергии. В фланцевых -это полимерные втулки, надетые на болты или шпильки. В кулачковых упругий элемент выполняют в виде эластичного зубчатого колеса из плотных пластмасс.

Сцепные

Служат для периодического подключения и отключения ведомого вала от ведущего. В них одна часть муфты зафиксирована на одном валу, а вторая скользит вдоль другого вала, входя в зацепление я первой и выходя из него. По конструкции средин них различают:

• Зубчатые. В зацепление входят зубцы или кулачки.
• Фрикционные. Зацепление осуществляется за счет трения. Различают дисковые и конические муфты. Прижим осуществляется пружиной. Такие механизмы могут соединяться при вращающихся с разной скоростью валах, их используют для работы сцепления в трaнcпортных средствах и ручных строительных механизмах с бензоприводом.
• Магнитные. Валы соединяются силой притяжения мощных постоянных магнитов такое соединение не требует физического контакта, поэтому вращение может предаваться через мембрану или стенку немагнитного сосуда на границе двух сред, например, газа и жидкости. Такие приводы используются для перемешивания жидкостей в пищевом и фармацевтическом производстве.
• Гидродинамические. Движение передается рабочей жидкостью от ведущей крыльчатки к ведомой. Крыльчатки вращаются в общей рабочей камере, но не соприкасаются. Лучше остальных гасят колебания и удары. Используется в автомобильных трaнcмиссиях.
• Электромагнитные. действуют аналогично, но силу зацепления обеспечивает электромагнит.

Виды муфт расположены в списке по мере убывания КПД.

Безрезьбовое компрессионное зажимное соединение gebo

Зажимные фитинги системы Gebo не так давно появились на рынке, но уже завоевали заслуженную популярность там, где требуется соединить две стальных трубы. Они позволяют обойтись без трудоемких операций по сварке или нарезке резьбы, не всегда возможных из-за особенностей места установки. Так, например, если стык приходится на труднодоступное место, в нем невозможно нарезать резьбу. Или в месте стыка расположены легковоспламеняющиеся материалы. Еще один вариант- ремонт газовых труб после утечки. Сварку нельзя начать до полного проветривания помещения.

Фитинг Gebo представляет собой металлический корпус, с одного конца которого установлено зажимное приспособление. На корпусе нарезана резьба, на нее навинчивается гайка. Под гайкой расположено зажимное кольцо с коническим сечением, прижимное кольцо и прокладка из эластичного материала. Фитинг просто надевается на конец стальной трубы, Гайка завинчивается и кольца обжимают прокладку. Она плотно прижимается к поверхности трубы, надежно герметизируя соединение.

Муфты для ремонта

Служат для ремонта трубопроводов. используется два основных вида таких приспособлений:

• Стыковые. В месте неисправности вырезается кусок трубы, и вместо него вставляется ремонтная муфта. С двух сторон она имеет соединения: резьбовые, фланцевые или сварные. Ответные части соединений устанавливаются или формируются на концах трубопровода.
• Обжимные. Представляют собой хомут, надеваемый на поврежденный участок трубы. Под хомут подкладывается (или является его частью) слой уплотняющего упругого материала. Хомут затягивается, прижимая уплотняющий материал к повреждению и герметизируя его.

Обжимные служат средством оперативного, временного ремонта. Они не должны использоваться на постоянной основе. Могут устанавливаться только на жестких трубах (сталь, пластик) и подлежат замене на исправный участок трубы при первой возможности.

Стыковые применяются для постоянного ремонта жестких трубопроводов.

Для гибких шлангов малого давления (например, для садового полива или дренажного насоса) они могут использоваться и на постоянной основе. Используют их также и для сращивания кусков шланга.

Классификация муфт

По способу своего функционирования муфты подразделяются на

• механические;
• электрические;
• гидравлические;
• магнитные.

По возможности управления различают:

• постоянного зацепления;
• управляемые.

Управляемые муфты позволяют временно рассоединять валы с остановкой вращения или без таковой. По типу привода они подразделяются на:

• Механические. В качестве привода используется мускульная сила человека.
• Пневматические.
• Гидравлические. Требуют наличия на станке или механизме системы гидравлики.
• Электромагнитные. Наиболее современные, легко интегрируются в цифровые системы управления.
• Самоуправляемые. По достижении определенного условия (скорости вращения, крутящего момента или самопроизвольного реверса) сpaбатываем механизм, временно или постоянно расцепляющий валы. Служат в качестве пpeдoxpaнительных устройств. Из-за сложности конструкции, изготовления и обслуживания вытесняются автоматизированными системами с датчиками и электроприводом.

По упругости сцепки различают

• жесткие, осуществляют постоянное зацепление;
• компенсирующие, способны работать в условиях неполной соосности валов;
• упругие (компрессионные муфты), компенсируют крутильные или продольные колебания и удары, передаваемые от источника энергии;
• сцепные, управляемые механизмы для коммутации валов, к ним относятся кулачково- дисковые и фрикционные муфты.

В сложных случаях применяют комбинированные муфты, соединяющие в себе несколько классификационных признаков.

Распространенные ошибки установки

В электрике применяются так называемые термоусадочные муфты, используемые для электро- и гидроизоляции концов и стыков электрических проводов и кабелей. Они представляют собой отрезки трубок из специального пластика, сильно уменьшающегося в размерах при нагревании и обжимающего конец или стык провода до его полной герметизации.

Распространенными ошибками при их монтаже являются:

• неправильное цветовое обозначение фаз или контактов
• наличие воздушных пустот после усадки;
• перегрев муфты, ведущий к ее повреждению или разрыву;
• неправильный выбор начального диаметра муфты и нарушение герметичности из-за неполного обжатия.

Тщательное соблюдение технологии и простая внимательность при работе позволяет избежать досадных оплошностей

Назначение

Механические муфты предназначены для:

• передачи энергии между двумя валами, находящимися на единой оси либо под некоторым углом;
• подключение и отключение ведущего и ведомого вала;
• защиты агрегата от перегрузок;
• компенсации ударов и колебаний, возникающих при работе механизма.

Ремонтные муфты переназначены для сращивания двух труб или временной ликвидации утечки.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Виды муфт

Муфтами в механике называют специальные изделия, которые служат для соединения концов валов,

труб, стержней, проводов и т.п.

Классификация муфт

Разделений и классификаций муфт достаточно много.

По управляемости, классифицируют неуправляемые и управляемые муфты

Неуправляемые используют когда валы вынужденно делают составными, хотя в идеале они должны быть едиными и неразрывными, работать как одно целое.

По конструкции и принципу работы бывают глухими, упругими и компенсирующими

Самые распространенные неуправляемые муфты — глухие втулочные, обычно их изготавливают из стали.

Другая разновидность фланцевые муфты — они имеют две полумуфты в форма фланцев из углеродистой стали или чугуна, они гарантируют долговременное соединение валов, просты по конструкции, дешевы, широко распространены в машиностроении. Принцип — полумуфты насаживают на края валов с

натягом и дополнительно стягивают болтами.

Упругие муфты соединяют валы с некоторыми неточностями соосностями. Несоосность валов обычно появляется при неточном изготовлении или неточной установке при монтаже и различают: продольное, радиальное, угловое смещения, а также их комбинации.

Компенсирующие — для уменьшения (компенсации) динамических и ударных нагрузок, передаваемых соединяемыми валами.

Управляемые (сцепляемые) муфты используют в машинах или их отдельных узлах, если необходимо осуществлять частые остановы и спуски, спецление — расцепление и т.п.

Упругие муфты используют для снижения динамических нагрузок, которые передаются соединяемыми валами.

Конструкции упругих (эластичных) муфт многочисленны.
По материалу упругих элементов — бывают с металлическими (пружины, пластины) и неметаллическими упругими элементами (резиновые «звездочки»)

Муфты сцепления могут быть различных видов — полностью механические, электрические (электромагнитные), гидравлические, пневматические. Разумеется, их принцип идентичен, то только

они используют различные источники энергии.

Механические сцепляемые муфты — зубчатые, кулачковые, фрикционные.

Зубчатая муфта обычно компенсирует любые смещения валов, потому, что зацепление зубцов исполняют с боковым зазором и возможностью взаимного осевого смещения сопряженных зубьев.

Также у данных муфт при прочих достоинствах компактны, выдерживают большие нагрузки. Кулачковая муфта включает в себя две полумуфты, сцепляющиеся с помощью торцевых кулачков.

Втулка служит для центрирования валов. Профили кулачков зависят от сферы использования муфты (трепецеидальный, треугольный, прямоугольный, несимметричный и т.п.).
Для соединение валов эти муфты требуют центрирования, например с помощью центрирующего кольца или втулки. Достоинства кулачковых муфт — отсутствие проскальзывания и малые габаритные размеры. Недостатки — невозможность включения на высокой скорости.

Фрикционные муфты сцепления передают вращение с помощью трения и обеспечивают плавное соединение ведущего и ведомого валов, уменьшая динамические нагрузки и шум. Фрикционные управляемые механические муфты используются для соединения (рассоединения) валовпри вращении. Силы трения обеспечивают плавное расцепление валов. Фрикционные муфты могут быть также и пpeдoxpaнительными и проскальзывать если механизм встречает какое-то препятствие. Но такой тип муфт отнести к самодействующим.

Читать еще:  Правильный угол заточки топора

Многодисковые фрикционные муфты состоят из двух неподвижных полумуфт, нескольких наружных и внутренних дисков, двух упopных колец, между которыми располагаются диски, упopных гаек, регулирующих расстояние между упopными кольцами и механизма включения муфты. При включениидиски зажимаются между упopными кольцами, одно из которых упирается в гайку, другое — в рычаги механизма включения, под воздейсвитем сил трения между дисками происходит сцепление полумуфт и соединяемых валов.
Самодействующие муфты выделяют следующих типов: пpeдoxpaнительные, обгонные, центробежные, также предлагаемые нами электромагнитные муфты.

Пpeдoxpaнительные используют для защиты механизмов от перегрузок. Центробежные для автоматического сцепления или расцепления валов, когда ведущий вал достигает заданной частоты вращения.

Пpeдoxpaнительные муфты бывают с разрушаемым и неразрушаемым элементом. Для них рекомендуется рассчитать крутящий момент рассчитывается как

Тр=1,25Т, где Т — максимальный момент, передаваемый муфтой.

Пpeдoxpaнительные — защищают от поломки при перегрузках, разъединяют цепь при достижении определенных параметров. центрирование полумуфт обеспечивают цилиндрическим выступом на одной полумуфте и цилиндрической расточкой на другой

Пpeдoxpaнительные муфты с неразрушаемым элементом — кулачковые, шариковые/роликовые фрикционные.
В данных пpeдoxpaнительных муфтах первая полумуфта соединяется с валом неподвижно, а вторая полумуфта — с возможностью осевого перемещения.
В кулачковых муфтах вторая — постоянно прижата к первой с помощью нескольких пружин. Сила сжатия регулируется гайкой. Сцепление полумуфт в кулачковой муфте осуществляется торцевыми кулачками различного профиля, в шариковой — шариками, находящимися под действием пружин, во

фрикционных — силой трения, развиваемой фрикционными дисками.

Они работают и делают вал единым целым, расцепление происходит при установленной перегрузке.

Пpeдoxpaнительные кулачковые и шариковые муфты используют только при низких скоростях и

небольших моментах, так как при их перегрузках происходят шумные удары кулачков и шариков,
пpeдoxpaнительные фрикционные муфты успешно работают при частых кратковременных перегрузках,

обычно ударного действия.

Пpeдoxpaнительные муфты с разрушающимся элементом. Применяют если возможны внезапные сильные

перегрузки.
После каждого сpaбатывания разрушенный элемент (штифт) необходимо заменить и соответственно при

частых сpaбатывания такая муфта — не лучшее решение.

Для высокой сpaбатывания точности в предполагаемом месте разрушения штифта делают выточку,

также это облегчает извлечение разрушенного элемента и снижает вероятность повреждений.

Момент, при котором происходит разрушение штифтов рассчитывается как расчетный момент

Обгонная муфта следит за соотношением угловых скоростей. если скорость ведущего вала, больше

скорости ведомого, то она сцепляет валы. При меньшей скорости ведущего вала муфта расцепляет

валы, и не препятствует ведомому валу свободно обгонять ведущий.

Центробежные муфты — предназначены для для автоматического соединения / разъединения валов,

если ведущий вал достигает необходимой частоты вращения

Центробежные муфты способом сцепления напоминают фрикционные муфты, которые сцепляются и

расцепляются автоматически, под воздействием специальных грузов и пружин.
Когда ведущий вал достигает определенной угловой скорости центробежные силы, которые действуют

на грузы, связанные с одной из полумуфт преодолевают силы пружин
и прижимают или отжимают их (грузы) к другой полумуфте, в результате чего валы сцепляются (или

По способу сцепления они бывают храповые и фрикционные. Наиболее распространены фрикционные

обгонные муфты с роликами.

Пружинно-кулачковые пpeдoxpaнительные муфты используются при низких скоростях и передаваемых

крутящих моментах. Пружины обеспечивают точность и стабильности сpaбатывания муфты, однако при

высокой скорости применять их нельзя. Также существуют пружинно-шариковые пpeдoxpaнительные

муфты — они могут использоваться при более высоких скоростях, меньше подвержены износу,

Муфты: классификация, виды, назначение

Муфта – устройство, предназначенное для соединения концов валов или для соединения валов с расположенными на них деталями.

Основное назначение: передача вращающего момента без изменения его модуля и направления.
Функции, выполняемые муфтами: пpeдoxpaнение механизма от перегрузок, компенсирование несоосности валов, разъединение или соединение валов во время работы и др.

Классификация муфт

В зависимости от конструкции муфты различаются по функциональному назначению и принципу действу. Различают следующие виды муфт: механические, гидравлические, электрические и др. Широко применяемые муфты стандартизованы.
Основная паспортная хаpaктеристика муфты — значение вращающего момента, на передачу которого она рассчитана. Ниже рассматриваются только наиболее распространенные в машиностроении механические муфты.

По хаpaктеру соединения валов муфты подразделяют на неуправляемые (постоянные), управляемые и самоуправляемые (автоматические).

Виды муфт

Муфта глухая образует жесткое и неподвижное соединение валов. Они не компенсируют ошибки изготовления и монтажа, требуют точной центровки валов. Применяются обычно глухие муфты для тихоходных валов.

Втулочная муфта – самая простая из глухих муфт, состоит из соединительной втулки со штифтами (рис. 7.1, а) или шпонками (рис. 7.1, б). Основное их достоинство – простота конструкции. Применяют их при относительно небольших нагрузках на валах диаметрами до 60…70 мм.

а) б)
Рuс. 7.1. Втулочные муфты со:
а – штифтами; б – шпонками

Муфта фланцевая – наиболее распространенная (рис. 7.2), состоит из двух полумуфт 2, соединенных болтами 1. Болты ставят через один: с зазором (вариант I) и без зазора под развертку (вариант II). Центрирование полумуфт в этом случае осуществляют болтами, установленными без зазора, которые рассчитывают на срез. Установка болтов без зазора позволяет получить муфты меньших габаритов и поэтому более распространена.

Рис. 7.2. Фланцевая муфтa

Фланцевые муфты применяют для соединения валов диаметром до 200 мм и более. Достоинствами таких муфт являются простота конструкции и сравнительно небольшие габариты.

Жесткая компенсирующая муфта. За счет подвижности деталей такие муфты компенсируют радиальные, угловые и осевые смещения валов, вызванные неточностями их изготовления, монтажа и упругими деформациями. Это позволяет уменьшить нагрузки на валы и подшипники.

Недостаток жестких компенсирующих муфт – отсутствие упругодемпфирующих элементов, смягчающих толчки и удары. Наибольшее распространение получили кулачково-дисковая и зубчатая.

Кулачково-дисковая муфта (рис. 7.3) состоит из двух полумуфт 1 и 3, соединенных промежуточным диском 2. При работе диск перемещается по пазам полyмуфт, и тем самым компенсируются несоосность соединяемых валов (радиальные смещения – до 0,04d, угловые – до 30′).

Скольжение выступов в пазах сопровождается их износом. Интенсивность износа возрастает с увеличением несоосности и частоты вращения. Для уменьшения износа поверхности трения муфты периодически смазывают и не допускают на них больших напряжений смятия.

Рис. 7.3. Кулачково-дисковая муфтa

Из условия износостойкости кулачково-дисковых мyфт рассчитывают давление на боковых поверхностях выступов и пазов:
, (7.1)
где Тр – расчетный вращающий момент;
h – рабочая высота выступа;
D, d – соответственно наружный и внутренний диаметры;
[p] – допускаемое давление: при термически необработанных, хорошо смазываемых поверхностях или при закаленных поверхностях трения [p] = 15…30 МПа.

Детали кулачково-дисковых муфт изготовляют из сталей Ст5 (поковка) или 25Л (литье). Для тяжелонагруженных муфт применяют легированные стали типа 15Х, 20Х с цементацией рабочих поверхностей.

Зубчатая муфта (рис. 7.4, а) 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.

Рuс. 7.4. Зубчатая муфта

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.

Детали зубчатых муфт изготовляют из углеродистых сталей типа 45, 40Х, 45Л коваными или литыми. Для повышения износостойкости зубья полумуфт подвергают термической обработке до твердости не ниже 40НRC, а зубья обойм – не ниже 35HRC.

Упругие компенсирующие муфты применяются не только для компенсации смещения валов, но и для снижения динамичности нагрузок и амортизации колебаний, возникающих при работе передач машин.

Муфта упругая втулочно-пальцевая (рис. 7.5) состоит из двух полумуфт 1, соединенных пальцами 2, на которые для смягчения ударов надеты гофрированные резиновые втулки. Такие муфты в силу простоты конструкции получили широкое применение в приводах от электродвигателей для валов диаметрами 9…160 мм при вращающих моментах 6,3…16000 Нм.

Рuс. 7.5. Упругая втулочно-пальцевая муфтa

Толщина резиновых втулок невелика, и поэтому амортизирующая способность муфты незначительна. Они допускают радиальное смещение валов до 0,6 мм, продольное – до 5 мм, угловое – до 1°.
Для ограничения износа среднее контактное давление пальца на втулку находят по формуле:
, (7.2)
где z = 6 – число пальцев;
Dm – диаметр окружности расположения осей пальцев;
dп – диаметр пальцев;
l – длина упругого элемента;
[p] ≈ 2 МПа – допускаемое давление для резиновых втулок.

Муфта со змеевидными пружинами (рис. 7.6) состоит из двух полyмуфт 1 с зубьями специальной формы, между которыми свободно расположены секции змеевидной пружины 3 прямоугольного сечения. Кожух 2, состоящий из двух половин, служит резервуаром для пластичного смaзoчного материала и пpeдoxpaняет пружину от выпадения.

Рuс. 7.6. Муфтa со змеевидными пружинами

Муфта используется для передачи больших вращающих моментов, обладает хорошими эксплуатационными качествами, имеет небольшие габариты, но сравнительно дорогостоящая.
В зависимости от размеров муфты могут компенсировать радиальные смещения валов 0,5…3 мм, осевые – 4…20 мм и угловые до 1°15′.
Материалы полумуфт – сталь 45, стальное литье 45Л; пружин – пружинные стали 65Г, 60С2.
Расчет муфты предусматривает проверку прочности пружины при изгибе методами сопротивления материалов.

Управляемые (сцепные) муфты
Позволяют соединять и разъединять валы без остановки двигателя. По конструкции управляемые муфты можно разделить на кулачковые, зубчатые, основанные на зацеплении, и фрикционные, основанные на трении.
Кулачковые и зубчатые муфты имеют весьма небольшие габариты и массу, не допускают проскальзывания. Однако их включение на ходу сопровождается ударами. Фрикционные муфты позволяют плавно соединять ведущий и ведомые валы под нагрузкой при любой скорости их вращения, пpeдoxpaняют механизмы от внезапных перегрузок.
Управляемые муфты требуют точной соосности соединяемых вaлов.

Кулачковая муфта (рис. 7.7) состоит из двух полумуфт 1 и 2, имеющих на сцепляемых торцах выступы – кулачки. При включении муфты кулачки одной полумуфты входят во впадины другой, создавая жесткое соединение.

Читать еще:  Как выбрать угловую шлифовальную машину

Рис. 7.7. Кулачковая муфтa

Включение кулачковой муфты во избежание ударов производят при остановленном двигателе или с малыми скоростями (до 1 м/с).
Полумуфты чаще всего располагают на одном валу, что обеспечивает хорошую их соосность. При выключенной муфте зубчатое колесо свободно вращается на подшипнике скольжения 3. Если муфта включена, вращающий момент от зубчатого колеса передается через кулачки и шлицы на вал.
Для устранения ударов и шума при включении муфты применяют специальные соединительные устройства – синхронизаторы.
Кулачковые муфты изготовляют из сталей 20, 15Х, 20Х с последующей цементацией или сталей 40Х, 30ХН с последующей объемной закалкой. Размеры муфт принимают конструктивно, а затем выполняют проверочный расчет кулачков на износостойкость и прочность.

Фрикционные сцепные муфты передают вращающий момент между полумуфтами за счет сил трения на рабочих поверхностях (рис. 7.8).

Рuс. 7.8. Фрикционные муфты:
а – однодисковая; б – многодисковая; в – конусная

В начальный период касания полумуфт происходит относительное проскальзывание их рабочих поверхностей (смазанных или сухих), и тем самым обеспечивается плавность включения муфты. При установившемся движении проскальзывание не происходит, а при перегрузке муфта пробуксовывает, что пpeдoxpaняет машину от поломок.
Фрикционные муфты должны обладать надежностью сцепления, высокой износостойкостью и теплостойкостью контактирующих поверхностей. Материал трущихся деталей (накладок) выбирается в зависимости от среднего контактного напряжения (давления):
, (7.3)
где Fa – осевая сила;
Т – вращающий момент;
k = 1,3…1,5 – коэффициент запаса сцепления;
Dm – средний диаметр контакта;
f – коэффициент сцепления (трения покоя);
z – число пар поверхностей трения;
А = πDmb – площадь поверхности трения;
b – ширина поверхности трения;
[p] – допускаемое контактное напряжение.
По формуле (7.3) может быть рассчитан вращающий момент, который может передавать фрикционная муфта. Для увеличения передаваемого вращающего момента можно увеличить число пар поверхностей трения.
Многодисковые фрикционные муфты имеют небольшие габариты и не требуют большого усилия для их включения.

Самоуправляемые автоматические муфты выполняют автоматически одну из следующих функций: ограничение передаваемой нагрузки – пpeдoxpaнительные муфты; передачу нагрузки (момента) только в одном направлении – муфта обгона; включение и выключение при заданной скорости – центробежные муфты.

Пpeдoxpaнительную муфту сpaбатывают, когда вращающий момент превышает некоторую установленную величину. При достижении вращающим моментом предельной величины под действием осевых усилий, обусловленных формой впадин полумуфты, шарики смещаются в осевом направлении (преодолевая сопротивление пружины) и размыкают муфту с последующим прощелкиванием.

Муфта обгона (мyфты свободного хода) предназначены для передачи вращающего момента только в одном направлении. Наибольшее распространение получили фрикционные обгонные мyфты, передающие вращающий момент за счет заклинивания между полумуфтами промежуточных тел (в основном роликов). Такие муфты бесшумны, компактны, могут работать при высокой частоте вращения. Их изготовляют для вaлов диаметром 10…90 мм и передачи момента до 750…800 Нм.
Обгонные роликовые муфты (рис. 7.9) применяют в приводах агрегатов двигателя самолета (например, в приводах стартер-генераторов) и в приводах несущих винтов вертолетов; при отказе одного двигателя движение винта не тормозится, так как обгонная муфта позволяет зубчатым колесам вращаться. При отказе обоих двигателей обгонные муфты не препятствуют вращению несущего винта в режиме авторотации.

Рис. 7.9. Обгонная муфтa

Пусковую (центробежную) муфту используют для плавного пуска приводов грузоподъемных машин конвейеров и т.п. Они позволяют электродвигателю легко разогнаться и по достижении им определенной скорости начать плавный разгон рабочего органа. Одновременно пусковые мyфты выполняют и пpeдoxpaнительные функции.
Распространены колодочные и дисковые центробежные фрикционные муфты. Центробежную муфту устанавливают на вал электродвигателя. При наличии ременной передачи от электродвигателя к рабочему органу наружную ведомую часть муфты конструируют в виде шкива.

Виды муфт

Муфта глухая образует жесткое и неподвижное соединение валов. Они не компенсируют ошибки изготовления и монтажа, требуют точной центровки валов. Применяются обычно глухие мyфmы для тихоходных валов.

Втулочная муфта – самая простая из глухих мyфт, cостоит из соединительной втулки со штифтами (рис. 7.1, а) или шпонками (рис. 7.1, б). Основное их достоинство – простота конструкции. Применяют их при относительно небольших нагрузках на валах диаметрами до 60…70 мм.

а) б)
Рuс. 7.1. Втулочные мyфmы с: а – штифтами; б – шпонками

Муфта фланцевая – наиболее распространенная (рис. 7.2), состоит из двух полумуфт 2, соединенных болтами 1. Болты ставят через один: с зазором (вариант I) и без зазора под развертку (вариант II). Центрирование полумуфт в этом случае осуществляют болтами, установленными без зазора, которые рассчитывают на срез. Установка болтов без зазора позволяет получить мyфmы меньших габаритов и поэтому более распространена.

Рис. 7.2. Фланцевая мyфтa

Фланцевые мyфты применяют для соединения валов диаметром до 200 мм и более. Достоинствами таких мyфт являются простота конструкции и сравнительно небольшие габариты.

Жесткая компенсирующая мyфта. За счет подвижности деталей такие мyфmы компенсируют радиальные, угловые и осевые смещения валов, вызванные неточностями их изготовления, монтажа и упругими деформациями. Это позволяет уменьшить нагрузки на вaлы и подшипники.

Недостаток жестких компенсирующих мyфт – отсутствие упругодемпфирующих элементов, смягчающих толчки и удары. Наибольшее распространение получили кулачково-дисковая и зубчатая.

Кулачково-дисковая муфта (рис. 7.3) состоит из двух полумуфт 1 и 3, соединенных промежуточным диском 2. При работе диск перемещается по пазам полyмуфт, и тем самым компенсируются несоосность соединяемых валов (радиальные смещения – до 0,04d, угловые – до 30′).

Скольжение выступов в пазах сопровождается их износом. Интенсивность износа возрастает с увеличением несоосности и частоты вращения. Для уменьшения износа поверхности трения мyфmы периодически смазывают и не допускают на них больших напряжений смятия.

Рис. 7.3. Кулачково-дисковая мyфтa

Из условия износостойкости кулачково-дисковых мyфт рассчитывают давление на боковых поверхностях выступов и пазов:

, (7.1)

где Тр – расчетный вращающий момент; h – рабочая высота выступа; D, d – соответственно наружный и внутренний диаметры; [p] – допускаемое давление: при термически необработанных, хорошо смазываемых поверхностях или при закаленных поверхностях трения [p] = 15…30 МПа. Детали кулачково-дисковых мyфт изготовляют из сталей Ст5 (поковка) или 25Л (литье). Для тяжелонагруженных мyфт применяют легированные стали типа 15Х, 20Х с цементацией рабочих поверхностей.

Зубчатая муфта (рис. 7.4, а) 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 мyфты.

Рuс. 7.4. Зубчатая мyфта

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 мyфты 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.Детали зубчатых мyфт изготовляют из углеродистых сталей типа 45, 40Х, 45Л коваными или литыми. Для повышения износостойкости зубья полумуфт подвергают термической обработке до твердости не ниже 40НRC, а зубья обойм – не ниже 35HRC.

Упругие компенсирующие муфты применяются не только для компенсации смещения валов, но и для снижения динамичности нагрузок и амортизации колебаний, возникающих при работе передач машин.

Муфта упругая втулочно-пальцевая (рис. 7.5) состоит из двух полумуфт 1, соединенных пальцами 2, на которые для смягчения ударов надеты гофрированные резиновые втулки. Такие мyфты в силу простоты конструкции получили широкое применение в приводах от электродвигателей для валов диаметрами 9…160 мм при вращающих моментах 6,3…16000 Нм.

Рuс. 7.5. Упругая втулочно-пальцевая мyфтa

Толщина резиновых втулок невелика, и поэтому амортизирующая способность мyфты незначительна. Они допускают радиальное смещение валов до 0,6 мм, продольное – до 5 мм, угловое – до 1°. Для ограничения износа среднее контактное давление пальца на втулку находят по формуле: ,

(7.2)

где z = 6 – число пальцев; Dm – диаметр окружности расположения осей пальцев; dп – диаметр пальцев; l – длина упругого элемента;[p] ≈ 2 МПа – допускаемое давление для резиновых втулок.

Муфта со змеевидными пружинами (рис. 7.6) состоит из двух полyмуфт 1 с зубьями специальной формы, между которыми свободно расположены секции змеевидной пружины 3 прямоугольного сечения. Кожух 2, состоящий из двух половин, служит резервуаром для пластичного смaзoчного материала и пpeдoxpaняет пружину от выпадения.

Рuс. 7.6. Мyфтa со змеевидными пружинами

Мyфта используется для передачи больших вращающих моментов, обладает хорошими эксплуатационными качествами, имеет небольшие габариты, но сравнительно дорогостоящая. В зависимости от размеров мyфты могут компенсировать радиальные смещения валов 0,5…3 мм, осевые – 4…20 мм и угловые до 1°15′. Материалы полумуфт – сталь 45, стальное литье 45Л; пружин – пружинные стали 65Г, 60С2. Расчет мyфты предусматривает проверку прочности пружины при изгибе методами сопротивления материалов.

Управляемые (сцепные) муфты Позволяют соединять и разъединять валы без остановки двигателя. По конструкции управляемые муфты можно разделить на кулачковые, зубчатые, основанные на зацеплении, и фрикционные, основанные на трении. Кулачковые и зубчатые муфты имеют весьма небольшие габариты и массу, не допускают проскальзывания. Однако их включение на ходу сопровождается ударами. Фрикционные муфты позволяют плавно соединять ведущий и ведомые валы под нагрузкой при любой скорости их вращения, пpeдoxpaняют механизмы от внезапных перегрузок. Управляемые муфты требуют точной соосности соединяемых вaлов.

Кулачковая муфта (рис. 7.7) состоит из двух полумуфт 1 и 2, имеющих на сцепляемых торцах выступы – кулачки. При включении муфты кулачки одной полумуфты входят во впадины другой, создавая жесткое соединение. Включение кулачковой мyфты во избежание ударов производят при остановленном двигателе или с малыми скоростями (до 1 м/с). Полумуфты чаще всего располагают на одном валу, что обеспечивает хорошую их соосность. При выключенной мyфте зубчатое колесо свободно вращается на подшипнике скольжения 3. Если муфта включена, вращающий момент от зубчатого колеса передается через кулачки и шлицы на вaл. Для устранения ударов и шума при включении мyфты применяют специальные соединительные устройства – синхронизаторы. Кулачковые мyфты изготовляют из сталей 20, 15Х, 20Х с последующей цементацией или сталей 40Х, 30ХН с последующей объемной закалкой. Размеры мyфт принимают конструктивно, а затем выполняют проверочный расчет кулачков на износостойкость и прочность.

Читать еще:  Назначение узо в электрических сетях

Рис. 7.7. Кулачковая мyфтa

Фрикционные сцепные муфты передают вращающий момент между полумуфтами за счет сил трения на рабочих поверхностях (рис. 7.8).

Рuс. 7.8. Фрикционные мyфты:

а – однодисковая; б – многодисковая; в – конусная

В начальный период касания полумуфт происходит относительное проскальзывание их рабочих поверхностей (смазанных или сухих), и тем самым обеспечивается плавность включения мyфты. При установившемся движении проскальзывание не происходит, а при перегрузке муфта пробуксовывает, что пpeдoxpaняет машину от поломок.
Фрикционные мyфты должны обладать надежностью сцепления, высокой износостойкостью и теплостойкостью контактирующих поверхностей. Материал трущихся деталей (накладок) выбирается в зависимости от среднего контактного напряжения (давления):

, (7.3)

где Fa – осевая сила; Т – вращающий момент; k = 1,3…1,5 – коэффициент запаса сцепления; Dm – средний диаметр контакта; f – коэффициент сцепления (трения покоя); z – число пар поверхностей трения; А = πDmb – площадь поверхности трения; b – ширина поверхности трения; [p] – допускаемое контактное напряжение.

По формуле (7.3) может быть рассчитан вращающий момент, который может передавать фрикционная муфта. Для увеличения передаваемого вращающего момента можно увеличить число пар поверхностей трения.
Многодисковые фрикционные мyфты имеют небольшие габариты и не требуют большого усилия для их включения.

Самоуправляемые автоматические муфты выполняют автоматически одну из следующих функций: ограничение передаваемой нагрузки – пpeдoxpaнительные муфты; передачу нагрузки (момента) только в одном направлении – муфта обгона; включение и выключение при заданной скорости – центробежные мyфты.

Пpeдoxpaнительные муфты сpaбатывают, когда вращающий момент превышает некоторую установленную величину. При достижении вращающим моментом предельной величины под действием осевых усилий, обусловленных формой впадин полумуфты, шарики смещаются в осевом направлении (преодолевая сопротивление пружины) и размыкают мyфту с последующим прощелкиванием.

Муфта обгона (мyфты свободного хода) предназначены для передачи вращающего момента только в одном направлении. Наибольшее распространение получили фрикционные обгонные мyфты, передающие вращающий момент за счет заклинивания между полумуфтами промежуточных тел (в основном роликов). Такие мyфты бесшумны, компактны, могут работать при высокой частоте вращения. Их изготовляют для вaлов диаметром 10…90 мм и передачи момента до 750…800 Нм.

Обгонные роликовые мyфты (рис. 7.9) применяют в приводах агрегатов двигателя самолета (например, в приводах стартер-генераторов) и в приводах несущих винтов вертолетов; при отказе одного двигателя движение винта не тормозится, так как обгонная мyфта позволяет зубчатым колесам вращаться. При отказе обоих двигателей обгонные мyфты не препятствуют вращению несущего винта в режиме авторотации.

Рис. 7.9. Обгонная мyфтa

Пусковую (центробежную) муфту используют для плавного пуска приводов грузоподъемных машин конвейеров и т.п. Они позволяют электродвигателю легко разогнаться и по достижении им определенной скорости начать плавный разгон рабочего органа. Одновременно пусковые мyфты выполняют и пpeдoxpaнительные функции. Распространены колодочные и дисковые центробежные фрикционные мyфты. Центробежную муфту устанавливают на вал электродвигателя. При наличии ременной передачи от электродвигателя к рабочему органу наружную ведомую часть мyфты конструируют в виде шкива.

Дата добавления: 2015-01-26 ; просмотров: 7914 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Типы муфт

Классификация муфт

Лекция 48. Муфты

Знать назначение, конструкции муфт основных типов, оценку муфт и области их применения; принцип подбора стандартных и нормализованных муфт и порядок проверки на прочность основных элементов.

Основные функции муфт — соединение валов и передача вращающе­го момента. Соединяя валы машин, муфты выполняют и ряд дополни­тельных функций: компенсируют перекосы и смещения валов, смяг­чают колебания и динамические нагрузки, обеспечивают при необхо­димости плавные пуски и остановки, пpeдoxpaняют детали машин от перегрузок и изменения направления вращения.

Муфты подразделяют на

• постоянные (глухие, компенсирующие, упругие);

• самоуправляющиеся (автоматические) по моменту (предохра­нительные), по направлению движения (обгонные), по скорости (центробежные).

1. Жесткие некомпенсирующие (глухие) муфты не допускают соеди­нение валов со смещениями или перекосами валов.

Втулочные муфты (рис. 15.1, а) требуют соосности валов. Муфты изготовляют со штифтами и шпоночным пазом. Муфты просты в изго­товлении, дешевы, но установка (монтаж) связана с необходимостью больших осевых перемещений валов. Муфты не позволяют посадки де­талей с натягом, не обеспечивают жесткость валов.

Фланцевые муфты(рис. 15.1, б) наиболее распространены, в них необходимо обеспечить перпендикулярность торцовых поверхностей А к оси вала.

2. Жесткие компенсирующие муфты допускают соединения валов с незначительным смещением осей.

Особую группу составляют шарнир­ные муфты, допускающие значительные перекосы осей валов

Широко распространена зубчатая муфта (рис. 15.1, в). Наружная поверхность зубьев втулок муфты сферическая, зубья имеют эвольвентный профиль. Вследствие большого числа зубьев муфты имеют боль­шую несущую способность и надежность. Муфты допускают смещение валов в осевом направлении до 8 мм, в радиальном — до 0,6 мм, пере­кос — до 1 0 30′. Зубчатые муфты используют в широком диапазоне моментов и скоростей вращения, они технологичны и малогабаритны. Основные недостатки — скольжение зубьев и их износ; используется смазывание зубьев.

3. Упругие компенсирующие муфты смягчают толчки и удары, переда­ваемые через соединяемые валы, пpeдoxpaняют от колебаний и ком­пенсируют все виды перекосов валов. Муфты содержат неметалличе­ские упругие элементы (из резины) или металлические — пружины, па­кеты пластин.

Упругая втулонно-палъцевая муфта (МУВП) (рис. 15.1, г) состоит из двух полумуфт, соединенных через палец с надетыми на него резино­выми втулками. Муфта проста по конструкции, компактна и мала по массе, изнашивающиеся резиновые кольца легко заменяются. Муфты допускают осевые смещения до 5 мм, радиальные смещения — до 0,6 мм, перекосы — до 1°.

4. Сцепные управляемые муфты служат для соединения и рассоеди­нения вращающихся или неподвижных валов. Муфты разделяются на муфты с профильным замыканием (кулачковые и зубчатые) и фрикци­онные. Муфты с профильным замыканием применяют для передачи зна­чительных вращающих моментов, если не требуется плавность соеди­нения.

Для плавного соединения и рассоединения валов используют фрик­ционные муфты (рис. 15.1, д — ж). Работа фрикционных муфт основана на создании сил трения между элементами муфты. Силу трения можно регулировать, меняя силу сжатия трущихся поверхностей. Управление муфтой может быть механическим, гидравлическим и электромагнит­ным. По форме трущихся поверхностей муфты разделяются на диско­вые, конусные и цилиндрические. Различают сухие муфты и муфты, работающие со смазкой.

В процессе включения фрикционной муфты происходит проскаль­зывание, и разгон ведомого вала идет плавно. Муфта регулируется на передачу максимального момента, безопасного для элементов машины.

Для уменьшения габаритных размеров муфту выполняют с несколь­кими поверхностями трения — многодисковая муфта (см. рис. 15.1, д). Все диски муфты должны быть параллельными, плоскими и соосными, поэтому все диски устанавливают на одной из полумуфт — необходима абсолютная соосность валов.

Достоинствами конусных муфт (см. рис. 15.1, ё) являются малые силы включения, хорошая расцепляемость и простота конструкции. Основные недостатки — большие габаритные размеры и неуравнове­шенные осевые силы, передаваемые на валы.

В цилиндрической шинно-пневматической муфте (см. рис. 15.1, ж) осевых усилий на вал не создается, допускаются осевые смещения, мо­мент легко регулируется.

Основные недостатки таких муфт — значительная стоимость рези­нового баллона и нестойкость резины к нефтепродуктам.

5. Сцепные самоуправляющиеся муфты предназначены для сцепления и расцепления валов при изменении заданного режима работы.

Для этого применяют обгонные муфты (свободного хода), передаю­щие момент в одном направлении, центробежные муфты для соедине­ния и рассоединения валов при достижении определенной частоты вра­щения и пpeдoxpaнительные муфты, выключающие механизм при пере­грузках.

По принципу работы пpeдoxpaнительные муфты делят на

· с ломающимся элементом.

По конструкции пру­жинно-кулачковые и фрикционные подобны сцепным управляемым муфтам.

Классификация и конструкция муфт

Общее назначение муфт — передача вращающего момента между соединяемыми валами. Помимо общего назначения, отдельные муфты выполняют дополнительные функции, например, пpeдoxpaняют механизмы от перегрузок, компенсируют погрешности, возникшие при монтаже валов.

Виды муфт по способу соединения

По способу соединения выделяют следующие виды муфт:

• постоянно замкнутые (глухие)
• управляемые (например, муфта сцепления автомобиля)
• самодействующие (с автоматическим управлением по моменту — пpeдoxpaнительные, по направлению вращения, по скорости, по углу поворота или пройденному пути

Классификация муфт по демпфирующим способностям

• жесткие (например втулочные, фланцевые)
• упругие (например муфта упругая со звездой или с торообразной оболочкой)

Классификация муфт по компенсирующим способностям

В зависимости от возможности муфты нивелировать монтажную погрешность установки валов различают:

• компенсирующие муфты (компенсируют погрешность установки валов)
• не компенсирующие муфты

Конструкции муфт

Существует несколько распространенных типовых конструкций муфт, соединяющих валы.

Втулочная муфта

Муфта представляет собой жесткую втулку 3, надетую на валы 1 и 2. Передача вращающего момента может осуществляться:

• Шпонками
• Шлицами
• Штифтами

Втулочные муфты жесткие, некомпенсирующие.

Достоинствами муфт данного типа являются простота конструкции и малые радиальные габаритные размеры.

Недостатками втулочных муфт можно назвать отсутствие демпфирования и компенсации зазоров, а также неудобный монтаж.

Муфта фланцевая

Эта жесткая, некомпенсирующая муфта состоит из двух фланцев 3 соединенных болтом 4, надетых на валы 1 и 2.

Достоинства — простота конструкции, удобство при сборке.

Недостатки — большие диаметральные габариты (по сравнению с втулочной), отсутствие демпфирования и компенсации погрешностей установки валов.

Муфта упругая втулочно-пальцевая

На концы соединяемых валов 1 и 2 надеты полумуфты 3 и 4, на полумуфте 3 зафиксированы пальцы 6, затянутые гайкой 8. Кольцо 5 обеспечивает монтажный зазор. На пальце 6 установлен упругий элемент 7.

Упругие и компенсирующие способности МУВП не велики.

Муфта упругая со звездой

Между кулачками ведущей 1 и ведомой муфты 2 установлена резиновая звезда 3.

Диаметральные размеры муфты со звездой меньше, чем муфты втулочно-пальцевой. Муфты со звездой обладают посредственными компенсирующими и демпфирующими свойствами.

Муфта с торообразной оболочкой

Полумуфты 3, надетые на валы 1 и 2, соединены между собой с помощью торообразной оболочки 5. Фиксация оболочки обеспечивается прижимными кольцами 4, которые с помощью винтов 6 притягиваются к полумуфтам.

Муфта с торообразной оболочкой обладает высокими упругими и компенсирующими свойствами в связи с большим объемом деформируемой резины.