Муфты управляемые и цепные

Управляемые муфты позволяют соединять или разъединять валы при помощи механизма управления. По принципу работы все эти муфты можно разделить на две группы: муфты, работающие за счет зацепления, и муфты, работающие за счёт сцепления (за счёт сил трения фрикционные муфты).

Группа 2.1.

Муфты синхронные

В этих муфтах момент передается от ведущего вала к ведомому взаимным зацеплением полумуфт посредством кулачков (выступов на торцах) или зубьев. Включение или выключение этих муфт при вращении валов сопровождается ударами, так как добиться полного совпадения частот вращения соединяемых валов (синхронности вращения) трудно. Для этого требуется производить включение без нагрузки или снижать окружную скорость до 1 м/с. Поэтому синхронные муфты применяют при отсутствии требования плавности включения, при редких включениях и малой относительной угловой скорости, а также в условиях стесненных габаритов.

Рис. 5.1. Кулачковая управляемая муфта (синхронная)

Вид. 2.1.1

Муфта кулачковая состоит из двух полумуфт 1 и 2, сцепляющихся между собой посредством торцовых кулачков 3 (рис 5.1). Втулка 5 служит для центровки валов. Одна из полумуфт (на рис. левая) соединена с валом неподвижно, а другая установлена на валу с возможностью осевого перемещения на направляющих шпонках (или шлицах). Осевое перемещение подвижной полумуфты осуществляется с помощью устройства, называемого отводкой, кольцо которой помещается в пазу 4 полумуфты 2. Для уменьшения износа деталей отводки подвижная полумуфта устанавливается на ведомом валу. Чаще всего кулачковые и зубчатые сцепные муфты располагают на одном валу и используют для переключения скоростей.

Вид 2.1.2

Муфта зубчатая сцепная (синхронная) (рис 5.2) по устройству и методике расчета подобна зубчатой компенсирующей муфте
(рис. 4.1) с той лишь разницей, что здесь, обойма 1 изготавливается подвижной и управляется с помощью отводки. На рис 5.2 обойма расположена в положении «включено». Диски 3 и 2 являются ограничителями, а втулка 4 центрирует валы и одновременно выполняет функцию подшипника при их относительном вращении (когда муфта включена).

Рис. 5.2. Муфта зубчатая сцепная

Применяют зубчатые муфты и без обоймы 1, у них одна полумуфта имеет внутренние, а другая внешние зубья.

Для устранения ударов при включении в зубчатых муфтах применяют синхронизаторы (например, в коробках скоростей автомобилей), которые выравнивают скорости валов перед их соединением (рис. 5.3) Синхронизатор здесь выполнен в виде двусторонней конической фрикционной муфты 2.

Рис. 5.3. Синхронизатор постоянного давления

При перемещении обоймы 1 с внутренними зубьями вправо или влево она через шарик передает осевую силу конусной полумуфте синхронизатора и сцепляет её с конусной полумуфтой одной из шестерен. Проскальзывание, которое наблюдается при включении, позволяет плавно разгонять ведомые элементы, происходит выравнивание угловых скоростей ведущего вала и ведомой шестерни. После преодоления сопротивления пружины фиксатора обоймы и смещения фиксирующих шариков внутрь муфты дальнейшим перемещением обоймы включается зубчатая муфта.

 

Группа. 2.2

Муфты фрикционные (асинхронные)

При включении фрикционных муфт крутящий момент возрастает постепенно по мере увеличения силы нажатия на поверхности трения. Это позволяет соединять валы под нагрузкой и с большой разностью начальных угловых скоростей. В процессе включения муфта пробуксовывает, а разгон ведомого вала происходит плавно, без удара. Отрегулированная на передачу предельного крутящего момента, безопасного для прочности машины, фрикционная муфта выполняет одновременно функции предохранительного устройства.

По своему назначению фрикционные муфты классифицируют по следующим признакам: материалы, форма и число трущихся поверхностей, способ их сжатия (механизм управления муфтой).

Муфты, в которых обе трущиеся поверхности являются металлическими (чугун по чугуну, сталь по стали, бронза по стали), требуют обильной смазки, иначе увеличивается износ. Коэффициент трения таких пар сравнительно мал, поэтому муфты имеют большие габариты или требуется увеличивать число трущихся поверхностей.

Использование неметаллов (текстолит, металлокерамика, прессованный асбест) позволяет уменьшить габариты муфт, они могут работать как всухую, так и со смазкой.

По расположению и форме трущихся поверхностей фрикционные муфты разделяют на радиальные (трущиеся поверхности цилиндрические) и осевые (трущиеся поверхности плоские или конические). Кроме того, муфты классифицируют по конструктивному оформлению и числу трущихся поверхностей (таблица. 1).

 

 

Таблица 1

Радиальные	Аксиальные
С наружными колодками С внутренними колодками	Дисковые	Однодисковая Многодисковая
С разжимным кольцом С натяжной лентой	Конусные	С одним конусом С двойным конусом

Вид. 2.2.1

Муфты дисковые

Простейшая однодисковая муфта с одной парой поверхностей трения (рис. 5.4) содержит неподвижную полумуфту 1, подвижную в осевом направлении полумуфту 2 и фрикционную накладку 3.

Рис. 5.4. Фрикционная однодисковая муфта

Для уменьшения силы прижатия и габаритов муфты применяют конструкции со многими парами поверхностей трения – многодисковые муфты (рис. 5.5) В этих муфтах имеются две группы дисков: наружные 7 и внутренние 8. Наружные диски соединены с полумуфтой 6, а внутренние – с полумуфтой 4 с помощью подвижного шлицевого соединения.

Правый крайний внутренний диск опирается на регулировочные гайки 5. На левый крайний диск от механизма управления действуют силы нажатия, которые передаются на все поверхности трения.

Рис. 5.5. Фрикционная многодисковая муфта

Применение многодисковых муфт позволяет увеличить крутящий момент в число раз, равное числу пар трущихся поверхностей по сравнению с однодисковой муфтой.

Вид. 2.2.2

Муфты конусные (или конические)

От действия осевой силы F_a на конической поверхности соприкосновения полумуфт (рис. 5.6) появляется удельное давление p и удельные силы трения . Силы трения направлены по касательной к окружности конуса.

Рис. 5.6. Фрикционная конусная муфта

Класс III

Самоуправляемые муфты

К самоуправляемым относятся сцепные муфты, сцепление и расцепление в которых осуществляется автоматически, в зависимости от изменения одного из факторов:

а) вращающего момента (предохранительные муфты или муфты предельного момента);

б) направления вращения (обгонные или муфты свободного хода);

в) скорости вращения (центробежные).

Использование электромагнитных, пневматических и гидравлических устройств в муфтах позволяет производить автоматизацию по любому из параметров (пути, времени и т.п.).

Группа 3.1.

Предохранительные муфты самоуправляемые по величине момента (муфты предельного момента)

Предохранительные муфты самоуправляемые по величине момента (муфты предельного момента) подразделяют на:

а) муфты с разрушаемым элементом;

б) муфты с неразрушаемым элементом.

Во избежание случайных включений предохранительных муфт расчетный момент для них

T_p =1.25 T,

где Т (Н·м) – максимальный момент, который должен передаваться предохранительной муфтой.

Вид. 3.1.1.

Предохранительные муфты с разрушаемым элементом применяют при редком возникновении перегрузки. Недостаток этих муфт – необходимость замены разрушаемых элементов. Из предохранительных муфт с разрушаемыми элементами чаще всего применяют муфту со срезными штифтами (рис. 6.1)

Полумуфты 2 и 6 соединены между собой стальными штифтами 4, заключенными в стальные каленые втулки 3 и 5, предохраняющие полумуфты от смятия их штифтами. При перегрузке машин (возрастании крутящего момента до недопускаемой величины) штифты срезаются и полумуфты расцепляются. Число штифтов один или два. Материал штифтов – среднеуглеродистая, реже, закаленная сталь. Недостатком этих муфт является необходимость замены разрушенного штифта после каждого срабатывания муфты.

 

Рис. 6.1. Муфта со срезным штифтом

Вид. 3.1.2.

К предохранительным муфтам с неразрушимым элементом относятся кулачковые (рис. 6.2), шариковые (рис. 6.3), фрикционные (рис.6.4) муфты.

Рис. 6.2. Кулачковая предохранительная муфта

Кулачковая муфта (рис. 6.2.) состоит из неподвижной 1 и подвижной 3 полумуфт, имеющих на торцах кулачки 2 с трапециевидным профилем. От действия окружной силы в зацеплении появляется осевая сила, которая стремится раздвинуть полумуфты и вывести их из зацепления. Этому противодействуют сила упругости пружины и сила трения F_тр на кулачках и в шлицевом (шпоночном) соединении. При перегрузках включение и выключение таких муфт сопровождается большим шумом, при высоких оборотах их применять не рекомендуется.

Рис. 6.3. Шариковая предохранительная муфта

В шариковой муфте (рис. 6.3) сцепление полумуфт происходит посредством подпружиненных шариков. Когда передаваемый момент превышает предельный, шарик выкатывается из лунки, пружина сжимается, полумуфты разъединяются, момент не передается.

Во фрикционной (рис.6.4)муфте диски прижимаются тоже за счет пружин, при перегрузках происходит проскальзывание, так как передаваемые моменты превышают моменты сил трения.

 

Рис. 6.4. Фрикционная предохранительная муфта

 

Группа 3.2.

Центробежные муфты (рис. 6.5, 6.6, 6.7) по способу сцепления полумуфт представляют собой фрикционные муфты, в которых в отличие от фрикционных управляемых муфт сцепления, полумуфты сцепляются или расцепляются автоматически при помощи специальных грузов, находящихся под действием центробежных сил и пружин.

Рис. 6.5. Центробежная самоуправляемая муфта

Рис. 6.6. Муфта с поворотными колодками, шарнирно

соединенными с полумуфтой и со свободными колодками, поставленными в крестовину.

Рис. 6.7. Муфта центробежная с 4 колодками

При достижении ведущим валом определенной угловой скорости центробежные силы, действующие на грузы, связанные с одной из полумуфт, преодолевают силы пружин и прижимают (или отжимают) эти грузы к другой полумуфте, в результате чего полумуфты и соединяемые ими валы сцепляются (или расцепляются).

Группа 3.3.

Обгонные муфты или муфты свободного хода характеризуются тем, что они автоматически сцепляют или расцепляют валы в зависимости от соотношения угловых скоростей валов. Если скорость ведущего вала становится больше скорости ведомого вала, то муфта сцепляет валы. А если скорость ведущего вала становится меньше скорости ведомого вала, то муфта расцепляет валы, не препятствуя ведомому валу свободно обгонять ведущий вал, откуда и происходит наименование муфт.

Муфты свободного хода широко применяются в велосипедах, мотоциклах, коробках передач автомобилей, металлорежущих станках, вертолетах и в других машинах.

Обгонные муфты по способу сцепления их полумуфт разделяются на храповые и фрикционные.

В храповой муфте (рис. 6.8) полумуфта 1 имеет венец с несимметричными внутренними зубьями, а на полумуфте 2 шарнирно закреплены храповики 3, которые пружинами прижимаются к зубчатому венцу. Храповики обеспечивают передачу вращающего момента в одном направлении, если угловая скорость ведущей полумуфты 1 превышает угловую скорость ведомой полумуфты 2. Иначе храповики отжимаются скошенной поверхностью зубьев, и момент не передается.

Рис. 6.8. Обгонная зубчато-храповая муфта

Применяются зубчато-храповые муфты для тихоходных валов, так как имеют ряд существенных недостатков: сильный шум при холостом ходе, резкое включение, сопровождающееся ударом.

Преимущественное применение имеют фрикционные обгонные муфты с роликами (рис. 6.9 а и б), т.к. у них почти полностью отсутствует мертвый ход и работают они бесшумно.

Эти муфты имеют относительно малые габаритные размеры, они технологичны, просты в эксплуатации, не имеют мертвого хода и работают практически без шума. Односторонняя передача вращающего момента осуществляется при заклинивании роликов 3 между обоймой 1 и звездочкой 2 (рис. 6.9а, б).

Рис. 6.9(а). Роликовая фрикционная обгонная муфта

Рис. 6.9.(б). Роликовая фрикционная обгонная муфта

Ролики разделяют сепаратором 5. Контакт роликов с обоймой и звездочкой обеспечивается кольцевой пружиной 4. В такой муфте вращающий момент передается при ведущей обойме против часовой стрелки, а при ведущей звездочке, если она вращается по часовой стрелке.

При обратном вращении ролики западают в расширенную часть пазов звездочки (рис. 6.10) и свободно проворачиваются, вращающий момент не передается.

Рис. 6.10. Картина заклинивания роликов

Характеристикой, определяющей работоспособность и надежность муфты, является угол заклинивания роликов α – угол между касательными, проведенными через точки касания ролика с обоймой и звездочкой.

Обоймы и звездочки изготавливают из цементируемой стали 12Х2Н4А (твердость не менее 60 HRC), ролики из стали ШХ15 (61…65 HRC).

Рис. 6.11. Упругая фрикционная обгонная муфта

На рис 6.11 показана своеобразная конструкция упругой обгонной муфты.

При вращении полумуфты Б по часовой стрелке резиновые шары заклиниваются между обоймой А и полумуфтой Б, тем самым включая муфту. Обе полумуфты имеют желоба; причем желоб на полумуфте А – один и имеет кольцевую форму, в полумуфте Б число желобов соответствует числу шаров В.

 

Учебное издание