Муфты приводов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Тольяттинский Политехнический Институт

Кафедра “Технологии машиностроения”

Методичка

Тема: Муфты

Сулимов Д.Е.

Косливцев А.М.

Родионов А.Н.

Фищенко А.А.

§1. Общие сведения

Муфты приводов осуществляют соединение валов, концы которых подходят один к другому вплотную или разведены на небольшое расстояние, причем соединение должно допускать передачу вращающего момента от одного вала к другому. Валы большей частью расположены так, что геометрическая ось одного составляет продолжение геометрической оси другого вала. Реже геометрические оси валов расположены под некоторым углом друг к другу.

Необходимость применения муфт вызвана различными обстоятельствами: получением длинных валов, изготовляемых из отдельных частей; компенсацией вредного влияния несоосности валов, связанной с неточностью изготовления или монтажа; приданием одному из валов некоторой подвижности; уменьшением динамических нагрузок; включением и выключением одного из валов при постоянном вращении другого вала и некоторыми другими. Муфты применяют также для соединения валов с зубчатыми колесами, шкивами ременных передач и другими деталями. Применяемые в современном машиностроении муфты приводов по назначению, принципу действия и конструкции чрезвычайно многочисленны и разнообразны.

Можно рекомендовать следующую схему классификации муфт, согласно которой муфты приводов подразделяются на четыре класса (см. схему классификации механических муфт). Класс 1 -- не расцепляемые муфты, в которых ведущая и ведомая полумуфты соединены между собой постоянно. Этот класс муфт наиболее распространен. Класс 2 -- управляемые муфты, позволяющие сцеплять и расцеплять ведущий и ведомый валы как во время их остановки, так и во время работы (на ходу). Класс 3 -- самодействующие муфты, при которых ведущий и ведомый валы сцепляются или расцепляются автоматически при изменении заданного режима работы муфты. Класс 4 -- прочие виды муфт, которые не могут быть отнесены к классам 1, 2 и 3, и различные специальные, например комбинированные, муфты, состоящие из несцепляемой и управляемой или самодействующей муфты.

Классы 1, 2 и 3 разделяются на группы, а группы -- на подгруппы и виды. Муфты класса 1 подразделяются на две группы: механические (механического действия) н прочие. Группа механических муфт класса 1 подразделяется на следующие подгруппы: жесткие -- для жесткого и неподвижного соединения соосных валов; компенсирующие самоустанавливающиеся -- для соединения валов с небольшими взаимными смещениями и перекосами геометрических осей, вызванными неточностью изготовления или монтажа, а также упругими деформациями валов; упругие -- для уменьшения динамических нагрузок, передаваемых через соединяемые ими валы.

Муфты класса 2 различают четырех групп: механические, гидродинамические, электромагнитные и пр. Каждая из этих групп подразделяется па подгруппы.

Схема классификации механических муфт



Группа механических муфт класса 2 подразделяется на две подгруппы: синхронные, допускающие сцепление и расцепление ведущего и ведомого валов только при равных или почти равных угловых скоростях; фрикционные (асинхронные), позволяющие сцеплять и расцеплять ведущий и ведомый валы при различных угловых скоростях.

Муфты класса 3 различают трех групп: механические, гидродинамические и пр. Группа механических муфт класса 3 подразделяется на три подгруппы: центробежные, обгонные и предохранительные.

Подгруппы муфт делятся на виды. Каждый вид имеет несколько разновидностей муфт, различающихся между собой конструктивными особенностями.

В курсе «Детали машин» изучают только механические муфты. Гидродинамические, электромагнитные и специальные муфты изучают в специальных курсах. Так как в современном машиностроении применяется большое количество механических муфт, то ограничимся рассмотрением лишь наиболее распространенных.

Большинство муфт нормализованы. Некоторые нестандартные муфты изготовляют по нормалям завода и проектных организаций. Соответственно размеры муфт принимают по ГОСТу или по каталогам заводов и проектных учреждений.

Основная характеристика при подборе муфт по ГОСТу, каталогу или справочнику -- передаваемый муфтой крутящий момент, учитывающий наиболее тяжелое условие ее нагружения и называемый расчетным крутящим моментом:

, (1)

где Т -- крутящий момент, передаваемый муфтой при установившемся режиме работы (номинальный момент), k -- коэффициент динамичности или режима работы, учитывающий дополнительные динамические нагрузки на муфту; его значения зависят от рода приводного двигателя и назначения рабочей машины; fe = l...6 (значения k приведены приложении 1).

Так как муфты подбирают по ГОСТу или ведомственным нормалям, то расчет их осуществляют как проверочный.

§2. Жесткие муфты

Самая простая из жестких неразъемных муфт -- втулочная муфта (рис.1), представляющая собой цельную втулку, надеваемую на концы валов и закрепляемую на них штифтами (рис.1, а), шпонками (рис.1, б) или шлицами. Втулочные муфты, простые, дешевые по конструкции, нашли довольно широкое применение в легких машинах для соединения валов диаметром примерно до 100 мм. Применение этих муфт ограничено тем, что при сборке и разборке валов требуются значительные смещения их в осевом направлении, а также тем, что эти муфты требуют очень точного совмещения осей вала (в противном случае появляются силы, изгибающие валы). Материал втулок-- сталь 35, 40, 45, а втулок больших размеров -- чугун СЧ21-40, СЧ24-44 и др. Прочность муфты определяется прочностью ее соединения с валом -- штифтового, шпоночного или шлицевого.

рис. 1. Втулочные муфты. (размеры муфты приведены в приложении 2)



рис. 2. Фланцевые муфты.

Наиболее распространенная из жестких муфт, разъемных в плоскости, перпендикулярной оси вала,-- фланцевая (поперечно-свертная) муфта ( рис. 2; ГОСТ 20761--75, размеры муфты и её элементов смотри в приложении 4 ), состоящая из двух полумуфт, насаживаемых на концы валов и соединяемых между собой болтами. Болты муфты ставят с зазором (вариант 1) и без зазора (вариант 2). В первом случае момент передается силами трения, возникающими на стыке полумуфт от затяжки болтов, а во втором -- непосредственно болтами, которые работают на срез и смятие. Муфты с болтами, поставленные без зазора, могут передавать большие моменты. Полумуфты изготовляют из стали 40, стального литья 35Л, чугунного литья СЧ21-40, СЧ32-52 и др. Так как фланцевая муфта проста по конструкции, может воспринимать большие нагрузки, в том числе и ударного действия, то ее в машиностроении применяют довольно широко для соединения валов диаметром до 250 мм. Для жесткого соединения валов большого диаметра полумуфты выполняют как одно целое с валами или приваркой полумуфт к валам.

механическая жесткая упругая фрикционная муфта

§3. Компенсирующие самоустанавливающиеся муфты

Из компенсирующих самоустанавливающихся универсальных муфт самая распространенная зубчатая муфта (рис.3; ГОСТ 5006--55) для соединения валов диаметром от 40 до 560 мм. Муфта состоит из двух полумуфт 1 и 2 с наружными зубьями и двух половин обоймы 3 и 4 с внутренними зубьями, сцепляющимися с зубьями полумуфт. Полумуфты насаживают; на концы соединяемых валов. Половины обоймы соединяют между собой болтами. Зубья полумуфт и половины обоймы имеют эвольвентный профиль, аналогичный эвольвентному

рис. 3. Зубчатая муфта (размеры муфты смотри в приложении 6)

профилю зубьев зубчатых колес, что позволяет нарезать их нормальным зуборезным инструментом. Зубчатая муфта компенсирует любые взаимные смещения валов -- осевые, радиальные и угловые, так как зубчатое зацепление ее выполняют с боковым зазором и возможностью свободного осевого взаимного смещения сопряженных зубьев, а зубья изготовляют бочкообразной формы со сферической наружной поверхностью. Широкое применение в машиностроении зубчатых муфт объясняется рядом их достоинств: небольшими габаритами и массой; большой нагрузочной способностью из-за большего числа одновременно сцепляющихся зубьев; допустимостью высоких окружных скоростей (25 м/с) и технологичностью. Полумуфты и половины обоймы изготовляют из сталей 40, 45 или из стального литья 45Л, 50Л и др.

Для повышения износостойкости зубья подвергают термообработке до твердости HRC 40 для зубьев полумуфт и HRC35 для зубьев половин обоймы. Тихоходные зубчатые муфты (при v<.5 м/с) изготовляют с твердостью зубьев не ниже НВ280. Для уменьшения износа зубьев муфты в ее обойму заливают масло большой вязкости. Размеры зубчатой муфты принимают по таблицам ГОСТа в зависимости от расчетного крутящего момента муфты

(2)

где k1 -- коэффициент безопасности; k2 -- коэффициент условий работы муфты; Т -- номинальный крутящий момент. Значения коэффициента безопасности k1=1...8 принимают в зависимости от последствий, которые повлечет за собой поломка муфты. Значения коэффициента условий работы муфты k2 принимают: при спокойной работе--1; при неравномерной работе --1...1,3; при тяжелой работе с ударами -- 1,3... 1,5.

Проверочный расчет на прочность зубчатой муфты производят по формуле

(3)

где Т Kmax -- максимальный кратковременно передаваемый муфтой крутящий момент; значение TK принимают по ГОСТ 5006--55.

Применяют и другие компенсирующие муфты, в том числе цепную, полумуфты которой представляют собой одинаковые цепные звездочки, насаженные на валы и соединенные между собой охватывающей их однорядной или двухрядной роликовой или зубчатой цепью. Цепные муфты допускают перекосы валов до 1° и радиальные смещения до 1,2 мм. Конструкция их проста, они малогабаритны и удобны при монтаже и демонтаже, так как не требуют осевых смещений валов. Из цепных муфт наиболее распространена муфта цепная однорядная (рис. 4; ГОСТ 20742--75).

рис. 4. Цепная муфта.

Из компенсирующих самоустанавливающихся радиальных муфт применяют крестовые муфты, предназначенные для соединения валов с радиальным смещением, они допускают также осевое и угловое смещения соединяемых валов. Из крестовых муфт наиболее распространена кулачково-дисковая (рис. 5; ГОСТ 20720--75). Она состоит из двух полумуфт 1 и 2, промежуточного плавающего диска 3 и кожуха 4. Насажанные на валы полумуфты соединяются между собой диском благодаря тому, что на торцах диска имеются выступы, которые вставляют в пазы полумуфт. Так как выступы расположены взаимно перпендикулярно, то муфта обеспечивает свободное радиальное перемещение соединяемых валов. Она допускает также осевое и угловое перемещения валов.

Довольно широко распространена кулачково-дисковая муфта (рис. 5), которая состоит из двух полумуфт 1 и 2 и вкладыша 3, имеющего форму параллелепипеда. Полумуфты снабжены двумя выступами, осуществляющими направление вкладыша. Принцип действия муфты такой же, как и крестовой кулачково-дисковой. Для снижения износа поверхностей деталей крестовых муфт их смазывают через отверстия 4. Крестовыми муфтами можно соединять валы диаметром 15. ..150 мм. Полумуфты и диск изготовляют из стали СтЗ, Ст4.

рис. 5. Кулачково-дисковая муфта (размеры муфты смотри в приложении )

Ст5, стального литья 25Л, ЗОЛ и чугунного литья СЧ15-32, СЧ18-36 и др. Для тяжело нагруженных муфт полумуфты и диск выполняют из легированной стали 15Х, 20Х с цементацией и закалкой рабочих поверхностей. Вкладыш муфты изготовляют обычно из текстолита, благодаря чему уменьшается масса муфты. Проверочный расчет на прочность крестовых муфт рекомендуется производить по формулам: кулачково-дисковых

(4)

со скользящим вкладышем,

, (5)

где рmax--максимальное давление на рабочих поверхностях сопряженных деталей муфты; [р] -- допускаемое давление для этих деталей. ТK--расчетный крутящий момент муфты; D -- наружный диаметр муфты; h -- рабочая высота выступов диска ила вкладыша; b -- ширина вкладыша. Допускаемое давление [р] принимают в зависимости от материала, термообработки и условий работа муфты; для стали по стали [p]=15...25МПа и для текстолита по стала [p]=8...10 МПа.

К компенсирующим самоустанавливающимся угловым муфтам относятся шарнирные муфты для соединения валов с взаимным наклоном до 45 и возможностью изменения угла наклона.

Конструкции и размеры шарнирных .муфт самые различные (рис.6). Простейшая шарнирная муфта -- одинарная (рис. 6, а), состоящая из двух полумуфт-вилок 1 и 2, насаженных на концы валов, взаимно расположенных под прямым углом, и крестовины 3, шарнирно соединенной с вилками. Недостаток этой муфты -- неравномерное вращение ведомого вала. Для обеспечения вращения ведомого вала с постоянной угловой скоростью или для возможности передачи вращательного движения между параллельными, но смещенными валами, а также при необходимости увеличения угла наклона между соединяемыми валами применяют сдвоенную шарнирную муфту (рис. 6, б).



рис. 6. Шарнирные муфты. (размеры муфты смотри в приложении )

Для того чтобы ведомый вал имел постоянную частоту вращения, необходимо, чтобы оба вала, ведущий н ведомый, были параллельны и наклонены относительно промежуточного валика сдвоенной шарнирной муфты под одинаковым углом, а обе вилки промежуточного валика лежали в одной плоскости. Для возможности смещения во время работы валы соединяют шарнирной сдвоенной муфтой с телескопическим промежуточным валиком (рис. 6, в), т. е. валиком изменяющейся длины.

Шарнирные муфты подразделяются на малогабаритные, передающие небольшие моменты, и крупногабаритные для передачи средних и больших моментов. Малогабаритные шарнирные муфты, одинарные (рис. 6, а) и сдвоенные (рис. 6, б), нормализованы ГОСТ 5147--69 для соединения валов диаметром от 10 до 40 мм. Шарниры этих муфт образуются вставными осями, из которых одна длинная, а вторая состоит из двух коротких втулок, стянутых заклепкой. Материал вилок и заклепки -- цементуемая сталь 20Х, а крестовины и осей -- сталь 40Х.

Шарнирные муфты, применяемые в приводах сельскохозяйственных машин, стандартизованы ГОСТ 2752--55. Вилки этих муфт изготовлены из стали 35, 40 и 40Х или стального литья 25Л, а крестовины--из цементуемой стали 20Х. Проверочный расчет шарнирных муфт состоит из определения давления на рабочие поверхности шарниров и расчета на прочность вилок и крестовины по формулам сопротивления материалов.

§4. Упругие муфты

Как указано ранее, упругие муфты служат для уменьшения динамических нагрузок, передаваемых соединяемыми ими валами. Кроме того, эти муфты предохраняют соединяемые валы от резонансных колебаний и позволяют несколько компенсировать точности взаимного расположения валов. Основные характеристики упругих муфт: жесткость или обратная ей величина -- податливость и демпфирующая способность, т. е. способность превращать в теплоту энергию деформирования упругих элементов муфты.

Различают упругие муфты: линейные и нелинейные, или постоянной и переменной жесткости. Первые имеют линейную характеристику, т.е. прямую пропорциональность угла закручивания муфты (угла поворота одной полумуфты относительно другой) от передаваемого момента, а вторые -- нелинейную характеристику. Достоинство муфт с нелинейными характеристиками -- предотвращение резонанса крутильных колебаний при периодически изменяющихся нагрузках, воспринимаемых муфтами.

Конструкции упругих муфт разнообразны. По материалу упругих элементов они делятся на муфты с неметаллическими и металлическими упругими элементами. Основной материал неметаллических упругих элементов -- резина, которая обладает следующими достоинствами: высокими эластичностью и демпфирующей способностью, а также электроизоляционной способностью. Металлические упругие элементы муфт представляют собой различные стальные пружины или стальные пружинные стержни, пластины или пакеты пластин.

рис. 7. Упругие муфты: а) Втулочно-пальцевая; б) Со звёздочкой; в) С торообразной оболочкой. (размеры муфт приведены в приложениях)

Из муфт с неметаллическими упругими элементами широко распространена втулочно-пальцевая муфта МУВП (рис. 7, а); ее размеры в зависимости от номинального момента нормализованы ГОСТ 21424--75 (для соединения валов диаметром 9.160 мм). Она состоит из двух полумуфт, насаженных на концы соединяемых валов; стальных пальцев, закрепленных в одной из полумуфт гайками с посадкой на конус; упругих резиновых втулок. Разрешается замена упругих втулок набором колец из того же материала. Широкое применение в машиностроении этой муфты, в особенности в приводах электродвигателей, объясняется такими ее достоинствами, как легкость изготовления, простота упругих элементов, удобство их замены и надежность. Полумуфты изготовляют из чугуна СЧ 21-40, стали 30 или стального литья 35Л. Материал пальцев -- сталь 45.

Расчет муфты МУВП состоит из проверочного расчета упругих элементов на смятие:

. (6)

и проверочного расчета пальцев на изгиб:

, (7)

где ТR--расчетный' крутящий момент муфты; D1 -- диаметр окружности расположения центров пальцев; d -- диаметр пальцев под резиновыми кольцами или втулкой; l -- длина втулки; z -- число пальцев; -- расчетное напряжение смятия между пальцами и втулкой; =2.4 МПа--допускаемое напряжение смятия для резины; -- расчетное напряжение на изгиб для пальцев; =60.80 МПа -- допускаемое напряжение на изгиб для пальцев.

Муфта упругая со звездочкой (рис. 7, б; ГОСТ 14084--76) состоит из двух полумуфт с двумя или тремя торцовыми кулачками трапецеидального сечения каждая. Кулачки входят в соответствующие впадины промежуточного между полумуфтами упругого элемента -- звездочки, изготовленной из резины. Данная муфта компактна и надежна в эксплуатации. Материал полумуфт -- сталь СтЗ. Размеры муфты принимают по ГОСТу в зависимости от расчетного крутящего момента TК, вычисляемого по формуле (19.1). Лучи (зубья) звездочки проверяют расчетом на смятие. Допускаемое напряжение на смятие для звездочки

=2.10 МПа при n=1750.. .100 мин -1.

В машиностроении применяют целый ряд упругих муфт, в которых упругие резиновые элементы работают на кручение и сдвиг. К таким муфтам относятся, например, муфты с упругими оболочками. Муфта с торообразной оболочкой (рис. 7, в; ГОСТ 20884--75) состоит из двух полумуфт, упругой оболочки, по форме напоминающей автомобильную шину, и двух колец, которые с помощью винтов закрепляют оболочку на полумуфтах. Достоинства муфты: способность компенсировать значительные неточности установки соединяемых валов, легкость сборки, разборки и замены упругого элемента. Муфты с упругими оболочками имеют перспективы широкого применения в отечественном машиностроении.

По сравнению с муфтами с неметаллическими упругими элементами муфты с металлическими упругими элементами более долговечны, имеют меньшие габариты, но дороже. Их применяют в основном для передачи больших моментов.

Из муфт с металлическими упругими элементами наиболее распространена муфта со змеевидной пружиной (рис. 8). Она состоит из двух полумуфт с зубьями специальной формы, во впадинах между которыми помещается змееобразно изогнутая пружина, разделенная на несколько частей. Зубья и пружина закрываются снаружи кожухом, состоящим из двух половин, соединяемых между собой болтами (рис.8, а) или резьбой (рис. 8, б). Кожух служит резервуаре» для смазки и защищает муфту от пыли. Упругие муфты со змеевидной пружиной различают двух видов: линейные и нелинейные. Конструктивно муфты обоих этих видов различаются лишь очертаниями рабочих поверхностей боковых сторон зубьев. Рабочие поверхности зубьев линейных муфт очерчиваются двумя прямыми линиями, образующими тупой угол (рис. 8,в), вершина которого служит опорой для пружины. Расстояние 2а между точками контакта пружины с зубьями постоянно и не зависит от нагрузки пружины. Рабочие поверхности зубьев нелинейных муфт очерчиваются дугами окружностей, центры которых обычно располагаются в плоскости



рис. 8. Муфта со змеевидной пружиной

внешних торцов зубьев (рис. 8, г). С увеличением нагрузки пружина, изгибаясь, вступает в контакт с зубьями по всевозрастающей длине. При этом уменьшается длина 2а ее активной части и жесткость пружины увеличивается. Преимущественное применение имеют линейные муфты, как наиболее совершенные. При отсутствии колебаний применяют нелинейные муфты, так как зубья этих муфт более простые. Материал полумуфт -- сталь 45 или стальное литье 45Л. Пружины изготовляют из пружинной стали 65Г, 60С2 и др. Половины кожуха отливают из чугуна СЧ 12-28, CЧ15-32.

расчёт на прочность муфты со змеевидной пружиной заключается в проверочном расчете ее пружины на изгиб:

,(8)

где -- расчетное напряжение на изгиб в пружине; ТК -- расчетный крутящий момент муфты; z--число зубьев полумуфты; Dс -- диаметр средней окружности зубьев; b -- ширина сечения пружины; t -- шаг пружины; h -- толщина сечения пружины; =400.700 МПа--допускаемое напряжение на изгиб в пружине.

§5. Синхронные муфты

К синхронным относятся кулачковые и зубчатые муфты. В этих муфтах момент передается от ведущего к ведомому валу взаимным зацеплением полумуфт посредством кулачков (торцовых выступов) или зубьев.

Кулачковые и зубчатые муфты проще и дешевле фрикционных, но они обладают тем большим недостатком, что их включение при вращении валов сопровождается ударами, которые могут вызвать поломки *деталей привода или машины. Поэтому кулачковые и зубчатые муфты обычно применяют при отсутствии требования плавности включения, при редких включениях и малой относительной угловой скорости, а также в условиях стесненных габаритов. Кулачковые и зубчатые муфты по конструкции весьма разнообразны.

Кулачковая муфта, показанная на рис. 9, состоит из двух полумуфт 1 и 2, сцепляющихся между собой посредством торцовых кулачков 3. Втулка 4 служит для центровки валов. Одна из полумуфт (на рисунке левая) соединена с валом неподвижно, а другая полумуфта (правая) установлена на валу с возможностью осевого перемещения на направляющих шпонках (в некоторых конструкциях на шлицах).

Осевое перемещение подвижной полумуфты осуществляется с помощью устройства, называемого отводкой, кольцо которой помещается в пазу 5 полумуфты 2. Для уменьшения износа деталей отводки подвижная полумуфта устанавливается на ведомом валу. На рис. 196 муфта показана во включенном состоянии. После Выключения муфты правая сторона подвижной полумуфты занимает Положение, показанное на рисунке штриховыми линиями. \ В данной муфте кулачки имеют трапецеидальный профиль. В других кулачковых муфтах применяют кулачки иных профилей, в том числе прямоугольного, треугольного и несимметричного. Профиль кулачков определяется назначением муфты.

Полумуфты кулачковых муфт изготовляют обычно из цементуемых сталей 15, 20, 15Х, 20Х, а при больших размерах -- из стали 40, 45, 40Х, 20ХН, 40ХН и др.

Расчет кулачковых муфт заключается в проверочном расчете на износостойкость и прочность их кулачков, в предположении их равномерной нагрузки. На износостойкость -- по величине давления на рабочих поверхностях по формуле

рис. 9. Кулачковая сцепная муфта.



рис. 10. Профили кулачков сцепных муфт

, (9)

на прочность (изгиб) -- по формуле

, (10)

где k=2…3 коэффициент неравномерности работы кулачков, зависящий от точности их изготовления; TK -- расчетный момент муфты; z -- число кулачков полумуфты; D1 -- диаметр средней окружности кулачков; b -- ширина кулачка; h -- высота кулачка (при кулачках переменной высоты -- средняя); wИ -- момент сопротивления сечения кулачка при изгибе; р -- Расчетное давление на рабочей поверхности кулачков; [р] -- допускаемое давление для кулачков; -- расчетное напряжение изгиба кулачков;-- допускаемое напряжение на изгиб для кулачков.

Допускаемое давление для кулачков рекомендуется принимать: для муфт, включаемых на ходу, [р] = 30 -- 40 МПа; для муфт, включаемых при неподвижных валах, [p]= 80 -- 120 МПа. Допускаемое напряжение на изгиб для кулачков можно принимать .

Простейшая зубчатая муфта показана на рис. 19.12,а. Полумуфты ее представляют собой зубчатые колеса с зубьями эвольвентного зацепления и одинаковым числом зубьев; одна из полумуфт с наружными зубьями, а другая с внутренними зубьями. Так же как и в кулачковой, в этой муфте одна из полумуфт соединена с валом неподвижно (на рис. 11,а--правая), а другая полумуфта (на рис. 11,а-- левая) при помощи отводки может перемещаться вдоль вала, в результате чего полумуфты и соответствующие валы сцепляются или расцепляются.

Зубчатая муфта более сложной конструкции представлена на рис. 11, б. Эта муфта предназначена для поочередного включения шестерен 1 и 2. Она состоит из подвижной обоймы 3 с внутренними зубьями, управляемой при помощи отводки; неподвижной полумуфты 4 с наружными зубьями, которая находится в постоянном сцеплении с обоймой и соединена с валом шлицами; двух одинаковых

рис. 11. Простейшая зубчатая муфта.

неподвижных полумуфт 5 н6 с наружными зубьями, каждая из которых изготовлена за одно целое со своей шестерней.

При необходимости частого включения и выключения зубчатых и кулачковых муфт, как, например, в автомобилях, для устранения или уменьшения ударов и шума, возникающих при включении этих муфт, применяют синхронизаторы.

Синхронизаторы представляют собой вспомогательные фрикционные муфты, которые включаются раньше основных зубчатых или кулачковых муфт и, выравнивая угловые скорости вращающихся валов, тем самым устраняют или уменьшают удары и шум при включении последних.

Синхронизатор простейшей конструкции для зубчатой муфты, представленной на рис. 11, б, состоит из двух конусных муфт. Наружные подвижные полумуфты 7 и 8 этих муфт соединены с обоймой 3, а внутренние неподвижные полумуфты 9 и 13 выполнены за одно целое с полумуфтами 5 и 6 зубчатой муфты. При осевом перемещении обоймы 3 в ту или другую сторону она через шестерню 4 передает от отводки осевую силу конусной полумуфте 9 или 10. А так как полное включение фрикционной муфты происходит не сразу, а плавно, то осуществляется выравнивание угловых скоростей полумуфт зубчатой муфты.

Затем после преодоления сопротивления пружины фиксатора обоймы и смещения фиксирующих шариков 11 внутрь муфты дальнейшим перемещением обоймы включается зубчатая муфта.

§6. Фрикционные (асинхронные) муфты

Так как при вращении валов чаще всего требуется плавное сцепление или расцепление их, что полностью осуществляется посредством фрикционных муфт, то из управляемых механических муфт фрикционные муфты наиболее распространены.

Фрикционные муфты обеспечивают плавное сцепление валов, так как величину сил трения, при помощи которых происходит сцепление деталей полумуфт, можно легко регулировать путем изменения величины сил сжатия этих деталей.

В процессе включения фрикционной муфты в ней между деталями, при помощи которых осуществляется сцепление полумуфт, происходит скольжение. При установившемся движении это скольжение отсутствует. При перегрузках такое скольжение возможно и, следовательно, фрикционная муфта может служить предохранительным устройством.

Схемы фрикционных муфт показаны на рис. 12. На этих схемах полумуфты 1 неподвижные, а полумуфты 2 либо полностью подвижные, либо включают в себя соответствующие подвижные детали.

Фрикционные муфты по форме рабочих поверхностей различают следующих видов: дисковые (рис. 12, а, б), рабочие поверхности которых представляют собой плоские торцовые поверхности дисков; конусные (рис. 12, в, г), рабочие поверхности которых конической формы; цилиндрические (рис. 12, д, е) -- колодочные, ленточные и др., имеющие цилиндрическую рабочую поверхность.

Дисковые муфты различают: однодисковые (рис. 12, а) и многодисковые (рис. 12, б). Конусные муфты различают одноконусные (рис. 12, в) и с двойным конусом (рис. 12, г).

В цилиндрических муфтах необходимая сила трения, посредством которой осуществляется сцепление полумуфт, создается при помощи колодок, лент или других деталей, откуда и происходит соответствующее наименование муфты.

Из фрикционных муфт преимущественное распространение имеют многодисковые муфты, так как по габаритным диаметральным размерам

рис. 12. Виды фрикционных муфт.

они наименьшие, обладают высокой плавностью включения, легко регулируются и для их включения требуется небольшая сила.

Довольно широкое применение имеет фрикционная многодисковая муфта, показанная на рис. 13. Она состоит из двух неподвижных полумуфт 1 и 2, нескольких наружных 3 и внутренних 4 дисков, двух упорных колец 5 и 6, между которыми находятся диски, упорных гаек 7, рычажного механизма включения муфты 8 и подвижной втулки включения 9, управляемой при помощи отводки. Наружные диски 3 соединяются с полумуфтой 1, а внутренние 4 -- с полумуфтой 2 посредством подвижного шлицевого соединения.

При включении муфты все диски зажимаются между упорными кольцами, одно из которых упирается в гайку, а другое -- в рычажки.

рис. 13. Фрикционная многодисковая муфта

механизма включения; в результате образования между дисками сил трения происходит сцепление полумуфт и соединяемых муфтой валов.

В разомкнутой муфте между дисками образуются зазоры. При помощи упорных гаек осуществляется регулировка требуемого расстояния между упорными кольцами.

В зависимости от материала дисков фрикционные муфты работают либо со смазкой дисков маслом, либо всухую. Смазка дисков служит для уменьшения их износа и улучшения расцепляемости. Муфта, показанная на рис. 13, работает со смазкой. Сочетание материалов дисков фрикционных муфт приводится в табл. 1.

Для увеличения трения между сцепляющимися дисками полумуфт диски одной из них (обычно наружные) покрываются фрикционными накладками, материал которых в паре со сталью и чугуном имеет высокий коэффициент трения. Фрикционные накладки на асбестовой основе приклепываются или приклеиваются к стальным дискам, а металлокерамические накладки наносятся на стальные диски путем спекания под давлением.

Расчет фрикционной многодисковой муфты в основном заключается в проверочном расчете рабочих поверхностей дисков на износостойкость по величине возникающего на них давления

, (11)

где KСЦ= 1,25…1,5--коэффициент запаса сцепления; Т--момент, передаваемый муфтой, определяемый по формуле (9.2); DH ,DB,,DC -наружный, внутренний и средний диаметры рабочей поверхности дисков; f -- коэффициент трения для дисков; z -- число поверхностей трения; p -- расчетное давление на рабочей поверхности диска; [р] -- допускаемое давление для дисков.

Таблица 1 Значения коэффициентов трения f и допускаемого давления [р] для муфт

Материалы	Коэффициент трения	Допускаемое давление [p],МПа
		при нескольких поверхностях трения (дисковые муфты)	При одной поверхности трения (конусные и цилиндрические муфты)
Со смазкой Закаленная сталь по закаленной стали Чугун по чугуну или по закаленной стали. Текстолит по стали Металлокерамика по закаленной стали	0,06 0,08 0,12 0,1	0,6--0,8 0,6--0,8 0,4--0,6 0,8	-- 1 -- --
Всухую Прессованный материал на основе асбеста по стали или чугуну. Металлокерамика по закаленной стали Чугун по чугуну или по закаленной стали	0,3 0,4 0,15	0,2--0,3 0,3 0,2--0,3	3 -- 3

Примечания; 1. Меньшие значения давлений относятся к большему числу поверхностей трения, и большие значения--к меньшему числу.

2. Если не предусматривается специальный тепловой расчет, то при больших окружных скоростях (измеряемых на середине ширины поверхности трения) и при больших числах включений в час следует допускаемое давление несколько снижать, особенно, для многодисковых муфт с большим числом дисков. Для последних при v=5 м/с [р] снижают на 15%, при v =10 м/с--на 30%, при v=15 м/с--на 35%.

Конусные, цилиндрические колодочные и ленточные фрикционные муфты в настоящее время применяют ограниченно. В отдельных областях машиностроения применяют также следующие фрикционные муфты: электромагнитные дисковые, в которых сжатие дисков осуществляется встроенным в одну из полумуфт электромагнитом; электромагнитные порошковые, в которых между полумуфтами помещается железный порошок, при намагничивании оказывающий сопротивление взаимному проскальзыванию полумуфт; муфты с пневматическим управлением дисковые л цилиндрические шинно-пневматические, в которых сжатие трущихся деталей осуществляется при помощи сжатого воздуха; муфты с гидравлическим управлением, в которых сцепление трущихся поверхностей обеспечивается давлением жидкости (обычно маслом).

§7. Самодействующие муфты

В зависимости от того, при изменении какого параметра машины происходит автоматическое сцепление или расцепление муфты и соединяемых ею валов, различают следующие самодействующие механические муфты: предохранительные, служащие для защиты машины от перегрузок; обгонные, или муфты свободного хода, предназначенные для передачи момента только в одном направлении и допускающие свободное вращение в обратном направлении; центробежные, служащие для автоматического сцепления или расцепления валов при достижении ведущим валом заданной скорости вращения.

Предохранительные муфты подразделяются на муфты с разрушаемым и неразрушаемым элементом.

Во избежание случайных выключений предохранительных муфт расчетный момент для них

TP=1,25T, (13)

где T -- максимальный момент, который должен передаваться предохранительной муфтой.

Предохранительные муфты с разрушаемым элементом применяют при редком возникновении перегрузки. Недостатком этих муфт является необходимость замены разрушаемых элементов.

Из предохранительных муфт с разрушаемым элементом чаще всего применяют муфту со срезными штифтами (рис. 14, а). Муфта состоит из двух дисковых полумуфт 1 и 2, соединенных между собой стальными штифтами 3, заключенными в стальные каленые втулки 4, предохраняющие полумуфты от смятия их штифтами. При перегрузке машины штифты срезаются и полумуфты расцепляются. Для восстановления работы муфты на место разрушенных ставят новые штифты. Число штифтов чаще всего равно 1 или 2. Материал штифтов -- средне-углеродистая сталь, реже закаленная сталь.

Предельный момент, при котором происходит разрушение штифтов, равный расчетному моменту предохранительной муфты, определяют по формуле

, (14)

где z -- число штифтов; d -- диаметр штифтов в плоскости их среза; B.C -- предел прочности на срез для штифтов; D1 -- диаметр окружности, по которой расположены центры штифтов.

Значение рекомендуется принимать в зависимости от предела прочности при растяжении:

;

для гладких штифтов k =0,7--0,8, для штифтов с шейкой k = 0,9.

К предохранительным муфтам с неразрушаемым элементом относятся: кулачковые (рис. 19.15, б, ГОСТ 15620--77) шариковые (рис.14, в, ГОСТ 15621--77) и фрикционные (рис. 14, г, ГОСТ 15622--77). Во всех этих предохранительных муфтах полумуфта 1 соединяется со своим валом неподвижно, а полумуфта 2 -- с возможностью ее осевого перемещения. Последняя постоянно прижимается к первой посредством нескольких пружин 3. Сила нажатия полумуфт пружинами регулируется гайкой 4.



рис. 14. Предохранительные муфты с разрушаемыми элементами.

Сцепление полумуфт осуществляется: в кулачковой муфте -- невысокими торцовыми кулачками; в шариковой -- посредством шариков 5, находящихся под действием пружин; в фрикционной -- посредством силы трения, развиваемой между фрикционными дисками 5 полумуфт. При нормальной работе каждая из этих муфт вращается как одно целое с соединенными ими валами, а при перегрузке происходит расцепление полумуфт.

Предохранительные кулачковые и шариковые муфты применяют только при небольших скоростях и моментах, так как при их перегрузках происходят удары кулачков и шариков, сопровождающиеся большим шумом. Предохранительные фрикционные муфты применяют при частых кратковременных перегрузках и в особенности при перегрузках ударного действия.

Размеры этих муфт принимаются по ГОСТам. Расчет кулачков предохранительной кулачковой муфты осуществляют так же, как и синхронной кулачковой муфты, а расчет предохранительной фрикционной муфты такой же, как и фрикционной управляемой муфты, за исключением того, что значения [р] могут быть приняты более высокими (примерно на 20-- 30%), так как пробуксовывание дисков и связанный с этим износ их происходит только при перегрузках.

Кроме рассмотренных, применяются предохранительные муфты и других конструкций.

Обгонные муфты, или муфты свободного хода, характеризуются тем, что они автоматически сцепляют и 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 и в других машинах.

Обгонные муфты по способу сцепления их полумуфт различают храповые и фрикционные. Преимущественное применение имеют фрикционные обгонные муфты с роликами, так как у них почти полностью отсутствует .мертвый ход и работают они бесшумно.

Обгонная фрикционная муфта с роликами (рис. 15) состоит в основном из двух полумуфт -- звездочки 1 и обоймы 2 и роликов 3, расположенных в суживающихся в одном направлении пазах между звездочкой и обоймой. Каждый ролик отжимается пружиной 4 в суживающуюся часть паза.

Если ведущей полумуфтой является звездочка, то сцепление валов может происходить только тогда, когда она вращается по часовой стрелке, а если ведущей полумуфтой является обойма, то сцепление . валов может произойти при вращении ее против часовой стрелки. При указанном вращении ведущей полумуфты каждый ролик закатывается в суживающуюся часть паза и заклинивается между полумуфтами, в результате чего и происходит сцепление полумуфт и соединение валов. При обратном вращении ведущей полумуфты ролики выкатываются в более широкую часть пазов и полумуфты расцепляются.

Полумуфты и ролики при передаче больших нагрузок изготовляют из стали ШХ15, а при небольших нагрузках из стали 20Х и 40Х.

Расчет обгонной роликовой муфты заключается в проверочном расчете роликов и рабочих поверхностей полумуфт на контактную прочность по формуле

, (19.15)

где-- расчетное контактное напряжение между роликом и полумуфтой; -- допускаемое контактное напряжение между ними; Епр -- приведенный модуль упругости (при одинаковых материалах полумуфт и роликов Епр = Е, где Е -- модуль упругости материала полумуфт и роликов); TK-- момент, передаваемый муфтой [см. формулу (19.1)]; z--число роликов; D--диаметр рабочей поверхности обоймы; d -- диаметр роликов; l -- длина роликов; -- угол заклинивания роликов (рекомендуется принимать = 7°).

При твердости контактных поверхностей роликов и полумуфт > HRC 60 допускаемое контактное напряжение 150 МПа.



рис. 15. Обгонная муфта с роликами.

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

Размещено на Allbest.ru