Лекция 13. Механические муфты · 2015. 12. 15. · Лекция 13. Механические муфты Детали машин 3 На практике чаще

Лекция 13. Механические муфты

Детали машин http://bcoreanda.com 1

МЕХАНИЧЕСКИЕ МУФТЫ

Муфты служат для соединения концов валов. Также муфты используют

для включения и выключения исполнительного органа при непрерывной

работе двигателя (управляемые муфты), предохранения машины от

перегрузок (предохранительные муфты), компенсации вредного влияния

несоосности валов (компенсирующие муфты), уменьшение динамических

колебаний (упругие муфты) и т.п.

Широко применяемые муфты стандартизированы. Основной

паспортной характеристикой муфты является значения крутящего момента,

на передачу который она рассчитана.

Классификация муфт для соединения валов:

1) Неуправляемые (постоянного действия):

- глухие;

- компенсирующие упругие;

- компенсирующие жесткие;

2) управляемые:

- кулачковые;

- зубчатые;

- фрикционные;

3) самоуправляемые автоматические:

- центробежные (самоуправляются по частоте вращения);

- предохранительные (самоуправляются по моменту);

- свободного хода (самоуправляются по направлению

вращения).

Выбор муфт

Выбор муфты проводится по моменту, действующему на муфту:

HKTT ,

где ТН – номинальный момент длительного действия;

К – коэффициент режима работы (при спокойной работе и небольших

массах К=1,1...1,4, при переменной нагрузке и средних массах К=1,5...2,0,

при ударных нагрузках и больших массах К=2,5...3,0).



Конструкция муфт

Муфты постоянного действия

Муфты глухие

Глухие муфты образуют жесткое и недвижимое соединения валов

(глухое соединение). Они не компенсируют ошибки изготовления и монтажа,

требуют точного центрирования валов.

Втулочная муфта отличается простотой конструкции и малыми

габаритами и применяется в легких машинах при диаметрах валов до

60...70 мм.

Фланцевая муфта широко распространена в машиностроении и

применяется для соединения валов диаметром до 200 мм и больше.

Компенсирующие муфты

При соединении глухими муфтами несоосные валы в

месте установки муфты приводят к одной общей оси путем

деформирования валов и опор. Опоры и валы

дополнительно нагружаются. Поэтому при соединении

глухими муфтами нужна высокая точность расположения

валов. Для снижения этих требований и уменьшения

вредных нагрузок на валы и опоры применяют

компенсирующие муфты. Различают три вида отклонений

от номинального расположения валов:

продольный сдвиг а (может быть вызван также температурным

удлинением валов);

радиальный сдвиг м, или эксцентриситет;

угловой сдвиг , или перекос.

Установочний гвинт

Втулочная муфта Фланцевая муфта



На практике чаще всего встречается комбинация указанных

отклонений, называемая «несоосность валов».

Компенсация вредного влияния несоосности валов достигается:

вследствие подвижности практически жестких деталей — в жестких

компенсуючих муфтах; за счет деформации упругих деталей – в упругих

муфтах.

Муфты компенсирующие жесткие

Кулачково-дисковая муфта состоит с двух полумуфт 1 и 2 и

промежуточных дисков 3. На внутреннем торце каждой полумуфты

образовано по одному диаметрально расположенному пазу. На обоих торцах

диска выполнено по одному выступу, которые расположены на взаимно

перпендикулярных диаметрах. У собранной муфты выступы диска

располагаются в пазах полумуфт. Таким образом, диск соединяет

полумуфты.

Перпендикулярное расположение пазов позволяет муфте

компенсировать эксцентриситет и

перекос валов. При этом выступы

скользят в пазах, а центр диска

описывает окружность, радиусом,

равным эксцентриситету ,. Зазоры 5

между диском и полумуфтами

позволяют компенсировать также и

продольные сдвиги валов.

Вследствие того, что перекос валов

вызывает неблагоприятное

распределение давления в пазах,

кулачково-дисковую муфту

рекомендуют применять в основном

для компенсации эксцентриситета: г до 0,04d; а до 0°30'.

Зубчатая муфта составляется с пол муфт 1 и 2 с внешними зубами и

разъемной обоймой 3 с

двумя рядами

внутренних зубьев.

Наиболее

распространен

эвольвентный профиль

зубьев. Муфта

компенсирует все виды

несоосности валов. С

этой целью выполняют

торцевые зазоры 3 и

увеличенные боковые

Кулачково-дисковая муфта

Зубчатая муфта

муфта



зазоры в зацеплении, а зубчатые венцы полумуфт обрабатывают по сферам,

центры которых располагают на осях валов. Допустимые зубчатой муфтой

несоосность валов определяются из условия, чтобы углы между осью

обоймы и осью одного или второго вала были не больше 0°30'.

Компенсация несоосности валов при работе муфты сопровождается

скольжением в местах сопряжения зубьев и их износом. Практикой

эксплуатации зубчатых муфт установлено, что износ является основным

критерием работоспособности. Для уменьшения износа в обойму заливают

редкое смазочное масло.

Зубчатые муфты компактные и имеют хорошие компенсирующие

свойства. Их применяют для передачи больших крутящих моментов.

Крестово-шарнирные муфты (шарнир Гуку). В отличие от муфт,

которые компенсируют ошибки монтажа, крестово-шарнирные муфты

используют для соединения валов с большой угловой несоосностью (до

35...40°), предусмотренной конструкцией машины. Крестово-шарнирные

муфты имеют своеобразную кинематику, которые изучают в курсе теории

механизмов и машин.

Муфты упругие

В упругой муфте полумуфты связаны упругим элементом (например,

склеены или привулканизированы). Упругая связь полумуфт позволяет

- компенсировать несоосность валов;

- изменять жесткость системы с целью устранения резонансных

колебаний;

- снижать ударные нагрузки.

Одной из основных характеристик упругой муфты является ее

жесткость. Переменную жесткость имеют муфты с неметаллическими

упругими элементами, материалы которых (резина, кожа и т.п.) не

подчиняются закону Гука, а также муфты с металлическими упругими

элементами, условия деформации которых задаются конструкцией. От

характеристики жесткости упругой муфты в значительной мере зависит

способность машины переносить резкие изменения нагрузки (удары) и

работать без резонанса и колебаний. Важным свойством упругой муфты

является ее демпферная способность, характеризующаяся энергией, которая

необратимо поглощается муфтой, за один цикл. Энергия в муфтах тратится

на внутреннее и внешнее трения при деформировании упругих элементов.

Демпферная способность упругих муфт способствует снижению

динамических нагрузок и затуханию колебаний.



Муфта с цилиндрическими

пружинами состоит из обода 1 с ребром 2

и ступицы 4 с дисками 3. Ребро обода

размещается между дисками так, что

допускает относительный поворот этих

деталей. Ребро и диски имеют одинаковые

фасонные вырезы, в которых заложены

пружины 5 с ограничителями 6. С торцов

муфту закрывают дисками 7, которые

крепят к ступице или ободу для

предотвращения выпадения и загрязнения

пружины и ограничителей.

В разгруженной муфте каждый из ограничителей сопрягается своей

цилиндрической поверхностью и с дисками, и с ребром, а пружины

предварительно сжаты. Под нагрузкой ребро перемещается между дисками, а

пружины дополнительно сжимаются. При этом один из ограничителей

сопрягается только с ребром, а другой — только с дисками.

Такие муфты целесообразно применять как упругие звенья в системе

соединения валов с зубчатыми колесами или цепными звездочками. В этом

случае обод является зубчатым венцом, а муфта как бы встраивается в

конструкцию зубчатого колеса. Для уменьшения износа деталей необходимо

предусматривать смазку поверхностей муфты.

Муфты с цилиндрическими пружинами применяют также для

соединения валов. В этом случае их конструкция немного меняется.

Муфта зубчато-пружинная, или муфта

со змееобразными пружинами. Полумуфты 1 и

2 имеют зубья 3 специального профиля, между

которыми размещается змееобразная пружина 4.

Кожух 5 удерживает пружину в рабочем

положении, защищает муфту от пыли и служит

резервуаром для смазки.

Зубчато-пружинная муфта может

компенсировать несоосность валов а до

4...20 мм, г до 0,5...3 мм, до 1°15' и

применяется в тяжелом машиностроении

(прокатные станы, турбины, поршневые

двигатели и т.п.).

Основным материалом неметаллических упругих элементов является

резина, которая имеет такие положительные качества:

1) высокую эластичность;

2) высокую демпферную способность;

3) электроизоляционные свойства;

4) простоту и дешевизну.

Муфта з

цилиндрическими пружинами

Муфта з

змееподобными

пружинами



Недостатками резиновых элементов являются:

1) меньшая долговечность, чем у стальных;

2) меньшая прочность.

Муфты с резиновыми упругими элементами применяют при передаче

малых и средних крутящих моментов.

Муфта с резиновой звездочкой состоят

с двух полумуфт с торцевыми выступлениями

и резиновой звездочки, зубья которой

расположены между выступлениями. Муфта

компактна и надежна в эксплуатации, широко

используется для соединения быстроходных

валов (до 3000..6000 мин–1

при крутящем

моменте до 3...120 Н·м и диаметрах валов до

12...45 мм), допускает радиальный сдвиг осей

до 0,2 мм; перекос осей до 10

30'.

Работоспособность резиновой звездочки

определяется напряжениями смятия.

Муфта упругая втулочно-

пальцевая (МУВП) компактна и

надежна в эксплуатации, широко

используется для соединения

быстроходных валов (до 3000..6000 мин–

1 при крутящем моменте до 3...120 Н·м и

диаметрах валов до 12...45 мм),

допускает радиальный сдвиг осей до 0,2

мм; перекос осей до 10 30

'.

Упругими элементами служат гофрированные

резиновые втулки (I вариант) или кольца

трапецеидального сечения (II вариант).

Муфта с торообразной оболочкой имеет большую

энергоемкость, высокие упругие и компенсирующие

свойства r 2...6 мм, 2...6°, угол закручивания до

5...300.

Муфта стандартизирована и получила широкое

распространение.

Исследование показали, что нагрузочная

способность муфт ограничивается потерей устойчивости

и усталостью резиновой оболочки

Муфта с резиновой

звездочкой

Втулочно-пальцевая

муфта

Муфта з

торообразной

оболочкой



Муфты управляемые или сцепные

Сцепные муфты позволяют соединять или разъединять валы с

помощью механизма управления. По принципу работы все эти муфты можно

разделить на две группы:

− муфты, основанные на зацеплении (кулачковые или зубчатые),

− муфты, основанные на трении (фрикционные).

Муфты кулачковые.

На торцах полумуфт 1 и 2 имеются выступы (кулачки) 3. В рабочем

положении выступы одной полумуфты входят во впадины другой. Для

включения и выключения муфты одну из полумуфт 2 устанавливают на

валу подвижно в осевом направлении. Подвижную полумуфту перемещают

с помощью специального устройства − отводки. Вилку отводки

располагают в пазу.

Несоосность валов резко снижает работоспособность кулачковых

муфт.

Прямоугольный

профиль требует точного

взаимного расположения

полумуфт в момент

включения. Кроме того, в

таких муфтах неминуемы

технологические боковые

зазоры и связанные с этим

удары при изменении

направления вращения.

Зазоры увеличиваются при

износе кулачков.

Муфты зубчатые сцепные.

Зубчатая сцепная муфта подобна зубчатой компенсирующей муфте, с

той разницей, что здесь обойма изготовляется подвижной и управляется

при помощи отводки. Применяют также зубчатые муфты без обоймы, в

которых одна полумуфта имеет внутренние, а

другая — внешние зубья.

Преимуществами зубчатой муфты по

сравнению с кулачковой является возможность

изготовления на широко распространенном

зуборезном оборудовании, получая при этом более

высокую точность.

Чаще всего кулачковые и зубчатые сцепные

муфты располагают на одном валуе и используют

Кулачковая муфта

Зубчатая

сцепная муфта



для переключения скоростей.

Для устранения ударов при включении в зубчатых муфтах широко

применяют синхронизаторы (например, в коробках скоростей автомобилей),

которые выравнивают скорости валов перед соединением,

Муфты фрикционные.

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 разницей начальных

угловых скоростей. В процессе включения муфта пробуксовывает, а разгон

ведомого вала происходит плавно, без удара. Отрегулированная на передачу

безопасного для прочности машины предельного крутящего момента,

фрикционная муфта выполняет одновременно функции предозранительного

устройства.

Все фрикционные муфты в зависимости от формы рабочей

поверхности можно разделить на три группы:

- муфты дисковые;

- муфты конические;

- муфты колодочные, ленточные и т.п.

Муфты фрикционные, как и кулачковые, не допускают несоосности.

Центрирование полумуфт достигается расположением их на одном валу или

с помощью специальных центрирующих колец.

Муфты дисковые.

В простейшей дисковой муфте с одной парой

поверхностей трения полумуфта 1 укреплена на валу

неподвижно, а полумуфта 3 подвижно в осевом

направлении, 2 — фрикционные накладки. Для

соединения валов к подвижной полумуфте

прикладывают силу Fa.

Применение многодисковых муфт позволяет увеличить крутящий

момент.

Муфты конические.

Конические муфты по сравнению с

многодисковыми имеют большие габариты. Они

сложнее в изготовлении и повышают требования к

точности центрирования валов. По этим причинам

конические муфты применяют реже, чем дисковые.

Дисковая муфта

Коническая муфта



Муфты автоматические, или самоуправляемые

Эти муфты предназначены для автоматического разъединения валов в

тех случаях, когда параметры работы машины становятся недопустимыми по

тем или иным показателям.

Муфты предохранительные.

Эти муфты служат для защиты машин от перегрузки. Любая

фрикционная муфта, отрегулированная на передачу предельного момента,

выполняет функции предохранительной. Специальные предохранительные

фрикционные муфты не имеют механизма

управления, а силы нажатия в них обычно

обеспечиваются постоянно действующими

пружинами.

Другим представителем предохранительных

муфт является муфта со специальным

предохранительным разрушаемым элементом. При

этом крутящий момент между полумуфтами 1 и 4

передается через штифт 3, которые срезывается

при перегрузке. Для восстановления работы муфты

штифт заменяют.

Муфты центробежные.

Эти муфты автоматически соединяют валы только тогда, когда угловая

скорость не превышает некоторое заданное значение. Таким образом, эти

муфты являются самоуправляемыми по угловой скорости. Центробежные

муфты используют для

− автоматического включения и выключения исполнительного

механизма с помощью регулирования угловой скорости

двигателя;

− разгона машин с большими маховыми массами при двигателе с

малым пусковым моментом;

− повышение плавности пуска;

− выключение при перегрузках.

Центробежная сила цF

прижимает колодку 3 к барабану

полумуфты 2. Этому

препятствует сила F, которая

возникает от прогиба пружины 4.

Значение силы F регулируют

винтом 5.

Муфта з

предохранительным

элементом

Центробежная муфта



Муфты свободного хода.

Эти муфты передают крутящий момент только в одном заданном

направлении. Их применяют в станках, автомобилях, мотоциклах,

велосипедах и т.д.

Простейшим представителем муфт свободного хода есть устройство с

храповиком. Вследствие шума на

холостом ходу и резком ударном

включении муфты с храповиком

применяют сравнительно мало и

только при низких скоростях.

Бесшумную работу

обеспечивают фрикционные,

роликовые или шариковые

муфты.

Муфта с храповиком

Documents

Лекция 13. Механические муфты · 2015. 12. 15. · Лекция 13. Механические муфты Детали машин 3 На практике чаще