Муфти. Призначення, класифікація та розрахунок. Глухі, компенсууючі, керовані та самодіючі муфти

План

1. Призначення, класифікація та розрахунок.
2. Глухі,
3. Компенcуючі
4. Керовані та самодіючі муфти.

Муфтами в техніці називають пристрої для з'єднування кінців валів, стержнів, труб, електричних проводів тощо. Приводні муфти призначені для передачі крутного моменту між валами. Крім того окремі види приводних муфт можуть виконувати додаткові функції. В машинобудуванні застосовують різноманітні приводні муфти (див. схему).

Схема. Класифікація приводних муфт

В електричних і муфтах використовують принципи зчеплення за рахунок електромагнітних і гідродинамічних сил. Ці муфти в курсі "Деталі машин" не розглядають.

Інколи довгі вали виготовляють складеними, гідравлічних виходячи з міркувань техно­логії виготовлення, складання або транспортування. Такі вали з'єднують між собою глухими муфтами постійної дії.

При складанні приводів з окремих агрегатів практично неможливо забезпе­чити ідеальну співвісність валів, що з'єднуються. Для компенсації цих не-співосностей застосовують компенсуючі жорсткі та пружні муфти. Останні та­кож мають властивості демпферів.

Для регулювання руху (пуску, зупинки, зміни напрямку обертання) засто­совують керовані зчіпні кулачкові та фрикційні муфти.

Для запобігання перевантаженню машини призначені самодіючі запобіжні муфти, які не передають крутний момент, що перевищує розрахунковий. Існу­ють також самодіючі муфти за напрямком обертання (муфти вільного ходу) і частотою обертання (відцентрові), які відключаються (або включаються) при досягненні певної частоти обертання.

Силовим фактором, який передають муфти, є крутний момент. Для кожної муфти основною паспортною характеристикою є допустимий крутний момент, який вона може передати. Вибір муфт полягає у визначенні розрахункового крутного моменту і порівняти його з паспортним значенням:

де К = 1...2,3 - коефіцієнт запасу (залежить від характеру навантаження в при­воді та степеня небезпеки виходу з ладу муфти); Т - момент, який діє довготри­вало.

Глухі муфти

Глухі муфти утворюють жорсткі з'єднання валів, які не компенсують не-співвісності валів і потребують точного їх центрування. Основними типами глу­хих муфт, які застосовують у машинобудуванні, є втулкові і флан­цеві.

Втулкова муфта (ГОСТ 24246-80) - найпростіша за конструкцією - являє собою втулку, посаджену на кінці валів, що з'єднуються, і призначена для пере­дачі крутного моменту від 0,3 до 12500 Н-м. Вона може кріпитись на валу за допомогою штифтів (рис. 10.1,а), призматичних або сег­ментних шпонок, шліцьових з'єднань і сто­порних гвинтів. Муфта має малі габарити, але застосовується рідко внаслідок складності монтажу і високої жорсткості з'єднання. Міцність втулкової муфти визначається міцністю її з'єднання з валом і міцністю втул­ки.

Фланцеві муфти (ГОСТ 20761-80) є ос­новним видом глухих муфт, які застосовують у машинобудуванні. Вони можуть передавати

крутний момент від 8 до 40000 Н-м. Фланцева муфта (рис. 10.1,6) складається з двох на-півмуфт з'єднаних болтами. Крутний момент може передаватися силами опору на зріз кріпильних болтів (варіант 1 нарис. 10.1,б)

коли болти встановлені без зазору, або силами тертя між фланцями (варіант 2). У другому випадку муфта повинна мати центруючий поясок.

Глухі муфти: а - втулкова; б - фланцева

Міцність фланцевої муфти обмежена міцністю болтового з'єднання. Розра­хунок таких з'єднань див. в п.5 попередньої глави.

Компенсуючі муфти

Внаслідок неточності виготовлення і монтажу завжди виникають деякі не­точності взаємного розміщення осей валів (рис. 10.2). Розрізняють осьове (Аа), радіальне (або ексцентриситет Аг), кутове (перекос Аа) зміщення. На практиці при складанні приводів частіше всього мають місце всі види зміщень одночас­но. Щоб компенсувати ці зміщення при складанні і зменшити зусилля у з'єднанні при роботі застосовують жорсткі та пружні компенсуючі муфти. Принцип дії жорстких компенсуючих муфт полягає в тому, що в цих муфтах конструктивно закладається можливість зміщення з'єднаних між собою на-півмуфт.

Види зміщення валів

Зубчаста муфта (ГОСТ 5006-83*) складається з двох втулок із зовнішніми зубами і на­дітих на них обойм з внутрішніми зубами. Найпоши­ренішим є евольвентний профіль зубів з кутом зачеп­лення а = 20°, коефіцієнтом висоти головки зуба h_a = 0,8. Кількість зубів 30...80. Муфта компенсує всі види неспіввісностей за рахунок зазорів між зубами та їх сферичної форми. Допустиме зміщення визна­чається умовою обмеження кута повороту між валом і віссю напівмуфти (< 0°30’). Муфта може допус­кати з'єднання валів діаметрами від 40 до 560 мм і передавати крутний момент Т = 700... 10⁶ Нм. Основ­ний критерій роботоздатності муфти - зношування зубів. Для зменшення інтенсивності зношування в обойму муфти заливають рідке мастило.

Ланцюгова муфта (ГОСТ 20742-81*) складається з двох зірочок (рис. 10.4), посаджених на вали, і ланцюга, який охоплює обидві зірочки. Муфта може та­кож мати захистний кожух. Ланцюгові муфти допускають перекоси валів до 1° і радіальні зміщення до 1,2 мм за рахунок зазорів між зубами зірочок і ланцюга. Для цих муфт характерні простота конструкції, невеликі габарити, простота монтажу і демонтажу.

До жорстких компенсуючих муфт також належать кулачково-дискові, шар­нірні муфти, муфти з проміжною призматичною деталлю (сухарем).

Застосування пружного елемента в муфтах дає можливість крім компен­
сації неспіввісностей валів знизити ударні навантаження, зменшити жорсткість
системи з метою усунення резонансних коливань. Як пружні елементи частіше
всього застосовуються гумові елементи різноманітної форми (можливе застосу­
вання і стальних пружних елементів).

Рис. 10.3. Зубчаста муфта Рис. 10.4. Ланцюгова муфта

Втулково-пальцьові муфти МПВП (ГОСТ 21424-75*) широко використо­вуються у машинобудуванні завдяки простоті та невеликій вартості виго­товлення. Крутний момент у цій муфті передаєтся через пальці (4…10 шт.) і посаджені на них пружні елементи у формі втулок. Пальці кріпляться конічними частинами в одній напівмуфті та входять в отвори другої напівмуфти. Фланці напівмуфт не торкаються один одного, тому металевого контакту між ними немає. Це, крім плавної роботи муфти, забезпечує елек­тричну ізоляцію валів. Муфти залежно від розміру можуть допускати осьові (1...5 мм) та радіальні (0,3..0,6 мм) зміщення, а також перекоси валів до 1°. Для перевірки міцності муфти необхідно розрахувати пальці на згин і гумові втулки - на зминання. Муфти можуть з'єднувати вали діаметром до 150 мм і передавати крутний момент до 15000 Н-м.

Пружна втулково-пальцьова муфта Муфта з гумовою зірочкою

Муфта з гумовою зірочкою (ГОСТ 14084-76) складається з двох напівмуфт з виступами на торцях і гумової зірочки, зуби якої розміщені між виступами напівмуфт. Муфта застосовується для з'єднання валів діаметрами 12...45 мм і може передавати крутний момент 3...120 Н-м. Муфти допускають за рахунок деформації зубів зірочки радіальні зміщення до 0,2 мм і перекос валів до 1⁰30’, можуть працювати в повітряному або масляному середовищі при тем­пературі -40...+50° С. Основний критерій роботоздатності - зминання зубів зірочки.

Муфта з тороподібною оболонкою (ГОСТ 20884-82*) складається з двох напівмуфт, пружної оболонки у вигляді частини тора і фланців, які затискають оболонку. Оболонку, як правило, виготовляють армованою для більшої міцності. Пружний елемент цієї муфти працює на кручення. Муфта допускає радіальні зміщення до 2...6 мм, кутові зміщення валів 2...6°, кут закручу­вання до 5...30°. Залежно від розміру муфти до­пускають з'єднання валів діаметрами 14...200 мм і можуть передавати крутний момент до 20...25000 Н-м.

Муфта з торо­подібною оболонкою

Крім розглянутих видів пружних компен­суючих муфт існує ще цілий ряд конструкцій муфт, які містять пружні елементи і виконують аналогічні функції.

Керовані і самодіючі муфти

Керовані зчіпні муфти можуть з'єднувати або роз'єднувати вали в рухомому або нерухомому стані за допомогою спеціальних механізмів керування. їх вико­ристовують у коробках швидкостей та інших механізмах при необхідності зміни режиму роботи. Крутний момент у цих муфтах передається за рахунок зачеп­лення (кулачкові муфти) або сил тертя (фрикційні муфти). Кулачкові муфти складаються з нерухомої 1 (рис. 10.8) і рухомої 2 на­півмуфт. У робочому положенні виступи (кулачки) 3 однієї напівмуфти входять у западини іншої. Рухому напівмуфту пересувають за допомогою вилки (на ри­сунку не показана), розміщеної у пазу 4. Кільце 5 призначене для центрування валів. Профіль кулачків (у перерізі циліндричною поверхнею) може бути пря­мокутний, трапецеїдальний або трикутний. Симентричні трапецеїдальні профілі застосовують для реверсивних муфт, а несиметричні - для нереверсивних. Час­тіше всього кулачкові муфти розміщують на одному валу і застосовують для переключення швидкостей. Роботоздатність кулачкових муфт визначається зношуванням кулачків, яке залежить від тиску на поверхнях контакту.

Зчіпна кулачкова муфта:

1- нерухома напівмуфта; 2- рухома напівмуфта; 3- кулачки; 4 - паз; 5- кільце

Зчіпна фрикційна муфта: 1- барабан; 2 - шліцьова втулка; З -внутрішні диски;

4 - зовнішні диски; 5 - притискуючий пристрій

Фрикційні зчіпні муфти передають крутний момент між на-півмуфтами за рахунок сил тертя на робочих поверхнях. Тиск на поверхнях кон­такту отримують за рахунок різноманітних пристроїв і механізмів включення. При включенні фрикційних муфт під навантаженням у початковий момент ви­никає буксування, яке забезпечує плавний розгін веденого вала. Для прикладу, на рис. 10.9 зображена конструкція такої муфти. Вона складається з барабана 1, який посаджений на вал і має внутрішні шліци, шліцьової втулки 2, внутрішніх З і зовнішніх 4 дисків, які входять у зачеплення відповідно з барабаном і втул­кою, притискуючого пристрою 5. При малих круглих моментах внутрішні та зовнішні диски можуть бути виготовлені з металу. Для передачі більших мо­ментів одні із дисків облицьовують фрикційним матеріалом, що дає можливість збільшити тертя на робочих поверхнях і, таким чином, зменшити силу, необ­хідну для включення муфти. До таких матеріалів належить азбестова тканина з добавкою латунного дроту (фередо). Фрикційні муфти повинні забезпечував™ надійність зчеплення, високу зносо- і теплостійкість дисків. Тому диски цих муфт перевіряють на питомий тиск і баланс теплової енергії.

Самодіючі муфти призначені для автоматичного роз'єднування валів у тих випадках, коли параметри роботи машини стають недопустимими за тими чи іншими показниками. Вони поділяються на запобіжні (самодіючі за величиною моменту), обгінні (за напрямком обертання) і відцентрові (за величиною кутової швидкості обертання).

Запобіжні муфти захищають машини від перевантажень. Будь-яка фрик­ційна муфта, відрегульована на передачу граничного моменту, може виконувати функцію запобіжної. Сили притиснення в цих муфтах, як правило, забезпечу­ються постійно діючими пружинами.

Іншими представниками запобіжних муфт є муфти із спеціальними елемен­тами, що руйнуються. Схема одного із варіантів конструкції такої муфти зобра­жена на рис. 10.10. Крутний момент між напівмуфтами 1 і 2 передається через штифт 3, який зрізається при перевантаженні. Загартовані втулки 4 полегшують заміну штифтів після зрізу, бо запобігають зминанню штифтом менш міцного матеріалу напівмуфт.

Запобіжна муфта зі штифтом, що зрізається: Кулькова запобіжна муфта

1,2- напівмуфти; З - штифт: 4 - втулка

На рис. показана пружинно-кулькова муфта (ТОСТ 15621-77). При досягненні крутним моментом граничної величини під дією осьових зусиль, які виникають внаслідок трапецеподібної форми западин у напівмуфті, кульки зміщуються в осьовому напрямку і розмикають муфту з наступним провертан­ням. Ці муфти використовують при діаметрах валів від 8 до 48 мм, крутних моментах 4...400 Н-м. На практиці застосовують також пружинно-кулачкові та інші типи запобіжних муфт.

Обгінні муфти (муфти вільно­го ходу) призначені для передачі крутного моменту тільки в одному напрямку. Найпоширеніші фрик­ційні обгінні муфти, які передають крутний момент за рахунок ро­ликів, які заклинюються між напівмуфтами. При обертанні зірочки 1 за годиннико­вою стрілкою ролики 2 заклиню­ються між зірочкою та зовнішнім кільцем 3 і передають обертання з'єднаному з ним веденому валу. Притискуючі пристрої 4 зменшу­ють "мертвий" хід і сприяють рівномірному розподілу наванта­ження між роликами.

При обертанні зірочки у зво­ротному напрямку ролики не за­клинюватимуться і обертання не передаватиметься.

Такі муфти безшумні, компактні, можуть працювати при високих кутових швидкостях. Вони застосовуються при діаметрах валів 10...90 мм і для передачі крутних моментів до 750...800 Н-м. Муфта вільного ходу дозволяє веденій ланці обертатися при зупиненій ведучій ланці. Цей ефект використовують у передачах велосипедів, мотоциклів, станків, автомобілів.

Роликова обгінна муфта: 1 - зірочка; 2 - ролик; 3 - зовнішнє кільце; 4 - притискуючий пристрій

Відцентрові муфти автоматично з'єднують (або роз'єднують) вали тільки тоді, коли кутова швидкість обертання перевищить деяку задану величину (самодіючі муфти за величиною кутової швидкості). Відцентрові муфти засто­совують для автоматичного включення і виключення виконуючого механізму за допомогою регулювання кутової швидкості двигуна; розгону машини з великою маховою масою при використанні двигуна з малим пусковим моментом; підвищення плавності пуску; виключення при перевантаженнях і т.п.

ЛІТЕРАТУРА

7. Решетов Д.Н. Детали машин: Учебник для студентов машиностроительньїх и механических специальностей вузов.- 4-е изд., перераб. и доп.- М- Машино-строение, 1989.-496 с.

8. Иванов М.Н. Детали машин: Учеб. для студентов вьісш. техн. учеб. заведе­ний.- 5-е изд., перераб.- М.: Вьісш. пік., 1991.- 383 с.

9. Заблонский К.И. Детали машин.- К.: Вища шк. Головное изд-во, 1985.-518 с.

10. Иосилевич Г.Б., Строганов Г.Б., Маслов Г.С. Прикладная механика: Учеб. для вузов/ Под ред. Г.Б.Иосилевича. - М: Вьісш. шк., 1989. - 351 с.

11. Эрдеди А.А., Эрдеди Н.А. Техническая механика. Детали машин: Учеб. для машиностр. спец, техникумов. - М.: Вьісш. шк., 1992. - 272 с.

12. Прикладная механика: Учеб. пособие для вузов/ Руков. авт. кол. проф. К.И.Заблонский. - 2-е изд., перераб. и доп.- К.,: Высшая шк. Головное изд-во, 1984.-280 с.

Лекція 3

Дата добавления: 2014-01-04