Группы муфт различают по их физическому принципу действия.

Муфты

Назначение.

Муфты — это соединительные устройства для соединения валов и передачи нагрузки (вращающего момента М вр., изгибающего момента М изг. и осевых сил Р ос).

Применение муфт позволяют решить задачи:

1. - получения длинных валов, изготовляемых из отдельных

частей, ( )1,2,3- валы,4-муфты

Примеры: буровые трубы ( L >14 км), телескопические штанги и т.п.

2. - компенсации небольших неточностей монтажа в относительном расположении соединяемых валов;

3. - придания валам некоторой относительной подвижности во время работы (малые смещения и перекос геометрических осей валов);

4. - включения и выключения отдельных узлов;

5. - автоматического соединения и разъединения валов в зависимости:

- от пройденного пути,

- направления передачи вращения,

- угловой скорости.

6. - уменьшение динамических нагрузок, поглощают вибрации, предохраняют машину от аварий при перегрузках.

Современные машины и приборы состоят из отдельных частей (агрегатный принцип построения) с входными и выходными валами, которые соединяют с помощью муфт (рис.1).

Рис. 1. Принципиальная схема машины и схема передачи Мвр. на исполнительный орган машины.

Муфты соединяют валы, которые номинально расположены так, что геометрическая ось одного вала составляет продолжение геометрической оси другого вала. Торцы валов подходят один к другому вплотную или же удалены на небольшое расстояние. Очевидно, существуют погрешности расположения (Рис.2). или же требуется ДОПУСКАТЬ смещение в пространстве положения осей соединяемых валов из-за особенностей работы машины (например, подвеска и трансмиссия авто рис.1).

Рис 2. Погрешности расположения валов соединяемых узлов и механизмов ( несоосность е, перекос осей а и β, осевое смещение l и их сочетания).

Также необходимо уметь управлять режимом передачи момента и защищать агрегаты при перегрузке.

Группы муфт различают по их физическому принципу действия.

· Муфты механического действия.

· Муфты электрического (электромагнитного) действия.

· Муфты гидравлического и пневматического действия.

Рис.3. Втулочная муфта: а — крепление на шпонке; б — крепление штифтом

Втулочные муфты находят применение в тихоходных и неответственных конструкциях машин при диаметрах валов d < 70 мм.

Достоинство таких муфт — простота конструкции и малые габаритные размеры;

недостатки — сложность монтажа; необходимость очень точного совмещения валов, так как эти муфты не допускают радиального или углового смещения осей валов (рис.3).

Материал для изготовления втулки — сталь 45; для муфт больших размеров — чугун СЧ25.

Значение передаваемого вращающего момента Мвр определяют из условия прочности штифтов на срез:

где [t_ср] —допустимое напряжение на срез.

d_cp=(d1+d₂)/2- средний диаметр конического штифта по сечениям среза, dв – диаметр вала.

Фланцевая муфта

Фланцевая муфта (Рис.4) состоит из двух полумуфт 1 и 2 (рис.4,б), соединенных болтами 4. Для передачи вращающего момента используют шпоночные или шлицевые соединения. Вращающий момент передаётся за счёт сил трения между фланцами, а когда болты вставлены без зазора, то также и болтами.

Эти муфты называют также поперечно-свертными. Для лучшего центрования фланцев на одной полумуфте делают круговой выступ, на другой — выточку того же диаметра (на рис.4, а) или предусматривают центрующее кольцо 3 (рис.4, б).

Рис.4. Фланцевые муфты: а – центрирование за счет выступа; б — центровка кольцом (3)

Фланцевые муфты могут передавать значительные вращающие моменты.

Расчет предельного Мвр по условию прочности на срез [t_ср] болтов 4.

Достоинств а — простота конструкции и легкость монтажа; Недостатки — необходимость точного совмещения валов и точного соблюдения перпендикулярности соприкасающихся торцовых поверхностей полумуфт к оси вала.

Материал фланцевых полумуфт — сталь 40, 35Л, чугун СЧЗ0.

Компенсирующие муфты.

Поводковые муфты.

Применяют при наличии значительных радиальных и осевых смещений для соединения валов применяют поводковые муфты (рис. 5 а,б). Компенсация смещений обеспечивается изогнутыми рычагами (рис. 5, а) или перемещением пальца, запрессованного в диск в одной из полумуфт, по пазу другой полумуфты (рис. 5, б).

Простейшие поводковые муфты находят применение при малых диаметрах валов ( d_B < 3 мм), незначительных угловых скоростях и передаваемых вращающих моментах.

Дисковые муфты (рис. 5, б) позволяют передавать значительно большие вращающие моменты. Их используют при значительных угловых скоростях. Геометрические размеры муфт стандартизированы.

Рис. 5. Поводковые муфты:

а — с изогнутыми рычагами; б — дисковая

ВНИМАНИЕ! Выше было указано, что муфтами называют устройства, служащие для соединения вращающихся деталей и предназначенные для передачи вращающего момента без изменения угловой скорости. Однако очевидно, что при несоосности осей, изображенных на рис. 5,а расстояние R до точки контакта поводков при вращении муфты будет изменяться, а это приведет к формированию нелинейности функции преобразования этого передаточного механизма и, следовательно, к непостоянству угловой скорости ведомого звена даже при равномерном вращении ведущего. Т.о. муфты в общем случае являются источником нелинейности в кинематических цепях приборных механизмов.

На рис. 5, в и 5,г конструкции поводковых муфт приборных (5,в- с устранением мертвого хода)

Рис.5. , д и далее. Варианты конструкций поводковых приборных муфт.

Дисковые муфты.

Рис.6 Муфта упругая пальцевая МУВП

Муфта типа МУВП широко применяются в машиностроении для соединения валов диаметром от 10 мм (рис. 6.). Они состоят из двух полумуфт 1 и 2, насаженных на концы валов 3 и 4 со шпонками 5 и 6, стальных пальцев 7, закрепленных в одной из полумуфт с посадкой на конус гайками 8; упругих резиновых втулок 9. Отверстия в полумуфтах могут быть коническими.

Для уменьшения динамических нагрузок в дисковых муфтах применяют упругие промежуточные звенья.

Рис. 7. Дисковые муфты с упругим промежуточным диском;

В упругой дисковой муфте (рис. 7) промежуточным звеном служит диск 4, находящийся между двумя полумуфтами 2 и 5. В каждой из полумуфт запрессованы по два цилиндрических пальца 1 и 3, смещенных один относительно другого на 90°. Пальцы входят в отверстия упругого промежуточного диска, изготовляемого из резины, кожи, пластмассы.

Муфты упругие со звездочкой (ГОСТ 14084 – 76)

Муфта упругая со звездочкой состоит из двух полумуфт 1 и 2 с торцовыми кулачками трапецеидального сечения (рис.8 ). Кулачки полумуфт входят в соответствующие впадины между зубьями упругой звездочки 3 из технической резины.

промежуточного

Рис.8 Упругие муфты со зведочкой.

Достоинства муфты: легкость сборки и разборки; компенсация несоосности валов; надежность работы при эксплуатации. Недостатки: небольшие диаметры валов; небольшой передаваемый момент; необходимость сдвига валов или полумуфт при монтаже.

Применяемые для диаметров валов 10-45 мм, Допускают смещения валов: радиальные - 0.5мм, угловые – 1.5 градуса. Максимальный передаваемый момент 400 Н *м.

Муфта с торообразными оболочками (ГОСТ 20884 – 82) рис 9.

Муфта состоит из двух полумуфт 1 и 2, торообразной оболочки 3, двух колец 4, которые с помощью винтов 5 закрепляют оболочку на полумуфтах. Материал полумуфт Ст 3 или чугун СЧ 40, оболочка – резина.

Достоинства: высокая компенсирующая способность (радиальное смещение валов D=3…4.мм, угловые Da–до 1,5⁰). Недостаток: большие диаметральные размеры.

Сильфонная муфта Рис.10.

Основной деталью такой муфты является упругий оболочковый элемент-сильфон (1), который прикреплен (приварен) к двум полумуфтам (2, 3) для установки на валы

Крестовые муфты

Рис. 11 Крестовая муфта

Крестовые муфты применяются для соединения валов, оси которых имеют поперечное смещение. Эта муфта (Рис. 11) состоит из трех частей: из двух частей с пазами, связанных с соединяемыми валами, и средней, части со взаимно перпендикулярными выступами (крестовина), которые входят в соответствующие пазы первых двух частей. Обычно муфты в приборостроении на прочность не рассчитывают, так как воспринимаемые нагрузки невелики.

Мембранные муфты

Мембранные муфты применяются при сравнительно малых угловых смещениях осей (З⁰-6°). В мембранных муфтах почти отсутствует мертвый ход, поэтому они широко применяются в точных отсчетных механизмах.

Мембранная муфта имеет два диска со штифтами, которые входят в соответствующие отверстия мембраны (Рис. 12,а).

Рис. 12. Мембранная муфта.

На рис. 12,б изображена двухмембранная муфта, дающая меньшее искажение при передаче вращения, чем муфта с одной мембраной. Мембраны муфт изготовляются из стали, фосфористой бронзы, текстолита и т. п.

Стоимость муфты иногда больше стоимости датчика.

Крестово-шарнирные муфты. (Шарнир Гука)

Идея муфты впервые предложена Джироламо Кардано в 1570 г. и доведена до инженерного решения Робертом Гуком в 1770 г.

В шарнирных муфтах использован принцип пространственного шарнира. Такие муфты служат для передачи крутящего момента между валами, имеющими большое угловое смещение до 40 – 45градусов. Они могут использоваться в случае изменении угла смещения в процессе эксплуатации, например, в карданных валах автомобилей.

Конструкции и размеры шарнирных муфт самые различные (рис. 13.а). Обычно простейшая шарнирная муфта состоит из двух полумуфт – вилок 1 и 2, насаженных на концы валов, и крестовины 3. Недостаток этой муфты – неравномерное вращение ведомого вала.

Передаточные отношения определяются формулами

(j₁ — угол поворота звена 1). Постоянное передаточное отношение, равное единице, можно получить при двойном универсальном шарнире (рис. б), когда углы Da одинаковы для обоих шарниров, а вилки 2 и 2' промежуточного валика 4 лежат в одной плоскости.

Для исключения этого недостатка применяют сдвоенную шарнирную муфту (рис. 13.б). Применение телескопического промежуточного вала обеспечивает смещение валов в процессе работы (рис. 13.в.). Такой принцип работы шарнирных муфт широко используется в карданных валах автомобилей.

Рис. 13 Крестово-шарнирные муфты.

Для ориентировочных расчетов крестово-шарнирных муфт коэффициент полезного действия h можно брать в следующих пределах:

a	0°	2°30'	5°	7°30'	10°	12°30'	15°
h	0,96	0,94	0,87	0,83	0.75	0,68	0,61

Для других типов муфт КПД h составляет от 0.7 до 0.95.

Гибкие валы

Гибкие валы имеют широкое применение в авиационных, оптико-механических, медицинских и других приборах.

Передача вращения посредством гибкого вала может быть осуществлена в любом направлении, для чего гибкий вал имеет несколько слоев стальной проволоки, навитых в разные стороны (рис. 14).

Рис. 14. Гибкий вал.

Однако рекомендуется передача вращения в том направлении, в котором навит верхний слой вала. Существуют гибкие валы с сердечником и без него. Гибкий вал без сердечника более гибок, но менее прочен.

Для предохранения вала от раскручивания, попадания пыли и сохранения смазки его помещают в металлическую оболочку. Гибкие валы изготовляются диаметром от 1 до 100 мм и длиной до 7 м .

В приборостроении наиболее употребительны гибкие валы диаметром от 1,5 до 10 мм и длиной до l,5--2,5 м .

Предохранительные муфты

Рис.16. Схема дисковой фрикционной муфты

Схему простейшей дисковой муфты можно представить так: одна полумуфта укреплена на валу неподвижно, а другая полумуфта - подвижно в осевом направлении, на торцевой поверхности каждой полумуфты укреплена фрикционная прокладка (рис.16).

Для соединения валов к подвижной полумуфте прикладывают осевую силу F_a. При этом момент трения Т_тр определяют по формуле

k ∙ T=T_тр=F_a∙f∙R_ср,

где k – коэффициент запаса; T – крутящий момент; f - коэффициент трения; R_ср - средний радиус рабочих поверхностей:

Для уменьшения силы F_a и, как следствие, габаритов муфты применяют конструкции не с одной, а со многими парами поверхностей трения – многодисковые муфты.

Увеличение F_a ограничено допускаемым давлением [p] на трущихся поверхностях:

Схема простейшей конической фрикционной муфты отличается от дисковой тем, что фрикционные прокладки имеют коническую поверхность.

С уменьшением α увеличивается передаваемый крутящий момент. В этом заключается основная положительная особенность конических муфт по сравнению с дисковыми.

Однако применять очень малые углы α на практике не рекомендуется, так как при этом происходит самозаклинивание полумуфт. Для устранения самозаклинивания необходимо, чтобы

α>arctg f

Рассматривая равновесие полумуфты получаем

Решая эти уравнения совместно, находим

Условие износостойкости рабочих поверхностей полумуфт записывается так:

Рис.17. Предохранительные муфты шарикового типа

К малогабаритным предохранительным муфтам относятся шариковые муфты радиального и осевого действия.

Передача вращающего момента обеспечивается за счет силы, необходимой для сжатия пружин, находящихся в гнездах шариков (рис. 17, а). В шариковой муфте осевого действия (рис. 17,б) шарик поджимается пружиной к рабочей поверхности полумуфты, имеющей крупную насечку.

Управляемые муфты

С помощью управляемых муфт можно обеспечить включение и выключение механизмов; переключение скоростей в процессе работы или при останове двигателя; предохранение подвижных элементов конструкций от перегрузок; передачу вращения в одном заданном направлении; уменьшение динамических нагрузок.

Самодействующие муфты.

Синхронная магнитная муфта.

Полумуфты 1 и 2 оснащены постоянными магнитами, полюса располагаются в момент сцепления так, как показано на схеме.

Вращаются валы с полумуфтами с одинаковой угловой скоростью. Угловое смещение под нагрузкой зависит от момента нагрузки. Можно передавать движение через стенку 3 из немагнитного материала.

Рис. 14

Рис. 15

Роликовая муфта свободного хода представлена на рис.14. Муфта состоит из обоймы 1 и звездочки 2, являющиеся полумуфтами, роликов 3, расположенных равномерно по окружности, и прижимных устройств, состоящих из поршня и пружины 7. Ролики удерживают боковые крышки 4, которые фиксируют пружинные кольца. Обойму от поворота удерживает шпонка 5. Ведущим звеном муфты может быть как звездочка, так и обойма. На рис.15 представлены основные размеры и характер взаимодействия обоймы, ролика и звездочки после соединения полумуфт и план сил, действующих на ролик со стороны звездочки и обоймы для случая, когда ведущей является звездочка (ω₂> ω₁) (рис.14). Когда обойма начнет обгонять звездочку (ω₁>ω₂), ролик силами трения о звездочку и обойму смещается в более широкую часть клинового зазора (на рис.15а положение ролика показано штриховой линией) и полумуфты размыкаются.

Основным параметром муфты является угол заклинивания a, обычно a = 6 –10 град. Для нормальной работы муфты угол заклинивания a должен быть постоянным как в начале заклинивания ролика (первое касание роликом полумуфт), так и после полного включения муфты. Однако в рассмотренной муфте угол a переменный, что является большим недостатком муфты. Эта муфта сложна в изготовлении звездочки, так как малейшие ошибки в изготовлении опорной поверхности для ролика влияют на рассеивание угла заклинивания и на надежность работы муфты. Недостатком муфты является также ее малая несущая способность из-за ограничения числа роликов по конструктивным соображениям.

Основные размеры муфты находят из приближенных соотношений D = 7,7 (Т_р / z)^1/3, где Т_р – расчетный вращающий момент, Нм; z – число роликов; D, мм – на рис.14, 15. Диаметр ролика d = D / 8.

Муфты приборные одностороннего действия.