Самоуправляемые муфты. 
Прикладная механика

Самоуправляемые муфты служат для автоматического разъединения валов при определенной величине передаваемого момента (предохранительные), при достижении заданной частоты вращения (центробежные), при изменении направления вращения (обгонные, или муфты свободного хода).

Предохранительные муфты. К предохранительным муфтам относят все фрикционные муфты, отрегулированные на определенную величину крутящего момента, при превышении которого происходит проскальзывание фрикционных элементов. При моментах 4−400 H м применяют пружинно-шариковые предохранительные муфты (рис. 4.111, а). В полумуфте 1 имеются кулачки с большим углом наклона к оси , а в полумуфте 2 — шарики, которые пружинами прижимаются к впадинам полумуфты 1. При перегрузках осевые усилия превышают силу сжатия пружины и полумуфты «прощелкивают» .

После снижения момента до расчетного значения полумуфты автоматически сцепляются. Сила сжатия пружины определяется зависимостью , где  — диаметр окружности, на которой расположены шарики.

Если возможны только случайные (эпизодические) перегрузки, применяют более простые предохранительные муфты со специальным разрушающимся элементом 3, в качестве которого используют радиальные или осевые штифты (рис. 4.111, б).

Момент (Н • м), при котором происходит разрушение штифтов, определяют по формуле.

где - диаметр штифта в плоскости среза, мм; - предел прочности на срез, МПа; для гладких штифтов и для штифтов с шейкой; z — число штифтов.

Для предохранения полумуфт от повреждения штифты устанавливают в закаленные стальные втулки, а в месте среза они имеют шейку.

Недостаток: необходимость замены разрушающегося элемента после каждого срабатывания муфты.

Центробежная муфта. Такая муфта разъединяет валы при достижении определенной частоты вращения. В этом случае она выполняется нормально замкнутой, т. е. соединяющей валы при отсутствии вращения. Для соединения валов при достижения заданной частоты вращения применяют нормально разомкнутые центробежные муфты.

Нормально разомкнутые муфты используют для запуска механизмов с большими моментами инерции от асинхронных электродвигателей, имеющих малые пусковые моменты; нормально замкнутые муфты — для ограничения скорости механизма.

Рис. 4.111.

Центробежная фрикционная муфта. Данная муфта автоматически сцепляется или расцепляется с помощью грузов, на которые действует центробежная сила. Включение фрикционной муфты (рис. 4.111, в) производится центробежной силой грузов. C целью снижения массы грузы применяют в виде отдельных элементов 4 (колодок) с накладками из фрикционного материала, которые перемещаются под действием центробежных сил в направляющих. Для срабатывания муфты при определенной угловой скорости в конструкции предусмотрены пружины или упругие шарниры, силы действия которых преодолеваются центробежными силами. При достижении определенной частоты вращения колодки прижимаются к ободу ведомой полумуфты 5 и муфта включается. Расчет муфты ведется из условия передачи расчетного вращающего момента Tp при заданной частоте вращения. Необходимая сила прижатия колодок к ободу.

где - передаваемый вращающий момент, H • м;R — радиус обода; - коэффициент трения между колодкой и ободом.

Массу колодки и силу , действующую на колодку от пружины, определяют из следующих уравнений равновесия колодки:

• • при заданной номинальной частоте вращения и, когда должно произойти включение муфты, , где  — центробежная сила, действующая на колодку;  — окружная скорость центра тяжести колодки;  — расстояние от оси вращения до центра тяжести колодки;
• • при частоте вращения и0, до достижения которой передаваемый муфтой вращающий момент равен нулю, сила :

где - центробежная сила при .

Обгонные муфты (муфты свободного хода). Их делят на храповые, работающие, но принципу зацепления, и роликовые фрикционные, действующие вследствие заклинивания промежуточных тел (роликов, шариков) между полумуфтами.

В храповой муфте (рис. 4.112, я) полумуфта 1 имеет венец с несимметричными внутренними зубьями, а на полумуфте 2 шарнирно закреплены храповики 3, которые пружинами прижимаются к зубчатому венцу. Храповики обеспечивают.

Рис. 4.112.

передачу крутящего 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. Применяются зубчато-храповые муфты для тихоходные валов.

Широко используют роликовые фрикционные муфты для передачи моментов от минимальных до 105 Н м (рис. 4.112, б). Эти муфты имеют относительно малые габаритные размеры, технологичны, просты в эксплуатации, не имеют мертвого хода и практически работают без шума. Они широко применяются в велосипедах, мотоциклах, автомобилях, вертолетах, приборах и т. д. Односторонняя передача крутящего момента осуществляется при заклинивании роликов между обоймой 8 и звездочкой 7. Ролики разделяют сепаратором 5. Контакт роликов с обоймой и звездочкой обеспечивается кольцевой пружиной 6. В такой муфте крутящий момент при ведущей обойме передается при вращении против часовой стрелки и при ведущей звездочке — при вращении по часовой стрелке. При обратном вращении ролики западают в расширенную часть пазов звездочки и свободно проворачиваются. Характеристикой, определяющей работоспособность и надежность муфты, является угол заклинивания роликов, а — угол между касательными, проведенными через точки касания ролика с обоймой и звездочкой. При малых углах ролики могут остаться заклиненными после снятия нагрузки, при больших углах возможно проскальзывание муфты под нагрузкой. В вертикальных муфтах число роликов в сепараторе , диаметр роликов (D — внутренний диаметр обоймы), длина ролика . Обоймы и звездочки изготавливают из цементируемой стали 12Х2Н4А (твердость не менее 60 HRC), ролики — из стали ШХ15 ( HRC).