Сцепные муфты. 
Детали машин. 
Курсовое проектирование

В зависимости от способа соединения и разъединения полумуфт в процессе работы различают управляемые и самоуправляемые (автоматические) сцепные муфты.

Сцепные управляемые муфты

Управляемые муфты предназначены для соединения или разъединения валов, а также валов и установленных на них деталей в подвижном или неподвижном состоянии с помощью специальных механизмов управления.

Передача вращающего момента осуществляется либо за счет зацепления (зубчатые или кулачковые муфты), либо силами трения (фрикционные муфты).

По сравнению с кулачковыми и зубчатыми, фрикционные муфты обладают рядом преимуществ: плавная передача движения от ведущего вала к ведомому, возможность включения при любой разности скоростей и предохранение механизмов от поломок деталей в случае внезапной перегрузки. В этой связи фрикционные муфты получили наиболее широкое распространение. Однако эти муфты можно применять только в тех случаях, когда не требуется строгого соблюдения равенства угловых скоростей соединяемых валов.

Рис. 10.10.

Принципиальные схемы фрикционных муфт представлены на рис. 10.10. Полумуфты (1) закреплены на валах неподвижно, а полумуфты (2) являются подвижными или имеют подвижные элементы.

В зависимости от формы рабочих поверхностей различают следующие разновидности фрикционных муфт:

• • дисковые (рис. 10.10, а, б);
• • конусные (рис. 10.10, в);
• • цилиндрические (рис. 10.10, г).

Среди фрикционных муфт наибольшее распространение получили многодисковые муфты (рис. 10.11) благодаря плавности включения, небольшим габаритам и несложной регулировке при износе дисков.

Муфта состоит из двух неподвижных полумуфт (1) и (2) и пакетов дисков, один из которых (3) соединен с помощью наружных зубьев или шлицев с полумуфтой (2), а внутренние диски (4) скреплены с полумуфтой (1).

При включении муфты диски сжимаются между упорными кольцами (5) и (6) при помощи рычажного механизма включения (7, 8). При этом вращающий момент нарастает с увеличением силы нажатия (с увеличением контактных давлений на поверхностях трения), вследствие чего можно соединить валы под нагрузкой. Пробуксовывание муфты в процессе включения обеспечивает плавный разгон ведомого вала.

В выключенной муфте между дисками появляются зазоры, момент трения практически исчезает и движение ведомому валу не передается.

Фрикционные сцепные муфты передают вращающий момент между полумуфтами за счет сил трения на рабочих поверхностях (дисковой или конической формы). Давление на поверхностях контакта (смазываемых или сухих) создают с помощью устройств и механизмов включения различного типа (пружинно-рычажных механизмов, электрических, гидравлических и пневматических устройств).

Рис. 10.11.

Сцепные самоуправляемые муфты

Сцепные самоуправляемые муфты характерны тем, что валы у таких муфт соединяются и разъединяются автоматически в зависимости от изменения одного из следующих параметров:

• • крутящего момента;
• • скорости;
• • направления вращения.

Сцепные самоуправляемые муфты подразделяют:

• • на предохранительные;
• • обгонные;
• • центробежные.

10.2.2.2.1. Предохранительные муфты

Предохранительные муфты (муфты предельного момента) служат для защиты механизмов от перегрузки. Они автоматически срабатывают, если вращающий момент на ведомом валу механизма достигает предельной величины.

Предохранительные муфты подразделяют на две разновидности:

• • с разрушающимся элементом в цепи передачи энергии;
• • самоуправляемые предохранительные муфты (передача энергии автоматически

возобновляется после уменьшения вращающего момента до величины, меньше предельной).

Ниже приведены краткие сведения о предохранительных муфтах. Более полные данные содержатся в специальной литературе.

10.2.2.2.1.1. Предохранительные муфты с разрушающимся элементом

Предохранительные муфты с разрушающимся элементом имеют наиболее простую конструкцию. Они надежны в работе, обладают сравнительно высокой точностью срабатывания.

Типичным представителем этого семейства являются муфты со срезными штифтами (рис. 10.12).

Такая муфта состоит из двух дисковых полумуфт (1) и (2), соединяемых металлическим штифтом (3), вставленным в термически обработанную втулку (4).

Штифты изготавливают из хрупких материалов (высокоуглеродистой стали, чугуна, бронзы и др.), чтобы повысить быстродействие. Их размещают в закаленных до высокой твердости втулках из сталей 40Х, У8А, У10А и др.

При возникновении перегрузки штифт срезается, муфта разъединяет валы и полумуфты начинают вращаться относительно друг друга.

Рис. 10.12.

10.2.2.2.1.2. Самоуправляемые предохранительные муфты

Фрикционные предохранительные муфты применяют в машинах, подвергающихся действию ударных нагрузок или частым кратковременным перегрузкам.

Наибольшее распространение получили многодисковые фрикционные муфты. На рис. 10.13 показана одна из конструкций такой муфты, по конструкции сходная со сцепной муфтой (рис. 10.11).

Осевая сила создается в муфте нажимным устройством, включающим в себя нажимной диск (2) и упорный диск (3), между которыми размещены тарированные пружины (4), сжатые до необходимой силы болтами (1). Устройство собирается вне муфты и вворачивается в корпус до соприкосновения нажимного диска с комплектом фрикционных дисков. В таком положении болты отвинчиваются, нажимной диск оказывается не связанным с упорным диском и силы пружин передаются на фрикционные диски. При возрастании вращающего момента до предельного значения муфга начнет проскальзывать.

Рис. 10.13.

Предохранительные фрикционные муфты применяют при частых кратковременных перегрузках, особенно при ударных нагрузках. При возрастании вращающего момента до расчетного значения муфта начинает проскальзывать.

Аналогичен принцип действия распространенных предохранительных шариковых муфт (рис. 10.14).

При достижении вращающим моментом предельного значения под действием осевых сил, обусловленных формой впадин полумуфты, шарики смещаются в осевом направлении (преодолевая сопротивление пружины) и размыкают муфту.

Предохранительные шариковые муфты стандартизованные по ГОСТ 15 621–77 для диаметров валов от 8 до 48 мм, допускают вращающие моменты в диапазоне (4−400) Н м.

Рис. 10.14.

10.2.2.2.2. Обгонные муфты

Обгонные муфты (муфты свободного хода) предназначены для передачи вращающего момента только в одном направлении. Они автоматически соединяют или разъединяют валы в зависимости от соотношения их угловых скоростей. Если скорость ведущего вала больше, чем у ведомого, муфта соединяет валы. Когда скорость ведомого вала превысит скорость ведущего, муфта разъединяет валы, не препятствуя ведомому валу обгонять ведущий.

Наибольшее распространение получили фрикционные обгонные муфты (рис. 10.15), передающие вращающий момент за счет заклинивания между полу муфтами промежуточных тел (в основном роликов). Такие муфты бесшумны, компактны, могут работать при высокой частоте вращения.

Их изготавливают для валов диаметром (10−90) мм и передачи момента до 800 Н м.

Рис. 10.15.

10.2.2.2.3. Центробежные муфты

Центробежные муфты используют для автоматического соединения и разъединения валов при достижении определенной частоты вращения. Они представляют собой сцепные фрикционные муфты (колодочные, дисковые и др.), а в которых нормальная сила создастся центробежными силами.

Они обычно применяются в приводах машин со значительными маховыми моментами от асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, например, в приводах центрифуг, ленточных конвейеров и т. п. Объясняется это тем, что обычные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором имеют сравнительно малый пусковой момент, которого недостаточно для пуска машин с инерционными значительными массами.

С помощью центробежной муфты двигатель (сначала без нагрузки) может легко разогнаться и затем при определенной скорости привести в движение рабочую машину. В результате процесс пуска протекает плавно, без перегрузки двигателя и рабочей машины.

В приводах с тяжелыми условиями пуска использование центробежных муфт позволяет применить двигатель меньшей мощности.

От обычных фрикционных муфт сцепления центробежные муфты отличаются лишь способом прижатия трущихся поверхностей.

10.2.2.2.3.1. Фрикционная центробежная муфта радиального действия

Наибольшее распространение получила фрикционная центробежная муфта радиального действия.

На рис. 10.16 показана центробежная фрикционная четырехколодочная муфта, встроенная в шкив (1) плоскоременной передачи. Радиально перемещающиеся колодки (2) смонтированы на направляющем кресте (3). В неподвижной муфте положение колодок в кресте фиксируется с помощью плоских пружин (4) и винтов (5).

При частоте вращения, составляющей (70−80) % от максимальной, колодки (2) под действием сил инерции, преодолевая силы пружин (4), вплотную подойдут к внутренней поверхности шкива.

Но вращающий момент при этом передаваться не будет. При последующем увеличении частоты вращения колодки прижмутся к шкиву, и за счет сил трения последний начнет передавать вращающий момент.

Рис. 10.16.

10.2.2.2.3.2. Шариковая муфта

У шариковой муфты (рис. 10.17) ведущим звеном является лопастное колесо, а ведомым — барабан, закрытый торцовыми крышками. Образовавшиеся камеры заполняют шариками со смазкой. При повышении числа оборотов лопастного колеса увеличивается центробежная сила, прижимающая дробь к ободу барабана, увлекая его за собой силами трения.

Крутящий момент, передаваемый муфтой, возрастает пропорционально квадрату скорости вращения. В конце периода разгона он резко возрастает по сравнению со средней величиной во время скольжения. Это объясняется переходом от зрения движения (качения и скольжения) к трению покоя. Перегрузочный момент муфты превышает пусковой примерно в два раза.

Детали муфты обычно изготовляют из чугуна, а если муфта работает при частых пусках, то из стали. Смазку следует периодически обновлять.

Рис. 10.17.

10.2.2.2.3.3. Порошковая муфта

У порошковой муфты (рис. 10.18) ведущим звеном является наружный корпус (1) с гладкой внутренней поверхностью и ребрами снаружи для отвода тепла, а ведомым звеном — гофрированный диск (2). Внутреннюю полость муфты заполняют чугунной дробью, мелкими стальными шариками или графитизированным порошком. При вращении корпуса наполнитель муфты смещается центробежными силами к периферии и зажимает гофрированный диск; тем самым приводя в движение ведомый вал.

Параметры наиболее распространенных из существующих в настоящее время типов муфт для соединения валов стандартизованы.

Рис. 10.18.

Таблица 10.1.

Стандарты на муфты.

В приложении (табл. П.292) приведены данные по наиболее распространенным муфтам — втулочно-пальцевым (ГОСТ 21 424−75).