Самоуправляемые муфты. 
Детали машин и основы конструирования

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

К предохранительным относятся все фрикционные муфты, отрегулированные на определенную величину крутящего момента, при превышении которого происходит проскальзывание фрикционных элементов. При моментах от 4 до 400 Нм применяются пружинно-шариковые муфты (рис. 16.5, а). В полумуфте 1 выполнены кулачки с большим углом наклона к оси (а = 30…45°), а в полумуфте 2 имеются шарики, которые пружинами прижимаются к впадинам полумуфты 1. При перегрузках осевые усилия превышают силу сжатия пружины и полумуфты «прощел кивают». После снижения момента до расчетного полумуфты автоматически сцепляются. Сила сжатия пружины определяется зависимостью F = 2 Т_р/(?>_ср tg а), где D_cр — диаметр окружности, на которой расположены шарики.

Если по условиям эксплуатации возможны только случайные (аварийные) перегрузки, то применяются более простые предохранительные муфты со специальным разрушающимся элементом 3, в качестве которого используются радиальные или осевые штифты (рис. 16.5, б). Момент, при котором происходит разрушение штифтов,.

где г — число штифтов (1 или 2); d_mr — диаметр штифта в плоскости среза; т_Вср — предел прочности на срез, т_Вср = fca_B, k — 0,7…0,8 для гладких штифтов и k = 0,9 для штифтов с шейкой; D — диаметр окружности, на которой расположены штифты.

Для предохранения полумуфт от повреждения штифты с шейкой в месте среза устанавливаются в закаленные стальные втулки. Недостатком таких муфт является необходимость замены разрушенного элемента после каждого срабатывания муфты.

Центробежные фрикционные муфты автоматически сцепляются или расцепляются с помощью грузов, на которые действует центробежная сила. Нормально разомкнутые муфты используются для запуска механизмов с большими моментами инерции, которые приводятся в движение от асинхронных электродвигателей, имеющих малые пусковые моменты.

Рис. 16.5.

Нормально замкнутые муфты применяются для ограничения скорости механизма. Конструкция нормально разомкнутой колодочной центробежной муфты приведена на рис. 16.5, в. Ведущей полумуфтой является ступица 4 с колодками 5, которые могут перемещаться в радиальном направлении. На колодках имеются фрикционные накладки 6. При вращении ведущей полумуфты колодки 5 под действием центробежных сил прижимаются к ведомой полумуфте 7, обеспечивая плавное включение муфты.

Обгонные муфты, или муфты свободного хода, разделяются на храповые, работающие по принципу зацепления, и фрикционные, действующие вследствие заклинивания промежуточных тел (роликов, шариков) между полумуфтами. Эти муфты являются обязательным элементом трансмиссий вертолетов и предназначаются для автоматического отсоединения вала отказавшего двигателя от редуктора и обеспечения полета в режиме авторотации.

В храповой муфте (рис. 16.6, а) полумуфта 1 имеет венец с несимметричными внутренними зубьями, а на полумуфте 2 шарнирно закреплены храповики 3, которые пружинами при;

б).

Рис. 16.6.

жимаются к зубчатому венцу. Храповики обеспечивают передачу крутящего момента, если угловая скорость ведущей полумуфты 1 превышает угловую скорость ведомой полумуфты 2. Иначе храповики отжимаются скошенной поверхностью зубьев и момент не передается.

В узлах привода стартер-генератора храповые муфты являются одновременно центробежными, так как отверстия в храповиках под оси не совпадают с центром масс. При определенной частоте вращения выключение муфты происходит под действием центробежных сил храповиков, которые превышают силы натяжения пружин, прижимающих храповики к зубчатому венцу.

В авиационной технике наиболее широко используются роликовые фрикционные муфты для передачи моментов.

500…5000 Нм при частоте вращения п = 2600… 11 700 об/мин (рис. 16.6, б). Эти муфты имеют относительно малые габариты, технологичны, просты в эксплуатации. Односторонняя передача крутящего момента осуществляется при заклинивании роликов 4 между обоймой 8 и звездочкой 7. Ролики разделяются 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, а ролики могут остаться заклиненными после снятия нагрузки, при больших — возможно проскальзывание муфты под нагрузкой. В вертикальных муфтах 3° < ос < 5°30', число роликов в сепараторе г_р = 8…20, диаметр роликов d_p = = (1/7… 1/10)D (D — внутренний диаметр обоймы), длина ролика I = (1,5…4)<2_р. Обоймы и звездочки изготавливаются из цементируемой стали 12Х2Н4А (твердость не менее 60 НКС_Э), ролики из стали ШХ15 (61…65 HRC₃).

Проверочный расчет роликовой муфты проводится по контактным напряжениям в зоне контакта ролика со звездочкой:

К 4 Т.

где N = -р_аг ^р — нормальная сила взаимодействия ролика со звездочкой; K_N — поправочный коэффициент, К_ы = = 0,55…0,75 при, а = 0,07…0,104 рад; Е_х и Е₂ — модули упругости материала ролика и звездочки; г_р — радиус ролика; г₀ — радиус кривизны рабочей поверхности звездочки; I — длина ролика.

Муфты вертолетов относятся к механизмам с малым числом включений за ресурс (три-пять включений на час наработки). Длительное время они работают в заклиненном состоянии при плавном характере изменения нагрузки.