Детали машин



Самоуправляемые муфты



Самоуправляемые муфты предназначены для автоматического сцепления или расцепления валов при изменении заданного режима работы машины.

В зависимости от параметра, влияющего на работу самоуправляемой муфты, они классифицируются:

  • по направлению вращения – обгонные;
  • по частоте вращения – центробежные;
  • по величине передаваемого вращательного момента – предохранительные.

***

Обгонные муфты

Обгонные муфты служат для передачи вращающего момента только в одном направлении, допуская свободное относительное вращение в противоположном направлении; при этом валы автоматически разъединяются. Иногда обгонные муфты называют муфтами свободного хода.
обгонная муфта стартера Термин «обгонные муфты» возник в связи с тем, что такие муфты допускают обгон ведущего вала ведомым, если ведомый вал начинает вращаться с бόльшей угловой скоростью. При этом ведомый вал не оказывает влияние на ведущий вал, который продолжает вращаться с прежней частотой, поскольку обгонная муфта разъединяет валы, если ведомое звено начинает обгонять ведущее.

Самый простой пример обгонной муфты – храповик, в который вставляется заводная рукоятка автомобильного двигателя («кривой стартер», как его называют водители). Проворачивая коленчатый вал рукояткой, водитель заводит двигатель, при этом частота вращения коленчатого вала резко возрастает. Жесткая связь между рукояткой и коленчатым валом, наверняка, привела бы к травме, если водитель не успеет отдернуть руку. Храповик, благодаря скосам на пазах, выталкивает рукоятку, разъединяя ее от коленчатого вала, если вал начинает вращаться с большей скоростью, т. е. выполняет функцию обгонной муфты.

Еще один пример обгонной муфты – храповой механизм, встроенный в велосипедный привод ведущего колеса от педалей. При вращении педалей в сторону движения, колесо раскручивается, увеличивая частоту вращения; если вы перестанете крутить педали во время движения, колесо будет продолжать крутиться, не оказывая влияние на педали, и велосипедист может передохнуть.

По принципу действия обгонные муфты бывают фрикционные и храповые.

Наибольшее распространение получила фрикционная роликовая обгонная муфта (рис. 1) из-за бесшумности, малого «мертвого хода», способности работать при высоких частотах вращения валов и возможности большого числа включений и выключений.
Муфта состоит из двух полумуфт, одна из которых (обойма) имеет форму кольца, другая – форму звездочки с вырезами для цилиндрических роликов.
Ведущей может быть как звездочка, так и обойма. Если ведущей является звездочка, то муфта, изображенная на рис. 1, может передавать вращение по часовой стрелке, если ведущей является обойма – против часовой стрелки.

фрикционная роликовая муфта

При передаче вращающего момента ролики, заклиниваясь между полумуфтами в суживающейся части полости, образуют жесткое сцепление полумуфт.
Если частота вращения ведомого вала по какой-либо причине превысит частоту вращения ведущего вала, ролики, расклиниваясь, выкатятся в расширенную часть полости - муфта автоматически выключится, т. е. разъединит валы. При отставании или даже остановке ведущего вала ведомый вал может продолжать вращение.

Важнейшим параметром роликовой обгонной муфты является угол α заклинивания. Обычно угол заклинивания α = 5…8˚.

В муфтах применяют стандартные ролики роликоподшипников, изготовляемые из стали марки ШХ15 с термообработкой до твердости 58…60 HRC. Материал звездочки и обоймы – сталь марки 20Х с цементацией и закалкой до твердости 59…60 HRC. Ролики работают при смазывании маслом марки И-Г-А-32.

Обгонные роликовые муфты работают бесшумно, допуская большое число включений. Они применяются в конструкции многих машин и механизмов. Такая муфта, например, используется в механизме привода стартера, разъединяя ведущую шестерню стартера (бендикс) от венца маховика после запуска двигателя. Если бы в приводе стартера не была бы предусмотрена обгонная муфта, то двигатель после запуска буквально разорвал бы стартер из-за бешеных оборотов якоря.

Критерием работоспособности роликовых муфт являются контактная прочность рабочих поверхностей роликов и полумуфт. Муфты выбирают по стандарту для диаметров валов d = 10…90 мм с диапазоном вращающих моментов от 2,4 до 800 Нм. Число роликов в муфте обычно 3 или 5.

***

Центробежные муфты

Центробежные муфты (рис. 2) служат для соединения и разъединения валов при достижении ведущим валом заданной частоты вращения. По устройству центробежные муфты представляют собой фрикционные муфты, у которых механизмом управления служат специальные грузы-колодки 1, находящиеся под действием центробежных сил во время вращения ведущего вала.
При достижении ведущим валом заданной частоты вращения центробежные силы, перемещая колодки с фрикционными накладками по направляющим ведущей полумуфты в радиальном направлении, плавно прижимают их к ведомой полумуфте – включают муфту.
Передачу вращающего момента осуществляют силы трения между фрикционными поверхностями колодок и ведомой полумуфты. Величина сил трения пропорциональна квадрату частоты вращения ведущего вала.

центробежная муфта

Реже встречаются центробежные муфты с механизмом управления, перемещающим ведомую полумуфту в осевом направлении, прижимая ее торцевой поверхностью к ведущей полумуфте. В этом случае при увеличении частоты вращения ведущего вала грузы, перемещаясь под действием центробежных сил, через рычаги перемещают ведомую полумуфту в осевом направлении.

Центробежные муфты изготавливают также с сыпучим наполнителем (стальная дробь, смесь стального и графитового порошка с маслом).

Центробежные муфты обычно применяют в качестве пусковых, т. е. для разгона механизмов с большими маховыми массами (прокатные станы, кузнечные молоты, вентиляторы, центрифуги, прессы и т. п.) при двигателе с малым пусковым моментом или для обеспечения плавности пуска машины.
Размеры муфт принимают конструктивно. Рабочие поверхности трения колодок проверяют на износостойкость аналогично фрикционным муфтам.

***




Предохранительные муфты

Как и следует из названия, предохранительные муфты предназначены для предохранения машин от разрушения при перегрузках. Предохранительные муфты располагают как можно ближе к месту возможного возникновения перегрузки. Такие муфты работают при строгой соосности валов.

Во избежание случайных выключений предохранительных муфт во время работы машины их рассчитывают по предельному моменту Тпред:

Тпред = 1,25 Тmax,

где Тmax – наибольший момент, передаваемый муфтой при нормальной работе машины, Нм.

Про принципу работы предохранительные муфты делят на пружинно-кулачковые, фрикционные и с разрушающимся элементом.

***

Пружинно-кулачковая предохранительная муфта

Пружинно-кулачковая предохранительная муфта (рис. 3) по конструкции аналогична сцепной кулачковой муфте, только подвижную в осевом направлении полумуфту прижимают к неподвижной не механизмом управления, а постоянно действующей пружиной с регулируемой силой прижатия. Трапецеидальные кулачки выполняют небольшой высоты с углом α профиля 30, 45 или 60˚. При перегрузке сумма осевых составляющих сил Fa на гранях кулачков превышает прижимную силу пружины и муфта срабатывает – отключает ведомый вал, при этом многократно пощелкивает кулачками, сигнализируя о перегрузке. Повторные мгновенно-ударные включения кулачков отрицательно влияют на прочность деталей, поэтому эти муфты применяют для передачи небольших моментов при малых частотах вращения и при малых маховых массах.

пружинно-кулачковая предохранительная муфта

Размеры пружинно-кулачковых муфт принимают конструктивно. Кулачки имеют повышенный износ, поэтому их проверяют на износостойкость и прочность аналогично сцепным кулачковым муфтам. Пружины рассчитывают методами сопротивления материалов.

***

Фрикционная предохранительная муфта

Фрикционные предохранительные муфты (рис. 4) применяют при частых кратковременных перегрузках и больших частотах вращения. Конструкция таких муфт аналогична конструкции сцепных фрикционных муфт. Силу прижатия создают пружиной (или пружинами), отрегулированной на передачу предельного вращающего момента Тпред.
Фрикционная предохранительная муфта При перегрузке муфта, пробуксовывая, поглощает механическую энергию, преобразуя ее в тепловую, не прекращая передачу момента.
Пружину периодически регулируют, так как по мере износа поверхностей трения диски сближаются, уменьшая силу прижатия пружин.
Чаще других используют сухие многодисковые муфты, размеры которых подбирают по стандарту или принимают конструктивно, а затем проверяют расчетом аналогично сцепным фрикционным муфтам.

***

Фланцевая муфта со срезным штифтом

Муфта со срезным штифтом (рис. 5) относится к предохранительным муфтам с разрушающимся элементом. Она состоит из двух фланцевых полумуфт, соединенных цилиндрическим штифтом, расположенным во втулках. При перегрузке штифт срезается и муфта выключается.

фланцевая муфта со срезным штифтом

Эти муфты просты по конструкции, имеют небольшие габаритные размеры.
Главным недостатком фланцевых муфт со срезным штифтом является останов машины для замены разрушившегося штифта. По этой причине такие муфты применяют в механизмах и машинах, где перегрузки случаются редко. Для замены штифта полумуфты поворачивают относительно друг друга.

Штифты таких муфт изготавливают из стали марки 45, втулки – из стали 40Х с закалкой до твердости 50…60 HRC.

Размеры муфты принимают по нормали станкостроения.

Условие срабатывания муфты со срезным штифтом:

Тразр ≥ Тпред,

где Тразр = 10-3πdш2τвzR/4k – расчетный разрушающий момент, Нм;
dш – диаметр штифта, мм;
z – число штифтов;
k – коэффициент неравномерности распределения нагрузки между штифтами (k = 1 при одном штифте, и k = 1,2 при двух штифтах);
R – радиус расположения осей штифтов, мм;
τв – предел прочности при срезе материала штифта, Н/мм2.

***

Комбинированные муфты

Комбинированные муфты представляют собой сочетание различных муфт в одной конструкции. Такие муфты применяют, когда ни одна отдельно взятая муфта не может обеспечить требуемых условий соединения валов.
В машиностроении часто применяют комбинацию компенсирующих упругих муфт с предохранительными (рис. 6).

комбинированная муфта

***

Работоспособность и надежность деталей машин



Главная страница


Дистанционное образование

Специальности

Учебные дисциплины

Олимпиады и тесты