Муфта сцепления: назначение,виды,неисправности,фото,видео.

Слово муфта пришло к нам из немецкого и голландского языков. В немецком – это Muffe, а по-голландски – mouwtje. В русском языке, как, впрочем, и в тех, откуда оно было заимствовано, слово употребляется в нескольких значениях. В интересующей нас области под муфтой понимается специальный привод в машинах и механизмах, который передает вращательное движение (момент) с одного вала на другой, соосно расположенный с первым.

НАЗНАЧЕНИЕ

МУФТ СЦЕПЛЕНИЯ

Муфта сцепления в автомобиле предназначается для обеспечения возможности переключения режимов движения на ходу и плавного трогания с места. С помощью муфты осуществляется кратковременное разъединение двигателя и трансмиссии автомобиля, то есть прекращение плотного соприкосновения ведущих и ведомых дисков механизма сцепления.

Таким образом, муфта – это деталь общего механизма, единого блока сцепления. Зачастую два этих слова употребляются как синонимы, например: «муфту выжми» или «выжми сцепление».

Помимо автомобилей и тракторов различных типов, муфты устанавливаются на мотоблоках, бензопилах, стационарных станках с переменными режимами вращения основного вала.

ВИДЫ МУФТ СЦЕПЛЕНИЯ

Конструкция муфты сцепления не является однотипной, а на каждой модели авто этот узел имеет определенные отличия. Тем не менее, можно выделить определенные сходства в конструкции муфт легкового автомобиля. Неизменными элементами каждой из них являются:

• маховик;
• картер;
• центральный болт крепления кожуха;
• диски;
• первичный вал коробки;
• вилка с центральной нажимной пружиной.

По существующей в настоящее время классификации, все они делятся на одно- и многодисковые, причем последние для транспортных средств применяются относительно редко. Привод у муфты может также отличаться:

• механический;
• гидравлический;
• комбинированный.

Отдельно можно упомянуть электромагнитные муфты, которые можно встретить на тепловозах, на определенных станках – для автомобиля такие не актуальны. Можно выделить и условия эксплуатации – сухие и влажные муфты. Для инструмента, оснащенного двигателем внутреннего сгорания может использоваться и центробежная муфта сцепления, которая в автоматическом режиме соединяет и разъединяет валы, достигая заданной конструкцией скорости оборотов вала.

РАСПРОСТРАНЕННЫЕ НЕИСПРАВНОСТИ МУФТЫ СЦЕПЛЕНИЯ

Несмотря на достаточную сложность конструкции муфты транспортного средства, при правильной эксплуатации проблем с ней практически не возникает. К числу часто встречающихся проблем с муфтой можно отнести всего лишь две – проскальзывание муфты и невозможность разъединить ее полностью.

ПРОСКАЛЬЗЫВАНИЕ МУФТЫ СЦЕПЛЕНИЯ

Наиболее частой причиной такого «поведения» муфты сцепления становится наличие на фрикционных накладках масляных загрязнений. Они могут появиться там после проведения ремонтных работ или простой неаккуратности водителя. Устраняется такое затруднение просто – маховик и прижимной диск тщательно очищаются от масла, после чего проблема проскальзывания сцепления больше не беспокоит автовладельца.

Муфта сцепления может проскальзывать и по другой причине – износ самих накладок и появление на них задиров. В результате этого отпускание педали не приводит к полному контакту дисков. Для исправления такой проблемы требуется отрегулировать свободный ход педали, а если это не помогает, придется заменить фрикционные накладки на новые – другого способа ремонта не предполагается.

МУФТА НЕ РАЗЪЕДИНЯЕТСЯ ДО КОНЦА

Причин такому поведению муфты также можно выделить две.

1. Недостаточный рабочий ход педали сцепления. Это часто вызывается неумелой настройкой муфты, которая допускает слишком большой свободный ход. Устраняется проблема перенастройкой, которую следует доверить механику или опытному водителю.
2. Рычажки, которыми оснащена каждая муфта сцепления изменили первоначальную форму, и отрегулировать их уже невозможно. Они подлежат замене. Иногда при работе муфты с погнутыми рычажками перекашивается сам диск, что влечет за собой повреждение фрикционных накладок. В этом случае они также подлежат безоговорочной замене.

МОЖНО ЛИ ПРОДЛИТЬ СРОК СЛУЖБЫ МУФТЫ СЦЕПЛЕНИЯ

Поскольку муфта сцепления не относится к числу деталей, которые легко купить и просто заменить, большинство автовладельцев вполне резонно задумываются над возможностью увеличения срока ее эксплуатации. Каких-либо особых хитростей или способов продления жизни этому автомобильному узлу не существует, достаточно следовать простым и общеизвестным рекомендациям:

• включение/отключение сцепления следует проводить максимально аккуратно и плавно, не допуская задержек педали в промежуточном положении или резкого убирания ноги с педали при начале движения;
• не рекомендуется длительное время держать муфту в выключенном состоянии и резко трогаться после этого с места;
• своевременно проводить техническое обслуживание, при этом, если водителю недостает опыта, эту процедуру стоит доверить профессионалам.

Так, банальный процесс смазки должен проводится в строгом соответствии с рекомендованной производителем таблицей смазки. Чрезмерное количество смазки часто приводит к попаданию ее на накладки диска и его пробуксовке. При самостоятельной смазке при помощи шприца не следует делать больше восьми нагнетаний. Естественно, пользоваться следует только теми смазочными материалами, которые рекомендованы производителем конкретного транспортного средства.

Многодисковая муфта сцепления

Многодисковое сцепление, в связи с внедрением новых технологий, находит всё большее применение, как на легковых, так и на грузовых автомобилях с различными коробками переключения передач (механическими, автоматическими, роботизированными). Кроме этого, такие муфты сцепления применяются в трансмиссиях полноприводных машин для распределения нагрузки между передними и задними колёсами (мостами). Многодисковые муфты сцепления могут быть сухими и мокрыми. Мокрые – с применением масляной ванны, сухие – без масла. Наличие масла обеспечивает более плавное соединение дисков, улучшает отвод тепла и абразивных веществ, передвижение дисков по шлицам во время передвижения.

Значительным недостатком является низкий коэффициент трения между дисками. Увеличение коэффициента трения достигается за счёт увеличения количества ведущих и ведомых дисков, увеличения усилия прижимной пружины, применения новых фрикционных материалов. Многодисковые муфты сцепления включают в себя: — ведомые диски (3 и больше), изготовленные из тонкой стали, на которую нанесён слой фрикционного вещества (может изготовляться из высокопрочной фрикционной пластмассы).

Ведомые диски имеют по внутреннему диаметру пазы или зубья, которые заходят в зацепление с внутренним барабаном, закреплённым неподвижно на первичном валу коробки переключения передач. Ведомые диски постоянно вращаются с внутренним барабаном и первичным валом коробки переключения передач; — ведущие диски. Устанавливаются между ведомыми дисками и имеют по внешнему диаметру пазы или зубья для зацепления с внешним барабаном; — кожух, при помощи болтов крепится к маховику; — маховик; — внешний барабан – крепится к кожуху и вращается совместно с ним. Остальные детали и принцип работы аналогичны однодисковому сцеплению.

Двойная муфта сцепления

В последнее время на автомобилях с полным приводом и роботизированными коробками передач, а также на некоторых с автоматической коробкой передач, применяется двойное сцепление, которое бывает двух видов – мокрое и сухое. Отличительной особенностью является наличие двух первичных валов коробки переключения передач. Первый вал отвечает за переключение чётных передач (2-4-6), второй – за переключение нечётных (1-3-5). Конструктивно валы выполнены так, что один находится внутри второго, то есть внутренний и наружный. Двойная муфта сцепления выполнена в одном блоке и каждая отвечает за свой вал. Управление переключением передач – автоматическое, от электронного блока по сигналам датчиков. При одной включённой муфте сцепления, вторая находится в готовности включить необходимую передачу, высшую или низшую, в зависимости от того, скорость автомобиля снижается или увеличивается. Время перехода с одной передачи на другую занимает 8-10 миллисекунд. Мы рассмотрели принцип работы, устройство и разновидности муфт сцепления, наиболее часто применяющихся в

Муфты. Виды, устройство муфт в механизмах машин

В машинах для передачи движения от одного механизма к другому, выполненных как самостоятельная сборочная единица (редуктор, вариатор, двигатель и т.п.), применяются устройства, которые соединяют входные и выходные валы и называются муфтами.

При соединении валов муфты могут выполнять и другие функции:

• соединять и разъединять валы;
• предохранять механизмы от поломок;
• компенсировать несовпадение осей по высоте и по углу;
• амортизировать вибрации и толчки;
• работать с механизмами с изменяющейся окружной скоростью и др.

В справочной и другой технической литературе, а также в каталогах, подробно представлены технические параметры муфт в зависимости от требуемых свойств и передаваемой нагрузки, элементы конструкции и технические требования, которые необходимо выполнять при монтаже и эксплуатации муфт.

Поэтому при проектировании механических приводных устройств и механизмов редко возникает необходимость разрабатывать конструкции муфт. Задача в большинстве случаев сводится к подбору муфты в соответствии с техническими требованиями.

Основным показателем при выборе муфты является номинальный диаметр соединяемых валов. Затем после выбора муфты может возникнуть необходимость в проверке ее, что связано с определением расчетного вращающего момента, частоты вращения и условий эксплуатации, а также, при необходимости, прочность соединительных деталей.

Основная характеристика при подборе муфты – Т – передаваемый муфтой крутящий (номинальный) момент, Т_расч – момент, учитывающий наиболее тяжелые условия ее нагружения и называемый расчетным крутящим моментом, и [T] – допускаемый крутящий момент, указанный в каталоге:

где Т=P/ω – крутящий момент, передаваемый муфтой при установившемся режиме работы (номинальный момент), определяемый по мощности Р и угловой скорости ω; k – коэффициент динамичности или режима работы (перегрузки), учитывающий дополнительные динамические нагрузки на муфту; его значение зависит от рода приводного двигателя и назначения рабочей машины. Для привода от электродвигателя принимают: при спокойной нагрузке k=1,15…1,4; при переменной нагрузке k=1,5…2; при ударной нагрузке k=2,5…3.

С учетом инерционных масс:

где l₁ и l₂ – моменты инерции вращающихся масс ведущего и ведомого валов с насаженными на них деталями, приведенными к оси того вала, на который устанавливается муфта; Т_ном – номинальный вращающий момент.

Вместо момента инерции для муфт может быть указан маховой момент:

где G – вес вращающихся деталей на валу, Н; D – диаметр окружности вращающихся масс (обода маховика), м; g=9,81 м/с2.

При постоянном направлении вращения и умеренно нагруженных валах (σ ≈ 15 МПа) полумуфты устанавливают на концах валов по переходным посадкам (H7/m6, H7/k6). При реверсивной работе, а также при тяжело нагруженных валах (σ>15 МПа) применяют посадки с натягом. При такой посадке муфты могут возникнуть проблемы при демонтаже. Поэтому целесообразно для муфт, предназначенных для работы с большими нагрузками, применять посадку на конус концов валов, при которой можно создать значительный натяг в соединении и обеспечить точное радиальное и угловое положение полумуфты относительно вала.

1. Муфты соединительные

1.1. Жесткие муфты

Самая простая из жестких неразъемных муфт – втулочная муфта (рис. 1), представляющая собой цельную втулку, надеваемую на концы валов и закрепляемую на них штифтами (рис. 1, а), шпонками (рис. 1, б) или шлицами и фланцевая муфта (рис. 1, в).

Рис. 1. Жесткие муфты

Втулочные муфты простые, дешевые по конструкции, нашли довольно широкое применение в легких машинах для соединения валов диаметром примерно до 100 мм.

Внутренний диаметр втулки должен соответствовать диаметрам соединяемых валов, а ее длина l=(3,5…4)d, толщина стенки втулки δ=d/3+10 мм (D ≈ (1,7…1,5)d мм). Применение этих муфт ограничено тем, что при сборке и разборке валов требуются значительные смещения их в осевом направлении, а также тем, что эти муфты требуют очень точного совмещения осей соединяемых валов (в противном случае появляются силы, изгибающие валы). Материал втулок – сталь 35, 40, 45, а втулок больших размеров – чугун СЧ18, СЧ24 и др. Прочность муфты определяется проверочным расчетом на прочность ее соединения с валом – штифтового, шпоночного или шлицевого.

Наиболее распространенная из жестких муфт, разъемных в плоскости, перпендикулярной оси вала, – фланцевая (поперечно-свертная) муфта (рис. 1, в).

Муфта состоит из двух полумуфт, насаживаемых на концы валов и соединяемых между собой болтами. Болты муфты ставят с зазором (вариант I) и без зазора (вариант II).

1.2. Компенсирующие самоустанавливающиеся муфты

Из компенсирующих самоустанавливающихся универсальных муфт для соединения валов диаметром от 40 до 560 мм зубчатая муфта (рис. 2) – самая распространенная.

Рис. 2. Компенсирующая самоустанавливающаяся зубчатая муфта

Муфта состоит из двух полумуфт 1 и 2 с наружными зубьями и двух половин обоймы 3 и 4 с внутренними зубьями, сцепляющимися с зубьями полумуфт. Полумуфты закрепляют на концах соединяемых валов. Половины обоймы соединяют между собой болтами.

Зубья полумуфт и половины обоймы имеют эвольвентный профиль, аналогичный эвольвентному профилю зубьев зубчатых колес, что позволяет нарезать их нормальным зуборезным инструментом. Зубчатая муфта компенсирует любые взаимные смещения валов – осевые, радиальные и угловые, так как зубчатое зацепление ее выполняют с боковым зазором и возможностью свободного осевого взаимного смещения сопряженных зубьев, а зубья изготовляют бочкообразной формы со сферической наружной поверхностью.

Широкое применение в машиностроении зубчатых муфт объясняется рядом их достоинств: небольшими габаритами и массой; большой нагрузочной способностью из-за большего числа одновременно сцепляющихся зубьев; допустимостью высоких окружных скоростей (более 25 м/с) и технологичностью.

Полумуфты и половины обоймы изготовляют из сталей 40, 40Х, 45 или из стального литья 45Л, 50Л и др.

Для повышения износостойкости зубья подвергают термообработке до твердости HRC 280.

Параметры зубчатых муфт унифицированных конструкций приведены в табл. 1.

Таблица 1. Муфты зубчатые (выборка), мм

Для уменьшения износа зубьев муфты в ее обойму заливают масло большой вязкости.

В последнее время отдельные элементы зубчатых муфт изготовляют из пластмасс, которые придают муфтам упругие и демпфирующие свойства и повышенную износостойкость.

1.3. Упругие муфты

Упругие муфты служат для уменьшения динамических нагрузок, передаваемых соединяемыми ими валами. Кроме того, эти муфты предохраняют соединяемые валы от резонансных колебаний и позволяют несколько компенсировать неточности взаимного расположения валов. Основные характеристики упругих муфт: жесткость или обратная ей величина – податливость и демпфирующая способность, т. е. способность превращать в теплоту энергию деформирования упругих элементов муфты.

Различают упругие муфты: линейные и нелинейные, или постоянной и переменной жесткости. Первые имеют линейную характеристику, т. е. прямо пропорциональную зависимость угла закручивания муфты (угла поворота одной полумуфты относительно другой) от передаваемого момента, а вторые – нелинейную характеристику. Достоинство муфт с нелинейными характеристиками – предотвращение резонанса крутильных колебаний при периодически изменяющихся нагрузках, воспринимаемых муфтами.

Конструкции упругих муфт разнообразны. По материалу упругих элементов они делятся на муфты с неметаллическими и металлическими элементами. В качестве металлических элементов используются пружины (рис. 3).

Муфты с металлическими упругими элементами по сравнению с муфтами с неметаллическими упругими элементами более долговечны, имеют меньшие габариты, но дороже. Их применяют в основном для передачи больших моментов.

Рис. 3. Основные типы металлических стальных упругих элементов муфт: а – цилиндрические пружины; б – змеевидные пластинчатые пружины; в – стержни, пластины и пакеты пластин, расположенные по образующей и по радиусу; г – пакеты разрезных гильзовых пружин

Муфта со змеевидной пружиной (рис. 4) наиболее распространена среди муфт с металлическими упругими элементами. Она состоит из двух полумуфт с зубьями специальной формы, во впадинах между которыми помещается змейкой (зигзагом) изогнутая пружина, так чтобы объединить смежные зубья на полумуфтах. Зубья и пружина закрываются снаружи кожухом, состоящим из двух половин, соединяемых между собой болтами.

Рис. 4. Муфта со змеевидной пружиной

С увеличением нагрузки пружина, изгибаясь, вступает в контакт с зубьями по все возрастающей длине. При этом уменьшается длина активной части пружины и ее жесткость увеличивается. Преимущественно при отсутствии колебаний применяют литые муфты, как наиболее совершенные и более простые по форме зубьев. Материал полумуфт – сталь 45 или стальное литье 45Л. Пружины изготовляют из пружинной стали 65Г, 60С2 и др. Половины кожуха изготовляют из чугуна СЧ12, СЧ15.

Втулочно-пальцевая муфта получила широкое распространение, например, в приводах от электродвигателя. Муфта (рис. 5) состоит из двух фланцевых полумуфт 1 и 4, пальцев 2 с коническим хвостовиком и резьбой. Пальцы вставляют в конические отверстия одной из полумуфт и затягивают гайками, что обеспечивает жесткое соединение этих деталей. Момент вращения на вторую полумуфту передается от пальцев через резиновые гофрированные втулки 3. Преимуществами этих муфт являются простота конструкции и возможность замены упругих элементов, малые габаритные размеры и масса, но они малоподатливы, и распределение напряжений в упругих элементах отличается большой неравномерностью.

Рис. 5. Втулочно-пальцевая муфта

Полумуфты и пальцы изготовляют из сталей 40, 40Х, 45 и др. Муфты допускают радиальное смещение валов до 0,2…0,5 мм, осевое смещение валов до 5 мм и угловое – до 1°. Следует заметить, что с ростом смещений увеличиваются износ упругих элементов и неравномерность распределения нагрузки среди пальцев муфты.

Муфты могут применяться для диаметров валов от 9 до 160 мм и моментов вращения от 6,3 до 16000 Н•м. Параметры втулочно-пальцевых муфт унифицированных конструкций приведены в табл. 2.

Таблица 2. Втулочно-пальцевые муфты унифицированных конструкций (выборка), мм

Упругая муфта с резиновой звездочкой (рис. 6) используется для соединения быстроходных валов и по принципу действия аналогична втулочно-пальцевой муфте.

Рис. 6. Упругая муфта с резиновой звездочкой

Муфты с резиновой звездочкой обладают большой радиальной, угловой и осевой жесткостью, поэтому их применение возможно при установке соединяемых изделий на плитах (рамах) большой жесткости.

Муфты с резиновой звездочкой выпускают для диаметров валов 12…48 мм в диапазоне моментов вращения 6,3…400 Н•м.

Муфта с торообразной упругой оболочкой, резиновый упругий элемент которой напоминает автомобильную шину, работает на кручение. Это придает муфте большую энергоемкость, высокие упругие и компенсирующие свойства ( α ≈ 2°, δ ≈ 2…6 мм, угол закручивания до 5…30°).

Муфта с торообразной упругой оболочкой, сравнительно простая по конструкции, получила широкое распространение (рис. 7).

Рис. 7. Муфта с торообразной упругой оболочкой

Недостатком муфты является большой диаметральный размер и появление значительных осевых нагрузок на опоры, вызываемых центробежными силами, действующими на упругий элемент.

Полумуфты 1 и 5 соединены резиновой оболочкой 2 (часто армированной кордом) с помощью нажимных колец 3, состоящих из двух частей, соединенных кольцом 6 и винтами 4.

Основные размеры муфты приведены в табл. 3.

Таблица 3. Основные параметры упругой муфты с торообразной оболочкой (выборка), мм

Наружный диаметр муфты D определяют из расчета оболочки на прочность.

Ориентировочные, соотношения основных элементов муфты: В=(L–L1–L2)=0,25D; δ=0,05D; D2=0,5D; D1=0,75D. Число болтов z ориентировочно принимают в зависимости от диаметра D по табл. 4.

Таблица 4. Число болтов z в зависимости от D

Вращающий момент с полумуфт передается на оболочку силами трения, создаваемыми при затяжке болтов 3. При передаче момента в оболочке возникают касательные напряжения крутильного сдвига. Наибольшего значения они достигают в кольцевом сечении с диаметром D 1.

2. Сцепные муфты

В приводных устройствах, часто включаемых и выключаемых, с переменным режимом работы, например в трансмиссиях тракторов и автомобилей, в передачах к металлообрабатывающим станкам, конвейерам, транспортерам и другим машинам, устанавливают управляемые сцепные муфты. Их конструктивное оформление отличается большим разнообразием, но применяют главным образом муфты сцепные кулачковые и фрикционные.

2.1. Кулачковые сцепные муфты

Наиболее простая конструкция муфты с прямоугольным профилем кулачков показана на рис. 8, а; соотношение размеров ее таково: наружный диаметр D ≈ 2,5d; длина ступицы неподвижной полумуфты l 1 ≈ 1,5d, то же подвижной l2 ≈ (2…2,5)d; осевой зазор е ≈ 5…10 мм; число кулачков z=3…5; высота кулачка h ≈ (0,3…0,5)d. Полумуфты должны строго центрироваться на валах, для точности расположения которых служит втулка в одной из полумуфт.

Эти муфты применяют для передачи значительных моментов, включение их возможно лишь при весьма малой относительной угловой скорости (порядка 1 рад/с) или же лучше при полной остановке механизма.

Муфты с треугольными и трапецеидальными кулачками допускают включение на ходу при разности окружных скоростей на среднем диаметре до 0,8 м/с:

• треугольный профиль с углом α=30…40° пригоден для легких передач с небольшим значением Т_ном, так как при значительных нагрузках кулачки сминаются и изнашиваются за сравнительно короткий срок; число кулачков z≤60, что обеспечивает плавность включения;
• трапецеидальный профиль считают оптимальным для средненагруженных муфт; угол α ≈ 3…10°, число кулачковz=5…12, высота кулачка h ≈ 0,1Dc; ширина кулачка в радиальном направлении b

На рис. 8, б представлены профили кулачков. Твердость рабочих поверхностей 50…60 HRC.

Рис. 8. Муфта сцепная (а) и применяемые формы кулачков (б)

2.2. Фрикционные сцепные муфты

Фрикционные муфты обеспечивают плавное безударное включение, так как в момент включения нагрузка возрастает с ростом тормозящего эффекта между дисками. Муфта передает вращающий момент за счет сил трения, создаваемых на трущихся поверхностях сцепляющихся звеньев муфты. Давление на трущиеся детали создается с помощью механизмов включения различного вида, которыми можно управлять режимом работы муфты. Наибольшее распространение получили пружинно-рычажные механизмы; для дистанционного управления муфтой удобны гидравлические, пневматические или электромагнитные устройства. Муфты работают как со смазкой, так и без нее.

Дисковая муфта с одной парой поверхностей трения (рис. 9) приводится в рабочее положение прижимной силой F_пp.

При малых вращающих моментах, передаваемых муфтой, оба диска изготовляют из металла; при больших моментах один из дисков облицовывают фрикционным материалом, что позволяет увеличить трение рабочих поверхностей и, следовательно, уменьшить силу прижатия F_пp.

Рис. 9. Фрикционная сцепная муфта

Многодисковая муфта. Для уменьшения силы Fпp и габаритных размеров муфты применяют конструкции не с одной, а со многими парами поверхностей трения – многодисковые муфты (рис. 10).

Рис. 10. Многодисковая муфта

В этих муфтах имеются две группы дисков: внутренние 2 и наружные 3. Наружные диски с D1 соединены с полумуфтой 1, а внутренние c D – с полумуфтой 5 посредством подвижного шлицевого соединения. Правый крайний внутренний диск опирается на регулировочные гайки 4; на левый крайний диск действуют силы нажатия от механизма управления. При этом сила нажатия будет передаваться на все поверхности трения.

Число ведущих дисков выбирают не более 11, так как действие прижимной силы Fпp на последние диски постепенно уменьшается вследствие трения выступов дисков в пазах полумуфт. Толщину стальных дисков принимают 1,5…2,5 мм для муфт со смазкой и 2,5…5 мм – для муфт без смазки. Зазор между дисками выключенной муфты – от 0,2 до 1 мм в зависимости от материала поверхностей трения. Все диски в муфте должны быть параллельными и соосными во избежание их местного повышенного изнашивания и нагрева.

Фрикционные сцепные муфты по форме рабочей поверхности могут быть конусные (рис. 11, а), цилиндрические с пневматическими или гидравлическими шинами (рис. 11, б), колодочные и ленточные, порошковые электромагнитные – когда между полумуфтами в корпусе помещается железный порошок. В зависимости от степени намагничивания порошка в муфте изменяется передаваемый крутящий момент.

Рис. 11. Фрикционные сцепные муфты

Угол α конусной части муфты, соединяющей полумуфты во избежание заклинивания, должен быть больше угла трения ; для чугунных муфт обычно принимают α=8…15°.

3. Обгонные и центробежные муфты

Обгонные муфты, или муфты свободного хода, автоматически сцепляют и расцепляют валы в зависимости от соотношения угловых скоростей валов. Если скорость ведущего вала больше скорости ведомого вала, то муфта сцепляет валы. При меньшей скорости ведущего вала муфта расцепляет валы, не препятствуя ведомому валу свободно обгонять ведущий вал, откуда и происходит наименование муфт. Муфты свободного хода широко применяются в велосипедах, мотоциклах, коробках передач автомобилей, металлорежущих станках и других машинах.

По способу сцепления полумуфт различают храповые и фрикционные обгонные муфты. Наиболее распространены фрикционные обгонные муфты с роликами, так как у них почти полностью отсутствует мертвый ход и работают они бесшумно.

Обгонная фрикционная муфта с роликами (рис. 12) состоит из двух полумуфт – звездочки 1 и обоймы 2 – и роликов 3, расположенных в сужающихся в одном направлении пазах между звездочкой и обоймой.

Рис. 12. Обгонная фрикционная муфта с роликами

Каждый ролик отжимается пружиной 4 в сужающуюся часть паза. Если ведущая полумуфта – звездочка, то сцепление валов может происходить только при вращении ее по часовой стрелке, а если ведущая полумуфта – обойма, то сцепление валов может произойти при вращении ее против часовой стрелки. При указанном вращении ведущей полумуфты каждый ролик закатывается в сужающуюся часть паза и заклинивается между полумуфтами, в результате чего и происходит сцепление полумуфт и соединение валов. При обратном вращении ведущей полумуфты ролики выкатываются в более широкую часть пазов и полумуфты расцепляются. Полумуфты и ролики при передаче больших нагрузок изготовляют из стали ШХ15 с термообработкой 58…60 HRC, а при небольших нагрузках – из сталей 20Х и 40Х с термообработкой 50…54 HRC.

Диаметр и длину ролика можно выбрать по следующим соотношениям: dp ≈ 0,125D; l=1,5d, где D – диаметр рабочей поверхности обоймы.

Муфты свободного хода применяют для валов диаметром 10…90 мм, число роликов 3…5, диаметр рабочей поверхности обоймы 32…200 мм, момент, передаваемый муфтой, – 0,25…7,7 Н•м.

Центробежные муфты по способу сцепления полумуфт представляют собой фрикционные муфты, в которых в отличие от фрикционных управляемых муфт сцепления полумуфты сцепляются или расцепляются автоматически с помощью специальных грузов, находящихся под действием центробежных сил и пружин. При достижении ведущим валом определенной угловой скорости центробежные силы, действующие на грузы, связанные с одной из полумуфт, преодолевают силы пружин и прижимают (или отжимают) эти грузы к другой полумуфте, в результате чего полумуфты и соединяемые ими валы сцепляются (или расцепляются).

По устройству центробежные муфты представляют собой фрикционные муфты, у которых механизмом управления служат грузы-колодки 1 (рис. 13), находящиеся под действием центробежных сил. При достижении ведущим валом заданной угловой скорости центробежные силы, действуя на грузы, производят включение муфты. Передача вращающего момента осуществляется силой трения, пропорциональной квадрату угловой скорости.

Рис. 13. Центробежная колодочная муфта

В современном машиностроении применяются конструкции центробежных муфт, которые служат для разгона механизмов с большими маховыми массами при двигателе с малым пусковым моментом, для повышения плавности пуска, для предотвращения разноса машины и т. п. Размеры муфт принимают конструктивно. Рабочие поверхности трения грузов проверяют на износостойкость аналогично фрикционным муфтам.

4. Шарнирные муфты

Шарнирные муфты (рис. 14) применяют для соединения валов, оси которых расположены со значительным смещением относительно друг друга, причем в процессе работы угол наклона может изменяться.

Рис. 14. Конструкция одношарнирной (а) и спаренной двухшарнирной (б) муфты

Простейшей шарнирной муфтой является одинарная муфта (рис. 14, а), состоящая из двух полумуфт 1 и 2, насаженных на концы валов и соединенных с ними посредством конических штифтов 3. Между полумуфтами установлена крестовина 4, имеющая форму параллелепипеда с отверстиями, оси которых пересекаются под прямым углом. Полумуфты и крестовина соединены при помощи пальцев 5 и втулок 6 с цилиндрическим штифтом 7. Штифты имеют на концах глухие отверстия, которые после сборки развальцовываются, образуя шарнир трения скольжения.

Одинарные шарнирные муфты допускают перекос осей валов на угол до 45°.

При необходимости увеличения угла наклона между соединяемыми валами свыше предельного для одинарной муфты применяют сдвоенную шарнирную муфту (рис. 14, б) с промежуточной спаренной вилкой 8 или две одношарнирные, соединенные последовательно.

Недостаток этой муфты – неравномерное вращение ведомого вала.

Сдвоенную шарнирную муфту (рис. 15) с разнесенными шарнирами применяют для обеспечения вращения ведомого вала с постоянной угловой скоростью, для возможности передачи вращательного движения между параллельными, но смещенными валами, а также при необходимости передачи вращения между соединяемыми валами, которые расположены под увеличенным углом.

Рис. 15. Схема двухшарнирной муфты с разнесенными шарнирами

Для возможности смещения во время работы валы соединяют шарнирной сдвоенной муфтой с телескопическим промежуточным валиком (рис. 16), т. е. валиком изменяющейся длины.

Рис. 16. Схема двухшарнирной муфты с телескопическим соединением шарниров

Шарнирные муфты подразделяются на малогабаритные, передающие небольшие моменты, и крупногабаритные для передачи средних и больших моментов. Малогабаритные шарнирные муфты, одинарные (рис. 14, а) и сдвоенные (рис. 14, б), применяются для соединения валов диаметром от 8 до 40 мм и передаваемым моментом вращения от 11,2 до 1120 Н•м.

Шарниры этих муфт образуются вставными осями, из которых одна длинная, а вторая состоит из двух коротких втулок, стянутых заклепкой. Материал вилок и заклепки – цементируемая сталь 20Х, а крестовины и осей – сталь 40Х.

В трансмиссиях автомобилей, дорожных и других машинах широко используют шарнирные муфты с крестовиной, имеющей шарниры с игольчатыми подшипниками.

Проверочный расчет шарнирных муфт состоит из определения давления на рабочие поверхности шарниров и расчета на прочность вилок и крестовины.

5. Предохранительные муфты

Для предохранения приводов, деталей механических передач от поломок в случае перегрузки при непредвиденной остановке машины в кинематической схеме предусматривают установку муфт, автоматически размыкающих передачу при достижении вращающим моментом предельного значения Tmax=kTр; здесь k – коэффициент запаса, вводимый в расчет для того, чтобы муфта не срабатывала при перегрузках, возникающих, в частности, в период пуска. Принимают часто k=1,25…1,50. При необходимости более точного определения k следует учитывать оптимальную продолжительность срабатывания, особенности технологического процесса, для которого проектируются привод и условия эксплуатации. Однако всегда должно соблюдаться основное требование – быстродействие муфты, четкость ее срабатывания; с этой целью следовало бы располагать муфту на том участке кинематической цепи, который порождает перегрузки; однако это не всегда возможно, так как габариты муфты, устанавливаемой в зоне низких частот вращения, оказываются зачастую непомерно большими, поэтому в реальных условиях нередко приходится располагать предохранительную муфту между электродвигателем и редуктором. Из общего весьма большого количества разнообразных типов предохранительных муфт здесь рассматриваются лишь некоторые конструкции муфт, применяемых в приводах общего назначения. К ним относятся муфты с разрушающимися элементами, муфты с контактирующими элементами (пружинные кулачковые и шариковые), фрикционные.

Муфты со срезным штифтом – наиболее простые и надежные (рис. 17).

Рис. 17. Муфта предохранительная со срезным штифтом

Штифты (гладкие или с проточкой) должны быстро срабатывать и этим обеспечивать остановку механизма без поломок. Обычно штифты изготавливают из сталей 45, 50 с термообработкой для хрупкости. Вязкая сталь недопустима. Втулки изготавливают из стали 40Х, закаленной до твердости не ниже HRC 48. Предельный момент, при котором штифт должен срезаться:

где d – диаметр штифта в опасном сечении; R – радиус окружности, на которой расположены оси штифтов; [σ]ср ≈ 0,7σВ – предел прочности на срез; z – число штифтов (не более 2).

Выбрав диаметр штифта из табл. 5 и определив из конструктивных соображений R, проверяют напряжение среза:

если оно отличается от [σ]_ср, то вносят соответствующие коррективы, варьируя значения d и R так, чтобы достичь совпадения σ_ср и [σ]_ср.

Таблица 5. Размеры штифтов, мм

Муфта со срезным штифтом неудобна в приводах с резкими колебаниями нагрузки, так как они часто срабатывают, после чего надо заменять штифты; такие муфты предпочтительно устанавливать в передачах с примерно постоянной нагрузкой, где они могут выполнять функции аварийного звена.

В муфтах кулачковых предохранительных (рис. 18) вращающий момент передается кулачками трапецеидального профиля, прижимаемыми друг к другу одной центральной пружиной или несколькими, расположенными по окружности. Пружины устанавливают с предварительным сжатием с таким расчетом, чтобы усилие, развиваемое ими, было достаточным для передачи номинального вращающего момента. При увеличении момента до предельного значения Tmах осевые составляющие усилий, действующих на кулачки, сжимают пружины, и муфта срабатывает, предохраняя привод от опасных перегрузок.

Рис. 18. Кулачковая предохранительная муфта: а – конструкция; б, в – профиль кулачков

На рис. 18, а показана муфта для соединения двух валов, которые должны быть точно центрированы относительно друг друга. Профиль кулачков показан на рис. 18; б, в.

Материал колец, на которых фрезеруются кулачки, – сталь 20Х цементируемая и закаленная до твердости рабочих поверхностей 56…62 HRC или сталь 40Х с той же твердостью рабочих поверхностей. Кольца напрессовываются на посадочные места полумуфт и в случае необходимости фиксируются штифтами от проворота. Кулачки выполняются с плоской или винтовой рабочей поверхностью, в последнем случае достигается более полное включение муфты после срабатывания.

Соотношение размеров элементов муфт: наружный диаметр кулачков DH≥2d, где d – диаметр вала (для шлицевого соединения – наружный диаметр вала); ширина кулачков (размер в радиальном направлении) b ≈ (0,12…0,15)DH; средний диаметр кулачков DС=DН–b; высота кулачков h ≈ (0,5…0,6)b; наружный диаметр подвижной втулки Dвт ≈ (1,5…1,8)d; ее длина L ≈ (0,8…1,8)d; число кулачков z=3…15.

В переходных процессах при колебаниях величины передаваемого момента муфта может периодически срабатывать до тех пор, пока не установится режим работы, на который отрегулирована муфта. Если при таких колебаниях возникают динамические нагрузки, превышающие предусмотренную величину, то работу механизма нужно остановить и устранить источник нестабильной работы механизма. Для их ограничения рекомендуется помещать предохранительную муфту на тихоходном валу при частоте вращения не более 300 об/мин.

Для чего в трансмиссиях машин применяют муфты

В этой статье наш партнер СКБ-4 занимающийся поставками муфт для соединения валов, расскажет о всех видах соединительных муфт и их предназначениях.

Втулочная

Такой вид оборудования призван, прежде всего, связывать соосные валы цилиндрического типа. При этом разброс вращающего момента на соединяемых частях может сильно отличаться. Главная особенность, однако, иная — никакого смягчения динамической нагрузки и никаких ограничений темпа вращения не наблюдается.

Втулочные муфты — простейшие из муфт жесткого типа. Предусматривается 3 исполнения:

• Модели с цилиндрическим отверстием под посадку могут оборудоваться коническими штифтами;
• Есть аналоги со шпонками в виде призмы или сегментов;
• И наконец, существует еще вариант, где ничего этого нет, а есть прямобочные шлицы.

Фланцевая

Речь идет о глухом жестком изделии. При его работе соединение обеспечивается постоянно и надежно. Полумуфты, входящие в такую сборку, напоминают диски. Крепятся они по круговой схеме равномерно. Главным образом фланцевые муфты нужны, чтобы механизм не был избыточно перегружен.

Фото: фланцевая муфта Centa

Что немаловажно, они компенсируют последствия нарушения соосности между валами. Фланцевые изделия позволяют соединять и разъединять валы непосредственно в процессе работы. Для их изготовления применяют нормы, приведенные в ГОСТ 20761. Главное отличие между конкретными моделями — рекомендованные сечения совместимых валов.

Производство фланцевых муфт может вестись из штампованной стали, стального литья. В некоторых случаях применяют чугунные отливки. Главным образом такие изделия востребованы машиностроителями. Отбор конкретной модели производится преимущественно сообразно нагрузкам.

Жесткая-компенсирующая

Известно, что сборка машин и механизмов производится из отдельных узлов и других частей. Но установить их взаимно точно не представляется возможным. В любом случае при производстве и монтаже появляются дефекты разной степени серьезности. Также мешают строгости задания параметров специфика конструкции отдельных узлов и эксплуатационные изменения.

Жесткая компенсирующая муфта как раз и призвана решать эту застарелую проблему. Исправление отклонений от номинальных положений обеспечивается при помощи использования подвижных жестких деталей. Наиболее распространен зубчатый подвид, образуемый парой полумуфт.

Такие изделия могут справиться с последствиями смещения вала по оси, по радиусу или на определенный угол. Это достигается при помощи боковых зацепляющих узоров. Неудивительно поэтому, что конструкторы и инженеры уделяют такое пристальное внимание именно степени надежности и износостойкости зубьев. Их обязательно закаливают до уровня 42 — 51 по HRC.

Кулачковая — дисковая

Подобное приспособление рассчитано на передачу значительного крутящего момента. Могут сказать, что-то же самое обещают и относительно других муфтовых агрегатов. Это верно, однако кулачковый-дисковый блок обладает неоспоримым преимуществом: он отлично справляется, когда соединять/разъединять сборку приходится относительно редко.

Фото: дисковая муфта Rexnord

При этом требуется близкое совпадение темпа вращения валов. Опционально достижимо обеспечение их строгой соосности. Звездочку всегда изготавливают из материала, отличающегося высокой упругостью и эластичностью. Профили зубцов и кулачков соответствуют эвольвенте.

Механический агрегат подключают вручную. Передача усилия идет при помощи системы рычагов. От операторов требуется только перемещение рычага либо прокручивание рукояти. Она связывается с необходимой деталью за счет червячного либо кривошипного привода. Это решение технически просто и надежно, но сотрудникам придется тратить много сил.

Схема прямоугольник отличается высокой контактно-поперечной площадью. Потому передача очень высокой мощности облегчается. Минус — необходимо особо точное позиционирование полумуфт. В противном случае они будут гораздо хуже входить в зацепление. У формы симметричной трапеции такого требования нет. Зазоры в боковой плоскости гасятся за счет изменения глубины посадки кулачка.

Зубчатая

Подобное устройство гарантирует успешную передачу вращающего импульса между валами. Точнее говоря, зубчатые муфты связывают выходные и входные валы на разных агрегатах. Пара полумуфт, входящих в комплект поставки таких изделий, оснащаются собственными внешними венцами зубчатой формы. Предусматривается всегда еще и отверстие под заправку смазкой.

Передаваемый зубчатой муфтой крутящий момент очень велик, для многих промышленных целей его вполне достаточно. Предусматривается возможность гашения таким приспособлением сдвига валов в радиальном, осевом и угловом отношении. Подобная функция реализована за счет торцевого зазора.

Упругая-компенсирующая

Механический импульс в таких системах транслируется между полумуфтами через посредство упругой детали. Не всегда для ее изготовления применяют резину и пластмассу с эластичными свойствами. Нередко подходящим материалом оказывается пружинная сталь. Упругий блок при работе деформируется. Стоит отметить, что деформация связана отчасти еще и со сдвигом полумуфт между собой.

Такая система позволяет гасить удары и толчки. Предотвращается возникновение колебаний, обычно провоцируемых неравномерным кручением. Одновременно компенсируются смещения валов друг к другу. При сильной механической нагрузке деформирование из плюса становится минусом. Еще один недостаток — сравнительно крупные размеры.

Пружинная

Такое изделие могут еще именовать зубчато-пружинной или оснащенной змеевидной пружиной муфтой. Подобные трансмиссионные детали сокращают динамическую нагрузку, которая передается на вал. Еще одна важная роль — предохранение от колебаний резонансного типа. Зубьям придают особенную форму.

Пружину змеевидного исполнения располагают между ними. Если возникает критическая нагрузка, разрушение пружины позволяет избежать более дорогих по последствиям поломок. Есть модели с переменной жесткостью. У них основным конструктивным элементом оказываются тонкие пластины из стали.

Источник http://seite1.ru/zapchasti/mufta-scepleniya-naznachenievidyneispravnostifotovideo/.html
Источник Источник Источник http://extxe.com/19630/mufty-vidy-ustrojstvo-muft-v-mehanizmah-mashin/
Источник http://www.bnkomi.ru/data/relize/120067/