Детали машин и основы конструирования

Управляемые или сцепные муфты. Общие сведения. Кулачковые и зубчатые (сцепные) муфты.

Управляемые муфты позволяют соединять или разъединять валы с помощью механизма управления. По принципу работы все эти муфты можно разделить на две группы: муфты, основанные на зацеплении (кулачковые или зубчатые); муфты, основанные на трении (фрикционные).

Муфты кулачковые.

Чаще всего кулачковые и зубчатые сцепные муфты располагают на одном валу и используют для переключения скоростей.

Распространенные формы кулачков изображены на рис 1 (сечение цилиндрической поверхностью). Прямоугольный профиль (рис 1, а) требует точного взаимного расположения полумуфт в момент включения. Кроме того, в таких муфтах неизбежны технологические боковые зазоры и связанные с этим удары при изменении направления вращения. Зазоры увеличиваются при износе кулачков.

Трапециидальный профиль (рис 1, б, в) не требует точного взаимного расположения полумуфт в момент включения, а боковые зазоры компенсируются изменением глубины посадки кулачков. Симметричные профили кулачков – реверсивные, несимметричные – нереверсивные.

Включение кулачковых муфт при относительном вращении валов всегда сопровождается ударами, которые могут вызвать разрушение кулачков. Поэтому такие муфты не рекомендуют применять для включения механизма под нагрузкой и при больших скоростях относительного вращения (υ1 м/с).

Работоспособность кулачковых муфт определяется в основном износом кулачков, который зависит от напряжения смятия на поверхности соприкасания. Эти напряжения рассчитывают приближенно в предположении, что нагрузка распределяется равномерно между всеми кулачками:

,

где z – число кулачков полумуфты.

Для уменьшения износа поверхность кулачков должна быть твердой. Этого достигают с помощью объемной закалки или цементации. Применение цементации предпочтительней, так как при этом сохраняется вязкость сердцевины, что повышает сопротивление кулачка хрупким разрушениям от ударов. Муфты с цементированными кулачками изготавливают из сталей 15Х, 20Х, с объемной закалкой – из сталей 40Х, 30ХН и т.п. При этом допускают:

[σсм] = 90…120 МПа – включение без относительного вращения;

[σсм] = 50…70 МПа – включение на тихом ходу;

[σсм] = 35…45 МПа – включение на повышенных скоростях.

Муфты зубчатые сцепные.

По устройству и методике расчета эта муфта подобна зубчатой компенсирующей муфте с той лишь разницей, что здесь обойма изготовляется подвижной и управляется с помощью отводки.

Допускаемые напряжения смятия при расчетах прочности зубьев принимают такими же, как и для кулачковых муфт.

Для устранения ударов при включении в зубчатых муфтах широко применяют синхронизаторы (например, в коробках скоростей автомобилей). Синхронизаторы выравнивают скорости валов перед их соединением. Конструкцию зубчатой муфты, предназначенной для переключения скоростей в коробке передач, дополняют двусторонней конической фрикционной муфтой, которая и является синхронизатором.

Фрикционные муфты синхронизаторов рассчитывают на передачу момента, необходимого для преодоления инерционных нагрузок, возникающих при разгоне (проскальзывание, которое наблюдается при включении фрикционных муфт, позволяет плавно разгонять ведомые элементы; разгон ведомых элементов, как правило, происходит на холостом ходу). Эти нагрузки обычно значительно меньше рабочих. Для того чтобы скорости успели выровняться в процессе непрерывного перемещения обоймы, это перемещение следует производить медленно.

Фрикционные муфты. Общие сведения. Расчет дисковых муфт.

При включении фрикционных муфт крутящий момент возрастает постепенно по мере увеличения силы нажатия на поверхности трения. Это позволяет соединять валы под нагрузкой и с большой разностью начальных угловых скоростей. В процессе включения муфта пробуксовывает, а разгон ведомого вала происходит плавно, без удара. Отрегулированная на передачу предельного крутящего момента, безопасного для прочности машины, фрикционная муфта выполняет одновременно функции предохранительного устройства.

Все фрикционные муфты в зависимости от формы рабочей поверхности можно разделить на три группы: муфты дисковые (плоская поверхность); муфты конические (коническая поверхность); муфты колодочные, ленточные и др. (цилиндрическая поверхность).

Муфты фрикционные, так же как и кулачковые, не допускают несоосности. Центровка полумуфт достигается расположением их на одном валу или с помощью специальных центрирующих колец.

Муфты дисковые.


 


Схема простейшей дисковой муфты с одной парой поверхностей трения изображена на рис 1. Здесь полумуфта 1 укреплена на валу неподвижно, а полумуфта 3 подвижна в осевом направлении, 2 – фрикционная накладка. Для соединения валов к подвижной муфте прикладывают силу Fа. Момент трения Тт определяют по формуле:

,

где  - средний радиус рабочих поверхностей, который приближенно принимают за приведенный радиус сил трения на этих поверхностях.

Чтобы ограничить условия неравномерного износа, обычно принимают D1/D2 = 2…1,5.

Для уменьшения силы Fа и габаритов муфты применяют конструкции не с одной, а со многими парами поверхностей трения – многодисковые муфты. Для них справедлива формула:

,

где z – число пар трущихся поверхностей; ; n – число дисков.

Применение многодисковых муфт позволяет увеличить передаваемый крутящий момент в z раз по сравнению с двух дисковой муфтой (рис 1), сохраняя при этом силу нажатия Fа и диаметры дисков.

Тт можно увеличить, кроме того, путем увеличения Fа, f и диаметров дисков (среднего радиуса трения). Увеличение диаметров приводит к повышению габаритов муфты, а поэтому на практике используется в последнюю очередь. Увеличение Fа ограничено допускаемым средним удельным давлением [p] на трущихся поверхностях:

.

Механизмы управления фрикционными муфтами, применяемые на практике, весьма разнообразны не только по конструкции, но и по принципу действия. В зависимости от последнего различают муфты с электромагнитным, гидравлическим, пневматическим и механическим управлением.

Детали машин и основы конструирования