§ 3. Сцепные управляемые

И САМОУПРАВЛЯЮЩИЕСЯ МУФТЫ

Муфты этой группы предназначены для соединения и разъединения валов с помощью механизмов управления, а также для ограничения вращающего момента.

Сцепные управляемые муфты. Конструкции сцепных управ­ляемых муфт разнообразны. На рис. 25.8 приведена кулачко­вая сцепная муфта, встроенная в зубчатое колесо. Ее полу­муфты / (посажена с натягом на ступицу колеса и зафик­сирована штифтами 7) и 5 имеют на торцовой поверхности выступы — кулачки 6 трапециевидного сечения. Полумуфта3 является подвижной и с помощью рукоятки 2 может переме­щаться вдоль шлицевого вала 4 до ограничительного кольца 5. При включенном положении муфты (показано на рис. 25.8) вращающий момент от зубчатого колеса передается через кулачки и шлицы к валу. При выключенном положении зуб­чатое колесо свободно вращается на валу, опираясь на под­шипник скольжения 8.

Зубчатая муфта

(рис. 25.9) работает ана­логично кулачковой муф­те. Включение и выклю­чение муфты осуществля­ется перемещением втул­ки 1 вдоль ведущего вала 2 по шпонке 3. Для умень­шения износа зубьев в муфту заливается густой смазочный

материал (мас­ло). Герметизация муфты обеспечивается

уплотне­нием 4. Кольцо 5 ограни­чивает ход зубчатой Рис.25.8. Кулачковая муфта

втул­ки 1.

Рис. 25.9. Зубчатая сцепная муфта

Кулачковые и зубчатые сцепные муфты выходят из строя из-за износа кулачков и зубьев. Их расчет ведут в форме ог­раничения среднего давления на кулачках и зубьях.

Фрикционные сцепные муфты передают вращающий момент между полумуфтами 1, 2 и дисками 3 за- счет сил трения на рабочих поверхностях (рис. 25.10, а). Применяют также конусные муфты (рис. 25.10, б). Давление на поверхностях контакта (смазываемых или сухих) создают с помощью уст­ройств и механизмов включения различного типа (пружинно-рычажных механизмов, электрических, гидравлических и пнев­матических устройств).

При включении фрикционных муфт вращающий момент нарастает с увеличением усилия нажатия .F_а (контактных давлений на поверхностях трения). Благодаря этому можно соединять валы под нагрузкой. Пробуксовывание муфты в про­цессе включения обеспечивает плавный разгон ведомого вала.

Фрикционные муфты должны обладать надежностью сцеп­ления, высокой износостойкостью и теплостойкостью кон­тактирующих поверхностей.

Материал трущихся деталей (накладок) выбирают в за­висимости от среднего контактного давления

(25.1)

где Т — вращающий момент; к = 1,3-1,5 — коэффициент сцеп­ления; D_т — средний диаметр контакта (см. рис. 25.10); f— коэффициент сцепления (трения покоя); г - число пар по­верхностей трения; F — площадь поверхности трения; [р] — допускаемые давления (табл. 25.1).

Таблица 25.1. Допускаемые давления [p] и коэффициенты трения / между стальным диском и дисками из различных материалов при скорости скольжения v _ск < 2,5 м/с

* В числителе — значения параметров при смазанных дисках, в знамена­теле — для дисков без смазывания.

Примечание. Допускаемые давления следует снижать: на 15 % при v_ск 5 м/с;на 30 % при v_ск = 10 м/с и на 35 % при v_ск = 15 м/с.

Площадь поверхности соприкосновения (контакта)

здесь b — ширина поверхности трения, ее принимают в за­висимости от диаметра D_т \|/ = b/D_т. Обычно \|/ = 0,15-0,25 — для дисковых и конусных муфт ; \|/ = 0,2 - 0,3 — для цилиндрических муфт.

Если принять фрикционный материал и задаться вели­чиной \|/, то

Осевое усилие, необходимое для создания нормального усилия в дисковой (а = 90 °) или коническрй муфте:

Интенсивность изнашивания муфт зависит от мощности, расходуемой на трение;

где V_СК = 0,5wD_т — средняя скорость скольжения; [P] — допу­скаемая мощность трения.

Из формулы (25.1) несложно заметить, что для увеличения передаваемого вращающего момента можно увеличить число пар поверхностей трения. При этом осевая сила, сжимающая детали, остается неизменной. Это обстоятельство реализуют на практике, применяя многодисковые муфты (рис. 25.11).

включений

Муфта состоит из посажен­ного на вал 1 барабана 2 с внутренними шлицами, шлицевой втулки 8, посажен­ной на ведомый вал 9, а также трех ведущих дисков 9 5 и двух ведомых дисков 4, сжимаемых поводком 3 при осевом перемещении втулки 6 по направляющей шпонке 7. Осевое перемещение тор­мозных дисков происходит

Рис. 25.11. Многодисковая фрик­ционная сцепная муфта

Рис. 25.12. Многодисковая фрикционная предохранительная муфта

за счет скольжения их выступов по гилицевым пазам барабана и втулки.

Сцепные самоуправляющиеся муфты. Муфты этой группы выполняют автоматически одну из следующих функций: а) ограничение передаваемой нагрузки (предохранительные муфты); б) .передачу нагрузки (момента) только в одном направлении (обгонные муфты); в) включение и выключение при заданной скорости (центробежные муфты).

Ниже даны лишь краткие сведения. Полные данные со­держатся в специальной литературе.

Предохранительные муфты сраба тывают, когда вращающий момент превышает некоторую установленную величину.

На рис. 25.12 приведена фрикционная предохранительная муфта, по конструкции сходная со сцепной муфтой на рис. 25.11. При возрастании вращающего момента до рас­четного значения (устанавливаемого затяжкой винтами ) пружины 2) муфта начнет проскальзывать.

Отметим, что в сцепной муфте механизм управления (пружина) отсутствует.

Принцип действия пружинно-шариковых муфт (рис. 25.13) простой. При достижении вращакигдим моментом предельной величины под действием осевых усилгий, обусловленных формой впадин (см. вид В - В на. рис. 25.13) полумуфты 1, шарики

429

Рис. 25.13. Пружинно-шариковая муфта

смещаются в осевом направлении (преодолевая сопротивле­ние пружины) и размыкают муфту с последующим про-щелкиванием.

Пружинно-шариковые муфты (ГОСТ 15621—77) для диа­метров валов от 8 до 48 мм допускают вращающие мо­менты 4-400 Н*м.

На практике используют также пружинно-кулачковые муф­ты и другие типы предохранительных муфт.

Обгонные муфты (муфты свободного хода) предназначены для передачи вращающего момента только в одном на­правлении.

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

На рис. 25.14 показана роликовая обгонная муфта. При вращении звездочки 1 по часовой стрелке ролики 2 заклини­ваются между звездочкой и наружным кольцом 3 и пере­дают вращение соединенному с ним ведомому валу. При­жимные устройства 4 уменьшают мертвый ход и способ­ствуют равномерному распределению нагрузки между роли­ками. При вращении звездочки в обратном направлении ролики заклиниваться не будут и вращение не будет пе­редаваться.

Муфта свободного хода позволяет ведомому звену вра­щаться (например, по инерции) при остановленном ведущем звене. Этот эффект используется в передачах велосипедов, мотоциклов, станков, автомобилей и т. д.

25.14. Роликовая обгонная муфта

В роликовой муфте ведущим может быть и наружное кольцо при вращении против часовой стрелки.

Усилия, действующие на ролик со стороны звездочки 1 и кольца 3, показаны на рис. 25.15. Видно, что равно-действующие F_R нормальных сил и сил трения в зонах контакта А и В отклонены от радиуса на угол а/2. Поэтому, для того чтобы ролик 2 не выскальзывал из паза, угол трения р > 0,5а, т. е. f=tg p>tg /2 (f-коэф­фициент трения скольже­ния ролика по пазу или обойме).

Усилие, действующеена ролик:

Рис. 25.15. Расчетная схема обгонной муфты

В) 6)

Рис. 25.16. Центробежная четырехколодочная муфта (а), ее расчетная схема (6) и поперечное сечение пружины (в)

где z — число роликов; D — внутренний диаметр кольца; а — угол заклинивания, а = 6 - 8°.

Наибольшее контактное напряжение определяют по форму­ле Герца (см. с. 313). Звездочку, ролики и кольца изго­товляют из стали ШХ15 с твердостью не менее HRC 60, допускаемое напряжение [_H] = 1200- 1500 МПа.

Центробежные муфты используют для автоматического соединения и разъединения валов при достижении определен­ной частоты вращения. Они представляют собой сцепные фрикционные муфты (колодочные, дисковые и др.), в кото­рых нормальное усилие создается центробежными силами. На рис. 25.16, а 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 некоторых частотах вращения, составляющих 70-80% от максимальных, колодки 2 под дей­ствием сил инерции, преодолевая усилия 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.

Соприкосновение между колодками и барабаном произой­дет при условии, что центробежная сила

где т — масса колодки; w₀ — угловая скорость крестовины; r — расстояние центра тяжести колодки от оси вращения (рис. 25.16, б).

Усилие, развиваемое пружиной в форме двухопорной балки:

где у — стрела прогиба; EJ — жесткость сечения пружины при изгибе; J = bh³/12; J - момент инерции сечения пружины (см. рис. 25.16, в); l — расчетная длина пружины.

Для передачи вращающего момента Т необходима уг­ловая скорость w₁. При этом

T=(F- F₀)Rfz = mrRfz(w₁² - w₀²).

В диапазоне угловых скоростей между w₀ и w₁ муфта пробуксовывает и постепенно разгоняет ведомый вал.

Масса одной колодки

где к — коэффициент режима.