Муфты

Муфтами называются узлы, соединяющие одну часть вала с другой для передачи крутящего момента, защиты от толчков и ударов, включения и выключения ведомой части вала (при непрерывном вращении ведущей), компенсации температурных деформаций длинных валов, облегчения сборки сложных механизмов и т.д. Муфты применяют также в качестве управляющих элементов и различных предохранительных устройств, для предотвращения возможных поломок ведущих и ведомых элементов при внезапном застопоривании движения или резком возрастании передаваемого момента или скорости вращения.

При подборе муфт, в приборостроении исходят из конструктивных особенностей соединяемых частей механизмов, функций, выполняемой муфтой, и величины передаваемого крутящего момента.

Классификация муфт по назначению и конструкции дана на рисунке:

Тип муфты	Передаваемый муфтой крутящий момент	Область применения
Глухая	Любой величины, в зависимости от размеров	Соединение соосных валов, осей, штанг, тяг и т.п.
Расширительная	Определяется размерами соединяемых валов	Соединение соосных валов, имеющих смещение вдоль оси
Поводковая	До 10 кГсм при диаметрах валов 6-8 мм	Соединение источников движения с ведомыми механизмами
Упругая	Определяется размерами муфты и материалом упругой прокладки	Присоединение электродвигателей к механизмам приборов. Соединение валов, олучающих в процессе работы небольшие смещения и перекосы осей (обычно доли миллиметра)
Крестовая	Определяется размерами муфты	Соединение валов, имеющих небольшие параллельные смещения осей (ДО 3-5 мм)
Шарнирная	то же	Соединение валов, расположенных под углом до 25-45 градусов.
Мембранная	Определяется размерами и материалами мембраны	Безлюфтовое соединение валов, расположенных под углом до 2-3 градусов
Карданный валик	До 100 кГсм при диаметрах валиков до 15 мм	Соединение валов, расположенных в параллельных плоскостях на больших расстояниях один от другого. Угол до 15 градусов.
Гибкий валик	До 60 кГсм при диаметре вала 12 мм	Передача вращения между валами, расположенными под любым углом в пространстве. Радиус изгиба не должен быть меньше 40 мм при диаметре гибкого вала 3 мм и меньше 240 мм при диаметре 12 мм
Кулачковая	Определяется размерами муфты	Включение и отключение валов на ходу
Фрикционная	Определяется размерами трущихся частей и силой прижима	Плавное включение и отключение валов на ходу, часто используют в качестве тормоза.
Электромагнитная порошковая	Определяется размерами муфты и электромагнита	Включение и отключение валов на ходу. В некоторых случаях - регулирование скорости вращения.
Магнитоиндукционная	Определяется размерами муфты и магнита	Регулирование скорости вращения. Бесконтактное соединение валов, находящихся в труднодоступных местах.
Предохранительная	Определяется параметрами и регулировкой муфты	Предохранение ведущих элементов при застопоривании движения ведомых механизмов.
Центробежная	Определяется размерами муфты и числом оборотов соединяемых валов	Включение отключение валов при достижении ими определенной скорости вращения
Свободного хода	Определяется параметрами муфты	Передача крутящего момента только в одном направлении
Необратимого движения	то же	Передача крутящего момента от ведущего элемента ведомому в обоих направлениях.

Постоянные соединительные муфты

Глухие муфты

Глухие муфты широко применяют для соединения соосных валов, сборки валов, тяг и осей с целью облегчения их монтажа.

Наибольшее применение имеют втулочные муфты (фиг. 76). Эти муфты требуют полной соосности соединяемых валов; так как выполнить это требование трудно, то между втулкой и валами делают небольшие зазоры (обычно на широкоходовой посадке), а штифты располагают под углом 90° один к другому. Втулку изготовляют из стали, текстолита и других материалов. Основные размеры муфты определяют, исходя из условий равнопрочности втулки с соединяемым валом. Длину втулки берут равной 3—5 диаметрам вала. Размеры штифтов проверяют на срез. Обычно диаметр штифта = 0,25 диаметра вала

Подвижные (компенсирующие) муфты

К подвижным относят муфты, допускающие некоторую подвижность одного из соединяемых валов относительно другого как в осевом, так и в радиальном направлениях. Наиболее распространены расширительные, поводковые, упругие, крестовые, шарнирные и мембранные муфты. Подвижными муфтами являются также карданные и гибкие валики.

Расширительные муфты

Типовые конструкции расширительных муфт, допускающих смещение валов в осевом направлении, показаны на фиг. 77. Недостатком таких муфт является сильный износ стенок пазов. Размеры муфт выбирают, исходя из условий смятия сопрягаемых поверхностей:

Поводковые муфты

Конструкция поводковой муфты показана на фиг. 78, а. На фиг. 78, б и в приведены конструкции облегченных поводковых муфт.

Основным недостатком поводковых муфт является мертвый ход, получающийся вследствие наличия зазора между поводком и вырезом. Для компенсации возникающей при этом ошибки в повороте ведомого вала применяют пружинные прижимы. Конструкции поводковых муфт с выбором мертвого хода показаны на фиг. 79. В муфтах, показанных на фиг. 79, а и б, зазор выбирается плоскими пружинами. В других конструкциях муфт применяют винтовые пружины сжатия (фиг. 79, в), растяжения (фиг. 79, г) или кручения (фиг. 79, д).

Конструкции поводковых муфт, обеспечивающих быстрое сцепление и расцепление соединяемых валов, показаны на фиг. 80

Упругие муфты

Крестовые муфты

Когда соединяемые валы несколько смещены один параллельно другому, применяют крестовые муфты или муфты Ольдгема. На фиг. 82 показаны разновидности этих муфт.

Реальный пример муфты в приводе цепного конвеера

Шарнирные муфты

Некоторые конструкции шарнирных муфт, применяемых для соединения валов, расположенных под углом один к другому, показаны на фиг. 83.

Муфта (фиг. 83, а) имеет в качестве осей шарниров винты, ввернутые в отверстия на цилиндрическом вкладыше. Муфта, приведенная на фиг. 83, б, предназначена для передачи значительных моментов (до 150 000 Гсм при диаметре вала 15 мм). Муфты, показанные на фиг. 83, в и г, допускают, кроме углового, также и продольное смещение валов. Направляющая губка 2, надетая на штифт 1, позволяет уменьшить износ муфты (фиг. 83, г).

Мембранные муфты

Служат для безлюфтового соединения валов, имеющих несоосность (до 1 мм) и небольшие перекосы осей (до 2—3°). Их применяют в отсчетных приспособлениях приборов и аппаратов. Основной деталью в этих муфтах является упругая мембрана (кольцо) 2 (фиг. 84, а), прикрепленная, к неподвижно связанным с соединяемыми валами полумуфтами 1 и 3. Эта муфта не обеспечивает постоянства передаваемой скорости вращения. Для уменьшения искажения скорости применяют двух-мембранную муфту (фиг. 84, б), имеющую две мембраны 1 и 2, соединенные между собой при помощи крестовины 3.

При необходимости получить большие смещения валов (до 3—5°) применяют муфты с 5-образными мембранами 1 (фиг. 84, в и г). Промежуточной деталью здесь является кольцо 2.

Карданные валы

Конструкции карданных валиков, позволяющих соединять валы, находящиеся на значительных расстояниях, показаны на фиг. 85. При этом соблюдают следующие требования: оси соединяемых валов должны быть параллельны одна другой, а вилки среднего карданного валика должны лежать в одной плоскости. При помощи карданных валиков можно передавать крутящие моменты величиной от 1000 до 100 000 Г*см при диаметрах валиков 4—15 мм. Конструкция карданного валика с мощными шарнирами, применяемого для передачи более значительных моментов, показана на фиг. 85, в.

Карданный валик, показанный на фиг. 85, г, служит для соединения валов, имеющих вовремя работы относительные смещения, достигающие нескольких сантиметров. Устройство карданного валика, длина которого может меняться, показано на фиг. 86, а. Такая конструкция способствует выбору вредных зазоров в шарнирах. Конструкция неразъемного шарнира показана на фиг. 86,6, а разъемного — на фиг. 86, в.

В некоторых случаях (при передаче небольших крутящих моментов) вместо карданных шарниров можно использовать мембранные муфты и получить конструкцию карданного валика, показанного на фиг. 86, г.

Гибкие валики

Эти валики применяют для передачи вращения при любом расположении ведущего и ведомого валов. Гибкий валик (фиг. 87) состоит из нескольких рядов навитой стальной проволоки. Наиболее употребительные диаметры валиков 1,5—10 мм при любой длине (до нескольких метров). Для предохранения от повреждений и загрязнения, а также для сохранения смазки гибкие валики заключают в оболочки. На фиг. 87 показаны различные способы закрепления концов гибких валиков и их оболочек.

Сцепные управляемые муфты

Сцепные управляемые муфты применяют для включения или отключения ведомого вала на ходу. Эти муфты требуют соблюдения строгой соосности соединяемых валов, отклонение от соосности ухудшает работу муфт и приводит к быстрому их износу. К сцепным управляемым муфтам относят кулачковые, фрикционные, электромагнитные порошковые и магнитоиндукционные муфты.

Включение кулачковых муфт может производиться только на тихом ходу скоростях вращения, не превышающих 100 об/мин. Фрикционные муфты допускают более высокие скорости — до 4000 — 5000 об/мин. Порошковые муфты — до 10 000—12 000 об/мин.

Кулачковые муфты

Кулачковые муфты состоят из двух частей — подвижной и неподвижной. Подвижная часть может перемещаться вдоль одного вала, неподвижная — жестко закреплена на другом валу. На их торцах имеются кулачки или зубья, посредством которых осуществляется сцепление муфты. На фиг. 88, а показана схема кулачковой муфты и приведены наиболее распространенные профили зубьев (кулачков).

Для легкого включения и выключения муфты употребляют профили зубьев I и II (фиг. 88, а), для реверсивных муфт при передаче значительных усилий — профили III, IV, V. Профиль VI обеспечивает быстродействие муфты.

Конструктивное оформление кулачковых муфт с фиксацией подвижных частей шариковыми фиксаторами показано на фиг. 88, б и в.

Фрикционные муфты

Назначение фрикционных муфт — плавное, без ударов, сцепление на ходу двух валов и быстрое или медленное их расцепление. Работа фрикционных муфт основана на возникновении трения между соприкасающимися частями, имеющими форму дисков или конусов. Схемы конических фрикционных муфт показаны на фиг. 89, а и б. В этих муфтах рабочие части 3 и 4 прижимаются одна к другой пружиной 2, силу которой можно регулировать перемещением втулки 1.

Конструкции фрикционных муфт, в которых прижим рабочих поверхностей осуществляется клиновым зажимом, показаны на фиг. 89, в и г. В муфте, показанной на фиг. 89, г, вместо металлических конусов применены резиновые шайбы.

В фрикционных муфтах, применяемых в качестве элементов дистанционного управления различными механизмами и установками, прижим рабочих поверхностей можно осуществить при помощи электромагнитов. Наибольшее распространение получили дисковые электромагнитные муфты (фиг. 90).

Электромагнитные порошковые муфты

Работа этих муфт основана на свойстве жидких и порошкообразных смесей, включающих ферромагнитные частицы, изменять свою структуру в магнитном поле.

Различают жидкостные порошковые муфты (смесь ферромагнитного порошка — карбонильного железа — с маслом) и сухие порошковые муфты (смесь ферромагнитного порошка с тальком, графитом, окисью магния или окисью цинка). Обычно диаметр зерен ферромагнитного порошка лежит в пределах 0,5—10 мкм. Отношение весовых частей порошка и масла порядка 5:1. Применяют машинное и трансформаторное масло или керосин, однако наилучшими являются кремнийорганические соединения (силиконовые масла), отличающиеся постоянством вязкости в широком диапазоне рабочих температур, чем достигается стабильность работы муфт. По форме рабочих поверхностей порошковые муфты делят на две группы — дисковые (фиг. 92) и цилиндрические (фиг. 93). Габариты цилиндрических муфт обычно меньше, чем дисковых, при равных передаваемых крутящих моментах.

Часто ведомую часть муфты для облегчения выполняют в виде полого стакана (фиг. 94). Это способствует уменьшению времени срабатывания муфты. Иногда для устранения скользящих контактов обмотку помещают в неподвижном корпусе, как это показано на фиг. 94.

Для защиты подшипников муфт от попадания в них ферромагнитного порошка предусматривают уплотнения, лабиринты или устанавливают магнитоулавливатели (фиг. 95).

Сухие порошковые муфты не требуют создания сложных защитных уплотнений, но работают менее плавно, чем жидкостные.

Магнитоиндукционные муфты (муфты скольжения)

Они состоят из двух частей — индуктора 1 и якоря 2 (фиг. 97). В качестве индуктора используется или электромагнит, или постоянный магнит. При вращении какой-либо из частей муфты магнитное поле, создаваемое индуктором, пересекает якорь и индуцирует в нем токи. При взаимодействии этих токов с магнитным полем индуктора возникают силы, увлекающие за собой ведомую часть муфты. Магнитоиндукционные муфты часто используют в качестве регулятора скорости.

Схема регулирования скорости вращения зеркального барабана светолучевого осциллографа, использующая муфту скольжения с постоянным магнитом, показана на фиг. 98. На ведущем валу 1 укреплен постоянный магнит 2, который может вращаться внутри стальной чашки 3. Таким образом, магнитный поток этого магнита замыкается через чашку, пронизывая медное кольцо 4. В этом кольце при вращении магнита 2 возникают токи, которые создают силы, приводящие в движение чашку 3 и связанный с ней барабан 5. С другой стороны барабана расположены вторая чашка в и постоянный магнит 7, служащие тормозом. Вдвигая или выдвигая магнит из чашки, можно в широких пределах очень плавно менять скорость вращения барабана.

Сцепные самоуправляющиеся муфты

Самоуправляющимися называют сцепные муфты, в которых сцепление и расцепление соединяемых валов происходит автоматически — при изменении какого-либо из параметров, характеризующих нагрузку или движение валов: крутящего момента, скорости вращения, направления вращения и т. д.

Предохранительные муфты

Предохранительные муфты защищают ведомые механизмы приборов от перегрузок или повышенных скоростей. Наибольшее распространение получили муфты, которые при нагрузке или скорости, превышающих допустимую, начинают проскальзывать. В приборостроении применяют шариковые и роликовые предохранительные муфты, рассчитанные обычно на передачу моментов 1000 — 20 000 Г*см.

Шариковые предохранительные муфты

Работа таких муфт основана на взаимодействии подпружиненных шариков с соответствующими углублениями или вырезами.

Конструкции таких муфт показаны на фиг. 99.

Нерегулируемая муфта (фиг. 99, а) рассчитана на передачу крутящего момента определенной величины. В муфтах, показанных на фиг. 99, б и в, передаваемый момент может быть изменен с помощью винтов (фиг. 99, б)или конической гайки (фиг. 99, в).

В муфте, показанной на фиг. 99, г, шарики, находящиеся под воздействием пружин, при передаче вращения захватывают за выступы ведомой части муфты. Величину передаваемого крутящего момента можно регулировать, изменяя силу прижима шарика.

Роликовая предохранительная муфта

Величина передаваемого момента регулируется пружиной 1 и винтом 2. Положение винта фиксируется пружинящими стержнями 3, что позволяет легко протарировать натяжение пружины за каждый оборот винта.

Центробежные муфты

Одна из конструкций центробежной предохранительной муфты показана на фиг. 101. Эта муфта отключает ведомый вал при превышении муфтой заданного числа оборотов.

Кроме того, муфта, как и обычные фрикционные муфты, не будет передавать крутящий момент, превышающий заданный (определяемый трением между колодками 1 и втулкой 2). Муфту регулируют на заданное число оборотов и передаваемый крутящий момент натяжением пружин 3 при помощи винтов 4.

Муфты свободного хода

Муфты свободного хода (обгонные муфты) отличаются тем, что передают вращение ведомому валу только в одном направлении, независимо от направления вращения ведущего вала.

Такой муфтой например соединяется задняя звездочка с колесом на велосипеде, не давая педалям бить по ногам велосипедиста если велосипед катится.

Муфты необратимого движения (невозвратные муфты)

Эти муфты применяют, когда недопустима передача вращения от ведомого вала к ведущему, в то же время передача вращения от ведущего вала к ведомому возможна в обоих направлениях.

Литература

Справочник "Приборостроение и средства автоматики" под ред. д.т.н. А.Н.Гаврилова. М. Машиностроение 1964 г.

НАЗАД

С 2013 года сайт переезжает на МУФТА.РФ