Большая советская энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия . 1969-1978 .

Смотреть что такое "Предохранительная муфта" в других словарях:

предохранительная муфта - Защитная арматура для предохранения провода от повреждения при возможном ударе об арматуру. [ГОСТ 17613 80] Тематики арматура линейная Обобщающие термины арматура …

предохранительная муфта - apsauginė mova statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. overload coupling; safety clutch vok. Überlastkupplung, f; Sicherheitskupplung, f rus. предохранительная муфта, f pranc. manchon de protection, m … Automatikos terminų žodynas

Предохранительная муфта - 58. Предохранительная муфта Защитная арматура для предохранения провода от повреждения при возможном ударе об арматуру Источник: ГОСТ 17613 80: Арматура линейная. Термины и определения оригинал документа … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Муфта приводов, предназнач. для защиты машины от перегрузок; при перегрузке машины полумуфты расцепляются или проскальзывают … Большой энциклопедический политехнический словарь

предохранительная муфта с неразрушающимся звеном - Предохранительная муфта, у которой выключение при превышении номинального значения крутящего момента осуществляется за счет окружных сил, превышающих силы трения между соединительными элементами и полумуфтами. [ГОСТ Р 50371 92] Тематики муфты… … Справочник технического переводчика

предохранительная муфта с разрушающимся звеном - Предохранительная муфта, у которой выключение при превышении номинального значения крутящего момента осуществляется за счет разрушения соединительных элементов. [ГОСТ Р 50371 92] Тематики муфты Обобщающие термины виды механических муфт … Справочник технического переводчика

предохранительная муфта с треугольным зубом - Предохранительная муфта с неразрушающимся звеном, которая выключается за счет осевых сил, возникающих при передаче крутящего момента на взаимодействующих поверхностях торцовых треугольных зубьев полумуфт. [ГОСТ Р 50371 92] Тематики муфты… … Справочник технического переводчика

предохранительная муфта со срезными пальцами - Предохранительная муфта с разрушающимся звеном, которая выключается за счет разрушения цилиндрических пальцев, установленных в полумуфтах параллельно оси муфты. [ГОСТ Р 50371 92] Тематики муфты Обобщающие термины типы механических муфт … Справочник технического переводчика

предохранительная муфта со срезными штифтами - Предохранительная муфта с разрушающимся звеном, которая выключается за счет разрушения цилиндрических штифтов, установленных перпендикулярно оси муфты в обеих полумуфтах и имеющих утонение на границе касания полумуфт. [ГОСТ Р 50371 92] Тематики… … Справочник технического переводчика

предохранительная муфта с полукруглой срезной шпонкой - rus муфта (ж) с поворотной шпонкой, предохранительная муфта (ж) с полукруглой срезной шпонкой eng rolling key clutch, half round key clutch, radial key clutch, rocking key clutch fra embrayage (m) à clavette tournante / pivotante / rotative /… … Безопасность и гигиена труда. Перевод на английский, французский, немецкий, испанский языки

Эти муфты служат для ограничения пе­редаваемого момента и предохранения частей механизмов от поломок при пере­грузках, превышающих расчетные.

Втулочные муфты со срезным штифтом

Размеры муфты (рис. 7) принимают

L = (3…5)d B ,

D= (1,5…1,8)d B

или берут из табл. 1.

Рис. 7. Предохранительная втулочная муфта со срезным штифтом

Исходными данными являются:

1. Наибольший номинальный вра­щающий момент T ном, передаваемый муф­той, Н·мм.

2. Расчетный вращающий момент Т срабатывания муфты Н·мм, во избежание случайных включений муфты берут Т = 1,25Т ном.

3. Радиус расположения поверхности среза r, мм.

4. Материал предохранительного штиф­та: среднеутлеродистые стали.

5. Временное сопротивление разрыву (в зависимости от марки стали штифта) σ в, МПа.

Для расчета из табл. 22 берут коэффици­ент пропорциональности К между предела­ми прочности на срез и на разрыв.

При проектированном расчете для вы­бора Kпредварительно задается d.

Расчетный предел прочности на срез штифта, МПа

τ ср = К·σ в.

Диаметр предохранительного штифта (проектировочный расчет), мм

Предельный вращающий момент, Н·мм, при котором происходит срез штифта (проверочный расчет),

22. Коэффициент пропорциональности К

Значения К приведены для муфт с осевым расположением штифтов. В муфтах с радиальным расположением штифта коэффициент К следует увеличивать на 5-10%.

Кулачковые, шариковые и фрикционные предохранительные муфты

23. Кулачковые, шариковые и фрикционные предохранительные муфты

Муфты общемашиностроительного применения предназначены для предохране­ния привода от перегрузок при передаче вращающего момента от 4 до 400Н·м, клима­тических исполнений: У и ТС категорий 2-4, УХЛ и О категорий 3.1, 4, 4.1, 4.2 по ГОСТ 15150 для эксплуатации без смазки (всухую), У и Т категорий 1-5, УХЛ и О ка­тегорий 3.1, 4, 4.1, 4.2, 5 по ГОСТ 15150 для эксплуатации в масляной ванне.

Предохранительная кулачковая муфта по ГОСТ 15620-93

Предохранительная шариковая муфта по ГОСТ 15621-77

Допускаемое отношение моментов срабатывания Тмакс/Тном ≤ 1,3. Полумуфты изготовляют трех исполнений:

1 - с цилиндрическим посадочным отверстием и шпоночным пазом по ГОСТ 23360-78;

2 - со шлицевым посадочным отверстием, соответствующим соединению средней серии по ГОСТ 1139-80;

3 - с эвольвентным шлицевым отверстием по ГОСТ 6033-80.

Размеры, мм

Предохранительная фрикционная муфта по ГОСТ 15622-96

*ГОСТы предусматривают 2-й ряд для исполнения 1 как менее предпочтительный.

ГОСТ 15622-96 предусматривает муфты с моментом Т до 16000Н·м.

Для размера b предельные отклонения по ГОСТ23360-78.

n- допускаемая частота вращения.

По ГОСТ 1Ьб22-96 материал фрикционной пары при относительной скорости скольжения: до 3 м/с – сталь по стали; свыше 3 м/с – бронза по стали.

Допускаемое давление на фрикционных поверхностях – не более 0.6МПа

Пружины – по ГОСТ 13766-86.

Пример условного обозначения предохранительной кулачковой муфты с но­минальным вращающим моментом 63Н·м, диаметром посадочного отверстия 25мм, исполне­ния 1, климатического исполнения У и категории 3:

Муфта 63-25-У3 ГОСТ 15620-93.

То же, исполнения 2 с наружным диаметром шлицев d = 25мм:

Муфта 63-6×21×25×5-У3 ГОСТ 15620-93

То же, исполнения 3 с номинальным диаметром зубьев шлицев, d= 25мм, модулем m= 1,5мм:

Муфта 63-25×1,5-У3 ГОСТ 15620-93

23,а. Обозначение посадочных отверстий муфт с прямобочными шлицами по ГОСТ 1139-80

Размеры, мм

24. Элементы кулачковых предохранительных муфт

Основные размеры кулачковых предохранительных муфт те же, что и основные размеры кулачковых муфт (см. табл. 14).

Грань кулачка, расположенная под углом 30°, является рабочей.

Направление вращения валов - в одну сторону, согласно расположению граней.

Сила на кулачках:

Размеры, мм

Штифты цилиндрические по ГОСТ 3128-70; 1,5×18; 2×18; 3×18; 4×30; 5×30; 6×45; 8×45; 10×45.

Материал: втулок-сталь 40Х, твердость 49,5 HRCэ; пробок-сталь 30, твердость 36,5 HRСэ.

Пружинно-кулачковые муфты

Предохранительные пружинно-кулачко­вые муфты (рис. 8) рассчитывают на кон­тактную прочность и изгиб так же, как и сцепные кулачковые муфты.

Допускаемый вращающий момент по контактным напряжениям, Н·мм,

где D – средний диаметр кулачков, мм; обычно D выбирается в пределах 1,25-2,5 диаметра вала;

z – число кулачков;

b – ширина ку­лачков, мм;

h – высота кулачков, мм;

р – допускаемое номинальное давление, принимают равным 30МПа.

Допускаемый вращающий момент по изгибу (определяют для кулачков с плоски­ми гранями при z > 11)

где z 1 – расчетное число кулачков, равное 1/2-1/3 общего числа кулачков;

[σ и ] – допускаемое напряжение на из­гиб, МПа, выбирают по пределу текучести с запасом не ниже 1,5;

l – толщина кулачков у основания, см; при беззазорном сцеплении:

где a – угол наклона рабочих граней, прак­тически принимают не более 65°.

Потребную силу сжатия пружины Р пр, Н, для передачи вращающего момента опреде­ляют из следующих уравнений:

где Т р – расчетный вращающий момент, мм; Н·мм; Т р = 1,3Т ном (Т ном - наиболь­ший номинальный вращающий момент);

D – средний диаметр кулачков, мм;

а – угол наклона рабочих граней, граду­сы;

р 1 – угол трения между кулачками (для стали 5-6°);

f 2 – коэффициент трения в шлицевом (шпоночном) соединении (для стали 0,15- 0,16);

d – диаметр вала, мм.

Формула (1) не учитывает сил трения в кулачках и в шлицевом соединении, что соответствует работе муфты при длительной перегрузке. При мгновенных перегрузках предполагается действие сил трения и расчет ведут по формуле (2).

Для, надежности работы муфты кромки кулачков следует закруглять.

26. Камни для перевода муфт

Размеры, мм

Материал:

для типа А – чугун СЧ20, текстолит, бронза;

для типа Б – сталь 40Х, твердость 49,5 HRCэ.

В качестве предохранительных (проскальзывающих) муфт могут быть использованы различные фрикционные и кулачковые муфты, а также муфты специальной конструкции.

Фрикционные муфты

В предохранительных фрикционных муфтах сжатие дисков происходит под действием пружины, сила которой рассчитана так, что при возрастании крутящего момента свыше допустимой величины диски начинают проскальзывать и при вращающейся ведущей части муфты ведомая остается неподвижной.

Так как фактическая величина коэффициента трения может значительно отличаться от расчетной, то и момент, при котором муфта срабатывает, может колебаться в значительных пределах.

Кулачковые муфты

Кулачковые проскальзывающие муфты со скошенными торцовыми кулачками аналогичны муфтам, применяемым в рассмотренных выше механизмах, размыкающих кинематическую цепь при возрастании крутящего момента. Отличие заключается в том, что при возрастании момента не происходит размыкания кинематической цепи и муфта работает как трещотка, что вызывает повышенный износ муфты.

Рис. 13 Предохранительные муфты

Шариковые муфты

Из числа многочисленных специальных конструкций муфт значительным распространением пользуются шариковые муфты. Один из вариантов шариковой муфты представлен на рис. 13а. Предохранительная муфта связывает шестерню 3 с диском 5. Связь осуществляется с помощью шариков 4, расположенных в отверстиях, выполненных в теле шестерни 3. Шарики заходят также в отверстия диска 5. К диску в шарики прижимаются пружинами 6. Натяжение пружин, а соответственно и величина передаваемого крутящего момента, регулируется с помощью гайки 1, перемещающей плунжер 2. При перегрузке кромки отверстий диска 5 отжимают шарики и муфта работает как трещотка.

Усилие пружин может быть определено в соответствии с методикойдля расчета кулачковых муфт. Углом подъема в данном случае является угол между касательной к шарику и торцовой плоскостью диска 5.

Специальные муфты

Предохранительные устройства со срезными штифтами и шпонками применяются в тех случаях, когда перегрузка является редким случаем и возникает только в аварийных условиях. В качестве примера предохранительного устройства со срезным штифтом приведена нормализованная муфта (рис. 13, б). В полумуфты 1 и 5 запрессованы закаленные втулки 2 и 4 из стали 40Х. Через отверстия втулок проходит срезной штифт 3, который обычно изготовляется из наиболее прочного материала. При перегрузке штифт срезается и должен быть заменен новым.

Применяя для изготовления штифта, материал высокой прочности исключают возможность случайной замены штифта малой прочности штифтом более высокой прочности, что могло бы привести к поломке механизмов машины.

• 829 просмотров

Предохранительные муфты разъединяют валы при превышении величины вращающего момента, предохраняя механизм от перегрузки. Предохранительные муфты необходимо устанавливать: в машинах ударного действия; а машинах обрабатывающих неоднородную среду, в которой возможны твердые включения; в автоматических машинах и устройствах в связи с отсутствием непрерывного наблюдения за их работой.

Предохранительные муфты с разрушающимся элементом (рис. 8.12а ) применяются при редких перегрузках. Разрушающиеся элементы выполняют в виде штифтов из среднеуглеродистой улучшенной стали, прочность которых рассчитана на строго определенный вращающий момент. В случае перегрузки штифт срезается.

Такие муфты компактны, их удобно располагать близко к источникам перегрузки. Недостатки: необходимость замены штифтов при каждом срабатывании муфты.

Пружинно-шариковые предохранительные муфты (рис. 8.12б ) широко применяют при небольших скоростях и передаваемых моментах. Они обеспечивают высокую точность срабатывания, имеют возможность регулировки силы сжатия пружин, и, следовательно, регулировки в небольшом диапазоне моментов. При перегрузках муфта прощелкивает. Сцепление автоматически восстанавливается после прекращения действия перегрузки.

Кроме перечисленных, применяются предохранительные муфты других типов: пружинно-кулачковые, фрикционные муфты и т.д.

Обгонные муфты

Обгонные муфты (муфты свободного хода) передают момент в одном направлении и допускают свободное относительное вращение в противоположном.

Роликовая обгонная муфта (рис. 8.13) состоит из звездочки, кольцевой обоймы, роликов, пружин и толкателей. При вращении звездочки по часовой стрелке, ролики закатываются в суживающиеся полости и заклиниваются между звездочкой и обоймой. При обратном вращении ролики выкатываются в широкую часть полостей и муфта расцепляется.

Достоинства роликовых обгонных муфт: отсутствие мертвых ходов при наличии некоторой угловой податливости, важной для смягчения ударов, и почти бесшумная работа.

Для тихоходных валов применяют также зубчато-храповые и кулачково-храповые муфты.

Центробежные муфты

Центробежные муфты автоматически включаются при достижении определенной частоты вращения и выключаются при падении частоты вращения. Такие муфты применяются для разгона механизмов и машин с малыми пусковыми моментами и облегчения пуска.

Центробежные муфты (рис. 8.14) представляют собой фрикционные муфты, у которых механизм управления заменен специальными грузами, которые, двигаясь по направляющим под действием центробежных сил, прижимается к поверхности и тем самым включает муфту.

Рис. 8.14. Центробежная муфта

Подбор муфт

Подбор муфты начинается с выбора типа муфты на основании анализа условий работы машины, путем сравнения эксплуатационных характеристик муфт, их стоимости, массы, габаритов, технологических возможностей для изготовления и т.д.

Параметрами для выбора типоразмера выбранного типа муфты служат расчетный вращающий момент , частота вращения валов n и номинальные диаметры соединяемых валов и .

Расчетный вращающий момент вычисляется по формуле:

где - номинальный вращающий момент;

Табличное значение максимального вращающего момента, передаваемого муфтой.

Коэффициент, учитывающий режим работы (ее динамическую составляющую): При спокойной работе и небольших разгоняемых при пуске массах k = 1,1…1,5; при неравномерной работе с толчками и средних разгоняемых массах k = 1,5…2,0; при ударной нагрузке и больших разгоняемых массах k = 2,5…3,0.

По таблицам справочников, из подходящих по условиям работы типов муфт, подбираются муфты по посадочному диаметру валов с минимальным значением вращающего момента муфты (но не меньше расчетного вращающего момента ). При этом скорость вращения валов не должна превышать максимальной скорости вращения муфты. Если соединяются валы разного диаметра, то подбор муфт идет по большему посадочному диаметру.

При выборе муфт можно столкнуться с ситуацией, когда по справочным таблицам невозможно подобрать муфту с диаметром посадочного отверстия, равным диаметру вала двигателя или редуктора. В этом случае предполагается, что муфта будет изготовлена по размерам из справочника, но с отверстием в одной из полумуфт по диаметру вала.

Список литературы

1. Подшипники качения. Сборник стандартов. В 2-х т. Т. 1. – М.: Изд-во стандартов, 1989 – 439 с.

2. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3-х т. Т. 2. – М.: «Машиностроение», 1980 – 559 с.

3. Бабкин А.И. Проектирование цилиндрических и конических зубчатых передач. Учебно-методическое пособие для курсового проектирования. – Северодвинск: РИО Севмашвтуза, 2006 – 70 с.

4. Бабкин А.И. Проектирование клиноременных передач. Учебно-методическое пособие для курсового проектирования. – Северодвинск: РИО Севмашвтуза, 2006 – 43 с.

5. Бабкин А.И. Проектирование цепных передач. Учебно-методическое пособие для курсового проектирования. – Северодвинск: РИО Севмашвтуза, 2006 – 23 с.

6. Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин – М.: Высшая школа, 2001 – 447 с.

7. Иванов М.Н. Детали машин – М.: Высшая школа, 1991 – 383 с.

8. Иосилевич Г.Б. Детали машин – М.: Машиностроение, 1988 – 368 с.

9. Курмаз Л.В., Скойбеда А.Т. Детали машин. Проектирование – Минск.: УП «Технопринт», 2002 – 290 с.

10.Решетов Д.Н. Детали машин – М.: Машиностроение, 1989 – 496 с.

11.Шейнблит А.Е. Курсовое проектирование деталей машин – Калининград.: Янтар. сказ, 2004 – 454 с.

12.Шелофаст В.В. Основы проектирования машин – М.: Изд-во АПМ, 2000 – 472 с.

24 Ноября 2011 Общие сведения

Рабочий процесс многих машин и механизмов имеет динамический характер, сопровождающийся кратковременными (пиковыми) повышениями нагрузки. Кроме того, увеличение нагрузки может быть вызвано нештатными ситуациями в работе машины: прекращением подачи смазки, забиванием рабочих органов, заеданием и др. Расчет механизмов по таким максимальным нагрузкам привел бы к ненужному утяжелению и удорожанию машины. Поэтому часто проектирование ведется исходя из номинальных нагрузок, а для предотвращения поломок деталей при перегрузках применяют предохранительные устройства. Функции предохранительного звена могут выполнять и элементы привода, допускающие проскальзывание. Так, в гидроприводах перегрузки предотвращаются предохранительными клапанами.

При передаче крутящего момента между валами для защиты от перегрузок применяются предохранительные (перегрузочные) муфты. Иногда их еще называют муфтами предельного момента. Их устанавливают в машинах ударного действия; в машинах, обрабатывающих неоднородную среду; в автоматических машинах и устройствах; в ответвляющихся цепях кинематических цепей машин, передающих небольшую часть мощности приводного двигателя (приводы подачи металлорежущих станков). Поскольку предохранительные муфты не могут устранить возникающие несоосности валов, нередко их комбинируют с компенсирующими муфтами.

Предохранительные муфты по принципу действия разделяются на: муфты с разрушающимся элементом (не рассматриваются); фрикционные (рис. 1, а ); пружинно-кулачковые (рис. 1, б ); магнитные (рис. 1, в ). Пружинно-кулачковые муфты имеют ряд разновидностей, в которых кулачки заменены шариками или роликами.

Фрикционные муфты (рис. 1, а) являются простейшими по конструкции. Они применяются при частых кратковременных перегрузках, главным образом ударного действия.

Фрикционная муфта (рис. 2 ) состоит из ступицы 1 , подвижного нажимного диска 2 , фрикционных накладок 3 (не содержащих асбеста!), регулировочной гайки 4 , стопорного винта 5 , тарельчатых пружин 6 , подшипника скольжения (втулки) 7 , датчика вращения 8 (опционально), стопорного винта 9 . Между фрикционными накладками устанавливаются либо стандартизованные звездочки или шкивы, либо фланец. Принцип работы такой муфты прост: тарельчатые пружины через нажимное кольцо создают осевое усилие, прижимая фрикционные накладки к ступице и фланцу (звездочке). При превышении действующим моментом момента трения, фланец (звездочка) прокручивается по втулке, являющейся подшипником скольжения. Изменяя количество и взаимное расположение тарельчатых пружин, производители получают муфты с различным передаваемым моментом. Применение датчика вращения позволяет контролировать время проскальзывания муфты и снижает риск ее повреждения.

При действии перегрузки (рис. 3 ) муфта проскальзывает, и вращение выходного вала прекращается. Соединение валов восстанавливается автоматически без прекращения передачи момента при проскальзывании.

Вместо подшипника скольжения в муфтах нередко устанавливают игольчатый подшипник. Применение подшипника качения оправдано при частых срабатываниях муфты, при высоких скоростях скольжения, при больших радиальных нагрузках и при высоких требованиях к точности взаимного расположения вала и приводного элемента (например, при установке зубчатого колеса).

Производители (фирмы KTR, Mayr, Ringspann ) предлагают муфты с диапазоном передаваемого крутящего момента T=2…50 000 Нм при диаметре вала d=20…200 мм соответственно. Важным параметром является максимально допустимая относительная скорость проскальзывания n s , мин -1 . С ростом размеров муфты скорость уменьшается. Так, для муфты с диаметром вала d=20 мм допустимая скорость скольжения в течение t S =1 с может достигать n S = 8 500 мин -1 , а для d=200 мм снижается до n S =700 мин -1 .

Пружинно-кулачковые предохранительные муфты (рис. 1, б ) отличаются от фрикционных муфт повышенной точностью срабатывания, т.к. упругие свойства пружин более стабильны, чем коэффициент трения фрикционных элементов. Преимуществом пружинно-кулачковых муфт специальных конструкций является также отсутствие мертвого хода и высокая крутильная жесткость, что очень важно в приводах с обратной связью (сервоприводах). Однако, при высоких скоростях такие муфты не применяются, т.к. подвергаются многократным перегрузкам вследствие повторных самовключений. Мак-симальные передаваемые моменты у этих муфт также ниже, чем у фрикционных.

Пружинно-кулачковые муфты делятся на кулачковые (рис. 4, а ), шариковые (рис. 4, б ) и кулачково-роликовые (рис. 4, в ). В кулачковых муфтах рабочие поверхности кулачков делают не плоскими, а выполненными по винтовой линии. Обработка таких поверхностей технологически сложна. Поэтому наибольшее распространение получили шариковые муфты, которые легче изготавливать. В них кулачки заменены шариками, а трение скольжения частично заменено трением качения. В кулачково-роликовых муфтах используются радиально установленные ролики, сопрягающиеся с ответными пазами.

Пружинно-шариковая муфта (рис. 5 ) состоит из ступицы 1 , подвижного нажимного диска 2 , обоймы с шариками 3 , регулировочной гайки 4 , тарельчатых пружин 5 , упорного игольчатого подшипника 6 , подшипника скольжения 7 и выходного фланца 8 . Принцип работы такой муфты следующий: тарельчатые пружины через нажимное кольцо создают осевое усилие, прижимая шарики к гнездам в ступице и фланцу (рис. 4, б ); при превышении действующим моментом допустимой величины шарики выходят из гнезд и передача вращения прекращается.

В отличие от фрикционных пружинно-шариковые муфты имеют различные варианты восстановления соединения валов (рис. 6 ). При срабатывании муфты, представленной на рис. 5 , прекращается вращение выходного вала, однако, на него передается остаточный крутящий момент (рис. 6, а ). Включение муфты происходит автоматически после прекращения действия перегрузки и поворота полумуфт на целое число угловых шагов шариков.

Если в конструкцию муфты между подвижным диском и пружинным блоком добавить запорный механизм (рис. 7 ), замыкающий подвижную полумуфту при срабатывании, то восстановление вращения возможно только вручную или внешним исполнительным механизмом. Диаграмма муфты с подобным механизмом представлена на рис. 6, б .

В некоторых конструкциях, например, в подъемных машинах, прерывание передачи крутящего момента недопустимо, а при перегрузке необходима сигнализация. Тогда в базовую конструкцию муфты (рис. 5 ) вводят ограничитель хода подвижного диска (рис. 8, а ). При срабатывании муфты подвижный диск отходит от неподвижного до упора в ограничитель. Муфта выдерживает 4-х кратное превышение нагрузки от номинального значения. При перемещении срабатывает бесконтактный (рис. 8, б ) или контактный датчик. Диаграмма работы такой муфты представлена на рис 6, в . Необходимо отметить, что датчик срабатывания может быть установлен и в другие типы муфт, генерируя сигнал о срабатывании.

В конструкциях некоторых машин и агрегатов необходимо выдерживать точное взаимное угловое положение ведущего и ведомого звеньев. По признаку взаимного углового положения валов муфты делятся на храповые и синхронные. Муфта, изображенная на рис. 5 , имеет храповое исполнение.

В муфте храпового исполнения после прекращения действия перегрузки шарики занимают следующую свободную позицию, а, следовательно, взаимное положение валов произвольное.

На рис. 9 представлена кулачково-роликовая пружинная муфта, восстанавливающая соединение только при повороте полумуфт на 360° (45°, 60°, 90° или 180°). Это муфта синхронного действия. Принцип работы аналогичен рассмотренной пружинно-шариковой муфте. Строго определенное взаимное положение валов достигается неравномерным угловым положением кулачков и ответных роликов (рис. 4, в ). Синхронное исполнение могут иметь также пружинно-шариковые муфты (рис. 11, б, 12, б, 13, б ).

Производители пружинно-шариковых (кулачковых) муфт (фирмы KTR, Mayr, Ringspann ) предлагают муфты с диапазоном передаваемого крутящего момента T=2,5…6 000 Нм при диаметре вала d=20…150 мм соответственно. Для муфты с диаметром вала d=20 мм допустимая скорость скольжения в течение t S =1 с составляет n S = 4 300 мин -1 , а для d=150 мм снижается до n S =600 мин -1 .

В современных машинах широкое распространение получили системы с датчиком обратной связи (сервоприводы). Чаще всего датчик обратной связи устанавливается на двигателе (серводвигателе), а перемещения приводимого механизма отслеживают по числу оборотов двигателя. Например, именно на этом принципе работает большинство станков с ЧПУ. Однако, если элементы, расположенные в кинематической цепи после двигателя (муфты, редукторы и т.д.) имеют малую крутильную жесткость и (или) мертвый ход, то при реверсе нагрузки в системе подсчета перемещения возникает несоответствие между числом оборотов вала двигателя (с учетом передаточных отношений) и реальным значениями.

Для решения этой проблемы производители предлагают предохранительные муфты с отсутствием мертвого хода (рис. 11, 12, 13 ). Отсутствие люфта достигается за счет повышения точности изготовления элементов муфты, и, прежде всего, узла передачи момента. Равномерное распределение нагрузки между шариками обеспечивает высокую крутильную жесткость. На рис. 10 , а представлена сравнительная зависимость между крутящим моментом и углом закручивания стандартной муфты и муфты с отсутствием люфта.

Для прецизионных муфт часто подбирают такую тарельчатую пружину, чтобы рабочий диапазон хода приходился на нисходящую ветвь диаграммы усилий пружины (рис. 10, б ). Это позволяет увеличить скорость и точность срабатывания муфты.

По конструкции и принципу работы муфты с отсутствием мертвого хода аналогичны описанным выше пружинно-шариковым муфтам. На рис. 11 - 13 представлены муфты фирм Mayr, KTR и R+W с узлами передачи крутящего момента. Муфты имеют как храповое, так и синхронное исполнения; исполнения с запорным механизмом; исполнения без прерывания передачи момента с генераций электрического сигнала; могут быть оборудованы датчиком срабатывания.

Рассмотрим оригинальные конструкторские решения, отличающие беззазорные муфты различных производителей. Помимо требований к точности и отсутствию люфта в сервоприводах стремятся уменьшить массовый момент инерции (массу) приводимых частей. Уменьшение массы позволяет снизить требования к мощности дорогостоящего серводвигателя. В конструкции муфты Syntex фирмы KTR (рис. 12) крутящий момент передается через специальную тарельчатую пружину, имеющую посадочные места для шариков. Совмещение функций нажимной пружины и подвижного фланца снижает массу узла передачи момента. С другой стороны, технология изготовления специальной тарельчатой пружины усложняется.

Почти во всех муфтах для повышения точности хода выходного фланца и уменьшения общих габаритов узла подшипник скольжения меняется на подшипник качения. В конструкции муфт фирмы R+W (рис. 13 ) применяются интегрированные подшипники. Это позволяет уменьшить массу подшипникового узла и размеры выходного фланца. Однако усложняется технология производства муфты (необходимость выполнения дорожек качения, сложность сборки и т.д.)

Кроме шпоночного соединения в муфтах широко применяются фрикционные зажимные ступицы (рис. 11 - 13 ). Их применение облегчает сборку при гарантированном отсутствии зазоров в соединении муфта - вал. О типах зажимных муфт и особенностях их применения мы уже писали (РИТМ №8, 2008 г.)

Предохранительные муфты не компенсируют несоосность валов. Для этого существуют компенсирующие муфты. При необходимости установки в механизме двух типов муфт можно приобрести комбинированную муфту (рис. 14 ). В компенсирующей части такой муфты применяются муфты: упругие с эластомерной звездочкой (рис. 14, а, б ), сильфонные (рис. 14, в ), зубчатые, дисковые.

Производители пружинно-шариковых муфт с отсутствием мертвого хода предлагают муфты с диапазоном передаваемого крутящего момента T=15…2 800 Нм при диаметре вала d=4…100 мм соответственно. Для муфты с диаметром вала d=4 мм допустимая скорость скольжения составляет n S = 4 000 мин -1 , а для d=100 мм снижается до n S =250 мин -1 .

Длительное скольжение во фрикционных муфтах привело бы к большому износу поверхностей трения. Поэтому в случаях необходимости длительного скольжения применяют муфты, основанные на использовании в качестве передаточного звена жидкости или сил магнитного взаимодействия. На рис. 1 , в представлена магнитная муфта на постоянных магнитах. Муфта состоит из ступицы с постоянными магнитами; выходного фланца, опирающегося на подшипник качения; гильзы с магнитом, навинченной на выходной фланец, стопорного винта. Ввинчивая или вывинчивая гильзу, можно изменять передаваемый момент. В муфте отсутствуют трущиеся элементы.

Диаграмма работы муфты представлена на рис. 15 . Как видно из рисунка, на выходной вал всегда действует постоянный момент, а обороты выходного вала при перегрузке падают. При проскальзывании муфты выделяется тепло. Допустимое время и скорость скольжения зависят от теплового режима муфты.

Фирма Mayr , представленная на нашем рынке, предлагает магнитные муфты с диапазоном передаваемого крутящего момента T=0,1…6 Нм при диаметре вала d=10…38 мм соответственно. Для муфты с диаметром вала d=10 мм допустимая скорость скольжения составляет n S = 4 000 мин -1 , а для d=38 мм снижается до n S =3000 мин -1 . Область применения таких муфт ограничена (тестовое оборудование, управляющие механизмы и т.д.).

Установка муфт

В кинематической цепи предохранительную муфту рекомендуется располагать непосредственно на вале, приводящем в действие исполнительный механизм (рис. 16 ). В этом случае от перегрузок защищены все механизмы в цепи.

Однако, в большинстве случаев крутящий момент на исполнительном механизме существенно выше, чем на двигателе. Соответственно, растет габарит и цена муфты. На рис. 16, б показано альтернативное размещение муфты. При этом редуктор должен выдержать пиковые перегрузки.

Очень часто предохранительные муфты комбинируют со шкивом (звездочкой) ременных (цепных) передач или компенсирующей муфтой. При конструировании узла с предохранительной муфтой следует помнить, что не все муфты предполагают установку элементов трансмиссий непосредственно на выходной фланец. На рис. 17 , а представлена установка предохранительной муфты на выходном валу электродвигателя со шкивом ременной передачи. Шкив установлен на отдельный подшипник качения. На рис. 17, б представлено исполнение предохранительной муфты с длинной ступицей, предназначенной для установки пары подшипников звездочки трехрядной цепи.

В случае комбинированной муфты, представленной на рис. 17, в , ведущая полумуфта компенсирующей части устанавливается на игольчатый подшипник. Муфты на рис. 2 и 17 , г позволяют установить звездочку или шкив зубчатой ременной передачи без дополнительных опор.

Последовательность расчета

На рис. 18 под цифрой 1 представлен график реально действующего момента в произвольном механизме. Цифрой 2 обозначена граница максимального значения этого момента. Номинальный момент муфты T N , Нм рекомендуется принимать на 30…50% больше, чем максимальный момент, возникающий при работе (обозначен цифрой 3 ).

Заключение

Встраивание предохранительных муфт в конструкцию приводит к снижению стоимости машины (за счет уменьшения размеров) и стоимости эксплуатации (за счет повышения надежности). Конструкции предлагаемых на рынке муфт отличаются разнообразием и позволяют удовлетворить любые требования конструктора. Остается только выбирать и помнить, что «Проблема выбора только в том, что он есть ».

Михаил Гранкин
Журнал «РИТМ», февраль 2009 г.