Муфты свободного хода. Расчет.

Эти муфты передают крутящий момент только в одном заданном направлении. Их применяют в станках, автомобилях, мотоциклах, велосипедах и т.д.

Простейшим представителем муфт свободного хода является устройство с храповиком. Вследствие шума на холостом ходу и резкого ударного включения муфты с храповиком применяют сравнительно мало и только при низких скоростях.

 

Бесшумную работу обеспечивают фрикционные роликовые или шариковые муфты. Схема одной из таких муфт, встроенных в соединение шестерни с валом, изображена на рис 1. Если шестерня 1 вращается по часовой стрелке, то ролик 5 закрывается в узкую часть паза и здесь заклинивается. Образуется жесткое соединение шестерни с валом через ролик. При вращении шестерни в противоположном направлении ролик выходит в широкую часть паза, и шестерня оказывается разъединенной с валом. В этом направлении она может вращаться свободно. Толкатель 4, имеющий слабую пружину 3, выполняет вспомогательную роль. Он удерживает ролик в постоянном соприкасании с обоймой.

При передаче крутящего момента Т на ролик действуют нормальные силы Fn и силы трения F (по условию симметрии силы F и F, Fn и Fn равны между собой). Силы Fn стремятся вытолкнуть ролик из паза в направлении биссектрисы угла α. Этому препятствуют силы трения F = Fnf. Для того чтобы ролик не выскакивал из паза, должно быть:

или .

После преобразования получим:

. (*)

Геометрически:

. (**)

По уравнениям (*) и (**) рассчитывают диаметр ролика d.

По условиям равновесия обоймы 2:

, (***)

где z – число роликов; коэффициент трения выражен через tg (α/2).

Прочность ролика и рабочих поверхностей деталей 1 и 2 рассчитывают по контактным напряжениям (при μ = 0,3):

,

где l – длина ролика.

Для деталей, изготовленных из материалов с одинаковым модулем упругости, Епр = Е. В случае плоской поверхности детали 1 ρпр = d/2. При этом, учитывая равенство (***) и принимая по малости угла tg (α/2) α/2, получаем:

. (****)

В муфтах обычно применяют стандартные ролики шарикоподшипников (HRC 45…50), а рабочие поверхности деталей цементируют (HRC 60, стали типа ШХ15, ШХ12). При этом допускают [σH] = 1200…1500 МПа.

Формула (****) позволяет отметить, что уменьшение угла α приводит к увеличению напряжения σН. Это следует учитывать при выполнении условия (*).

На практике установлено, что определение угла α при ρ, вычисленном по обычным значениям коэффициента трения, приводит к завышенным результатам. Это можно объяснить тем, что в условиях эксплуатации муфты всегда возможны удары и вибрации, понижающие фактический коэффициент трения. Для указанных материалов практически принимают α 7…80.