Автоматические самоуправляемые муфты, предохранительные муфты. Основы расчета.

Эти муфты предназначаются для автоматического разъединения валов в тех случаях, когда параметры работы машины становятся недопустимыми по тем или иным показателям.

 

Муфты предохранительные.

 

 

Эти муфты служат для защиты машин от перегрузки. Любая фрикционная муфта, отрегулированная на передачу предельного момента, выполняет функции предохранительной. Специальные предохранительные фрикционные муфты не имеют механизма управления. А силы нажатия в них обычно обеспечиваются постоянно действующими пружинами.

Другим представителем предохранительных муфт является муфта со специальным разрушающимся элементом (рис 1). Здесь крутящий момент между полумуфтами 1 и 4 передается через штифт 3, который срезается при перегрузке. Для восстановления работы муфты штифт заменяют. Закаленные втулки 2 облегчают замену штифтов, предотвращают смятие более слабого материала полумуфт штифтом и тем самым приближают действительные условия среза штифта к расчетным:

,

где z – число штифтов; КZ – коэффициент неравномерности распределения нагрузки.

Практически z принимают равным 1 или 2; КZ = 1 при z = 1; КZ = 1,2 при z = 2.

Жесткое соединение полумуфт штифтом не может компенсировать вредного влияния их несоосности на штифт, условия работы которого становятся неопределенными. Поэтому необходима строгая центровка полумуфт.

Допускаемое напряжение [τ] принимают равным пределу прочности материала на срез. Например, для закаленных штифтов из стали Ст5 допускают [τ] = 420 МПа.

На рисунке 2 изображена кулачковая предохранительная муфта. Здесь полумуфты 1 и 3 зацепляются кулачками 2, имеющими трапецеидальный профиль с углом α.

От действия окружной силы Ft в зацеплении возникает осевая сила , которая стремится раздвинуть полумуфты и вывести их из зацепления. Этому противодействует сила пружины F и сила трения на кулачках и в шлицевом (шпоночном) соединении. С учетом этих сил условия равновесия полумуфты 2 можно записать в виде:

,

где α – угол заострения кулачка; ρ – угол трения в зацеплении кулачков (6…80); f2 – коэффициент трения в шлицевом соединении (примерно 0,15).

В соответствии с силой F подбирают пружину. Прочность кулачков рассчитывают так же, как и в обычных кулачковых муфтах:

,

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.

Центробежные муфты. Расчет.

Эти муфты автоматически соединяют валы только тогда, когда угловая скорость превысит некоторое заданное значение. Таким образом, эти муфты являются самоуправляемыми по угловой скорости. Центробежные муфты используют для автоматического включения и выключения исполнительного механизма с помощью регулировки угловой скорости двигателя; разгона машин с большими маховыми массами при двигателе с малым пусковым моментом; повышения плавности пуска; выключения при перегрузках (бензопила) и т.п.

Схема одной из центробежных муфт изображена на рис 1.

Центробежная сила Fц прижимает колодку 3 к барабану полумуфты 2. Этому препятствует сила F, возникающая от прогиба пружины 4.

Значение силы F регулируют винтом 5. Соприкасание между колодкой и барабаном возможно при условии:

, (*)

где m – масса колодки; r – расстояние центра тяжести колодки от оси вращения; ω – угловая скорость полумуфты 1. Формула (*) позволяет определить необходимую силу пружины по заданной угловой скорости ω0, до которой полумуфта 1 вращается свободно. Для передачи крутящего момента необходима угловая скорость ω1, которую определяют по условию:

,

где z – число колодок; f – коэффициент трения. В диапазоне между ω1 и ω0 муфта пробуксовывает и постепенно разгоняет ведомый вал.

Сила пружины в данном случае (рис 1):

,

где у – стрела прогиба; - осевой момент инерции площади сечения пружины. Работоспособность колодок рассчитывают по давлению [p] на поверхности трения так же, как и в других фрикционных муфтах:

.