Муфты сцепные самоуправляемые

Эти муфты соединяют или разъединяют валы автоматически при наступлении особых условий в работе машины. В зависи­мости от выполняемых функций эти муфты разделяют на не­сколько типов.

Муфты предохранительные защищают дорогие детали в машинах (зубчатые колеса, валы и др.) от случайных перегрузок. Перегрузки могут быть вызваны; особенностями рабочих процессов машин (дробильные, землеройные и др.); изменением условий работы машины (прекращение подачи смазочного материала, появление заедания и др.); принципом работы машин (ударного действия).

При расчете предохранительных муфт, во избежание слу­чайных выключений, за расчетный вращающий момент при­нимают: Т = 1,25Т_мах, где Т_мах — максимальный момент, воз­никающий при работе машины.

Рис. 6 Предохранительная муфта с разрушающимся элементом

Муфты предохранительные с разрушающимся элементом отличаются малыми габаритами и высокой точностью срабатывания. На рис. 6 представлена муфта, у которой полумуфты 2 и 6, соединенные цилиндрическим предохрани­тельным элементом (штифтом) 4, установлены на валу 1. Если полумуфта 2 соединена с валом шпонкой, то полумуфта 6 си­дит на валу свободно, вращающий момент с нее снимается с помощью шпонки 8. Стальные втулки 3 и 5, закаленные до вы­сокой твердости, предохраняют края отверстий во фланцах от повреждения при разрушении предохранительного элемента. Резьбовая пробка 7 удерживает предохранительный элемент от выпадения. Канавки шириной / и глубиной g на торцах фланцев полумуфт предохраняют последние от повреждения заусенцем предохранительного элемента после его разрушения.

При перегрузке предохранительный элемент срезается, и полумуфты размыкаются. Для восстановления работоспособ­ности машины ее необходимо остановить и заменить предохра­нительный элемент. При расчете муфты определяют следую­щие параметры.

Предельный (разрушающий) момент муфты, Н • м,

 

 

где d — диаметр штифта, мм; г — число штифтов; D — диа­метр окружности расположения осей штифтов, мм; k — коэф­фициент неравномерности распределения нагрузки на штифт из-за ошибок изготовления (при z — 1, k = 1, при z = 2...3, k = 1,2...1,3); τ_в = (0,7...0,8)σ_в — предел прочности материала штифта на срез; σ_в — предел прочности материала штифта на растяжение, МПа. Диаметр штифта:

 

При одном предохранительном элементе точность срабаты­вания муфты более высокая, однако концы валов и опоры до­полнительно нагружены радиальной консольной силой, кото­рая вращается вместе с муфтой.

Муфты предохранительные фрикционные автоматически восстанавливают работоспособность машины после прекраще­ния действия перегрузки, однако точность срабатывания их невысока из-за непостоянства коэффициента трения на тру­щихся поверхностях дисков.

На рис. 7 представлена муфта, у которой полумуфты 1 и 5, установленные на одном валу, соединены пакетом фрик­ционных дисков 2, сжатых через витые пружины 3 гайкой 4 строго фиксированной силой. При перегрузке наружные ди­ски проскальзывают относительно внутренних дисков, и муф­та передает лишь тот предельный момент, на который она настроена. Варьируя число фрикционных дисков и силу их сжатия с помощью гайки 4, муфту можно настроить на опреде­ленный предельный момент.

При расчете муфты определяют следующие параметры. Пре­дельный вращающий момент, передаваемый муфтой, Н * м,

 

где — средний диаметр рабочей поверхности дисков (D1 и D2 на рис. 7); z — число пар поверхностей тре­ния; f - коэффициент трения; F — сила сжатия фрикцион­ных дисков.

Давление p на рабочей поверхности дисков (чем больше дав­ление, тем больший вращающий момент передает муфта, од­нако тем быстрее изнашиваются фрикционные поверхности дисков):

 

где [р] — допускаемое давление [8]. К фрикционным материа­лам рабочих поверхностей дисков применяют те же требова­ния, что и для дисковых фрикционных муфт сцепления. Осо­бое внимание уделяется стабильности коэффициента трения с изменением рабочих условий (температуры, давления, време­ни пробуксовки).

Рис.7 Предохранительная фрикционная муфта

 

Муфты постоянного соединения валов

 

Глухие муфты жестко соединяют валы между собой, при этом требуют высокой точности в отношении соосности, т.к. несовпадение геометрических осей валов вызывает изгиб валиков и муфты или даже заклинивание узла. В точной механике часто применяют глухие втулочные муфты.

Компенсирующие муфты широко применяют в различных приводах. Наиболее простые расширительные торцевые муфты допускают осевое смещение валов, но требуют строгой соосности и применяются при небольших нагрузках и сравнительно малых частотах вращения.

Поводковые муфты используют при диаметрах вала 4 … 12мм, они допускают небольшие осевые и радиальные смещения соединяемых валов. Наличие зазора между поводком и пазом полумуфты вызывает мертвый ход, для предохранения от которого используют эластичные вставки. Такие муфты применяют в механизмах с низкой точностью.

Крестовые (плавающие) муфты используют при частотах вращения до 300 об/мин и диаметрах валов 4 … 18 мм; они предназначены для передачи вращения валу, не совпадающему по оси с ведущим валом. Муфта состоит из трех деталей: двух полумуфт с пазами и крестовины с двумя выступами. Из-за трения выступов в пазах происходит износ деталей, что является недостатком этого типа.

Мембранные муфты в точной механике применяют для соединения валов в среднескоростных ступенях механизмов. Они компенсируют перекос валов до 3°, а также параллельную несоосность порядка 0,3 … 0,7 мм. Рассогласование валов по углам воспринимается специальным стальным пружинным элементом – мембраной, прикрепленной к концам валов.

Упругая эластичная муфта имеет простую конструкцию, что и определяет ее распространение в системах автоматики, ЭВМ, приборах и т.д. Между полумуфтами находится упругая шайба из резины или кожи, в отверстия которой входят пальцы. Деформируясь, шайба амортизирует динамические нагрузки, а также компенсирует несоосность и перекосы валов.

 

Муфты управления

 

Муфты управления могут быть следующих типов: включения, свободного хода, предохранительные.

1 ) Муфты включения (сцепные) осуществляют передачу движения по команде управляющего органа и работают в режиме «включено – выключено». К ним относятся: электромагнитные, кулачковые, зубчатые и фрикционные. Электромагнитные муфты широко используются в следящих системах автоматики и различных приводах ЭВМ, т.к. они легко обеспечивают управление по программе, записанной на любом носителе информации или непосредственно по сигналам ЭВМ, обладают высоким быстродействием (ускорения ведомого вала до 50000 раз/с²).

В порошковой электромагнитной муфте ведущая полумуфта имеет катушку, а ведомая полумуфта помещена в камере, заполненной сухой смесью ферромагнитного порошка с графитом или тальком. При включении муфты напряжение подается на катушку. Магнитное поле через порошок обеспечивает связь полумуфт между собой, т.е. передачу вращающего момента.

В электромагнитной фрикционной муфте сила притяжение дисков создается электромагнитом, на обмотку которого подается напряжение через скользящие контакты – кольца и щетки. В некоторых конструкциях муфту включают пружины, а электромагнит используется для выключения муфты.

Кулачковые (зубчатые) муфты обеспечивают надежное соединение и высокую частоту включения (до 1000 циклов в час), имеют небольшие размеры, но требуют точной соосности соединяемых валов. Включение и выключение производится во время остановки валов или при небольшой частоте вращения. Состоят из полумуфт, на рабочих поверхностях которых выполнены зубья или кулачки.

2) В предохранительных муфтах сигналом управления служит передаваемый вращающий момент; когда его значение превышает расчетное, муфта автоматически разъединяет ведомый и ведущий валы, предохраняя механизм от перегрузок.

Предохранительные свойства фрикционных муфт заключаются в проскальзывании полумуфт в случае, когда вращающий момент превышает момент сил трения, создаваемый силой прижатия пружины.

В качестве предохранительных используют также пружинно – зубчатые (кулачковые), пружинно – шариковые и муфты со срезными штифтами. В последних штифт разрушается, когда вращающий момент превышает допускаемый.

3) Муфты свободного хода передают вращательное движение лишь в одном направлении, их называют также обгонными муфтами, т.к. связь валов автоматически прерывается, как только угловая скорость ведомого звена превысит скорость ведущего. По конструкции различают муфты с храповиком, роликами или шариками (фрикционные). Шариковая фрикционная муфта состоит из звездочки, обоймы, и шариков, которые отжимаются пружиной в суженную часть пространства между звездочкой и обоймой. Если звездочка вращается по часовой стрелке, то шарики заклиниваются и внешняя обойма начинает вращаться; если ω₂ > ω₁, то муфта выключается.

Универсальные шарниры, называемые также шарнирами Гука (или карданными соединениями), могут передавать вращение между двумя валами при значительно больших углах перекоса между осями валов, чем какие-либо другие муфты. В приборостроении применяют стандартные универсальные шарниры для диаметров валов 4 … 15 мм; для значения угла перекоса от 0 до 18°, КПД от 0,95 до 0,62.

В механизмах систем автоматики, СВТ и робототехнике широко используются разнообразные упругие элементы (детали, обладающие упругими свойствами). По назначению их можно подразделить на следующие группы:

1 – чувствительные элементы в измерительных системах, используемые в качестве упругих преобразователей усилий и моментов в линейные и угловые перемещения (применяют почти все виды упругих элементов)

2 – для создания противодействующих сил и моментов, обеспечивающих силовое замыкание кинематических цепей (возврат кареток самопишущих приборов, в кулачковых механизмах, муфтах); удержания детали в заданном положении (фиксаторы).

3 – аккумуляторы энергии, запас которой задается при заводе, а высвобождается по мере надобности в течение более длительного промежутка времени (лентопротяжные механизмы, программно – временные устройства и др.).

4 – на их основе построены различные виды направляющих вращательного и поступательного движения, гибкие связи передач и упругих опор.

5 – заменяющие жесткое соединение между отдельными звеньями механизмов (упругие шарниры, прокладки амортизаторы).

По конструкции различают пружины: плоские и изогнутые, материал которых при работе испытывает деформацию изгиба; винтовые пружины растяжения и сжатия, проволока которых при деформации пружины скручивается; винтовые пружины кручения; спиральные пружины; упругие оболочки, материал которых испытывает сложную деформацию; биметаллические пружины.

Существует три основные конструктивные группы упругих элементов в виде оболочек: мембраны, сильфоны и трубчатые пружины.

Мембрана – круглая плоская или гофрированная пластинка, заделанная по краям, применяется в качестве чувствительного элемента приборов для измерения давления, в акустических приборах (микрофонах, телефонах и т.п.). Для повышения чувствительности и увеличения упругих деформаций применяют элементы в виде мембранной коробки, в которой две мембраны соединяют по буртику сваркой, пайкой или завальцовкой. В зависимости от способа соединения внутренней полости с окружающей средой различают: анероидные – внутренняя полость представляет собой вакуум и герметически закрыта (для определения абсолютного давления в барометрах, высотометрах (альтиметрах), мановакуумметрах и др.); манометрические – измеряется избыточное давление (р-р₀) (манометры, вариометры, указатели скорости и др.); наполненные – полость наполнена азотом или парами эфира и герметически закрыта (термометры, терморегуляторы и т.п.).

Сильфоны – тонкостенные цилиндрические трубки, стенки которых имеют волнообразные складки (гофры), деформирующиеся под действием сил или внутреннего (внешнего) давления. Применяют в приборах в качестве упругих чувствительных элементов для измерения давления или силы, для герметизации подвижных соединений, упругого соединения трубопроводов, в качестве сосудов переменной емкости и т.д. Преимуществами сильфонов по сравнению с мембранами являются: большая чувствительность по давлению и большее тяговое усилие.

Трубчатые манометрические пружины применят расходомерах, манометрических термометрах, уровнемерах, манометрах. Использование изогнутой трубчатой пружины в качестве манометрического чувствительного элемента основано на деформации ее поперечного сечения под действием избыточного давления газа или жидкости. Для создания избыточного давления внутри трубки один ее конец жестко закрепляют в штуцере, соединенном с изучаемой средой, второй (свободный) – герметически запаивают и соединяют через передаточный механизм (или без него) со стрелкой прибора.

Биметаллические пружины состоят из двух и более тонких металлических пластин (слоев) с разными коэффициентами линейного расширения, которые соединяются друг с другом посредством пайки, сварки или совместной прокатки. Пластины при изменении температуры удлиняются неодинаково и пружина изгибается в сторону слоя с меньшим коэффициентом линейного расширения. Изгиб термобиметалла пропорционален температуре, разнице коэффициентов линейного расширения слоев и длине элемента. Для обеспечения компактности пружинам часто придают U – образную, винтовую или спиральную форму. Применяются в приборах в качестве измерительных или силовых элементов, а также термокомпенсаторов. Входным параметром является температура и другие в нее преобразуемые параметры (сила и мощность тока, лучистая энергия и т.д.).