Для чего служит фрикционная муфта
Фрикционная муфта: принцип работы, назначение и схема
Промышленные станки, различные конструкции инженерного назначения, а также транспортные средства зачастую нуждаются в передаче крутящего момента от одного вала к другому. На этом аспекте строится значительная часть внутренней функциональной схемы агрегата. И для выполнения подобной задачи нужен особый элемент, механизм, способный передать эту силу от одного источнику к требуемому валу, а также сохранить, увеличить КПД. Таким промежуточным звеном зачастую выступает фрикционная муфта, принцип работы, видовое разнообразие, основные конструкционные особенности и эффективность которой мы и рассмотрим в обзоре.
Общее устройство
В своем традиционном виде механизм состоит из нескольких основных элементов. Первый из них – барабан. Используется чашеобразная форма, но возможны и исключения. Другие обязательные составляющие – диски и подключаемая деталь. В базовых вариациях подключение к источнику осуществляется посредством вилки.
Барабан выступает в качестве контролируемой части, основную работу выполняют диски. И они тоже неоднородные, подразделяются на абразивные и стальные. Хотя, название в какой-то мере условное. Ведь первый вид также может состоять из стали, просто обладать поверх материала еще и специальным покрытием. Именно оно и становится центром устройства. Ведь абразивное покрытие создано для увеличения силы трения. А как раз она и передает вращательный момент, многократно усиливает его. Стальные же диски становятся неким амортизатором, который упорядочивает получаемую энергию, стабилизирует ее. В результате ход работы будет максимально плавным, исключаются рывки и излишний разгон в начале активной фазы. Соответственно, снижается степень износа и пустой расход энергии. Ведь фрикционные муфты предназначены для бережного отношения к валам.
Стоит уточнить, что диски иногда выполняются из жесткого пластика. Это не слишком положительно сказывается на общем эксплуатационном сроке. Логично предположить, что подобный материал быстрее выходит из строя. Но при этом разница оказывается не явно заметной, а ценовая категория устройства ощутимо изменяется.
Еще одними важными элементами стоит назвать поршень и пружину. Эти две детали служат для осуществления движения, целью которого и становится создание силы трения между дисками. Поршень подает давление на них, заставляет их вращаться, прессовать между собой. Как только оно исчерпает себя, в дело вступает пружина.
Принцип действия фрикционной муфты
Главным источником процесса становится жидкость. Именно она создает давление, которое позволяет дискам сжиматься между собой и передавать вращательный момент. В цепочке всегда присутствуют еще два элемента, ведущий и ведомый вал. Первый воздействует на второй. А вот вовремя сцепить их, передать импульс и разъединить снова – это и есть основная задача прибора.
Стоит понимать, что количественный фактор самих дисков напрямую отражает силу передаваемого момента. Не эффективность, а именно уровень давления. Выходит, что для повышения этого аспекта, если агрегат крупный и нуждается в серьезном крутящем моменте, стоит выбирать продукцию с максимальным количеством внутренних дисков. При этом во время разгона допустима пробуксовка. Это необходимо для сбрасывания напряжения, чтобы не возникло рывков на разгоне. Но если она возникает постоянно, значит, наличествует проблема: слишком крупный внутренний зазор между дисками. Он должен строго устанавливаться производителем. Отклонения ведут к неприятностям.
Конструкционные материалы
Давайте разберемся, из чего состоят детали:
Форма выпуска деталей
Почти все вариации на рынке представляют собой изделия пластинчатого типа. Это наиболее эффективная методика.
Отличия возникают в размерах. А точнее, в диаметре пластин. Но выбор тут обычно характеризуется требованием оборудования, к которому впоследствии и будет подсоединяться продукция.
Есть различия и в видах крепления абразива, который имеет серьезное значение в многодисковых изделиях. Самой эффективной вариацией считается заклепка.
В зависимости от формы, действие фрикционной муфты изменяется незначительно. Только если речь идет не о диаметре пластин, а об их количестве. Тут работает принцип: чем больше, тем мощнее. Поэтому, ориентироваться придется в любом случае на конкретное оборудование в цеху.
Видовое разнообразие
Различий множество. Существуют модели с разным количеством дисковых конструкций, с различной формой. Иногда они отличаются даже принципом подачи давления. Чтобы разобраться с тем, в пользу какой продукции отдать свое предпочтение, нужно понять их основные преимущества и недостатки. А также учесть сферу применения. Конечный выбор стоит формировать еще и исходя из ценового аспекта. Разберемся по порядку. Рассмотрим все варианты, которые предоставляет нам современный рынок.
Дисковые
Наиболее востребованный и популярный тип устройства фрикционной муфты. Идеальный выбор для станка ввиду высокой силы трения. Этот эффект достигается за счет крупного барабана. Есть модификации с «пальцами», в структуре применяется одна или сразу несколько стяжек.
К особенностям также допустимо отнести:
Конусные
В таком варианте обычно присутствует сразу определенное количество барабанов. И часто вилки у них несхожих параметров. Соединение между собой обеспечивает пластина. При этом основной задачей в эксплуатации становится привод. Выходит, это уже фрикционная муфта сцепления.
Цилиндрические
Это крупные устройства, поэтому их недопустимо использовать в транспортных средствах. Да и на производстве процесс реализуется с большой натяжкой. Поэтому оборудование подходит для строительных и схожих машин.
Главными плюсами логично назвать невысокую стойкость. Перегиб по оси обычно является слабым местом в этой сфере. Но только не с цилиндрическим модификациями, во многом благодаря размерам барабанов. Да и абразив в таком случае выполняется из стойких к морозам и высоким температурам материалов.
Многодисковые виды
Радиальные габариты – это больное место на производстве. Чтобы уменьшить их, производители используют разнообразные модификации. И это яркий пример такого выхода.
Типы с единственным барабаном
Небольшие изделия, эксплуатация производится при необходимости передачи малого усилия. Отличный вариант для малогабаритных станков. Главный положительный фактор заключается в экономии пространства. При этом есть и еще один основополагающий плюс. Это сниженное производство тепла. А значит, степень нагревания всех звеньев цепочки будет ничтожно малой. Особенно важно, если они не защищены от термического воздействия.
Типы с множественными барабанами
Назначение фрикционной муфты такого профиля лежит в иной плоскости. Передача усилия становится больше, плавность хода, соответственно, лучше. При этом снижается и давление на все основным узлы. А значит, возрастает срок эксплуатации. Жертвовать приходится местом. Ведь чем больше барабанов, тем крупнее размеры. Да и ценовой фактор также растет. Правда, зависимость от самой марки проявляется даже сильнее, чем от количества используемых деталей.
Втулочные
Выбор обладает массой логичных преимуществ. Ввиду небольшого приложения силы и давления они работают дольше. Да и вес у них значительно ниже. А также такие модели считаются более надежными, чем масса аналогов. Все это достигается за счет самой втулки, расположенной между пластинами. Она амортизирует движение, что и сказывается на плавности и безопасности работы.
Но без минусов здесь не обошлось. Все виды, классификация фрикционных муфт созданы для узких профилей. Ведь в своей сфере модели идеальны, а для других не подходят. Так и втулочные не используются для высоких оборотов. Ведь из-за амортизации прижимная сила становится меньше. И передать серьезный оборот просто физически невозможно.
Фланцевые
Небольшие перегородки, малый размер барабана. Легкое подключение к валу, минимальное количество внутренних деталей, поэтому и высокая надежность. Простой агрегат, который применяется в узком профиле. Однако из-за особенностей монтажа их можно установить не везде.
Шарнирные
В этом варианте чаще встречаются очень широкие перегородки. И они порой еще и снабжаются нарезами. Благодаря самим шарнирам снижается бесполезное трение внутри конструкции. А значит, растет эффективная работа. Да и срок службы также становится более приятным. Но минус тоже заметен – узкая специфика. Используется только в приводных агрегатах, да и то не всегда.
Кулачковые
Если выбирать продукцию для сцепления станка, то подойдет такая фрикционная муфта, схема у нее как раз подходящая для этой сферы. Используется фиксированный барабан конусовидной формы. Пластины могут отсутствовать. Мягкая фиксация позволяет барабану практически не ощущать терния. А значит, меньше стираться. Сам корпус держит очень сильное давление, что превосходно для мощных станков.
Варианты для приводов
Типовой имеет всего два диска с пластиной между ними. А также часто ставится шарнира для облегчения работы барабана. Модельный ряд тут самый разнообразный.
Градация зависит от следующих факторов:
По сути, все конструктивные аспекты построены так, чтобы сократить износ при постоянном прерывании поступления силы. Ведь привод может оборвать нагрузку в любой момент.
Втулочно–пальцевая
Направляющая деталь, которая также используется как предохранитель. Удобно то, что у нее широкий профиль. И применяется она не только на производстве. При этом ее разнообразие куда уже, чем у аналогов. А значит, выбор сокращается до минимума. Меньше мороки, ведь стандартные модели обычно точно подходят для нужных на производстве задач. Да и ассортимент таких изделий сейчас очень широк.
Фрикционная
Идеальный выбор, если усилия ведущего вала не контролируются, они в начале хода очень большие. И нужно их стабилизировать, не повредить ведомой элемент. Такие модели способны погасить начальный импульс, чтобы не допустить удара. Сразу с пробуксовкой запустить вращение, с периодом стабилизировать оборот, подстроить цепочку под один темп.
Применение
Устройство будет полезно во многих сферах. Станки на фабриках и заводах, транспорт, инженерные конструкции, специализированная техника. Главное понимать, что от выбора конкретной модели зависит практически все. И эффективность работы, и срок службы не только самой детали, но и связанных в цепочке валов. Именно поэтому работа фрикционной муфты безмерно важна. Уделите пристальное внимание характеристикам при просмотре ассортимента продавца.
Фрикционная муфта
Довольно большое количество механизированных конструкций имеют переходящий участок, через который проводится передача крутящего момента. Зачастую в качестве подобного элемента выступает специальная муфта, обладающая определенными характеристиками. В полной мере выполнить подобную функцию может фрикционный тип устройства, который устанавливается в транспортной технике, инженерных решениях, промышленных станках. Устройство может применяться для реализации самых различных задач.
Общее устройство муфты
Рассматриваемое устройство может существенно различаться по конструктивным особенностям, но в большинстве случаев представлено сочетанием пакетов дисковых элементов в фрикционной функцией. При этом муфта фрикционная характеризуется особыми свойствами, которые должны учитываться. Особенности заключаются в следующем:
Промежуточное устройство может иметь самую различную конструкцию, все зависит от поставленной задачи.
Принцип работы
Во многих случаях фрикционная муфта токарного станка или другого оборудования предназначается для сопряжения двух элементов и создания одного рабочего агрегата. Рассматривая принцип работы следует уделить внимание нижеприведенным моментам:
Механизм включения может существенно отличаться. В большинстве случаев в его качестве выступает механический или гидравлический привод, а также электрическое блок управления. Некоторые варианты исполнения могут работать автоматически при возникновении перегрузки.
Используемые в конструкции материалы
Для обеспечения особых эксплуатационных свойств при изготовлении применяются специальные материалы. Среди их особенностей отметим следующее:
Важным моментом назовем то, что муфта фрикционная может работать без смазки и с ней.
Отсутствие масла в системе существенно снижает эксплуатационный срок, однако в подобном случае не приходится проводить периодическое обслуживание. Масло существенно снижает степень трения подвижных элементов, оно также отводит тепло от основных элементов конструкции.
С каждым годом фрикционные муфты совершенствуются путем применения специальных материалов, которые обладают особыми свойствами. Примером можно назвать керамику и другие легированные составами.
Формы выпуска деталей
В большинстве случаев дисковые муфты представлены пластинчатыми изделиями. Среди особенностей формы выпуска отметим следующие моменты:
Крепление абразива может проводится самым различным образом. Чаще всего для этого применяется заклепка, которая утапливается в специальные ниши.
Разновидности муфт
Встречается довольно большое количество различных устройств, которые могут классифицироваться по конструктивному признаку. В большинстве случаев в качестве основного элемента выступает диск с особыми свойствами. При этом могут создаваться следующие варианты исполнения:
Подобные варианты исполнения применяются в том случае, когда нужно обеспечить особые эксплуатационные характеристики. Современным вариантом исполнения можно назвать многодисковую конструкцию, которая характеризуется высокой плавностью хода на момент эксплуатации.
Классификация проводится и по типу применяемого привода для передачи усилия. Выделяют следующие варианты исполнения:
Еще одной распространенной классификацией можно назвать то, каким именно образом передается вращение: сухим или мокрым. Во втором случае за счет добавления смазки существенно расширяется срок эксплуатации фрикционной муфты, а также проводится отведение температуры.
Дисковые устройства
Довольно большое распространение получили дисковые фрикционные муфты. Ключевые моменты следующие:
Дисковые устройства получили широкое распространение, они могут классифицироваться по самым различным признакам.
Конусные модификации
Для изменения основных свойств механизма применяются конусные элементы, за счет которых передается усилие. Особенности следующие:
Модификации конусного типа получили широкое распространение. Однако, сложности при изготовлении становятся причиной существенного повышения стоимости.
Цилиндрические устройства
Могут применяться и цилиндрические фрикционные муфты. При изготовлении основной части применяется специальный фрикционный материал, характеризующийся повышенной устойчивостью к воздействию высокой температуры.
Сегодня цилиндрические устройства производятся самыми различными производителями. Х существенным недостатком можно назвать достаточно большие размеры.
Особенности многодисковых моделей
Для уменьшения радиальных габаритов фрикционных дисков применяется муфта многодисковая. Среди особенностей отметим следующее:
За счет сочетание нескольких дисков может передаваться требуемое усилие. Все элементы должны быть строго соосными, поэтому проводится установка строго на одной полумуфте.
Модели с одним барабаном
Подобные варианты исполнения используются для передачи небольшого усилия. Среди особенностей отметим:
Модели с одним барабаном характеризуются тем, что при их производстве не применяются абразивные и фрикционные материалы.
Модели с несколькими барабанами
Существенно повысить эффективность барабанного устройства можно за счет установки нескольких барабанов. Это обеспечивает следующее:
Применение нескольких барабанов становится причиной увеличения габаритов муфты.
Втулочные модели
В качестве промежуточного элемента также может применяться втулка. Подобный вариант исполнения характеризуется следующими особенностями:
Втулочные модели менее распространены в сравнении с дисковыми и многодисковыми.
Преимущества фланцевых устройств
Фланцевый метод подсоединения получил широкое распространение. Это связано со следующим:
Преимущества фланцевых устройство определяет широкое распространение. Однако, их монтаж может проводится не во всех случаях.
Модели на шарнирах
Может проводится установка моделей на шарнирах. Эта модель характеризуется следующими свойствами:
Однако, модели на шарнирах характеризуются специфическими характеристиками, которые и определяют их применение только в определенных случаях.
Кулачковые устройства
Довольно большое распространение получили устройства кулачкового типа, которое представлено двумя полумуфтами с кулачкам на торцах. Муфта подобного типа работает следующим образом:
Кулачковая муфта характеризуется тем, что способно передавать достаточно высокое усилие.
Это связано с применением определенной стали при изготовлении кулачков.
Модели для приводов
Привод предназначается для передачи усилия. Существует довольно большое количеств вариантов исполнения для передачи вращения. Привод характеризуется следующими особенностями:
Привод рассматриваемого типа широко распространен. Это связано с тем, что передача усилия может быть прекращена в любой момент.
Муфта фрикционная
Фрикционный вариант исполнения применяется для плавной передачи усилия под нагрузкой на ходу при любой скорости вращения ведущего и ведомого элемента. Работает устройство за счет высокой силы трения. Сред особенностей применения фрикционной муфты отметим:
Однако фрикционная муфта характеризуется и довольно большим количеством недостатков, среди которых отметим повышенную степень износа при эксплуатации. Также не стоит забывать о том, что сопрягаемая поверхность может сильно нагреваться.
Муфта упругая втулочно-пальцевая: чертеж, параметры, основные размеры
Подобный вариант исполнения также получил весьма широкое распространение, может применяться при создании различных механизмов. Среди особенностей отметим следующее:
Упругая втулочная пальцевая муфта применяется в качестве предохранительного и управляющего элемента. В специализированном магазине можно встретить большой ассортимент устройств, что существенно упрощает задачу по подбору подходящего варианта исполнения.
Фрикционная муфта — устройство, принцип работы, виды
Муфта – устройство, предназначенное для соединения концов валов или для соединения валов с расположенными на них деталями.
Основное назначение: передача вращающего момента без изменения его модуля и направления.
Функции, выполняемые муфтами: предохранение механизма от перегрузок, компенсирование несоосности валов, разъединение или соединение валов во время работы и др.
Принцип работы муфты
Общий вид многодисковой фрикционной муфты
Основная задача многодисковой муфты – в нужный момент плавно соединить и разъединить входной (ведущий) и выходной (ведомый) валы с помощью силы трения между дисками. При этом от одного вала к другому передается крутящий момент. Диски сжимаются за счет действия давления жидкости.
Отметим, что чем сильнее соприкасаются поверхности дисков, тем больше величина передаваемого момента. При работе муфта может пробуксовывать, при этом ведомый вал разгоняется плавно, без рывков и ударов.
Главное отличие многодискового механизма от других заключается в том, что за счет наращивания количества дисков увеличивается количество соприкасающихся поверхностей, в результате чего становится возможным передавать больший крутящий момент.
Основа нормальной работы фрикционной муфты – наличие регламентированного зазора между дисками. Этот интервал должен равняться значению, которое установил производитель. Если зазор между дисками муфты будет меньше положенного, то фрикционы будут постоянно находиться в «поджатом» состоянии и, соответственно, быстрее изнашиваться. Если же расстояние будет больше, то при работе будет наблюдаться пробуксовка муфты. В этом случае тоже не избежать быстрого износа. Точная регулировка зазоров между фрикционами при ремонте муфты – залог ее правильной работы.
Применяемые материалы
Фрикционные муфты каждый день подвергаются многократному использованию, поэтому должны обладать сверхвысокой износостойкостью. Сегодня в таких узлах наиболее приемлемыми являются следующие материалы:
Виды муфт
Муфта глухая образует жесткое и неподвижное соединение валов. Они не компенсируют ошибки изготовления и монтажа, требуют точной центровки валов. Применяются обычно глухие муфты для тихоходных валов.
Втулочная муфта – самая простая из глухих муфт, состоит из соединительной втулки со штифтами (рис. 7.1, а) или шпонками (рис. 7.1, б). Основное их достоинство – простота конструкции. Применяют их при относительно небольших нагрузках на валах диаметрами до 60…70 мм.
а) б)
Рuс. 7.1. Втулочные муфты со:
а – штифтами; б – шпонками
Муфта фланцевая – наиболее распространенная (рис. 7.2), состоит из двух полумуфт 2, соединенных болтами 1. Болты ставят через один: с зазором (вариант I) и без зазора под развертку (вариант II). Центрирование полумуфт в этом случае осуществляют болтами, установленными без зазора, которые рассчитывают на срез. Установка болтов без зазора позволяет получить муфты меньших габаритов и поэтому более распространена.
Рис. 7.2. Фланцевая муфтa
Фланцевые муфты применяют для соединения валов диаметром до 200 мм и более. Достоинствами таких муфт являются простота конструкции и сравнительно небольшие габариты.
Жесткая компенсирующая муфта. За счет подвижности деталей такие муфты компенсируют радиальные, угловые и осевые смещения валов, вызванные неточностями их изготовления, монтажа и упругими деформациями. Это позволяет уменьшить нагрузки на валы и подшипники.
Недостаток жестких компенсирующих муфт – отсутствие упругодемпфирующих элементов, смягчающих толчки и удары. Наибольшее распространение получили кулачково-дисковая и зубчатая.
Кулачково-дисковая муфта (рис. 7.3) состоит из двух полумуфт 1 и 3, соединенных промежуточным диском 2. При работе диск перемещается по пазам полyмуфт, и тем самым компенсируются несоосность соединяемых валов (радиальные смещения – до 0,04d, угловые – до 30′).
Скольжение выступов в пазах сопровождается их износом. Интенсивность износа возрастает с увеличением несоосности и частоты вращения. Для уменьшения износа поверхности трения муфты периодически смазывают и не допускают на них больших напряжений смятия.
Рис. 7.3. Кулачково-дисковая муфтa
Из условия износостойкости кулачково-дисковых мyфт рассчитывают давление на боковых поверхностях выступов и пазов:
, (7.1)
где Тр – расчетный вращающий момент;
h – рабочая высота выступа;
D, d – соответственно наружный и внутренний диаметры;
– допускаемое давление: при термически необработанных, хорошо смазываемых поверхностях или при закаленных поверхностях трения = 15…30 МПа.
Детали кулачково-дисковых муфт изготовляют из сталей Ст5 (поковка) или 25Л (литье). Для тяжелонагруженных муфт применяют легированные стали типа 15Х, 20Х с цементацией рабочих поверхностей.
Зубчатая муфта (рис. 7.4, а) состоит из двух полумуфт 1 и 3 с наружными зубьями эвольвентного профиля и разъемной обоймы 2 с внутренними зубьями. Передача вращающего момента осуществляется большим числом одновременно работающих зубьев, что обеспечивает высокую нагрузочную способность и малые габариты муфты.
Рuс. 7.4. Зубчатая муфта
Для компенсации смещений деталей предусматривают торцевой зазор δ. Для ослабления вредного влияния кромочного контакта применяют зубья бочкообразной формы (рис. 7.4, б), а соединение выполнено с увеличенными зазорами. Зубчатые муфты допускают угловое смещение валов (рис. 7.4, в) Δα max = 1,5°, радиальное Δr = 0,2…0,6 мм, осевое (на рисунке не показано) – 1…8 мм.
Детали зубчатых муфт изготовляют из углеродистых сталей типа 45, 40Х, 45Л коваными или литыми. Для повышения износостойкости зубья полумуфт подвергают термической обработке до твердости не ниже 40НRC, а зубья обойм – не ниже 35HRC.
Упругие компенсирующие муфты применяются не только для компенсации смещения валов, но и для снижения динамичности нагрузок и амортизации колебаний, возникающих при работе передач машин.
Муфта упругая втулочно-пальцевая (рис. 7.5) состоит из двух полумуфт 1, соединенных пальцами 2, на которые для смягчения ударов надеты гофрированные резиновые втулки. Такие муфты в силу простоты конструкции получили широкое применение в приводах от электродвигателей для валов диаметрами 9…160 мм при вращающих моментах 6,3…16000 Нм.
Рuс. 7.5. Упругая втулочно-пальцевая муфтa
Толщина резиновых втулок невелика, и поэтому амортизирующая способность муфты незначительна. Они допускают радиальное смещение валов до 0,6 мм, продольное – до 5 мм, угловое – до 1°.
Для ограничения износа среднее контактное давление пальца на втулку находят по формуле:
, (7.2)
где z = 6 – число пальцев;
Dm – диаметр окружности расположения осей пальцев;
dп – диаметр пальцев;
l – длина упругого элемента;
≈ 2 МПа – допускаемое давление для резиновых втулок.
Муфта со змеевидными пружинами (рис. 7.6) состоит из двух полyмуфт 1 с зубьями специальной формы, между которыми свободно расположены секции змеевидной пружины 3 прямоугольного сечения. Кожух 2, состоящий из двух половин, служит резервуаром для пластичного смазочного материала и предохраняет пружину от выпадения.
Рuс. 7.6. Муфтa со змеевидными пружинами
Муфта используется для передачи больших вращающих моментов, обладает хорошими эксплуатационными качествами, имеет небольшие габариты, но сравнительно дорогостоящая.
В зависимости от размеров муфты могут компенсировать радиальные смещения валов 0,5…3 мм, осевые – 4…20 мм и угловые до 1°15′.
Материалы полумуфт – сталь 45, стальное литье 45Л; пружин – пружинные стали 65Г, 60С2.
Расчет муфты предусматривает проверку прочности пружины при изгибе методами сопротивления материалов.
Управляемые (сцепные) муфты
Позволяют соединять и разъединять валы без остановки двигателя. По конструкции управляемые муфты можно разделить на кулачковые, зубчатые, основанные на зацеплении, и фрикционные, основанные на трении.
Кулачковые и зубчатые муфты имеют весьма небольшие габариты и массу, не допускают проскальзывания. Однако их включение на ходу сопровождается ударами. Фрикционные муфты позволяют плавно соединять ведущий и ведомые валы под нагрузкой при любой скорости их вращения, предохраняют механизмы от внезапных перегрузок.
Управляемые муфты требуют точной соосности соединяемых вaлов.
Кулачковая муфта (рис. 7.7) состоит из двух полумуфт 1 и 2, имеющих на сцепляемых торцах выступы – кулачки. При включении муфты кулачки одной полумуфты входят во впадины другой, создавая жесткое соединение.
Рис. 7.7. Кулачковая муфтa
Включение кулачковой муфты во избежание ударов производят при остановленном двигателе или с малыми скоростями (до 1 м/с).
Полумуфты чаще всего располагают на одном валу, что обеспечивает хорошую их соосность. При выключенной муфте зубчатое колесо свободно вращается на подшипнике скольжения 3. Если муфта включена, вращающий момент от зубчатого колеса передается через кулачки и шлицы на вал.
Для устранения ударов и шума при включении муфты применяют специальные соединительные устройства – синхронизаторы.
Кулачковые муфты изготовляют из сталей 20, 15Х, 20Х с последующей цементацией или сталей 40Х, 30ХН с последующей объемной закалкой. Размеры муфт принимают конструктивно, а затем выполняют проверочный расчет кулачков на износостойкость и прочность.
Фрикционные сцепные муфты передают вращающий момент между полумуфтами за счет сил трения на рабочих поверхностях (рис. 7.8).
Рuс. 7.8. Фрикционные муфты:
а – однодисковая; б – многодисковая; в – конусная
В начальный период касания полумуфт происходит относительное проскальзывание их рабочих поверхностей (смазанных или сухих), и тем самым обеспечивается плавность включения муфты. При установившемся движении проскальзывание не происходит, а при перегрузке муфта пробуксовывает, что предохраняет машину от поломок.
Фрикционные муфты должны обладать надежностью сцепления, высокой износостойкостью и теплостойкостью контактирующих поверхностей. Материал трущихся деталей (накладок) выбирается в зависимости от среднего контактного напряжения (давления):
, (7.3)
где Fa – осевая сила;
Т – вращающий момент;
k = 1,3…1,5 – коэффициент запаса сцепления;
Dm – средний диаметр контакта;
f – коэффициент сцепления (трения покоя);
z – число пар поверхностей трения;
А = πDmb – площадь поверхности трения;
b – ширина поверхности трения;
– допускаемое контактное напряжение.
По формуле (7.3) может быть рассчитан вращающий момент, который может передавать фрикционная муфта. Для увеличения передаваемого вращающего момента можно увеличить число пар поверхностей трения.
Многодисковые фрикционные муфты имеют небольшие габариты и не требуют большого усилия для их включения.
Самоуправляемые автоматические муфты выполняют автоматически одну из следующих функций: ограничение передаваемой нагрузки – предохранительные муфты; передачу нагрузки (момента) только в одном направлении – муфта обгона; включение и выключение при заданной скорости – центробежные муфты.
Предохранительную муфту срабатывают, когда вращающий момент превышает некоторую установленную величину. При достижении вращающим моментом предельной величины под действием осевых усилий, обусловленных формой впадин полумуфты, шарики смещаются в осевом направлении (преодолевая сопротивление пружины) и размыкают муфту с последующим прощелкиванием.
Муфта обгона (мyфты свободного хода) предназначены для передачи вращающего момента только в одном направлении. Наибольшее распространение получили фрикционные обгонные мyфты, передающие вращающий момент за счет заклинивания между полумуфтами промежуточных тел (в основном роликов). Такие муфты бесшумны, компактны, могут работать при высокой частоте вращения. Их изготовляют для вaлов диаметром 10…90 мм и передачи момента до 750…800 Нм.
Обгонные роликовые муфты (рис. 7.9) применяют в приводах агрегатов двигателя самолета (например, в приводах стартер-генераторов) и в приводах несущих винтов вертолетов; при отказе одного двигателя движение винта не тормозится, так как обгонная муфта позволяет зубчатым колесам вращаться. При отказе обоих двигателей обгонные муфты не препятствуют вращению несущего винта в режиме авторотации.
Рис. 7.9. Обгонная муфтa
Пусковую (центробежную) муфту используют для плавного пуска приводов грузоподъемных машин конвейеров и т.п. Они позволяют электродвигателю легко разогнаться и по достижении им определенной скорости начать плавный разгон рабочего органа. Одновременно пусковые мyфты выполняют и предохранительные функции.
Распространены колодочные и дисковые центробежные фрикционные муфты. Центробежную муфту устанавливают на вал электродвигателя. При наличии ременной передачи от электродвигателя к рабочему органу наружную ведомую часть муфты конструируют в виде шкива.
Классификация фрикционных муфт
Фрикционные муфты по форме рабочих поверхностей бывают следующих видов:
На механических транспортных средствах применяется сцепление.
Конусная фрикционная муфта
Устройство и основные компоненты
Многодисковая фрикционная муфта конструктивно представляет собой пакет из стальных и фрикционных дисков, которые чередуются между собой. Их количество напрямую зависит от того, какой крутящий момент необходимо передавать между валами.
Принцип работы многодисковой муфты
Итак, в муфте присутствует два вида дисков – стальные и фрикционные. В чем же их различие? Все дело в том, что второй вид дисков имеет специальное покрытие, называемое «фрикционным». Оно изготовлено из материалов, которые имеют повышенный коэффициент трения: керамика, углеродные композиты, кевларовые нити и проч.
Чаще всего фрикционные диски – это стальные диски с фрикционным слоем. Однако, их основой не всегда выступает сталь, иногда эти части муфты изготавливают из прочной пластмассы. Диски крепятся к ступице ведущего вала.
Обычные стальные диски без фрикционных покрытий фиксируются в барабане, связанном с ведомым валом.
Также в конструкцию муфты входят поршень и возвратная пружина. Под действием давления жидкости поршень давит на пакет дисков, за счет чего и возникает сила трения между ними, а также передается крутящий момент. После того, как давление сбрасывается, пружина возвращает поршень обратно, и муфта выключается.
Различают два типа многодисковой муфты: сухая и мокрая. Второй тип устройств частично заполнен маслом. Смазочный материал необходим для:
Мокрая многодисковая муфта имеет один недочет – у нее отмечается низкий коэффициент трения. Данный недостаток производители компенсируют с помощью увеличения давления на диски, а также благодаря использованию новейших фрикционных материалов.
Типы фрикционных муфт
По форме поверхностей, подвергаемых трению, данные изделия можно разделить на дисковые (в том числе многодисковые), конусные и цилиндрические. Первые из них наиболее популярны, так как обеспечивают наибольшую площадь фрикционной поверхности.
В зависимости от величины передаваемого крутящего момента изготавливают сухие и масляные муфты. Последние используются чтобы продлить срок службы фрикционного материала в условиях больших нагрузок. Недостатком масляных муфт является сложная конструкция.
Также фрикционные муфты могут различаться между собой по типу силовых цилиндров, которые обеспечивают разъединение пластин. Пневматические и гидравлические конструкции обеспечивают быструю работу устройства и используются в системах с большим передаваемым моментом. Электромагнитные фрикционные муфты больше подходят для устройств с постепенной работой, например, для прессов с усилием до 100 Кн. Также в зависимости от типа цилиндра муфта может иметь различный тип управления: непосредственный, работающий от усилий человека, находящегося за рабочим прибором или дистанционный, осуществляющийся на расстоянии.
Фрикционная муфта гусеничного трактора
Служит для отсоединения одного из бортов при повороте.
Устройство
Принцип действия
При прямолинейном движении — пакет дисков прижат отжимным диском за счёт пружин, и вращение передаётся от центральной передачи через фрикционную муфту на бортовой редуктор. При повороте — усилие от рычага управления передаётся через сервомеханизм на вилку выключения муфты. Вилка оттягивает выжимной подшипник и отжимной диск. Он отходит от пакета дисков и освобождает их, при этом сжимаются пружины. Ведущие диски начинают пробуксовывать относительно ведомых.
Формы выпуска фрикционных материалов
В зависимости от типа муфты могут использоваться различные формы выпуска фрикционных материалов:
На данный момент фрикционные муфты являются незаменимыми в промышленном производстве. Их используют в станках разного назначения, прессах, тельферах и различных тормозных механизмах. Без них срок службы механизмов сократился бы в несколько раз, поэтому сегодня их ценность сложно переоценить.