Классификация механических муфт

Муфта – это узел, соединяющий одну часть вала с другой для передачи крутящего момента, защиты от толчков и ударов, компенсации температурных деформаций длинных валов, облегчения сборки сложных механизмов и т. д. Муфты применяются так же в качестве управляющих элементов различных предохранительных устройств, для предотвращения возможных поломок.

В качестве примера, можно привести двигатель, передаточный и исполнительный механизмы, кинематическая и силовая связь между которыми осуществляется с помощью муфт.

Схема 1

Имеется большое разнообразие конструкций муфт, классификация механических муфт приведена ниже:

Схема 2

Рассмотрим данную классификацию муфт более подробно.

Постоянные соединительные муфты

Данные муфты применяют для соединения соосных валов, источников движения с ведомыми механизмами, для облегчения сборки и монтажа длинных валов и осей, расположенных в труднодоступных местах приборов. Из них:

1. Глухие муфты (втулочные и дисковые) – предназначены для соединения соосных цилиндрических валов при передаче вращающего момента 1 до 12.500 Н·м без смягчения динамических нагрузок и ограничения частоты вращения. Требуют строгой соосности соединяемых валов и тяг. Поэтому из-за трудности обеспечения указанного требования приходится между валами и муфтой предусматривать гарантированный зазор, а штифты, закрепляющие муфту на валах, для получения некоторой подвижности соединения устанавливать перпендикулярно друг другу. Основные размеры муфты определяют, исходя из условий равнопрочности втулки с соединяемым валом. Если речь идет, например, о втулочной муфте, то длину ее берут обычно равно 3-5 диаметрам вала. Диаметры штифта ~ 0,25 диаметра вала.

Рисунок 1

2. Подвижные (компенсирующие) муфты обеспечивают соединение валов, имеющих небольшие угловые, радиальные или осевые относительные смещения. Иначе говоря, к подвижным относят муфты, допускающие некоторую подвижность одного из соединяемых валов относительно другого как в осевом, там и в радиальном направлениях. Наиболее распространены расширительные, поводковые, упругие, крестовые, шарнирные и мембранные муфты. Так же, подвижными являются карданные и гибкие валики.

   1. Расширительные муфты позволяют скомпенсировать осевые смещения валов. Недостатком таких муфт является сильный износ пазов. Поэтому эти муфты применяются для соединения валов, передающих небольшие нагрузки. Размер муфт выбирают, исходя из условий смятия сопрягаемых поверхностей, а диаметры штифтов принимают равными (0,25…0,3) .

Рисунок 2

2. Поводковые муфты являются наиболее распространенными среди муфт, служащих для присоединения редукторов приводов к электродвигателям. Они могут передавать вращение при небольшом радиальном смещении валов. Муфты состоят из полумуфт (цифры 1 и 2 на рис.), закрепленных на валах штифтами. На фланце одной из полумуфт закреплен палец 3 (поводок), входящий в паз второй полумуфты. Палец может быть как цилиндрическим, так и сферическим, допуская перекос осей.

Рисунок 3 Рисунок 4

Основным недостатком поводковых муфт является мертвый ход, получающийся вследствие наличия зазора между поводком и вырезом. Для компенсации возникающей при этом ошибки в повороте ведомого вала применяют пружинные прижимы.

3. Упругие муфты предназначены для смягчения толчков и ударов вращающего момента при частых пусках и реверсах машины, для защиты привода от вредных крутильных колебаний, а также для соединения валов, имеющих взаимные смещения. Правильно подобранная упругая муфта по крутильной жесткости и демпфирующей способности существенно снижает величину вредных крутильных колебаний в приводах машин, тем самым повышая их ресурс.

У поводковой и упругой муфт поводки рассчитываются на изгиб, принимая, что изгибающая сила приложена к вершине поводка. Тогда, пользуясь уравнением прочности:

Где , получим , откуда:

Где h – высота поводка, D – расстояние между поводками, z – число поводков, – диаметр поводка.

Рисунок 5

4. Крестовые муфты благодаря подвижной средней части хорошо компенсируют непараллельность валов. В крестовых муфтах рассчитывают выступы и пазы на изгиб, и смятие боковых поверхностей:

Где h – высота выступа, d – средний диаметр, z – число выступов (для крестовой муфты z = 2), W – момент сопротивления площади выступа.

Где S – проекция выступа на диаметральную плоскость муфты.

Так как крестовая муфта широко применяется в приборных устройствах, представляет интерес значение КПД, обеспечиваемое этой муфтой:

Рисунок 6

5. Шарнирные и мембранные муфты позволяют соединять валы, имеющие угловое смещение осей. Шарнирные муфты допускают угловое смещение валов до , мембранные – до 3… .

Рисунок 7

На рис. 7 (а) приведен пример типовой конструкции шарнирной муфты для передачи сравнительно небольших мощностей, характерных для приводов приборов. Одинарная шарнирная муфта создает погрешность при передаче движения ведомому валу. Это изменение угла поворота от ведущего вала к ведомому можно характеризовать передаточным отношением:

Где угол - это угол между ведущим и ведомым валами, - угол поворота ведущего вала, – угол поворота ведомого вала.

Чтобы скомпенсировать эту погрешность, применяют сдвоенную шарнирную муфту или две одинарные муфты с промежуточным валиком. При этом необходимо вилки валика располагать в одной плоскости.

Мембранные муфты изготовляют двух видов – одномембранные и двухмембранные (на рис. 7 – пример одномембранной муфты). Основной деталью муфты является мембрана, приклепанная к ступицам, закрепляемым на валах.