1.3.3. Зчіпні муфти

Зчіпні муфти дозволяють з’єднувати та роз’єднувати вали на ходу.

Вимоги до таких муфт:

• невеликі габарити,

• можливість швидкого з'єднання та роз'єднання при малому спрацюванні та нагріві,

• надійність зчеплення,

• плавність включення.

Згінні муфти бувають кулачковими та фрикційними.

Кулачкові муфти (рис.1.37) виконують зчеплення валів в стані зупинки або при повільному обертанні.

Рис.1.37 Кулачкова зчіпна муфта та профілі кулачків.

Матеріал півмуфт - сталь 15, 20 X з обробкою робочих поверхонь кулачків до твердості HRC 56-62.

Працездатність кулачкових муфт визначається напругами зминання та згинання кулачків

Якщо припустити, що навантаження розподіляється рівномірно між кулачками, то:

(1.14)

(1.15)

- розрахунковій крутний момент,

F - проекція площі зминання на нормаль до лінії дії колової сили,

h — висота кулачка,

z - кількість кулачків.

- середній діаметр робочих поверхонь кулачків.

Допустимі напруги ( при твердості поверхонь НRС 56-62).

= 90 - 120 Мпа — для тих, включають при зупинці

= 50 - 70 Мпа - на тихому ходу,

= 35 - 45 Мпа — на швидкості.

Розрахунковий момент Т_р 1,3 Ткр (номінальній крутний момент). Для визначення сили включення скористуємося розрахунковою схемою (рис.1.38)

Виходячи з рівноваги веденої півмуфти (рис.1.38), можна записати, що сила включення Q складатиме суму Q_м та Q_в, Q_м - сила опору на кулачках, Q_в - сила опору на валу при поздовжньому пересуванні пів муфти тобто:

(1.16)

де N - нормальна сила на поверхні кулачків,

F - сила тертя на поверхні кулачків при включенні,

 - кут нахилу робочої поверхні,

Nb - нормальна сила на робочій поверхні шпонки,

fb - коефіцієнт тертя півмуфти по шпонці,

fM - коефіцієнт тертя кулачків півмуфти.

Виходячи з рис.1.38 можна записати:

Р=Ncos-Fsin

Р=Ncos-fmsin

де Р = - окружна сила на кулачках (розрахунковій крутний момент),

Підставивши рівняння (1.17) в рівняння (1.16), отримаємо силу включення:

Де: - коефіцієнта тертя робочих поверхнях кулачків.

Аналогічним розглядом можна знайти силу виключення:

(1.19)

Само виключення можливе при:

(1.20)

Кут нахилу робочих поверхонь , коефіцієнт тертя -0,15÷0,20

Фрикційні муфти можуть бути дисковими або конусними. На відміну від кулачкових фрикційні муфти дозволяють включати механізми при будь-яких швидкостях валів. За їх допомогою можна також регулювати час розгону.

При перевантаженні фрикційні муфти можуть пробуксовувати, виконуючи роль запобіжних елементів, але, як правило, це небажано.

По конструкції фрикційні муфти розрізняють: дискові та багатодискові, конусні, колодкові. Найбільш поширеними є дискові муфти.

Розглянемощискову фрикційну муфту (рис. 1.39)

Рис 1.39 Дискова фрикційна муфта

1 - ведучий вал, 2 - ведуча півмуфта, 3 - ведена півмуфта, 4 - ведений вал, 5 - направляючий паз.

Крутний момент, що передає муфта:

_(1.40)

де: Q - сила притискання півмуфт, f – коефіцієнт тертя робочих поверхонь пів муфт.

Для багатодискових фрикційних муфт навантажувальну здатність можна визначити з рівняння:

_(1.41)

_{Де z – кількість робочих поверхонь.}

Для сухих муфт широко використовуються накладки з фрикційних поліамідних матеріалів (ФПМ). ФПМ являють собою багатокомпонентні композиції. Компоненти ФПМ, загальна кількість яких досягає 15 та більше, можна поділити на три основних групи:

теплостійкі армуючи компоненти — наприклад, азбестове волокно (15÷60%);

фрикційноздатні порошкоподібні та інші наповнювачі(20÷60%);

полімерні зв’язуючі - синтетичні каучуки, синтетичні смоли (15÷30).

Такий склад компонентів повинен забезпечити коефіцієнти тертя у парі з металом 0,2 ≤ f ≤ 0,5, допустимі тиски р=0,8÷6Мпа (в залежності від конкретних складових), температуру 100÷200°С.

Допустима сила притискання:

(1.42)

Муфти вільного ходу призначені для передачі крутного о моменту тільки у визначеному напрямку. При зміні напрямку обертання ведучого валу муфта роз'єднується. Роз’єднання відбувається у випадку, коли під час роботи муфти вільного ходу з якихось причин швидкість руху веденого вала привищить швидкість веденого

По конструкції розрізняють муфти вільного ходу, фрикційні та храпові. Більшого поширення набули муфти фрикційні (кулькові, роликові). Принцип дії роликової муфти видно з рис.1.40

Рис.1.40 Розрахункова схема роликової муфти ВХ.

Передача крутного моменту відбувається через ролики в заклиненому стані. Для забезпечення такого стану . Дослідження показують, що в

момент заклинювання між роликом та обоймою має місце ковзання, а між роликом та зірочкою — кочення.

Робочі поверхні роликової муфти розраховують на контактну міцність, виходячи з рівняння Герца:

(1.43)

Де Тр – робочий крутний момент,

R, r - радіуси відповідно робочої поверхні та ролика

l – довжина ролика,

z – кількість роликів,

α – кут заклинювання,

[ ] – допустима контактна напруга

[ ]=1200÷1500 Мпа для стальних загартованих поверхонь з твердістю не менше HRC 60

_{Відцентрові муфти можуть} використовуватись для включення механізму лише при певній швидкості вала двигуна. Принципова схема муфти представлена на рис.1.41. Така конструкція може використовуватись також як запобіжна.

В пів муфті 1 веденого вала (рис.1.41) під дією відцентрової сили повзуни 2, долаючи силу пружин 4, пересуваються в радіальному напрямку та притискаються до внутрішньої поверхні веденої пів муфти 3. Сила тертя, що виникає на робочій поверхні веденої пів муфти, створює крутний момент, який, при достатній частоті обертання ведучого вала, подолає опір веденого вала та забезпечить зчеплення муфти.

Крутний момент, який може передати така муфта, буде:

_(1.44)

_{Де Qη – відцентрова сила,}

_Qnp _{– сила пружини,}

_{F – коефіцієнт тертя}

_{R – радіус робочої поверхні веденої півмуфти}

_{M- маса повзуна}

_{Ω – кутова швидкість повзуна}

_{Включення муфти відбудеться при Т}кр ≥ _Трозр_{, де Т}розр _{– розрахунковій крутний момент на веденому валу. Для цього маса повзуна має бути:}

_{( 1.45)}