Различают фрикционные муфты: 1. сухого трения

h - рабочая высота выступов. На практике принимают D/d ≈ 2,5...3, [σ _см] = 15...20МПа.

Работа муфты с эксцентриситетом сопровождается потерями на трение и дополнительной нагрузкой F_м валов: F_м = 3 KT( D²+ d₁²) f /( D³- d₁³) ≈ F_t f.

2. зубчатая Муфта (ЗМ) обладает:

1. компактностью,

2. хорошими компенсирующими свойствами,

3. способностью передавать большие моменты.

Муфта стандартизирована в диапазоне:

d=11...250 мм, Т=16...40000 Нм

Состоит из двух втулок (полумуфт с зубьями) и надетой на них обоймы с внутренними зубьями. Зубчатые зацепления выполняют с боковым зазором; зубьям придают бочкообразную форму; венцы полумуфт располагают на некотором расстоянии друг от друга. ЗМ компенсирует осевые, радиальные и угловые смещения валов.

Компенсация несоосности валов при работе муфты сопровождается скольжением в местах соприкасания зубьев и их износом (основной критерий работоспособности). Для уменьшения износа в обойму заливают жидкую смазку. Принимают:

η_м=0,985...0,995; F _м ≈ (0,15...0,2) F_t , F_t определяют по диаметру D₀.

Размеры муфт подбирают по таблицам в зависимости от вращающего момента, который находят по наибольшему длительно действующему моменту на ведущем валу.

3. Цепная муфта (цм) по ГОСТ20742-93:

Достоинство ЦМ: при монтаже и демонтаже не требуется осевого смещения узлов.

Силу, с которой муфта воздействует на вал, можно принимать в долях от F ₀ - окружной силы на делительном диаметре звездочки: F _м≈0,25 F ₀.

Так как в шарнирах самой цепи и в сопряжении ее со звездочками имеются зазоры, цепные муфты не применяют в реверсивных приводах, а также в приводах с большими динамическими нагрузками.

Размеры ЦМ подбирают по таблице.

Муфта стандартизирована в диапазоне:

d=20...180 мм, Т=63...16000 Нм. Компенсирующая способность ЦМ: радиальное смещение 0,16...1,20 мм,

угловое смещение 1^о00^!...1^о12^!

4. шарнирные муфты (ШМ)

ШМ допускают соединение валов с повышенным взаимным смещением осей как вызванными неточностями, так и специально заданными конструктором. Например, широко распространены:

1. Асинхронные ШМ (карданная муфта).

Идея муфты впервые предложена Джероламо Кардано в 1570 г. и доведена до инженерного решения Робертом Гуком в 1770 г. Поэтому иногда в литературе они называются карданными муфтами, а иногда – шарнирами Гука. Шарнирные муфты соединяют валы под углом до 45^о, позволяют создавать цепные валы с передачей вращения в самые недоступные места. Всё это возможно потому, что крестовина является не одним шарниром, а сразу двумя с перпендикулярными осями. Прочность карданной муфты ограничена прочностью крестовины, в особенности мест крепления пальцев крестовины в отверстиях вилок. Поломка крестовины – весьма частый дефект, известный, практически, каждому автовладельцу.

2.Синхронные ШМ (ШРУС),

которые передают движение посредством шариков и обеспечивают постоянное передаточное отношение при любых углах между осями соединяемых валов. Такие муфты применяют, например, в приводе передних ведущих колёс автомобиля.

3.3 Упругие компенсирующие муфты (укм)

В машиностроении применяют большое количество разнообразных по конструкции УКМ. Предназначены главным образом для смягчения (амортизации) ударов, толчков и вибрации. Кроме того, допускают некоторую компенсацию смещений валов. Главная особенность таких муфт – наличие металлического или неметаллического упругого элемента. Способность упругих муфт противостоять ударам и вибрации значительно повышает долговечность машин.

По материалу упругих элементов эти муфты делят на две группы: 1. С металлическими

Достоинства металлических упругих элементов:

а) более долговечны, б) малогабаритны

в) обладают большой нагрузочной способностью (их применяют преимущественно для передачи больших крутящих моментов).

Пакетные упругие элементы вследствие трения между пластинами обладают высокой демпфирующей способностью. Муфты с металлическими упругими элементами в зависимости от условий деформирования элемента могут быть выполнены: с постоянной

или переменной жесткостью.

2. С неметаллическими. Основным материалом неметаллических упругих элементов является резина.

Муфты с резиновыми упругими элементами широко распространены во всех областях машиностроения для передачи малых и средних крутящих моментов.

Основные типы резиновых упругих элементов муфт и схемы их нагружения изображены на рис., а - и. При выборе типа упругого элемента учитывают следующее: упругие элементы с равномерным напряженным состоянием по объему обладают большей энергоемкостью; кручение и сдвиг дают большую энергоемкость, чем изгиб и сжатие; выгодно, чтобы упругий элемент занимал большую долю объема муфты. Этим условиям в большей степени удовлетворяют типы упругих элементов, показанные на рис., ж, з, и.

Достоинства резиновых упругих элементов:

1) Высокая эластичность;

в пределах упругости резина допускает относительные (деформации ε≈0,7...0,8, а сталь - только ε≈0,001...0,002; при таких деформациях единица массы резины может аккумулировать большое количество энергии (в 10 раз больше, чем сталь));

2) Высокая демпфирующая способность вследствие внутреннего трения;

относительное рассеяние энергии достигает 0,3...0,5;

3) Электроизоляционная способность.

4) Проще и дешевле, чем муфты со стальными упругими элементами.

Недостатки резиновых элементов:

1) Меньшая долговечность,

вследствие структурных изменений, ускоряемых внешними воздействиями и нагреванием при переменных деформациях, резина постепенно теряет свою прочность и упругие свойства;

2) Меньшая прочность,

которая приводит к увеличению габаритов муфт; для передачи больших крутящих моментов такие муфты становятся нерациональными.

В методике расчета муфт каждой из этих групп много общего, что позволяет ограничиться подробным изучением только некоторых типичных конструкций.

3.3.1 Муфта с цилиндрическими пружинами

Она (см. рис.) состоит из обода 1 с ребром 2 и ступицы 4 с дисками 3. Ребро обода размещается между дисками так, что возможен относительный поворот этих деталей. Ребро и диски имеют одинаковые фасонные вырезы, в которые закладывают пружины 5 с ограничителями 6. С торцов муфты закрывают дисками 7, которые прикрепляют к ступице или ободу для предохранения пружины и ограничителей от выпадания и загрязнения. Характеристика муфты с цилиндрическими пружинами изображена на рис. Вследствие предварительного сжатия пружин силой F ₁ муфта работает как жесткая до нагрузки моментом T ₁.

При этом T ₁ = F ₁ r z,

r - радиус расположения пружин; z - число пружин.

T _max - момент, соответствующий упору ограничителей.

При Т >T₁ муфта работает как упругая с постоянной жесткостью.

Деформацию пружин λ и напряжение τ в ее витках определяют по формулам λ = 8 FD ³ i ∕( Gd ⁴), = k _в 8 FD ∕(π d ³),

F - осевая сила, сжимающая пружину;

D - средний диаметр пружины; d - диаметр проволоки;

i - число рабочих витков пружины; G - модуль сдвига;

k _в – коэффициент, учитывающий влияние кривизны витков.

C _φ = d T /dφ = Gd⁴r²z ∕(8 D³i) - жесткость муфты. Угол закручивания муфты при Т >T₁

Угол φ при колебаниях крутящего момента должен находиться в пределах 0 <φ <φ _max. Несоблюдение этого условия приводит к ударам ограничителей в обеих крайних точках или в одной из них. Размеры пружины (D, d, i), соответствующие данной характеристике, определяют обычно методом подбора по формулам с учетом конструктивных размеров муфты.

Условие прочности пружины: τ = k _в8 DT _max ∕ (π d ³r z )≤[τ],

3.3.2 Муфта УПРУГАЯ СО СТАЛЬНЫМИ СТЕРЖНЯМИ, ПЛАСТИНАМИ и проволоками.

1. Муфта со стальными стержнями.

Упругие элементы этой муфты – тонкие длинные аксиально-расположенные цилиндрические стержни. Стержни устанавливают в отверстия полумуфт по посадке H8/h9, которая допускает определенную их подвижность в осевом, радиальном и угловом направлениях. Меняя форму расточки этих отверстий можно получить, если требуется, муфту с различной характеристикой жесткости. Монтаж и демонтаж муфты со стержнями можно производить без осевого смещения соединяемых узлов. При передаче муфтой момента в местах контакта стержней с отверстиями возникают высокие напряжения. Стержни изготавливают из рессорно-пружинных сталей, полумуфты – из углеродистых конструкционных сталей. Вследствие деформации упругих элементов под нагрузкой, а также из-за несоосности валов стержни перемещаются в отверстиях полумуфт. Для уменьшения износа муфту заполняют при сборке пластичной смазкой, для размещения которой предусматривают специальные полости. Для удержания смазки применяют уплотнения.

2. Муфты с пакетом пластин (плоских пружин)

В исполнении 2 этой муфты пакеты плоских пластин располагаются параллельно оси муфты на цилиндрической поверхности и размещаются между двумя рядами кулачков, каждый из которых находится на разных полумуфтах. Профили кулачков выполнены по дугам окружностей для получения более мягкой характеристики жесткости. Этот вариант муфты более компактен и проще в исполнении.

Для выбора муфты постоянной жёсткости с пакетом плоских пружин (исполнение 2), встроенной в комбинированную муфту, можно воспользоваться следующими расчётами.

1. Из условия прочности толщина одной пружины должна быть не менее (мм):

где при расчёте принимают:

– диаметр (мм) расположения (см.рис.20) пружин (Т в Нм),

– рабочая длина пружины (мм), – длина зажатой пружины (см.рис.),

– допускаемый угол поворота, Е=2,1∙10⁵ МПа– модуль упругости.

– допускаемое напряжение изгиба материала пружины.

2. Из условия жёсткости число плоских пружин в пакете должно быть не менее (мм):

где при расчёте принимают: – ширина (высота) пружины (мм)

- число пакетов пружин

Размеры сечений пластин подбирают так, чтобы толщина пакета .

Для этого меняют толщину или число пластин в пакете .

При проектировании такой муфты также принимают (см.рис.): ; .

Для муфт постоянной жёсткости зубья скашиваются под углом 20^о.

Для муфт переменной жёсткости радиус кривизны скоса зуба определяется по формуле:

3. Муфта со змеевидной пружиной расположенной радиально.

Две полумуфты соединяются упругим элементом выполненным в виде змеевидной пружины расположенной в плоскости, нормальной к оси муфты (рис.). Пружина может быть в виде плоской ленты или проволоки круглого сечения (может быть несколько штук), которая последовательно огибает два ряда запрессованных на каждой полумуфте штифтов. Кожух удерживает пружину от смещений под действием сил инерции и сохраняет пластичную смазку.

Пружина является самой ответственной деталью муфты, изготавливается из высококачественных пружинных сталей с пределом прочности не менее 1700 МПа. В тяжелонагруженных муфтах пружины устанавливаются в 2-3 ряда. Такие муфты имеют высокую надежность и применяются в тяжелом машиностроении (прокатные станы, кузнечно-прессовое оборудование, паровые турбины и т.д.), хотя сложны в изготовлении и требуют контроля при эксплуатации.

Порядок расчёта змеевидной пружины в виде проволоки диаметром d:

1. Из условия прочности диаметр проволоки пружины должен быть не менее (мм):

где при расчёте принимают:

– диаметр (мм) расположения (см.рис.) внутренних штифтов (Т в Нм),

– радиальное расстояние между наружными и внутренними штифтами (мм),

– число витков пружины (число внутренних штифтов),

- коэффициент, учитывающий вид сечения пружины,

– число рядов пружины, – допускаемое напряжение изгиба.

2. Из условия жёсткости величина размаха змеевидной проволочной пружины должна быть не более (мм):

где при расчёте принимают: ,

– угловой шаг между штифтами ( - в градусах); .

- длина прямолинейного участка проволоки пружины,

– допускаемый угол поворота. Е=2,1∙10⁵ МПа–модуль упругости.

Диаметры d _в и d _н для внутренних и наружных штифтов, охватываемых проволочной пружиной:

Порядок расчёта змеевидной пружины в виде ленты толщиной b:

1. Из условия прочности толщина b змеевидной ленты должна быть не менее (мм):

где при расчёте можно принять: h= 2…8 мм – высота сечения ленточной пружины

2. Из условия жёсткости величина размаха змеевидной ленты должна быть не более

Диаметры d_в и d_н для внутренних и наружных штифтов, охватываемых ленточной пружиной: .

4. Муфта со змеевидной пружиной расположенной аксиально

Для выбора змеевидной пружины постоянной жёсткости можно воспользоваться следующими двумя зависимостями:

1. Для обеспечения прочности пружины толщина b ленты должна быть не менее (мм):

где D_ср=0,8D – средний диаметр расположения зубьев (мм),

D – наружный диаметр муфты (мм) из таблицы на рис., z = 60…100 – число зубьев,

– шаг зубьев (мм) (см. рис.), В – длина зуба (мм), Н=2(а-с) –ширина зуба,

2с = 2…6 мм –расстояние между полумуфтами,

2а =(1,6…2,0) t – расстояние между линиями контакта пружины и зуба (мм),

h =(0,16…0,25) t – высота поперечного сечения пружины (мм) (см. рис.),

– допускаемые напряжения изгиба для пружины из сталей типа 65Г или 60С2А (по Гост 21996 – 76).

2. Для обеспечения необходимой жёсткости прямолинейная длина пружины, должна быть не более (мм):

где Е=2,1∙10⁵ МПа –модуль упругости, –допускаемый угол поворота.

Общая осевая длина пружины

3.3.3 Муфта срезиновой звездочкой.

Состоит из двух полумуфт с торцовыми выступами и резиновой звездочки, зубья которой расположены между выступами. Зубья звездочки работают на сжатие. При передаче момента в каждую сторону работает половина зубьев. Муфта стандартизована и широко применяется для соединения быстроходных валов п = 3000...6000 мин^-1 и диаметрах валов d = 12...45 мм.

Муфта компактна и надежна в эксплуатации.

Допускает

радиальное смещение осей Δ r ≤0,2 мм;

перекос осей Δα ≤1°30'.

Соотношение основных размеров:

d ₁ ≈(0,5...0,55) D; h ≈(0,3...0,22) D; L=3d ₁.

Недостатки - при разборке и сборке необходимо смещение валов в осевом направлении.

Работоспособность резиновой звездочки определяется напряжением смятия и может быть рассчитана по формуле σ_см ≈24 DKT / [ zh(D³-d³₁ ) ] ≤ [σ_см], z - число зубьев звездочки. Принимают [σ_см] =2...2,5 МПа.

3.3.4 Муфта упругая втулочно-пальцевая (МУВП).

МУВП применяется не только для компенсации смещения валов, но и для снижения динамичности нагрузок и амортизации колебаний, возникающих при работе передач машин. МУВП (рис.)состоит из двух полумуфт, соединенных пальцами, на которые для смягчения ударов надеты гофрированные резиновые втулки. Благодаря легкости изготовления и замены резиновых элементов эта муфта получила распространение, особенно в приводах от электродвигателей с малыми и средними крутящими моментами. Особенность – широкое распространение получил специальный вариант конструкции МУВП в тормозном исполнении.

При известном Т по таблице определяется диаметр D₁ расположения пальцев с упругой втулкой. Если расположение пальцев на данном D₁ не возможно по конструктивным причинам, то установка их на другом диаметре должна быть проверена для ограничения износа по формуле на среднее контактное давление пальца на втулку:

или определены необходимые или ^, где z и d₂ – число пальцев и их диаметр; D₁ – диаметр окружности расположения осей пальцев; l₂ – длина упругого элемента и втулки; [р] ≈2 МПа – допускаемое давление для резиновых втулок.

3.3.5 Муфта с упругой торообразной оболочкой.

Упругий элемент муфты, напоминающий автомобильную шину, работает на кручение. Это придает муфте большую энергоемкость, высокие упругие и компенсирующие свойства. Муфта с торообразной оболочкой предназначена для передачи вращения между механизмами, которые подвергаются действию довольно значительных вибрационных, ударных и динамических нагрузок. Этот вид муфты прекрасно компенсирует радиальное смещение валов до 4,5 мм, они имеют высокие демпфирующие свойства, и характеризуются простотой конструкции и большим сроком эксплуатации - 10 лет. Муфта обеспечивает электро и шумоизоляцию узлов привода, и применяется в механизмах, в которых трудно обеспечить соосность валов, при ударных и переменных нагрузках. Такие высокоэластичые муфты широко применяются в насосных установках, в приводах рольгангов прокатных станов, строительно-дорожных машин, бурильных станках, а также в силовых приводах судов речного и морского флота, вспомогательных приводах тепловозов и электровозов. Так же беспорным преимуществом муфты с торообразной оболочкой является возможность замены эластичного элемента, без демонтажа муфты. Для создания комбинированной муфты, в которой используется торообразная оболочка, чаще всего берётся определённая модель оболочки с необходимыми силовыми и геометрическими параметрами.

Нагрузочная способность муфты ограничивается потерей устойчивости и усталостью резиновой оболочки. В первом приближении можно рекомендовать расчет прочности оболочки по напряжениям сдвига в сечении около зажима (по D ₁):

τ = 2 TK /(π D ₁ ² δ) ≤ [ τ ]. По экспериментальным данным, [τ] ≈ 0,4 МПа.

4. управляемые (сцепные) Муфты (УМ)

УМ позволяют соединять или разъединять валы с помощью механизма управления. По принципу работы все эти муфты можно разделить на две группы:

«Группа муфт с геометрическим замыканием –

кулачковые, зубчатые и др. муфты,

отличающиеся компактностью конструкции, но не допускающие включения на быстром ходу при большой разности угловых скоростей сцепляемых полумуфт. Этого недостатка лишены зубчатые муфты с синхронизаторами. Такие муфты обеспечивают безударное включение на холостом ходу, т. к. сначала в соприкосновение входят фрикционные поверхности и происходит выравнивание скорости вращения полумуфт в процессе скольжения перед введением в зацепление зубьев. Муфты с синхронизаторами используют в автомобильных коробках передач.

«Группа муфт с силовым замыканием - муфты трения, или фрикционные,

которые допускают включение на ходу и под нагрузкой. Эти муфты могут быть выполнены

Ø с одним или несколькими дисками,

Ø с цилиндрическими или коническими

поверхностями трения,

Ø с механическим, пневматическим, гидравлическим или электромагнитным управлением.

Группу муфт с силовым замыканием электромеханической связью составляют муфты с жидкой или порошкообразной ферромагнитной смесью, в которых при прохождении электрического тока в катушке возбуждения возникает магнитный поток, в результате ферромагнитная смесь, заполняющая зазор между полумуфтами, намагничивается, что обеспечивает сцепление смеси с поверхностями полумуфт. Такие муфты применяют в автоматических системах, т. к. они позволяют осуществлять дистанционное управление.

4.1 Муфты кулачковые И зубчатые.

На торцах полумуфт 1 и 2 (см. рис.) имеются выступы (кулачки) 3. В рабочем положении выступы одной полумуфты входят во впадины другой. Для включения и выключения муфты одну из полумуфт 2 устанавливают на валу подвижно в осевом направлении. Подвижную полумуфту перемещают с помощью специального устройства - отводки. Вилку отводки располагают в пазу 4. Па чертеже штриховой линией показано выключенное положение полумуфты 2. Кольцо 5 служит для центровки валов. Несоосность валов резко снижает работоспособность кулачковых муфт. Чаще всего кулачковые и зубчатые сцепные муфты располагают на одном валу и используют для переключения скоростей.

По устройству и методике расчета зубчатая муфта (рис.) подобна зубчатой компенсирующей муфте с той разницей, что здесь обойма 2 изготовляется подвижной и управляется с помощью отводки. На рис. обойма расположена в положении "Включено". Диски 1 и 3 являются ограничителями, а втулка 4 центрирует валы и одновременно выполняет функцию подшипника при их относительном вращении (когда муфта выключена). Допускаемые напряжения смятия при расчетах прочности зубьев принимают такими же, как и для кулачковых муфт.

Распространенные формы кулачков изображены на рис.

§ Прямоугольный профиль требует точного взаимного расположения полумуфт в момент включения. Кроме того, в таких муфтах неизбежны технологические боковые зазоры и связанные с этим удары при изменении направления вращения. Зазоры увеличиваются при износе кулачков.

§ Трапецеидальный профиль

не требует точного взаимного расположения полумуфт в момент включения, а боковые зазоры компенсируются изменением глубины посадки кулачков.

Симметричные профили кулачков - реверсивные, несимметричные - нереверсивные. В муфтах с трапецеидальными кулачками возникают осевые силы F_a, которые стремятся раздвинуть полумуфты и затрудняют включение; в этом отношении муфты с прямоугольными кулачками обладают преимуществом. Значение угла α трапецеидального профиля выбирают таким (обычно 2...5°), чтобы обеспечивалось самоторможение или чтобы не создавать большой постоянной нагрузки на механизм отводки.

Включение кулачковых муфт при относительном вращении валов всегда сопровождается ударами, которые могут вызвать разрушение кулачков. Поэтому такие муфты не рекомендуют применять для включения механизма под нагрузкой и при больших скоростях относительного вращения (υ ≥l м/с).

Работоспособность кулачковых муфт определяется в основном износом кулачков, который зависит от:

Ø напряжений смятия на поверхности касания σ_см = 2 KT ∕ (zD₁bh ) ≤ [σ _см ],