КЛАССИФИКАЦИЯ МУФТ

подходят один к другому вплотную или же удалены на небольшое

расстояние.
СОЕДИНЕНИЕ ВАЛОВ МУФТАМИ ОБЕСПЕЧИВАЕТ ПЕРЕДАЧУ ВРАЩАЮЩЕГО МОМЕНТА ОТ ОДНОГО ВАЛА К ДРУГОМУ. МУФТЫ НЕ ИЗМЕНЯЮТ ВРАЩАЮЩЕГО МОМЕНТА И НАПРАВЛЕНИЯ ВРАЩЕНИЯ.

Валы, как правило, расположены так, что геометрическая ось одного вала составляет продолжение геометрической оси другого вала. С помощью муфт можно также передать вращение с валов на зубчатые колеса, шкивы, свободно насаженные на эти валы.
Некоторые типы муфт поглощают вибрации и точки, предохраняют машину от аварий при перегрузках.
Применение муфт в машиностроении вызвано необходимостью:
- получения длинных валов, изготовляемых из отдельных частей, компенсации небольших неточностей монтажа в относительном расположении соединяемых валов;
- придания валам некоторой относительной подвижности во время работы (малые смещения и перекос геометрических осей валов);
- включения и выключения отдельных узлов;
- автоматического соединения и разъединения валов в зависимости от пройденного пути, направления передачи вращения, угловой скорости, т. е. выполнения функций автоматического управления;
- уменьшение динамических нагрузок.

МУФТЫ МЕХАНИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ:
а) жесткие (глухие) — практически не допускающие компенсации

ради­альных, осевых и угловых смещений валов;
б) компенсирующие — допускающие некоторую компенсацию радиаль­ных, осевых и угловых смещений валов благодаря наличию упругих элементов (резиновых втулок, пружин;
в) фрикционные — допускающие кратковременное проскальзывание при перегрузках.
- МУФТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО (ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО) ДЕЙСТВИЯ.
- МУФТЫ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ИЛИ ПНЕВМАТИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ.

КЛАССЫ МУФТ различают по режиму соединения валов.

- НЕРАСЦЕПЛЯЕМЫЕ (постоянные, соединительные) – соединяют валы постоянно, образуют длинные валы.
- УПРАВЛЯЕМЫЕ (сцепные) – соединяют и разъединяют валы в процессе работы, например, широко известная автомобильная муфта сцепления.
- САМОДЕЙСТВУЮЩИЕ (самоуправляемые, автоматические) – срабатывают автоматически при заданном режиме работы (обгонные, центробежные, предохранительные).
- ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЕ муфты, разъединяющие валы при нарушении нормальных эксплуатационных условий работы.



ПО СТЕПЕНИ СНИЖЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК :
- ЖЕСТКИЕ, не сглаживающие при передаче вращающего момента вибрации, толчки и удары;
- УПРУГИЕ, сглаживающие вибрации, толчки и удары благодаря наличию упругих элементов — пружин, резиновых втулок.

габариты, масса, момент инерции.
Муфта, рассчитанная на передачу определённого вращающего

момента, выполняется в нескольких модификациях для разных диаметров валов.
Муфты рассчитывают по КРИТЕРИЯМ РАБОТОСПОСОБНОСТИ:
- прочности при циклических и ударных нагрузках,
- износостойкости,
- жёсткости.
Муфты подбираются из каталога по величине передаваемого вращающего момента
Т = ТВалаK,
где ТВала – номинальный момент, определённый расчётом динамики механизма
(наибольший из длительно действующих),
К – коэффициент режима работы.
- при спокойной работе и небольших разгоняемых массах
(приводы конвейеров, испытательных установок К = 1,15...1,4;
- при переменной нагрузке и средних разгоняемых массах
(металлорежущие станки, поршневые компрессоры ) К= 1,5...2;
- при ударной нагрузке и больших разгоняемых массах (прокатные станы, молоты) К= 2,5...3.
Диаметры посадочных отверстий муфты согласуют с диаметрами концов соединяемых валов, которые могут быть различными при одном и том же вращающем моменте вследствие применения разных материалов и различной нагруженности изгибающими моментами.

собой втулку 3, посаженную с помощью шпонок, штифтов или шлицев

на выходные концы валов 1 и 2.
 
Втулочные муфты находят применение в тихоходных и неответственных конструкциях машин при диаметрах валов d < 70 мм.
Достоинство — простота конструкции и малые габаритные размеры;
недостатки — необходимость при монтаже и демонтаже раздвигать концы валов на полную длину муфты либо сдвигать втулку вдоль вала не менее чем на половину ее длины; необходимость очень точного совмещения валов, так как эти муфты не допускают радиального или углового смещения осей валов.
Материал для изготовления втулки — сталь 45; для муфт больших раз­меров — чугун СЧ25.

4. Для передачи вращающего момента используют шпоночные или шлицевые соединения.

Вращающий момент передаётся за счёт сил трения между фланцами, а когда болты вставлены без зазора, то также и болтами.
Фланцевые муфты стандартизованы в диапазоне диаметров 12...250 мм и передают моменты 8...45000 Нм. В тяжёлых машинах полумуфты приваривают к валам.
Эти муфты называют иногда поперечно-свертными. Для лучшего центрования фланцев на одной полумуфте делают круговой выступ, на другой — выточку того же диаметра или предусматривают центрующее кольцо 3 .
 
ФЛАНЦЕВЫЕ МУФТЫ МОГУТ ПЕРЕДАВАТЬ ЗНАЧИТЕЛЬНЫЕ ВРАЩАЮЩИЕ МОМЕНТЫ

Употребляются для валов диаметром d < 350 мм.
ДОСТОИНСТВО — простота конструкции и легкость монтажа;
НЕДОСТАТОК — необходимость точного совмещения валов и точного соблюдения перпендикулярности соприкасающихся торцовых поверхностей полумуфт к оси вала.
Материал фланцевых полумуфт — сталь 40, 35Л, чугун СЧЗО (для муфт больших размеров).

и 2 с наружными зубьями и двух обойм 3 и

4 с внутренними зубьями. Обоймы муфты соединены болтами 5. Через отверстие 6 заливается масло (один раз в три месяца).

Компенсируют радиальные, угловые и комбинированные смещения валов
(углы между полумуфтами и обоймами не должны превышать 0,5°; d< 560 мм

Компенсация несоосности валов сопровождается скольжением зубьев. Для повышения износостойкости зубья подвергают термообработке, а в муфту заливают смазку.

Эти муфты надежны в работе, имеют малые габаритные размеры.
Материал полумуфт и обойм — сталь 40 или 45Л.

всеми зубьями, а зубья соприкасаются по всей длине и высоте

РАСЧЕТ КУЛАЧКОВО-ДИСКОВОЙ МУФТЫ

радиальные и угловые смещения осей валов.

Основное назначение - компенсировать

вредное влияние неправильного относительного положения соединяемых валов.

Недостаток - муфты чувствительны к перекосам.
При перекосах валов вследствие трения в зубьях муфта нагружает валы изгибающим моментом примерно 10% от вращающего.
Компенсирующие муфты делятся
жесткие подвижные
упругие (деформируемые).

пазами на торцах и промежуточного плавающего диска 3 с взаимно

перпендикулярными выступами.
В собранной муфте выступы диска располагаются в пазах полумуфт.
Трущиеся поверхности периодически смазывают пластичной смазкой (один раз в смену).
Кулачково-дисковая муфта применяется для соединения тихоходных валов (до 250 об/мин).
Допустимые смещения валов
радиальные — до 0,04 мм,
угловое — до 30'.
Недостаток — повышенная чувствительность к перекосам валов.
Предназначены главным образом для компенсации относительно параллельного смещения осей валов. Полумуфты и диски рекомендуется изготовлять из стали 45Л.

упругой муфты имеются стальные пальцы 1 на которые установлены эластичные

(резиновые, кожаные) втулки 2.
Эластичные элементы позволяют компенсировать незначительные смещения валов:
осевые (для малых муфт 1—5 мм; для больших муфт 2—15 мм),
радиальные (0,2—0,6 мм)
угловые (до 30').
Обладают
хорошей эластичностью,
высокой демпфирующей и электроизоляционной способностью,
простотой в изготовлении,
надежностью в работе.
Находят широкое применение, особенно для соединения электродвигателей с исполнительными механизмами (машинами) при d< 150 мм.
Материал полумуфт — сталь 35, 35Л или чугун СЧ25; пальцы изготовляют из стали 45.

некоторую компенсацию смещений валов. Способность упругих муфт противостоять ударам и

вибрации значительно повышает долговечность машин.

Главная особенность– наличие металлического или неметаллического упругого элемента.
Используются различные упругие элементы:
звёздочки,
шайбы,
упругие оболочки,
винтовые пружины,
змеевидные пружины,
сильфоны .
 МУФТА С УПРУГОЙ ТОРООБРАЗНОЙ ОБОЛОЧКОЙ
способна компенсировать значительные неточности монтажа валов.
легка в монтаже, демонтаже и замене упругого элемента.
Допускаются смещения
радиальные 1...5 мм,
осевые 2...6 мм,
угловые 1,5...20, у
угол закручивания 5...300.

Это придает муфте большую энергоемкость, высокие упругие и компенсирующие свойства

Нагрузочная способность муфты ограничивается потерей устойчивости и усталостью резиновой оболочки.

фланцам. Стандартизованы муфты с неразрезной упругой оболочкой для моментов 20...25000

Нм.

Широкое применение находит УПРУГАЯ ВТУЛОЧНО-ПАЛЬЦЕВАЯ МУФТА "МУВП»
ДОСТОИНСТВА - нет необходимости крепить резину к металлу, легко заменять упругие элементы при износе;
легка в изготовлении;
проста в конструкции;
удобна в эксплуатации, -
Получила широкое применение, особенно для передачи вращения от электродвигателя.
Момент передаётся через пальцы и насаженные на них упругие элементы в форме колец или гофрированных втулок.
Муфты нормализованы в диапазонах 16...150 мм и 32...15000 Нм.
НЕДОСТАТКИ:
радиальные и угловые смещения существенно снижают срок службы упругих элементов ;
повышают нагрузки на валы и опоры.
Муфты рассчитывают по допускаемым давлениям между пальцами и упругими втулками
P = 2Mвр / (Z∙D∙d∙l)  [P],

где Z – число пальцев,
d – диаметр пальца,
l – длина упругого элемента,
D – диаметр расположения осей пальцев.
Допускаемое давление обычно 30 МПа.
Пальцы муфты рассчитывают на изгиб.

 

муфт позволяют это делать на ходу, без остановки электродвигателя.
Сцепные

муфты иногда называют управляемыми.

ПО ПРИНЦИПУ РАБОТЫ различают
КУЛАЧКОВЫЕ
ФРИКЦИОННЫЕ СЦЕПНЫЕ МУФТЫ.

КУЛАЧКОВЫЕ МУФТЫ состоят из двух полумуфт 1 и 2, имеющих кулачки на торцовых поверхностях.
Включение муфты осуществляется за счет полумуфты 2, которая может передвигаться вдоль вала по направляющей шпонке или по шлицам.
Во избежание повреждений кулачков включение муфты на ходу допускается без нагрузки при весьма малой разности угловых скоростей валов. Выключение допускается на ходу.

ДОСТОИНСТВО кулачковых муфт — простота конструкции и малые габаритные размеры;

НЕДОСТАТОК — невозможность, как правило, включения на ходу.
Рекомендуемый материал кулачковых полумуфт — легированная сталь 20Х или 20ХН (с цементацией и закалкой).

момент за счет сил трения;
допускают плавное сцепление при любой

скорости,
не могут передать через себя момент больший, чем момент сил трения, поскольку начинается проскальзывание контактирующих фрикционных элементов;
являются эффективными неразрушающимися предохранителями для защиты машины от динамических перегрузок.

По конструкции делят:
ДИСКОВЫЕ, в которых трение происходит по торцевым поверхностям дисков (одно- и многодисковые)
КОНУСНЫЕ, в которых рабочие поверхности имеют коническую форму ;
ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ имеющие цилиндрическую поверхность контакта (колодочные, ленточные .
Наибольшее распространение получили дисковые муфты.
Фрикционные муфты работают без смазочного материала (сухие муфты) и со смазочным материалом (масляные муфты). Последние применяют в ответственных конструкциях машин при передаче больших моментов. Смазывание уменьшает изнашивание рабочих поверхностей, но усложняет конструкцию муфты.
Материал для фрикционных муфт — конструкционные стали, чугун СЧ30. Фрикционные материалы (прессованную асбесто-проволочную ткань — ферродо, фрикционную пластмассу, порошковые материалы ) применяют в виде накладок.
 Главной особенностью работы фрикционных муфт является сжатие поверхностей трения.- муфты рассчитываются на прочность по контактному давлению (аналогично напряжениям смятия).
Для каждой конструкции необходимо вычислить сжимающую силу и разделить её на площадь контакта. Расчётное контактное давление не должно быть больше допускаемого для данного материала.

в узкую часть паза 3 и заклинивается. Образуется жесткое соединение

звездочки с валом 4 через ролик. При вращении полумуфты 5 в противоположном направлении ролик выходит в широкую часть паза и полумуфта оказывается разъединенной с валом. В этом направлении она может вращаться свободно. Толкатель 6, имеющий слабую пружину, удерживает ролик в постоянном соприкосновении с обоймой.
Прочность рабочих поверхностей ролика рассчитывают по контактным напряжениям

одного из следующих параметров:
вращающего момента — ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЕ МУФТЫ,
направления

вращения — ОБГОННЫЕ,
скорости вращения — ЦЕНТРОБЕЖНЫЕ.

МУФТЫ СВОБОДНОГО ХОДА (ОБГОННЫЕ) предназначены для передачи вращающего момента в одном направлении. Ролики 3 муфты свободного хода за счет сил трения заклиниваются между поверхностями полумуфт 1 и 2. 
При уменьшении скорости вращения полумуфты 1 вследствие обгона ролики выкатываются в широкие участки вырезов, и муфта автоматически размыкается.
Достоинства:
работают бесшумно,
допускают большую частоту включений.
В качестве материалов для муфт свободного хода рекомендуют применять стали ШХ15, 20Х, а также высокоуглеродистые инструментальные стали.

скоростях.
Центробежная муфта состоит из ведущей и ведомой полумуфт 1

и 2, в пазы которых устанавливают фрикционные грузы — колодки 3. При достижении ведущей полумуфтой заданной угловой скорости колодки 3, за счет центробежных сил, прижимаются к ведомой полумуфте, и муфта включается.
Любая из полумуфт может быть ведущей.
Передача вращающего момента осуществляется силами трения, значение которых пропорционально квадрату угловой скорости.
ДОСТОИНСТВА:
допускает частые включения;
обеспечивает плавное включение;
имеет сравнительно небольшие габаритные размеры.
 

ЧТО ПРЕДОХРАНЯЕТ МАШИНЫ ОТ ПОЛОМОК ПРИ ПЕРЕГРУЗКАХ.

Наибольшее распространение получили:

ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЕ КУЛАЧКОВЫЕ,
ШАРИКОВЫЕ
ФРИКЦИОННЫЕ МУФТЫ.
 
От сцепных и других муфт отличаются отсутствием механизма включения.
Предохранительные КУЛАЧКОВЫЕ и ШАРИКОВЫЕ МУФТЫ постоянно замкнуты, а при перегрузках кулачки или шарики полумуфты 1 выдавливаются из впадин полумуфты 2, и муфта размыкается.
Предохранительная ФРИКЦИОННАЯ МУФТА — при перегрузке за счет проскальзывания происходит пробуксовывание этой муфты (останавливается ведомый вал).
Предохранительные муфты применяют при частых перегрузках.
При маловероятных перегрузках применяют предохранительные муфты с разрушающимся элементом, например со срезным штифтом. Такая муфта состоит из дисковых полумуфт 1 и 2, соединяемых металлическим штифтом 3, вставленным в термически обработанную втулку 4. При возникновении перегрузки штифт срезается, и муфта разъединяет валы. Они просты по конструкции и малогабаритны.
 
Для изготовления деталей предохранительных муфт в зависимости от типа муфты применяют конструкционные стали, чугун СЧЗО, фрикционные материалы, сталь ШХ12 и др.
Штифты для муфт с разрушающимся элементом изготовляют из стали 45,
втулки — из стали 40Х с закалкой.

типоразмера выполняют для некоторого диапазона диаметров вала.

ОСНОВНЫМ КРИТЕРИЕМ ПРИ

ВЫБОРЕ СТАНДАРТНЫХ МУФТ ЯВЛЯЕТСЯ ПЕРЕДАВАЕМЫЙ ВРАЩАЮЩИЙ МОМЕНТ.

При проектировании новых муфт конструктивные размеры элементов муфты определяют расчетом. Стандартизованные или нормализованные муфты не рассчитывают, а выбирают, как и подшипник качения, по таблицам справочников.

ВЫБОР СТАНДАРТНЫХ МУФТ.
Основной характеристикой при выборе муфт является передаваемый расчетный момент
Т = ТВала Кр (1)
где Кр — коэффициент режима работы ;
ТВала — номинальный вращающий момент при установившемся режиме работы.
Муфты выбирают по соответствующим таблицам по Кр в зависимости от диаметра вала d (учитывают также максимальную угловую скорость ).
Отдельные детали выбранной муфты проверяют на прочность.
 

КР

ВЫБИРАЮТ ПО НОРМАЛЯМ.
Прочность втулки проверяют по основному условию прочности на

кручение

где — допускаемое напряжение на кручение (для стали 45: = 22 ÷ 25 МПа);

— расчетное напряжение на кручение;
Тр — расчетный момент;
d и D — размеры муфты
Шпоночные или шлицевые (зубчатые) соединения вала с жесткой муфтой проверяют по формулам, болтовые соединения на растяжение и срез. Болты и стенки полумуфт на смятие проверяют по формуле
,
где Ft — сила, срезающая один болт;
Асм — площадь смятия;
dб — диаметр болта;
К — толщина фланца полумуфты ;
— допускаемое напряжение на смятие материала болтов или полумуфт.

или стандартам .
Для КУЛАЧКОВО-ДИСКОВЫХ МУФТ
проверочный расчет на прочность (износостойкость)

производят по формуле



где р — максимальное давление, возникающее на рабочей
поверхности сопряженных деталей муфты;
D, d, h — размеры муфты;
[р] — допускаемое давление (для муфт с закаленными
поверхностями трения [р] = 15 ÷ 30 МПа).
Проверочный расчет зубчатых муфт не производят.
Их выбирают по стандарту.

ДЛЯ ЗУБЧАТЫХ МУФТ
расчетный момент
Тр=КбКрТ,
где Кб и Кр — коэффициенты безопасности и режима работы;
Т — номинальный вращающий момент.

по формуле



для втулок — на смятие по формуле :



где

Мр — расчетный момент;
dn, lп, lв, D1, — размеры пальца втулки и полу­муфты;
z — число пальцев;
— допускаемое напряжение изгиба (для пальцев из стали
45 = 80...90 МПа);
— допускаемое напряжение смятия втулки (для резины
= 2 МПа).

на износостойкость рабочих поверхностей дисков. Для передачи вращательного движения от

полумуфты 1 к полумуфте 2 без относительного проскальзывания дисков момент сил трения должен быть не меньше вращающего момента, создаваемого на ведущем валу.
ФРИКЦИОННЫЕ ДИСКОВЫЕ МУФТЫ выбирают по нормалям.
РАСЧЕТ САМОУПРАВЛЯЕМЫХ И ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫХ МУФТ.
Самоуправляемые роликовые муфты свободного хода выбирают по нормалям. На контактную прочность проверяют только ролики и рабочие поверхности полумуфт:


где Тр — расчетный момент;
Епр — приведенный модуль упругости;
d и l — диаметр и длина роликов;
70 — угол заклинивания роликов;
D — диа­метр рабочей поверхности обоймы;
z — число роликов;
— допускаемое контактное напряжение (для стали ШХ15, 20Х и 40Х
= 1500 МПа).

на износостойкость аналогично фрикционным муфтам. Массу груза подбирают по создаваемой

им центробежной силе.
ФРИКЦИОННЫЕ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЕ МУФТЫ ВЫБИРАЮТ ПО СТАНДАРТУ.
Их расчетная проверка аналогична расчету сцепных фрикционных муфт.
ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЕ МУФТЫ С РАЗРУШАЮЩИМСЯ ЭЛЕМЕНТОМ выбирают по нормалям станкостроения, после чего штифт проверяют на срез:


где Tпред — предельный момент, при котором происходит
разрушение штифтов;
D1 — диаметр расположения штифтов;
— предел прочности на срез (для стали 45 = 420 МПа);
Тр — расчетный момент;
dm — диаметр штифта;
z = 1 ÷ 2 — число штифтов.

концы двух валов диаметром d=80 мм каждый.
Фланцы полумуфт стянуты

шестью болтами М16, три из которых поставлены без зазора в отверстия из-под развертки (диаметр стержня болта d4 = 17 мм); остальные три — в отверстия с зазором.
Материал болтов сталь 30, класс прочности 5.6 ( = 300 Н/мм2).
Проверить на срез болты, поставленные без зазора, в предположении, что весь вращающий момент T= 2500 Н·м передают только эти болты. Диаметр окружности, на которой расположены оси болтов, D1 = 220 мм.
Решение.
1. Допускаемое напряжение на срез стержня болта

= 0,25·300 = 75 Н·мм2,

2. Коэффициент режима работы муфты K = 1,75.
3. Окружная сила, передаваемая одним болтом (при z = 3),
Н
4. Расчетное напряжение среза в болте
Н/мм2

Условие прочности выполнено: = 58,4 Н/мм2 < = 75 Н/мм2. 

ОБГО́ННАЯ МУ́ФТА, муфта свободного хода — деталь механической трансмиссии, которая предотвращает передачу вращающего момента от ведомого вала обратно к ведущему в случае, если по какой-либо причине ведомый начинает вращаться быстрее. Простейшая обгонная муфта состоит из двух колец, вставленных одно в другое. На поверхности внешнего протачиваются специальные пазы. На внутреннем располагаются либо подпружинен-ные шарики или ролики, либо лепестки, упирающиеся во внешнее кольцо. Конструкция сделана так, что при одном направлении вращения шарики под действием пружин выдвигаются из пазов и заклинивают оба кольца, а при обратном (или в случае, когда внешнее кольцо движется быстрее внутреннего) утапливается и кольца вращаются независимо.