Большая энциклопедия нефти и газа. Предохранительные муфты

Эти муфты служат для предохранения деталей машин от воздействия перегрузок: они разъединяют валы при возрастании крутящего момента выше допустимого значения.

По принципу работы различают муфты: с разрушающимся элементом; пружинно-кулачковые; фрикционные.

4.I.I. Муфты с разрушающимся элементом

Предохранительные элементы этих муфт чаще всего рабо­тают на срез и выполняются в этом случае в форте цилиндри­ческих штифтов или в виде призматических шпонок. Эти муфты отличаются простотой конструкции, что и обусловило их широкое распространение.

На рис.4.1 (табл.4.1) представлена муфта со срезным штифтом по нормали станкостроения Р 95-1. Обе полумуфты расположены на валу. Одна полумуфта соединяется с валом шпонкой, другая полумуфта сидит на нем свободно, соединяясь шпонкой с деталью, расположенной на ее удлиненной ступице.

Рис. 4.1 Муфта со срезным штифтом

Вращение сообщается полумуфтам через цилиндри­ческий штифт 4, расположенный во втулках I и 2. Для уве­личения долговечности втулки I и 2 изготовляют из стали 40Х с последующей термообработкой до твердости HRC 50...60. При перегрузке штифт срезается, и полумуфты свободно враща­ются относительно друг друга. Для облегчения замены штифта на наружной поверхности полумуфт наносятся риски, при совме­щении которых совпадают оси отверстий втулок I и 2.

Штифты изготовляются из сталей марок У8А, У10А или 40,45,50,

Элементы срезных муфт показаны на рис.42 (табл.4.1).

4.1.2. Фрикционные предохранительные муфты

Эти муфты применяются при частых кратковременных пе­регрузках; главным образом при нагрузках ударного характе­ра и значительных угловых скоростях и передают крутящий момент за счет сил трения.

На рис.4.2. показана предохранительная фрикционная муфта по ГОСТу 15622-70, а в табл.4.2 приведены основные размеры и параметры ее.

Рис.4.2 Элементы срезных муфт

Рис. 4.2 Фрикционная предохранительная муфта

Таблица 4.2

Размеры и параметры предохранительной фрикционной муфты (рис. 4,2)

Обозначение муфты исполнения

[М к ] кгсм

Размеры в мм

Пред. откл. по А

Посадочные отв. исполение1 исполнение2

Пример условного обозначения муфты с наружным диаметром D=50мм и диаметром расточки под вал d=12мм исполнения 1: Муфта 1-5012 ГОСТ15622-70

Диаметр расточки под шлицевой вал d 2 =11мм, исполнения 2: Муфта 2-5011 ГОСТ 15622-70.

ОХРЯНАЯ 1 ИХИ ЧИ (ii>767426

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

5Ъеудвретввнный квмитвт

СССР ие делам иэабретеиий и открытий (53) УДК 621,825. .5 (088.8) Опубликовано 30.09.80 Бюллетень ¹ 36

Ю. И. Ермишин и M. И. Грановский (7I) Заявитель (54) ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНАЯ ФРИКЦИОННАЯ

Изобретение относится к области машиностроения.

Известна предохранительная фрикционная муфта, содержащая две фрикционные полумуфты, зажатые с помощью регулируемой пружины между упорным и нажимным дисками, между

5 которыми в их лунках переменной глубины установлены шарики (11.

При перегрузке упорный диск, преодолевая

10 силы трения, проворачивается, а шарики, перекатываясь по торцовым поверхпоста4 нажимного и упорного дисков, создают осевую силу, . разгружая фрикционные диски.

Известна также предохранительная фрикционная муфта, содержащая корпус с подпружиненными фрикционными дисками, помещенны ми между упорным стаканом и нажимным диском, а также отжимной узел, выполненный в виде установленной в упорном стакане обоймы, кольца и помещенных в их торцовых углублениях тел качения (2). Данная муфта является наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту.

Недостатком, указанных. муфт является то, что при длительно действующем предельном моменте при остановке ведомого корпуса ролики отжимного узла многократно выходят из углублений и, обкатываясь по торцам обоймы и кольцам, снова входят в углубления, в результате чего смыкаютея и размьпсаются фрикционные диски. Это вызывает динамическую ударную нагрузку на диски, а через них на весь механизм. Скосы в углеблениях и сами ролики быстро выходят из строя, а на фрикционных дисках возможны задиры. Неизбежен и нагрев муфты. Указанные факторы быстро приводят к поломке муфты. Во избежание их необходимо разомкнуть муфту при возникновении предельного момента.

Целью изобретения является повышение надежности и срока службы муфты путем обеспечения полного размыкания фрикционных дисков.

Gem изобретения достигается тем, что муфта снабжена зафиксированными в обойме пальцами, установленными с возможностью взаимодействия с нажимным диском, при этом коль15

3 76 цо закреплено на корпусе, а обойма с пальцами помещена в упорном стакане с возможностью осевого перемещения.

Муфта может быть снабжена фиксаторами, установленными в упорном стакане, подпружиненными в рациальном направлении, связанными с нажимным диском и имеющими пазы.

Муфта может быль снабжена смонтированным в упорном стакане узлом возврата фиксаторов, выполненным в виде конических шестерен-сателлитов и находящегося с ними в зацеплении конического колеса с криволинейными выступами, расположенными в пазах фиксаторов.

Муфта может быль снабжена размещенными на нажимном диске регулировочными винтами, а между ними и пальцами имеются зазоры, На фиг, 1 изображена муфта, вид сверху; на фиг. 2 — разрез А-А на фиг. 1; на фиг, 3— сечение Б-Б на фиг. 2.

Муфта содержит корпус 1, установленный на. валу 2, упорный стакан 3, установленный на валу 4; фрикционные диски 5, размещенные в корпусе 1 и упорном стакане 3; эажимной диск 6, соединенный с упорным стаканом 3 шпильками 7, гайками 8 и поджатый пружинами 9; отжимной узел, выполненный в виде обоймы 10 и кольца 11, на которых имеются углубления 12 переменной глубины и беговые дорожки 13 для шариков 14, установленных в сепараторе 15. Кольцо 11 закреплено в корпусе 1, а обойма 10 установлена в упорном стакане 3 с возможностью осевого перемещения и соединена с пальцами 16, проходящими через упорный стакан 3. Пальцы 16 установлены с зазором а относительно нажимпого диска 6, величина зазора регулируется винтами 17, размещенными на нажимном диске 6 напротив паль цев 16.

На упорном стакане 3 смонтированы втулка

18 и крышка 19, подпружиненные фиксаторы

20 и узел; возврата фиксаторов 20, соцержащий коническую передачу в виде конического 21 колеса, которое соосно установлено во втулке 18 с возможностью поворота, и шестеренсателлитов 22, которые установлены во втулке 18 радиально и опираются на гайки 23. Каждый их фиксаторов 20 имеет два паза 24 и 25.

В пазу 24:, установлена пластинчатая пружина 26, поджимающая фиксатор 20 к нажимному диску

6, в пазу 25 расположен криволинейный выступ

27 колеса 21 с зазором, равным ходу фиксатора 20. Во втлуке 18 установлен также упор

28, ограничивающий поворот, конического колеса 21 в пределах криволинейного выступа 27, шестерни-сателлиты 22 снабжены внутренними шестигранниками 29.

Ведущим звеном в предлагаемой муфте может являться как корпус 1, TRK и упорный стакан 3, Ниже приводится описание работы

7426 4 муфты, когда ведущим звеном является корпус 1, Крутящий момент от корпуса 1 через фрикционные диски 5 передается на упорный стакан 3. Если крутящий момент возрастает до такой величины, что зажатые фрикционные диски 5 не смогут его передать, т,е. упорный стакан 3 затормозится нли встанет, то корпус 1 вместе с кольцом 11 повернется относительно

12 и отожмут обойму 10 вместе с. пальцами 16, выбрав зазор между ними и регулировочными винтами 17. Пальцы 16 отожмут нажимной диск 6, преодолев сжатие пружин 9, и муфта разомкнется. Отжатый нажимной д«к 6 осво боднт фиксаторы 20, которые под действием пружин 26 выдвинутся и зафиксируют нажимной диск 6. Муфта останется в разжатом положении, корпус 1 с кольцом 11 — во вращении, шарики 14 обкатятся по беговым дорожкам 13, проскакивая. утлублення 12 и. не сжимая фрикционные диски 5. После отключения провода и устранения причины возникновения предельного момента, муфту приводят в рабочее положение, расфиксируя нажимной диск 6. Для этого за внутренний шестигранник 29 поворачивают одну из шестерен-сателлитов 22, при этом зубчатое коническое колесо 21 проворачивается и криволинейными выступами 27 утапливает фиксаторы 20, сжимая пружины 26. Освобожденный нажимной диск 6 под действием усилия пружин

9 нажимает на пальцы 16 и прижимает обойму

ll к шарикам 14, которые при повороте корпуса 1, обкатываясь по беговым дорожкам 1-3, западают в углубления 12, после чего нажимной диск 6 сжимает фрикционные диски 5. Вращая шестерней 22 коническое колесо 21 в обратном направлении до упора 28, восстанавливают зазоры между криволинейными выступами 27 кони4О ческого колеса 21 и пазами 25 фиксатора 20.

Муфта приведена в рабочее положение.

Предлагаемое выполнение муфты обеспечивает размыкание ее при достижении предельного крутящего момента. Это позволяет использовать

45 фрикционные муфты такого типа в устройствах с резким и длительным возрастанием крутящего момента. Таковы, например, условия работы муфт в стружкодробилках при попаданий;

I в последние недробимых тел, Применение муфт

50 предложенного типа позволяет избежать поломок муфт и валков стружкопробивок и скопления неизмельченной стружки, снижает затраты на ремонт оборудования.

Формула изобретения

1. Предохранительная фрикционна»: муфта, содержащая корпус с подпружиненными фрик5 767426 6 ционными дисками, помещенными между упор- 3. Муфта по и. 2, отличающаяся ным стаканом и нажимным диском, а также тем, что она снабжена смонтированным в упоротжимной узел, выполненный в виде установ- ном стакане узлом возврата фиксаторов, выленной в упорном стакане обоймы, кольца и полненным в виде конических шестерен-сателI ,помещенных в их торцовых утлублениях тел 5 литов и находящегося с ними в зацеплении кокачения, отличающаяся тем, что, нического колеса с криволинейными выступами, с целью повышения срока службы и надежное- расположенными в пазах фиксаторов.

l ти путем обеспечения полного размыкания фрикционных дисков, она снабжена зафиксированны- 4. Муфта по пп.1 — 3, о т л и ч а ю щ а ями в обойме пальцами, установленными с воэ- 10 с я тем, что она снабжена размещенными на можностью взаимодействия с нажимным диском, нажимном диске регулировочными:винтами, а при этом кольцо закреплено на корпусе, а между ними и пальцами имеются зазорь. обойма с пальцами, помещена в упорном стакане с возможностью осевого перемещения.. Источники информации, 2. Муфта по п. 1, отличающаяся 15 принятые во внимание при экспертизе тем, что она снабжена фиксаторами, установ- 1. Поляков В. С. и Барбаш И. Д. Муфты, ленными в упорном стакане, подпружиненными "Машиностроение". Л., 1973, с. 286, рис. 204.

I о в радиальном направлении, связанными с нажим- 2. Авторское свидетельство СССР М 193857, ным диском и имеющими пазы. кл. F 16 0 7/02, 1965 (прототип).

Составитель О. Логвинова

Редактор Т. Морозова Техред К. Гаврон Корректор О, Bmaic, I Заказ 7168/32 Тираж 1095 .Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретении и oTKpbITHfl

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

24 Ноября 2011 Общие сведения

Рабочий процесс многих машин и механизмов имеет динамический характер, сопровождающийся кратковременными (пиковыми) повышениями нагрузки. Кроме того, увеличение нагрузки может быть вызвано нештатными ситуациями в работе машины: прекращением подачи смазки, забиванием рабочих органов, заеданием и др. Расчет механизмов по таким максимальным нагрузкам привел бы к ненужному утяжелению и удорожанию машины. Поэтому часто проектирование ведется исходя из номинальных нагрузок, а для предотвращения поломок деталей при перегрузках применяют предохранительные устройства. Функции предохранительного звена могут выполнять и элементы привода, допускающие проскальзывание. Так, в гидроприводах перегрузки предотвращаются предохранительными клапанами.

При передаче крутящего момента между валами для защиты от перегрузок применяются предохранительные (перегрузочные) муфты. Иногда их еще называют муфтами предельного момента. Их устанавливают в машинах ударного действия; в машинах, обрабатывающих неоднородную среду; в автоматических машинах и устройствах; в ответвляющихся цепях кинематических цепей машин, передающих небольшую часть мощности приводного двигателя (приводы подачи металлорежущих станков). Поскольку предохранительные муфты не могут устранить возникающие несоосности валов, нередко их комбинируют с компенсирующими муфтами.

Предохранительные муфты по принципу действия разделяются на: муфты с разрушающимся элементом (не рассматриваются); фрикционные (рис. 1, а ); пружинно-кулачковые (рис. 1, б ); магнитные (рис. 1, в ). Пружинно-кулачковые муфты имеют ряд разновидностей, в которых кулачки заменены шариками или роликами.

Фрикционные муфты (рис. 1, а) являются простейшими по конструкции. Они применяются при частых кратковременных перегрузках, главным образом ударного действия.

Фрикционная муфта (рис. 2 ) состоит из ступицы 1 , подвижного нажимного диска 2 , фрикционных накладок 3 (не содержащих асбеста!), регулировочной гайки 4 , стопорного винта 5 , тарельчатых пружин 6 , подшипника скольжения (втулки) 7 , датчика вращения 8 (опционально), стопорного винта 9 . Между фрикционными накладками устанавливаются либо стандартизованные звездочки или шкивы, либо фланец. Принцип работы такой муфты прост: тарельчатые пружины через нажимное кольцо создают осевое усилие, прижимая фрикционные накладки к ступице и фланцу (звездочке). При превышении действующим моментом момента трения, фланец (звездочка) прокручивается по втулке, являющейся подшипником скольжения. Изменяя количество и взаимное расположение тарельчатых пружин, производители получают муфты с различным передаваемым моментом. Применение датчика вращения позволяет контролировать время проскальзывания муфты и снижает риск ее повреждения.

При действии перегрузки (рис. 3 ) муфта проскальзывает, и вращение выходного вала прекращается. Соединение валов восстанавливается автоматически без прекращения передачи момента при проскальзывании.

Вместо подшипника скольжения в муфтах нередко устанавливают игольчатый подшипник. Применение подшипника качения оправдано при частых срабатываниях муфты, при высоких скоростях скольжения, при больших радиальных нагрузках и при высоких требованиях к точности взаимного расположения вала и приводного элемента (например, при установке зубчатого колеса).

Производители (фирмы KTR, Mayr, Ringspann ) предлагают муфты с диапазоном передаваемого крутящего момента T=2…50 000 Нм при диаметре вала d=20…200 мм соответственно. Важным параметром является максимально допустимая относительная скорость проскальзывания n s , мин -1 . С ростом размеров муфты скорость уменьшается. Так, для муфты с диаметром вала d=20 мм допустимая скорость скольжения в течение t S =1 с может достигать n S = 8 500 мин -1 , а для d=200 мм снижается до n S =700 мин -1 .

Пружинно-кулачковые предохранительные муфты (рис. 1, б ) отличаются от фрикционных муфт повышенной точностью срабатывания, т.к. упругие свойства пружин более стабильны, чем коэффициент трения фрикционных элементов. Преимуществом пружинно-кулачковых муфт специальных конструкций является также отсутствие мертвого хода и высокая крутильная жесткость, что очень важно в приводах с обратной связью (сервоприводах). Однако, при высоких скоростях такие муфты не применяются, т.к. подвергаются многократным перегрузкам вследствие повторных самовключений. Мак-симальные передаваемые моменты у этих муфт также ниже, чем у фрикционных.

Пружинно-кулачковые муфты делятся на кулачковые (рис. 4, а ), шариковые (рис. 4, б ) и кулачково-роликовые (рис. 4, в ). В кулачковых муфтах рабочие поверхности кулачков делают не плоскими, а выполненными по винтовой линии. Обработка таких поверхностей технологически сложна. Поэтому наибольшее распространение получили шариковые муфты, которые легче изготавливать. В них кулачки заменены шариками, а трение скольжения частично заменено трением качения. В кулачково-роликовых муфтах используются радиально установленные ролики, сопрягающиеся с ответными пазами.

Пружинно-шариковая муфта (рис. 5 ) состоит из ступицы 1 , подвижного нажимного диска 2 , обоймы с шариками 3 , регулировочной гайки 4 , тарельчатых пружин 5 , упорного игольчатого подшипника 6 , подшипника скольжения 7 и выходного фланца 8 . Принцип работы такой муфты следующий: тарельчатые пружины через нажимное кольцо создают осевое усилие, прижимая шарики к гнездам в ступице и фланцу (рис. 4, б ); при превышении действующим моментом допустимой величины шарики выходят из гнезд и передача вращения прекращается.

В отличие от фрикционных пружинно-шариковые муфты имеют различные варианты восстановления соединения валов (рис. 6 ). При срабатывании муфты, представленной на рис. 5 , прекращается вращение выходного вала, однако, на него передается остаточный крутящий момент (рис. 6, а ). Включение муфты происходит автоматически после прекращения действия перегрузки и поворота полумуфт на целое число угловых шагов шариков.

Если в конструкцию муфты между подвижным диском и пружинным блоком добавить запорный механизм (рис. 7 ), замыкающий подвижную полумуфту при срабатывании, то восстановление вращения возможно только вручную или внешним исполнительным механизмом. Диаграмма муфты с подобным механизмом представлена на рис. 6, б .

В некоторых конструкциях, например, в подъемных машинах, прерывание передачи крутящего момента недопустимо, а при перегрузке необходима сигнализация. Тогда в базовую конструкцию муфты (рис. 5 ) вводят ограничитель хода подвижного диска (рис. 8, а ). При срабатывании муфты подвижный диск отходит от неподвижного до упора в ограничитель. Муфта выдерживает 4-х кратное превышение нагрузки от номинального значения. При перемещении срабатывает бесконтактный (рис. 8, б ) или контактный датчик. Диаграмма работы такой муфты представлена на рис 6, в . Необходимо отметить, что датчик срабатывания может быть установлен и в другие типы муфт, генерируя сигнал о срабатывании.

В конструкциях некоторых машин и агрегатов необходимо выдерживать точное взаимное угловое положение ведущего и ведомого звеньев. По признаку взаимного углового положения валов муфты делятся на храповые и синхронные. Муфта, изображенная на рис. 5 , имеет храповое исполнение.

В муфте храпового исполнения после прекращения действия перегрузки шарики занимают следующую свободную позицию, а, следовательно, взаимное положение валов произвольное.

На рис. 9 представлена кулачково-роликовая пружинная муфта, восстанавливающая соединение только при повороте полумуфт на 360° (45°, 60°, 90° или 180°). Это муфта синхронного действия. Принцип работы аналогичен рассмотренной пружинно-шариковой муфте. Строго определенное взаимное положение валов достигается неравномерным угловым положением кулачков и ответных роликов (рис. 4, в ). Синхронное исполнение могут иметь также пружинно-шариковые муфты (рис. 11, б, 12, б, 13, б ).

Производители пружинно-шариковых (кулачковых) муфт (фирмы KTR, Mayr, Ringspann ) предлагают муфты с диапазоном передаваемого крутящего момента T=2,5…6 000 Нм при диаметре вала d=20…150 мм соответственно. Для муфты с диаметром вала d=20 мм допустимая скорость скольжения в течение t S =1 с составляет n S = 4 300 мин -1 , а для d=150 мм снижается до n S =600 мин -1 .

В современных машинах широкое распространение получили системы с датчиком обратной связи (сервоприводы). Чаще всего датчик обратной связи устанавливается на двигателе (серводвигателе), а перемещения приводимого механизма отслеживают по числу оборотов двигателя. Например, именно на этом принципе работает большинство станков с ЧПУ. Однако, если элементы, расположенные в кинематической цепи после двигателя (муфты, редукторы и т.д.) имеют малую крутильную жесткость и (или) мертвый ход, то при реверсе нагрузки в системе подсчета перемещения возникает несоответствие между числом оборотов вала двигателя (с учетом передаточных отношений) и реальным значениями.

Для решения этой проблемы производители предлагают предохранительные муфты с отсутствием мертвого хода (рис. 11, 12, 13 ). Отсутствие люфта достигается за счет повышения точности изготовления элементов муфты, и, прежде всего, узла передачи момента. Равномерное распределение нагрузки между шариками обеспечивает высокую крутильную жесткость. На рис. 10 , а представлена сравнительная зависимость между крутящим моментом и углом закручивания стандартной муфты и муфты с отсутствием люфта.

Для прецизионных муфт часто подбирают такую тарельчатую пружину, чтобы рабочий диапазон хода приходился на нисходящую ветвь диаграммы усилий пружины (рис. 10, б ). Это позволяет увеличить скорость и точность срабатывания муфты.

По конструкции и принципу работы муфты с отсутствием мертвого хода аналогичны описанным выше пружинно-шариковым муфтам. На рис. 11 - 13 представлены муфты фирм Mayr, KTR и R+W с узлами передачи крутящего момента. Муфты имеют как храповое, так и синхронное исполнения; исполнения с запорным механизмом; исполнения без прерывания передачи момента с генераций электрического сигнала; могут быть оборудованы датчиком срабатывания.

Рассмотрим оригинальные конструкторские решения, отличающие беззазорные муфты различных производителей. Помимо требований к точности и отсутствию люфта в сервоприводах стремятся уменьшить массовый момент инерции (массу) приводимых частей. Уменьшение массы позволяет снизить требования к мощности дорогостоящего серводвигателя. В конструкции муфты Syntex фирмы KTR (рис. 12) крутящий момент передается через специальную тарельчатую пружину, имеющую посадочные места для шариков. Совмещение функций нажимной пружины и подвижного фланца снижает массу узла передачи момента. С другой стороны, технология изготовления специальной тарельчатой пружины усложняется.

Почти во всех муфтах для повышения точности хода выходного фланца и уменьшения общих габаритов узла подшипник скольжения меняется на подшипник качения. В конструкции муфт фирмы R+W (рис. 13 ) применяются интегрированные подшипники. Это позволяет уменьшить массу подшипникового узла и размеры выходного фланца. Однако усложняется технология производства муфты (необходимость выполнения дорожек качения, сложность сборки и т.д.)

Кроме шпоночного соединения в муфтах широко применяются фрикционные зажимные ступицы (рис. 11 - 13 ). Их применение облегчает сборку при гарантированном отсутствии зазоров в соединении муфта - вал. О типах зажимных муфт и особенностях их применения мы уже писали (РИТМ №8, 2008 г.)

Предохранительные муфты не компенсируют несоосность валов. Для этого существуют компенсирующие муфты. При необходимости установки в механизме двух типов муфт можно приобрести комбинированную муфту (рис. 14 ). В компенсирующей части такой муфты применяются муфты: упругие с эластомерной звездочкой (рис. 14, а, б ), сильфонные (рис. 14, в ), зубчатые, дисковые.

Производители пружинно-шариковых муфт с отсутствием мертвого хода предлагают муфты с диапазоном передаваемого крутящего момента T=15…2 800 Нм при диаметре вала d=4…100 мм соответственно. Для муфты с диаметром вала d=4 мм допустимая скорость скольжения составляет n S = 4 000 мин -1 , а для d=100 мм снижается до n S =250 мин -1 .

Длительное скольжение во фрикционных муфтах привело бы к большому износу поверхностей трения. Поэтому в случаях необходимости длительного скольжения применяют муфты, основанные на использовании в качестве передаточного звена жидкости или сил магнитного взаимодействия. На рис. 1 , в представлена магнитная муфта на постоянных магнитах. Муфта состоит из ступицы с постоянными магнитами; выходного фланца, опирающегося на подшипник качения; гильзы с магнитом, навинченной на выходной фланец, стопорного винта. Ввинчивая или вывинчивая гильзу, можно изменять передаваемый момент. В муфте отсутствуют трущиеся элементы.

Диаграмма работы муфты представлена на рис. 15 . Как видно из рисунка, на выходной вал всегда действует постоянный момент, а обороты выходного вала при перегрузке падают. При проскальзывании муфты выделяется тепло. Допустимое время и скорость скольжения зависят от теплового режима муфты.

Фирма Mayr , представленная на нашем рынке, предлагает магнитные муфты с диапазоном передаваемого крутящего момента T=0,1…6 Нм при диаметре вала d=10…38 мм соответственно. Для муфты с диаметром вала d=10 мм допустимая скорость скольжения составляет n S = 4 000 мин -1 , а для d=38 мм снижается до n S =3000 мин -1 . Область применения таких муфт ограничена (тестовое оборудование, управляющие механизмы и т.д.).

Установка муфт

В кинематической цепи предохранительную муфту рекомендуется располагать непосредственно на вале, приводящем в действие исполнительный механизм (рис. 16 ). В этом случае от перегрузок защищены все механизмы в цепи.

Однако, в большинстве случаев крутящий момент на исполнительном механизме существенно выше, чем на двигателе. Соответственно, растет габарит и цена муфты. На рис. 16, б показано альтернативное размещение муфты. При этом редуктор должен выдержать пиковые перегрузки.

Очень часто предохранительные муфты комбинируют со шкивом (звездочкой) ременных (цепных) передач или компенсирующей муфтой. При конструировании узла с предохранительной муфтой следует помнить, что не все муфты предполагают установку элементов трансмиссий непосредственно на выходной фланец. На рис. 17 , а представлена установка предохранительной муфты на выходном валу электродвигателя со шкивом ременной передачи. Шкив установлен на отдельный подшипник качения. На рис. 17, б представлено исполнение предохранительной муфты с длинной ступицей, предназначенной для установки пары подшипников звездочки трехрядной цепи.

В случае комбинированной муфты, представленной на рис. 17, в , ведущая полумуфта компенсирующей части устанавливается на игольчатый подшипник. Муфты на рис. 2 и 17 , г позволяют установить звездочку или шкив зубчатой ременной передачи без дополнительных опор.

Последовательность расчета

На рис. 18 под цифрой 1 представлен график реально действующего момента в произвольном механизме. Цифрой 2 обозначена граница максимального значения этого момента. Номинальный момент муфты T N , Нм рекомендуется принимать на 30…50% больше, чем максимальный момент, возникающий при работе (обозначен цифрой 3 ).

Заключение

Встраивание предохранительных муфт в конструкцию приводит к снижению стоимости машины (за счет уменьшения размеров) и стоимости эксплуатации (за счет повышения надежности). Конструкции предлагаемых на рынке муфт отличаются разнообразием и позволяют удовлетворить любые требования конструктора. Остается только выбирать и помнить, что «Проблема выбора только в том, что он есть ».

Михаил Гранкин
Журнал «РИТМ», февраль 2009 г.

В качестве предохранительных (проскальзывающих) муфт могут быть использованы различные фрикционные и кулачковые муфты, а также муфты специальной конструкции.

Фрикционные муфты

В предохранительных фрикционных муфтах сжатие дисков происходит под действием пружины, сила которой рассчитана так, что при возрастании крутящего момента свыше допустимой величины диски начинают проскальзывать и при вращающейся ведущей части муфты ведомая остается неподвижной.

Так как фактическая величина коэффициента трения может значительно отличаться от расчетной, то и момент, при котором муфта срабатывает, может колебаться в значительных пределах.

Кулачковые муфты

Кулачковые проскальзывающие муфты со скошенными торцовыми кулачками аналогичны муфтам, применяемым в рассмотренных выше механизмах, размыкающих кинематическую цепь при возрастании крутящего момента. Отличие заключается в том, что при возрастании момента не происходит размыкания кинематической цепи и муфта работает как трещотка, что вызывает повышенный износ муфты.

Рис. 13 Предохранительные муфты

Шариковые муфты

Из числа многочисленных специальных конструкций муфт значительным распространением пользуются шариковые муфты. Один из вариантов шариковой муфты представлен на рис. 13а. Предохранительная муфта связывает шестерню 3 с диском 5. Связь осуществляется с помощью шариков 4, расположенных в отверстиях, выполненных в теле шестерни 3. Шарики заходят также в отверстия диска 5. К диску в шарики прижимаются пружинами 6. Натяжение пружин, а соответственно и величина передаваемого крутящего момента, регулируется с помощью гайки 1, перемещающей плунжер 2. При перегрузке кромки отверстий диска 5 отжимают шарики и муфта работает как трещотка.

Усилие пружин может быть определено в соответствии с методикойдля расчета кулачковых муфт. Углом подъема в данном случае является угол между касательной к шарику и торцовой плоскостью диска 5.

Специальные муфты

Предохранительные устройства со срезными штифтами и шпонками применяются в тех случаях, когда перегрузка является редким случаем и возникает только в аварийных условиях. В качестве примера предохранительного устройства со срезным штифтом приведена нормализованная муфта (рис. 13, б). В полумуфты 1 и 5 запрессованы закаленные втулки 2 и 4 из стали 40Х. Через отверстия втулок проходит срезной штифт 3, который обычно изготовляется из наиболее прочного материала. При перегрузке штифт срезается и должен быть заменен новым.

Применяя для изготовления штифта, материал высокой прочности исключают возможность случайной замены штифта малой прочности штифтом более высокой прочности, что могло бы привести к поломке механизмов машины.

• 829 просмотров

Cтраница 1

Предохранительные муфты - с разрушающимся элементом - цилиндрическим штифтом (нормаль Р95 - 1, нормаль СКБ-3) или призматической шпонкой; пружинно-кулачковые (ГОСТ 15620 - 70); пружинно-шариковые (ГОСТ 15621 - 70); фрикционные дисковые (ГОСТ 15622 - 70); фрикционные конусные.  

Предохранительные муфты (рис. 3.12) соединяют два вала при нормальных условиях работы и разрывают кинематическую цепь при повышении нагрузки. Разрыв цепи может происходить при разрушении специального элемента, а также в результате проскальзывания сопрягаемых и трущихся частей (например, дисков) или расцепления кулачков двух сопрягаемых частей муфты.  

Предохранительные муфты (рис. 5.16) из двух свариваемых полумуфт устанавливают с целью повышения эксплуатационной надежности газопроводов при неуверенности в сварных швах нлн их небезупречности.  

Предохранительные муфты прекращают передачу движения ведомому валу, если момент сопротивления на нем превосходит допустимое значение. Они предназначены для предохранения определенной части механизма от перегрузок различного характера. Действие муфт основано в большинстве случаев на проскальзывании одной части муфты относительно другой вследствие возникновения на ведомом валу крутящего момента более допустимого. Основные типы конструкции: фрикционные, пружинно-кулачковые, пружинно-шариковые, пружинно-роликовые, муфты со срезным штифтом.  

Предохранительные муфты с подвижными штифтами (рис. 3) имеют подвижные элементы-штифты, которые при перегрузке смещаются, преодолевая усилия иружия. Недостатком таких муфт является их громоздкоеп, особенно лри передаче больших нагрузок, и невозможность при радиальном располояжнии штифтов регулировать осевое усилие пружин.  

Предохранительные муфты применяются в механизмах там, где возможны значительные перегрузки, которые могут привести к поломке отдельных частей машин, а также для защиты от инерционного воздействия значительных масс, возникающего при пуске машины или быстром ее торможении.