4. Сцепные (управляемые) муфты (0,75 часа).

С цепные муфты позволяют соединять или разъединять валы при помощи механизма управления. По принципу работы эти муфты можно разделить на две группы: муфты, основанные на зацепление (кулачковые и зубчатые); муфты, основанные на трении (фрикционные).

4.1 Кулачковые муфты, (рис. 7)

Рис.7 Схема кулачковой муфты.

На торцах полумуфт 1 и 2 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 (чаще всего подвижное шлицевое соединение).

Подвижную полумуфту перемещают с помощью специального устройства – отводки. Вилку отводки располагают в пазу 4. Кольцо 5 служит для центрирования валов. Перекос валов резко снижает работоспособность кулачковых муфт. Поэтому валы требуют надежной центровки. Чаще всего кулачковые и зубчатые сцепные муфты располагают на одном валу и используют для переключения скоростей. Включение кулачковых муфт при 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 вращения валов.

Работоспособность кулачковых муфт определяется износом кулачков, который зависит от величины напряжений смятия на поверхности их соприкосновения. Эти напряжения рассчитываются приближенно, в предположении, что нагрузка распределяется равномерно между всеми кулачками

где: - расчетный диаметр

- число кулачков

- ширина кулачка

- высота кулачка

Муфты с центрированными кулачками изготавливают из сталей 15Х, 20Х, с закаленными – из сталей 40Х, 30ХН.

Допускаемые напряжения смятия:

МПа включение в покое

МПа включение на тихом ходу

МПа включение на повышенных скоростях

Кроме того, кулачки проверяют на прочность по напряжениям изгиба у их основания. При этом используют упрощенные условные формулы:

МПа

Конструктивные соотношения:

здесь - наружный диаметр муфты

d_в- диаметр вала

4.2 Фрикционные муфты.

При включении фрикционной муфты крутящий момент возрастает постепенно по мере увеличения силы нажатия на поверхности трения. Это позволяет соединять валы под нагрузкой и с большой разностью начальных угловых скоростей. В процессе включения муфта пробуксовывает, а разгон ведомого вала происходит плавно, без удара. Муфта отрегулирована на передачу расчетного крутящего момента, безопасного для прочности машины. При превышении расчетного крутящего момента диски проскальзывают, таким образом, фрикционная муфта выполняет одновременно функции предохранительного устройства.

Все фрикционные муфты в зависимости от формы их рабочей поверхности можно разделить на три группы: муфты дисковые (плоская поверхность); муфты конические (коническая поверхность): муфты колодочные, ленточные (цилиндрическая поверхность).

Муфты фрикционные так же, как и кулачковые, не допускают несоосности. Центровка полумуфт достигается расположением их на одном валу или с помощью специальных центрирующих элементов.

Многодисковая управляемая фрикционная муфта, (рис.8).

Рис. 8 Многодисковая фрикционная муфта.

1 – ведущая полумуфта;

2 – ведомая полумуфта;

3 – наружные диски (ведущие);

4- внутренние диски (ведомые);

5 – гайка и контргайка;

6 – отводка;

7 – нажимной рычаг.

Ведущая полумуфта 1 соединена с ведущим валом посредством шпоночного соединения. Наружные диски 3 соединены с полумуфтой 1 с помощью подвижного шлицевого соединения. Внутренние диски соединены с ведомой полумуфтой 2 также с помощью подвижного шлицевого соединения. Правый крайний внутренний диск опирается на регулировочные гайки 5 (гайка и контргайка). На левый крайний диск действуют силы нажатия от механизма управления (рычага; их количество 3-5-7). Сила нажатия передается на все поверхности трения.

, (1)

где: - сила нажатия;

f - коэффициент трения;

- средний радиус рабочих поверхностей дисков;

Z – число пар трущихся поверхностей.

Применение многодисковых муфт позволяет увеличить передаваемый крутящий момент, в Z раз по сравнению с двухдисковой муфтой, сохраняя при этом величину силы нажатия и диаметры дисков.

Сила нажатия ограничена величиной допускаемого среднего удельного давления на трущихся поверхностях.

(2)

Если муфта работает со смазкой дисков, то материал дисков – сталь; если муфта работает без смазки дисков, то диски имеют накладки (прессованный асбест – феродо, кожа, резина, текстолит и другие). Применение накладок увеличивает осевой габарит муфты при том же числе дисков, а величина уменьшается. Данные о величине , f приведены в таблице.

Механизмы управления фрикционными муфтами разнообразны не только по конструкции, но и по принципу действия: электромагнитное, гидравлическое, пневматическое и механическое.

В качестве примера рассмотрим механическое управление.

Здесь  - угол трения

 - угол конуса кольца

Максимальное значение осевой силы F, которую необходимо приложить к кольцу отводки 6, при включении муфты определяют из условия равновесия рычага (3)

При проектировании дисковых муфт рекомендуется придерживаться таких соотношений размеров:

Размеры рычага 7 – по таблице.

Задавая материал дисков, и определяя по таблице для данного материала, определяем - силу нажатия на диски по формуле (2).

Выбрав f по таблице для заданного материала и определив R_ср, найдем Z – число пар трения из формулы (1).

Для стандартного рычага размеры l₁ и l₂ в таблице. Тогда по формуле (3) можно определить силу включения муфты F.