17.5. Управляемые (сцепные) муфты

Кулачковые сцепные муфты (рис. 17.13) применяют для передачи значительных моментов, когда плавность включения не является обязательной.

На ведущем валу на призматической шпонке насажена с натягом полумуфта, имеющая на торцевой поверхности особой формы выступы (кулачки). На торцевой поверхности ведомой полумуфты

имеются такие же выступы. В рабочем положении выступы одной полумуфты входят во впадины другой. Ведомая полумуфта может перемещаться вдоль вала на шлицах или на направляющих шпонках при помощи специального устройства — отводки. Обычно перемещаемой делается полумуфта на ведомом валу, так как в этом случае уменьшается интенсивность изнашивания механизма отводки, потому что скольжение переключающей вилки по выточке происходит только при включенной муфте.

Рис. 17.13. Кулачковая сцепная муфта

Рис. 17.14. Профили кулачков сцепных муфт

Наиболее распространены прямоугольная и трапецеидальная формы кулачков. При прямоугольном профиле (рис. 17.14, а) требуется точное взаимное расположение полумуфт в момент включения, поэтому включать эти муфты на ходу не допускается. Наличие неизбежного технологического бокового зазора в прямоугольных кулачках приводит к ударам при перемене направления вращения валов. При трапецеидальном профиле не требуется точное относительное расположение полумуфт в момент их включения. Включение на ходу допускается только не под нагрузкой и при условии, что разность окружных скоростей по средним окружностям кулачков соединяемых полумуфт не превышает 1 м/с.

При контакте трапецеидальных кулачков возникают осевые силы (рис. 17.14, б), стремящиеся раздвинуть полумуфты и затрудняющие их включение. Поэтому угол трапецеидального профиля выбирают в пределах 2...8°, чтобы обеспечить самоторможение полумуфт и снизить усилие их включения.

При постоянном направлении вращения валов (нереверсивные передачи) применяют неравнобочный трапецеидальный профиль кулачков (рис. 17.14, в).

При работе кулачковых муфт сильно изнашиваются кулачки. Увеличение твердости поверхности кулачков обеспечивают цементацией или закалкой. Так как после цементации у кулачков сохраняется вязкая сердцевина, эти кулачки хорошо сопротивляются ударным нагрузкам.

Материалами муфт служат стали и другие с последующей цементацией кулачков или стали и другие — с закалкой.

Условие износостойкости рабочих поверхностей кулачков (рис. 17.15):

где — расчетное давление на рабочей поверхности кулачка, — средний диаметр кулачков, мм: — расчетное окружное усилие, Н; - расчетное (или рабочее) число кулачков. Считают, что из-за неравномерности распределения нагрузки между всеми кулачками в расчет следует вводить — длина и высота кулачка, мм; — допускаемое давление для термообработанных кулачков при включении в состоянии покоя и — то же, при включении на ходу.

Осевое усилие, необходимое для включения и выключения кулачковой муфты:

где — диаметр вала подвижной полумуфты (см. рис. 17.13); — коэффициент трения:

0,2 (меньшие значения при работе со смазочным материалом); а — угол скоса кулачков (см. рис. 17.15); — угол трения. Знак плюс относится к режиму включения, минус — к режиму выключения муфты.

Рис. 17.15. К расчету кулачков сцепных муфт

Зубчатая сцепная муфта по своему устройству (рис. 17.16, а) представляет собой видоизмененную компенсирующую зубчатую муфту с обоймой, имеющую неподвижную полумуфту 1 и подвижную 3. Для выключения муфты надо передвинуть влево подвижную полумуфту так, чтобы ее зубья вышли из зацепления с внутренними зубьями обоймы 2. Основные размеры этой муфты можно принимать по табл. 17.5, а проверку прочности проводить по формуле (17.6).

Зубчатые сцепные муфты без обоймы (рис. 17.16, б) состоят из двух полумуфт, одна из которых имеет внутренние, а другая — внешние зубья.

Фрикционные муфты применяют для соединения валов под нагрузкой, когда плавность их включения является обязательной.

Одна полумуфта дисковой фрикционной муфты (рис. 17.17) закреплена на валу на шпонке посадкой с натягом, а вторая подвижна в осевом направлении. Прикладывая к подвижной полумуфте

осевую силу замыкают муфту и обеспечивают передачу момента за счет сил трения на стыке торцевых поверхностей полумуфт.

Считают, что сила трения равномерно распределена по поверхности стыка, имеющей вид кольца. В этом случае суммарная сила трения приложена на расстоянии приведенного радиуса трения от оси вращения:

где — наружный и внутренний диаметры дисков.

Рис. 17.16. Зубчатые сцепные муфты

С увеличением силы нажатия возрастает момент сил трения При каком-то значении силы момент трения окажется равным передаваемому моменту и муфта замкнется, а оба вала будут вращаться с одной и той же угловой скоростью. Усилие, необходимое для замыкания муфты:

— коэффициент трения (табл. 17.12).

При определении расчетного момента иногда вводят коэффициент запаса сцепления для предотвращения пробуксовывания муфты при небольших перегрузках. При учете коэффи

Рис. 17.17. Дисковая фрикционная муфта

циента режима коэффициент можно не вводить, так как обычно

Для уменьшения габаритов и силы нажатия применяют многодисковые фрикционные муфты (рис. 17.18).

Сила нажатия в многодисковой муфте

где - число пар поверхностей трения: — общее число дисков в муфте. Значение желательно принимать четным.

Рис. 17.18. Многодисковая фрикционная муфта

Рекомендуемое число ведущих дисков а число ведомых

Иногда для уменьшения силы нажатия диски снабжают обкладками из материала с повышенным коэффициентом трения. К таким материалам относится асбестовая ткань с включением латунной проволоки или сетки — феродо.

Условие износостойкости рабочих поверхностей:

где — давление на рабочих поверхностях дисков, — площадь кольцевой поверхности диска, — допускаемое давление (см. табл. 17.12).

По условию износостойкости допускаемая сила нажатия

Основные размеры фрикционных муфт выбирают конструктивно в зависимости от диаметра вала по табл. 17.17.