Муфты. Конструкции и расчет - Поляков В.С., Барбаш И.Д.

Автор: Поляков В.С. Барбаш И.Д.

Теги: детали машин передачи (механические) подъемно-транспортное оборудование крепежные средства смазка машиностроение

Год: 1973

Похожие

Справочник по муфтам

Детали машин. Расчёт и конструирование. Справочник. Том 1

Детали машин

Краткий справочник к расчетам деталей машин

Текст

В.С. ПОЛЯКОВ, И.Д.БАРБАШ
УДК 621.825
Поляков В. С., Барбаш И. Д.
П 54 Муфты. Конструкции и расчет. Изд. 4, псреработ. и доп.
Л., «Машиностроение», 1973, 336 с.
В книге освещены основы теории, расчета и конструирова-
ния соединительных муфт и описаны их конструкции, приме-
няемые как в общем, так и в специальном машиностроении.
Наряду с широко известными видами муфт рассмотрены также
новые, более совершенные конструкции.
Четвертое издание (3 изд. 1964 г.) дополнено сведениями
о пневматических н электромагнитных порошковых муфтах и
рядом таблиц размеров и параметров муфт по различным нор-
малям и ГОСТам, а также новыми экспериментальными и тео-
ретическими данными, полученными на кафедре «Детали ма-
шин» ЛПИ им. М. И. Калинина.
Книга предназначена для конструкторов, работающих в об-
ласти проектирования машин и механизмов, механиков, зани-
мающихся вопросами эксплуатации машин. Она также может
быть использована студентами вузов соответствующих специаль-
ностей.
Таб. 61. Ил. 82. Список лит. 243 назв.
6П5.1
3133—040
П ---------- 40—73
038(01)—73
Рецензент канд. техн, наук А. В. Швецов
© Издательство «Машиностроение», 1973 г.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Директивами XXIV съезда КПСС по пятилетисму плану разви-
тия народного хозяйства СССР на 1971—1975 гг. предусматри-
вается создание и внедрение принципиально новых орудий труда,
материалов, технологических процессов, превосходящих но своим
технико-экономическим показателям лучшие отечественные и миро-
вые достижения, повышение эффективности оборудования, улучше-
ние качества и надежности его. Решение этой важнейшей народно-
хозяйственной задачи во многом зависит от повышения долговеч-
ности деталей и узлов машин.
Муфты, входящие во многие механизмы, являются ответствен-
ными узлами, часто определяющими надежность и долговечность
всей машины. Они относятся к числу важнейших устройств, без
которых немыслимо современное машиностроение. Основное их
назначение — передача вращения и момента (без изменения его
величины и направления) с одного вала на другой или с вала на
свободно сидящую на нем деталь (шкив, зубчатое колесо, звездочка
и т. п.) и обратно.
Наряду с кинематической и силовой связью отдельных частей
машины муфты обеспечивают и выполнение ряда других ответст-
венных функций, а именно:
1) компенсация вредного влияния смещения осей соединяемых
валов, обусловленного неточностями изготовления и сборки иль'
констр у ктивным! I фа кто рами;
2) амортизация возникающих при работе вибраций, толчков и
ударов;
3) предохранение частей машин от воздействия перегрузок;
4) быстрое сцепление и расцепление соединяемых деталей;
5) облегчение пуска машины;
6) ограничение скорости и др.
Разнообразие задач, решаемых с помощью муфт, и требований,
предъявляемых к ним в соответствии с условиями эксплуатации
машин и агрегатов, привело к использованию в машиностроении
большого количества конструкций муфт различных видов. При этом
нередко встречаются сложные комбинированные муфты, объеди-
няющие свойства нескольких типов простейших муфт. Все это за-
трудняет проведение строгой типизации существующих видов муфт
и приводит к созданию сложных систем классификации. Точно
также осложняется и выбор того или иного тина му(}ггы примени-
тельно к данным условиям при проектировании машины.
1*
3
В настоящее время ВНИИНМашем разрабатывается проект
новой классификации муфт. В данной работе принята следующая
классификация муфт, упрощенная, но достаточно удобная для
практических целей: глухие; подвижные (жесткие и упругие);
сцепные (кулачковые и фрикционные, в том числе пневматические
и порошковые); свободного хода (обгонные); предохранительные;
центробежные; комбинированные и специальные.
Основное внимание уделено в книге муфтам общего назначе-
ния, так как они имеют наибольшее распространение в любой от-
расли машиностроения. При этом ставилась задача не только по-
знакомить с особенностями конструкций различных муфт, но и дать
теоретические основы некоторых видов их (упругие, фрикционные,
предохранительные и др.).
При расчете муфт обычно исходным является максимальный кру-
тящий момент, передаваемый муфтой. В тех случаях, когда этот
момент может быть точно выявлен с учетом динамических нагрузок
и возможных эксплуатационных пиковых перегрузок, он берется
в качестве расчетного момента. В остальных случаях последний
определяется умножением номинального крутящего момента на
коэффициент режима работы k. Этим коэффициентом учитывается
влияние ряда факторов; вид двигателя, характер рабочей машины,
величина разгоняемых масс и т. и. Значения коэффициента режима
определяются на основании экспериментальных данных и опыта
эксплуатации муфт.
Многие авторы и зарубежные фирмы (см., например, 118; 20;
34; 45; 801) рекомендуют различные величины коэффициентов ре-
жима, однако до настоящего времени нет единой, общепринятой
методики определения его. В приложении I приведена таблица
значений k, широко используемая в отечественном машинострое-
нии [661.
Из-за ограниченного объема книги исключены гидравлические
муфты, дистанционное управление муфтами, а также шарнирные
муфты.
Авторы считают своим долгом выразить благодарность сотруд-
никам кафедры «Детали машин» ЛПИ им. М. И. Калинина,
Ю. К. Михайлову, И. И. Свечникову, В. Т. Щербаку, О. Б. Корытко
и Б. Д. Куколенко за помощь, оказанную при подготовке рукописи.
Глава I
ГЛУХИЕ МУФТЫ
Глухими называют муфты, применяемые для постоянного сое-
динения соосных валов в одну жесткую линию, длина которой опре-
деляется конструктивными данными. Глухая муфта должна не
только передать крутящий момент, но и быть способной выдержать
изгибающий момент, как если бы соединяемые валы представляли
одно целое. Для уменьшения изгибающего момента, действующего
на муфту, рекомендуется устанавливать последнюю вблизи опор.
Глухие муфты применяются для соединения строго соосных
валов (величина допустимых смещений осей валов в пределах
0,002 -£- 0,05 мм [45]) в приводах, где требуется особо точное и наи-
более надежное соединение, а также в длинных валопроводах с ме-
нее строгой соосностью. Такие валопроводы, ввиду внедрения
индивидуального электропривода, находят все меньшее применение.
Из различных видов глухих муфт остановимся па трех кон-
струкциях, которые находят наибольшее применение.
1. Втулочные муфты
На рис. 1, а, б и в показаны муфты втулочные со штифтами и
со шпонками по нормалям машиностроения МН 1067—60 и
Рис. 1. Втулочные муфты со
штифтами и со шпонками
МН 1068—60, а в табл. 1 даны их основные размеры. Имеется также
нормаль МН 1069—60 на муфты втулочные со шлицами. При
5
небольших крутящих моментах втулки закрепляются на валах
штифтами. Конструкция втулочных муфт проста, габаритные раз-
меры их (по диаметру) малы, изготовление несложно. Недостатком
их является известная сложность сборки и разборки.Муфта изготов-
ляется обычно из стали, а в неответственных узлах — из чугуна.
Наружный диаметр муфты может быть определен из условия
равнопрочности ее и вала. Штифты проверяются на срез. Если для
передачи крутящего момента используют призматические шпонки
или шлицы, то для фиксации осевого положения муфты приме-
няются установочные винты (ГОСТ 1476—64*).
Таблица 1
Втулочные муфты со штифтами и со шпонками (рис. 1)
d D L Допустимый М в кгс • м, кр ДЛЯ муфт по
МН 1068- 60
мн 1067—60
в мм Исполнение Исполнение
I II
4 8 15 0,03
5 10 20 0,08 — —
6 12 25 0,10 — —
8 15 30 0,22 .— _—
10 18 35 0,45 .— 0,8
12 22 40 0,75 — 2,0
(И) 25 45 1,6 — 2,8
16 28 45 2,8 — 4,0
(18) 32 55 3,2 — 5,6
20 35 60 5,0 7,1 9,0
(22) 35 65 5,6 9,0 11
25 40 75 11,2 12,5 16
(28) 45 80 12,7 17,0 22
30 45 90 13,2 21,2 28
(35) 50 105 25 35,5 45
40 60 120 28 45 —
(45) 70 140 53 71 .—
50 80 150 60 85 —
(55) 90 160 63 106 —
60 100 180 106 150 —
(70) НО 200 125 224 —
80 120 220 224 315 —
(90) 130 240 250 400 .—
100 140 280 400 560 —
Примечание. Размеры, заключенные в скобки, по возможности не при-
менять.
6
2. Фланцевые муфты (поперечно-свертные)
На рис. 2 показаны четыре разновидности фланцевых муфт по
нормалям машиностроения МН 2726—61 — МН 2729—61: открытые
с центрирующим выступом (рис. 2, а); открытые с промежуточными
полукольцами (рис. 2, б); закрытые с центрирующим выступом
(рис. 2, в) и закрытые с промежуточными полукольцами (рис. 2, г).
Исполнение I
Рис. 2. Фланцевые муфты
Закрытые муфты отличаются от открытых наличием защитного
обода, прикрывающего болтовое соединение полумуфт. Учитывая,
что по правилам техники безопасности, в муфте должно быть непод-
вижное ограждение, надобность в защитном ободе отпадает. По-
этому, как правило, надо отдавать предпочтение открытым муфтам
(они меньше по размерам и удобнее для затяжки болтов), кроме тех
случаев, когда закрытая муфта может быть использована в каче-
стве шкива ременной передачи пли тормозного барабана.
В табл. 2 приведены основные параметры этих муфт. Хотя
фланцевые муфты имеют сравнительно большой диаметр, они хо-
рошо балансируются, обеспечивают удобный монтаж н демонтаж,
особенно в конструкциях с разъемными промежуточными полу-
кольцами. Вместе с тем применение полуколец несколько снижает
точность центрирования. Недостатком этих муфт является необ-
ходимость соблюдения точной перепендикулярности торцевых по-
верхностей полумуфт и осп вала.
Фланцевые муфты (рис. 2)
Таблица 2
а D Dx L Li Допускаемый Л1 в к гс м
в мм Сталь Чугун
(12) 80 90 60 65 1,5 0,9
(14) 80 90 60 65 2,1 1,3
16 90 100 80 90 3 1,8
18 90 100 80 90 4 2,4
20 100 ПО 100 НО 6 3,6
22 100 ПО 100 ПО 8 4,8
25 120 130 120 125 10 6,0
28 120 130 120 125 16 9,5
(30) 140 150 160 165 20 12
32 140 150 160 165 25 15
(35) 140 150 160 165 32 19
36 140 150 160 165 32 19
(38) 140 150 160 165 40 24
40 160 170 220 230 50 30
(42) 160 170 220 230 55 32
45 160 170 220 230 60 36
(48) 190 200 220 230 80 48
50 190 200 220 230 100 60
55 190 200 220 230 120 70
60 220 240 280 290 160 100
(65) 220 240 280 290 220 130
70 220 240 280 290 250 150
(75) 220 240 280 290 280 170
80 260 280 340 350 360 210
(85) 260 280 340 350 420 250
90 260 280 340 350 480 280
(95) 260 280 340 350 500 300
100 340 360 420 425 630 380
(Ю5) 340 360 420 425 800 480
НО 340 360 420 425 1000 600
(120) 340 360 420 425 1250 750
125 380 400 500 505 1400 850
(130) 380 400 500 505 1500 900
140 380 400 500 505 1600 950
(150) 380 400 500 505 1800 1060
160 450 480 600 610 2000 1250
(170) 450 480 600 610 2500 1500
180 450 480 600 610 2800 1700
(190) 530 560 700 710 4000 2360
200 530 560 700 710 4500 2650
(2Ю) 530 560 700 710 5000 3000
220 530 560 700 710 5600 3350
Примечание. Размеры, заключенные в скобки, по возможности не применять.
8
Фланцевые муфты обеспечивают наиболее точное, жесткое и
прочное соединение валов. Наряду с этим они способны переда-
вать значительные крутящие моменты. В ответственных приводах,
в частности в турбостроении, фланцевые муфты находят большое
применение.
Обычно крутящий момент передается муфтой за счет трения
между торцевыми поверхностями полумуфт, вызванного затяжкой
черных болтов, поставленных в отверстия с зазором. В этом случае
болты рассчитываются на растяжение по силе затяжки, которая
Г>+</4 Л
при среднем радиусе поверхности трения —~—- приближенно
определяется по формуле
4Мкр/г
^-(D + d,)zf '
где Q— сила затяжки одного болта в кгс; 7Икр — крутящий момент
в кгс -см; D и d,— диаметры в см; / — коэффициент трения (обычно
принимают / ~ 0,1 ч- 0,2); г — число болтов; k — коэффициент
режима работы муфты.
Для соединения полумуфт применяются также чистые болты
(габаритные размеры муфты уменьшаются), устанавливаемые в от-
верстия из-под развертки, т. е. при посадке напряженной и т. п.
В этом случае болты рассчитываются на срез по силе
2?WKDfe
3 = -^-
DjZ
Материалом для полумуфт служит чугун марки СЧ28—48 или
СЧ 32—52, а при окружной скорости на наружной поверхности дис-
ков v 30 м/с — стальное литье или поковка.
3. Продольно-свертные муфты
На рис. 3, а и б показаны эти муфты с фиксирующим кольцом
(нормаль MF1 2600—61) и без кольца (нормаль МН 2601—61),
а в табл. 3 даны их размеры.
Рис. 3. Продольно-свертные муфты
Здесь крутящий момент передается за счет сил трения, возбуж-
даемых на поверхности соприкосновения муфты с валом затяжкой
соединительных болтов.
Продольно-свертные муфты применяются только в тихоходных
передачах, с частотой вращения п < 250 об/мин для валов двамет-
9
Таблица 3
Продольно-свертные муфты (рис. 3)
d Допуск ас- d I.) L Допускае- мый А44._ кр В КГС ‘ м
В мм в кгс • м в мм
28 105 НО 12 (65) 170 250 125
(30) 105 НО 16 70 170 250 160
32 105 НО 20 80 190 280 200
36 120 160 32 90 220 300 320
40 120 160 40 (95) 240 340 400
45 140 L80 50 100 240 340 500
50 140 180 60 НО 260 360 630
55 150 190 80 125 280 420 1000
60 150 190 100 140 300 450 1250
Примечание. Для муфт с d 100 мм допускаемая частота вращения п—
= 250 об/мин, с d~ 1104- 140 мм допускаемое п = 100 об/мин.
Размеры, заключенные в скобки, по возможности не применять.
ром d 100 мм и п 100 об/мин для валов d = ПО 4- 140 мм.
Они не пригодны при ударных нагрузках. Применение их
ограниченное.
В отношении монтажа такие муфты удобнее, чем поперечно-
свертные. К недостаткам этой муфты следует отнести трудность
ее балансировки.
Муфта соединяется с валами призматическими шпонками,
но усилие затяжки одного болта определяется в том предпо-
ложении, что крутящий момент передается только за счет сил
трения (в этих муфтах предусматривается зазор 2—3 мм между
полумуфгами)
У=~&Г ’
где z — число болтов муфты.
Материал — чугун марки СЧ 28—48 или СЧ 32—52, редко —
стальное литье. Муфты малых размеров выполняются иногда из
круглой стальной заготовки.
Глава II
ПОДВИЖНЫЕ МУФТЫ
Подвижными называют муфты для постоянного соединения ва-
лов, допускающие их относительное смещение. К подвижным муф-
там относятся жесткие компенсирующие, упругие и шарнирные.
Разновидности возможных смещений показаны на рис. 4: осевое
(рис. 4, а), радиальное (рис. 4, б), угловое — перекос осей валов
(рис. 4, в), а также комбинированное смещение (рис. 4, г), являю-
Рис. 4. Смещения осей соединяемых валов
щееся результатом сочетания радиальных или осевых смещений
с угловым. Кроме того, возможен относительный поворот валов под
действием изменяющегося крутящего момента.
Подвижные муфты называют также компенсирующими, так как
благодаря своей подвижности они могут компенсировать погреш-
ности взаимного расположения осей соединяемых валов.
Несовпадение осей соединяемых валов является следствием
не только возможных ошибок изготовления и монтажа. Точная
установка валов может быть нарушена в процессе работы за счет
их деформации, износа подшипников, осадки фундамента, вибра-
ций, изменения температуры и т. п. Соединение смещенных валов
глухими муфтами привело бы к возникновению дополнительных
нагрузок на подшипники (рис. 5), более интенсивному износу по-
следних, а также увеличению деформаций и появлению усталости
в соединяемых частях машины и дополнительным потерям мощно-
сти. Рационально выбранная конструкция подвижной муфты может
в значительной мере компенсировать и устранить вредное влияние
11
несовпадения осей соединяемых валов. Однако неправильно было
бы считать, что применение подвижных муфт освобождает от необ-
ходимости тщательной сборки. Отклонение от соосности во всех
случаях, даже при совершенной конструкции муфты, приводит
к дополнительным нагрузкам, потере мощности и более быстрому
выходу из строя отдельных деталей соединяемых агрегатов. Пра-
вильно будет рассматривать подвижные муфты как гарантию удов-
летворительной работы при тех отклонениях от соосности, которые
могут появиться в процессе эксплуатации машины. Последнее
имеет особенно важное значение в случае, когда соединяемые агре-
гаты устанавливаются на отдельных фундаментах или на недоста-
точно жесткой раме.
Рис. 5. Возможная деформация соединяемых валов
Подвижные муфты подразделяются на жесткие и упругие: пер-
вые могут компенсировать смещения, показанные на рис. 4, а вто-
рые, кроме этих смещений, допускают еще и тангенциальное сме-
щение валов за счет деформации промежуточных упругих деталей
муфты.
Вследствие тангенциальной подвижности муфты наблюдается
частичная компенсация неравномерности вращения валов, смяг-
чение толчков и ударов, а также гашение крутильных колебаний.
Следует отметить, что незначительное тангенциальное смещение
допускают и жесткие муфты за счет возможных зазоров и деформа-
ций деталей муфты.
Компенсирующие свойства подвижных муфт обеспечили им
весьма широкое распространение в промышленном оборудовании.
Они представлены большим разнообразием типов и конструкций.
А. ЖЕСТКИЕ ПОДВИЖНЫЕ МУФТЫ
1. Зубчатые муфты
К жестким подвижным муфтам относятся зубчатые муфты об-
щего назначения (ГОСТ 5006—55*), получившие за последнее
десятилетие весьма широкое распространение.
12
В настоящее время имеется большое разнообразие конструкций
зубчатых муфт.
Зубчатая муфта (рис. 6, а и б) состоит из двух обоим 1 с внут-
ренними зубьями, которые находятся в зацеплении с двумя зубча-
тыми втулками 2 с наружными зубьями.
Поверхности наружных зубьев на окружности выступов обтачи-
ваются по сфере, по которой центрируются обоймы муфты.
На внутренних торцах втулок имеются отверстия с резьбой,
обеспечивающие съем их с валов. В одной из обойм имеется отвер-
стие, закрывающееся пробкой, через которое в муфту заливается
масло; масло уменьшает износ зубьев и в небольшой степени смяг-
чает удары. Применяются сорта смазки с большой вязкостью, спо-
собные образовывать прочные пленки на смазываемых поверхно-
стях. Применение консистентных и легких смазок малой вязкости
в муфтах общего назначения (при окружной скорости в зубчатом
сопряжении до я» 25 м/с) не допускается.
Рис. 6. Зубчатые муфты
Рис. 7. Смещения валов, допускае-
мые зубчатыми муфтами
Для смазки зубчатых муфт рекомендуется применять нигрол Л
и автотракторный нигрол летний или зимний в зависимости от тем-
пературы окружающей среды. Смена масла должна производиться
не реже одного раза в 3—4 месяца с предварительной промывкой
керосином внутренней поверхности муфты. Уровень масла не дол-
жен превышать хорды, проходящей по уплотнительному кольцу
[141.
Зубчатые муфты допускают смещение соединяемых валов
(рис. 7) за счет зазоров в зацеплении и обточки зубьев втулок по
сфере. Параметрами, характеризующими компенсирующую спо-
собность муфты, являются максимальный угол перекоса агаах и рас-
стояние А (рис. 6) между центрами сфер втулок.
Практика показывает, что интенсивность износа зубьев сильно
растет с увеличением угла перекоса соединяемых валов. При боль-
ших перекосах зубчатые муфты работают неудовлетворительно.
По ГОСТ 5006—55* для зубчатых муфт общего назначения
перекос оси каждой втулки относительно оси обоймы не должен
превышать 0°30'.
Допустимый наибольший угол перекоса осей валов при отсут-
ствии радиального смещения (а — 0) <р = 2атах = 1°; допустимое
13
наибольшее радиальное смещение при отсутствии перекоса атах = Л
tg 0°30' = 0,0087Д. При наличии перекоса и радиального смещения,
Цразмер Нез болтов)
Рис. 8. Зубчатые муфты типа М3:
1 — зубчатая обойма; 2 — бурт для проверки
соосности валов; 3 — зубчатая втулка с цилиндри-
ческой расточкой — исполнение Н; 4 — зубчатая
втулка с цилиндрической расточкой и торцевым
креплением по валу — исполнение Т; 5 — зубчатая
втулка с конической расточкой — исполнение К
для средних условий мон-
тажа по данным [34] можно
принять: «=(0,0006.-7-0,008)
А и ф = 0°15'.
К достоинствам зубча-
тых муфт относятся их
высокая нагрузочная спо-
собность, надежная ра-
бота при больших скоро-
стях вращения и воз-
можность использования
для их изготовления нор-
мального зуборезного ин-
струмента.
ГОСТ 5006—55* охва-
тывает зубчатые муфты для
передачи крутящих момен-
тов от 71 до 100 000 кгс -м
и следующих двух типов:
1) тип М3 — муфты для
непосредственного соеди-
нения валов, состоящие
из двух зубчатых втулок
и обойм (рис. 8);
2) тип . МЗП — муфты
для соединения валов с
применением промежуточ-
ного вала, представляю-
щие комплект из двух
муфт, каждая из которых
состоит из зубчатой втул-
ки, обоймы и фланцевой
полумуфты (рис. 9, а).
Типовые размеры муфт
н их основные параметры
выбираются по табл. 4 и 5.
По стандарту допускается
применение различных вту-
лок, указанных на рис. 8.
Допускается применение
неразъемных зубчатых
обойм (без фланцевого со-
единения). В муфту МЗП,
выполненных по рис. 9, б
(с полумуфтами на промежуточном валу), полумуфты могут выпол-
няться за одно целое с промежуточным валом.
14
Для изготовления муфт используются стали марки 40 по
ГОСТ 1050—60 или марки 45Л по ГОСТ 977—65*. При применении
материалов с более высокими механическими свойствами значения
крутящего момента, указанные в таблицах, могут быть увеличены
до пределов, устанавливаемых расчетным путем.
Рис. 9. Зубчатые муфты типа МЗП:
1 — зубчатая обойма; 2 — полумуфта; 3 — зубчатая втулка
Опыт эксплуатации зубчатых муфт показывает, что выход их
из строя обусловливается износом и разрушением контактных по-
верхностей зубьев. Сложность точного учета условий работы зубьев
муфты затрудняет возможность разработки надежной методики их
расчета. Поэтому представляется более удобным ограничиваться
пока методом подбора муфт по ГОСТ 5006—55*, где зубчатые муфты
рекомендуется выбирать по наибольшему диаметру концов соеди-
няемых валов с последующей проверкой прочности муфты по фор-
муле
где 7Итах — максимальный крутящий момент, который способна
передавать муфта (табл. 4 и 5); 7ИР — максимальный длительно
15
16
Таблица 4
Размеры (в мм) и параметры муфт типа М3 (рис. 8)
d “к Л'Кр в кгс • м п в А D Dt в 1 1 К с с. с, е G в кг GD2 кгс • м2
не более об/мин не ме- нее не более не менее не более
40 38 71 6300 49 170 но 55 115 34 55 55 2,5 11 18 12 10,2 0,12
50 55 140 5000 75 185 125 70 145 34 70 80 2,5 13 22 12 14,3 0,21
60 55 315 4000 95 220 150 90 170 40 85 80 2,5 15 25 18 24 0,42
75 75 560 3350 125 250 175 ПО 215 40 105 105 2,5 17 28 18 38 0,85
90 95 800 2800 145 290 200 130 235 50 115 130 5 22 35 25 57 1,8
105 —. 1 180 2500 160 320 230 140 255 50 125 — 5 25 — 25 80 2,8
120 120 1 900 2120 185 350 260 170 285 50 140 165 5 25 40 30 НО 4,6
140 150 2 360 1900 210 380 290 190 325 50 160 200 5 30 45 30 163 8,3
160 -—- 3 000 1700 220 430 330 210 335 50 165 -— 5 30 — 30 187 14,2
180 — 5 000 1400 245 490 390 260 365 50 180 — 5 30 — 30 262 28
220 — 7 100 1250 280 545 445 300 405 60 200 .—. 5 35 — 35 382 55
250 — 10 000 1120 350 590 490 340 485 60 240 .— 5 38 — 35 550 85
280 — 15 000 1000 375 680 555 380 525 70 260 — 7,5 45 — 40 765 160
320 — 20 000 900 405 730 610 420 565 70 280 — 7,5 50 — 40 960 215
360 -— 25 000 800 480 780 660 480 645 70 320 — 7,5 50 — 40 1280 325
400 — 37 500 710 535 900 755 530 705 90 350 .—. 10 — — 50 1800 600
450 —• 56 000 630 625 1000 855 630 805 90 400 — 10 — — 50 2500 1140
500 — 75 000 560 710 1100 950 710 905 ПО 450 — 10 — — 50 3400 1600
560 — 100 000 500 735 1250 1050 800 975 ПО 485 — 15 — — 60 4650 2700
Примечания: 1. Частота вращения соответствует окружной скорости на начальной окружности зубчатого сопряжения, равной
25 м/с. 2. Размер Dz относится только к месту под уплотнение. 3. Массы даны для муфт с наибольшими размерами при минимальных диаметрах
отверстий во втулках и без масла. 4. Маховые моменты даны для муфт с наибольшими размерами и без учета отверстий во втулках.
5. Веса и маховые моменты определены для случая соединения обойм болтами с открытыми головками и гайками; при креплении обойм
болтами с головками и гайками, утопленными в тело фланцев, или при наличии защитных козырьков допускается увеличение размеров
В и D с соответствующим увеличением массы и махового момента муфты.
Таблица 5
Размеры (в мм) и параметры муфт типа МЗП (рис. 9)
d dt Мкр в п в об/мин D Dr D, L В 1 с G в кг GD2 в кгс • м2
не более кгс • м не более не менее нс более
40 60 71 6300 170 ПО 55 95 115 34 55 2,5 20,5 0,24
50 70 140 5000 185 125 70 ПО 145 34 70 2,5 31 0,47
60 90 315 4000 220 150 90 145 175 40 85 2,5 51 0,87
75 100 560 3350 250 175 НО 170 215 40 105 2,5 76 1,8
90 120 800 2800 290 200 130 190 240 50 115 5 115 3,5
105 130 1 180 2500 320 230 140 210 260 50 125 5 170 6.0
120 150 1 900 2120 350 260 170 240 290 50 140 5 218 10,0
140 170 2 360 1900 380 290 190 270 330 50 160 5 337 16,5
160 190 3 000 1700 430 330 210 280 340 50 165 5 355 20,5
180 210 5 000 1400 490 390 260 320 370 50 180 5 505 40,0
220 250 7 100 1250 545 445 300 380 405 60 200 5 750 75,0
250 280 10 000 1120 590 490 340 420 485 60 240 5 1050 100
280 300 15 000 1000 680 555 380 480 530 70 260 7,5 1500 230
320 340 20 000 900 730 610 420 520 570 70 280 7,5 1850 340
360 380 25 000 800 780 660 480 560 650 70 320 7,5 2400 500
400 420 37 500 710 900 755 530 650 715 90 350 10 3500 960
450 480 56 000 630 1000 855 630 750 815 90 400 10 4800 1800
500 530 75 000 560 1100 950 710 820 915 ПО 450 10 6600 2600
560 600 100 000 500 1250 1050 800 920 990 по 485 15 9400 4550
Примечания: 1. Частоты вращения соответствуют окружной скорости па
начальной окружности зубчатого сопряжения, равной 25 м/с. 2. Размер D2 относится
только к месту под уплотнение. 3. Веса даны для муфт с наибольшими размерами
при минимальных диаметрах отверстий во втулках (d) и полумуфтах (dt) без про-
межуточного вала и без масла. 4. Маховые моменты даны для муфт с наибольшими
размерами н без учета промежуточных валов и отверстий во втулках и полумуфтах.
5. Массы и маховые моменты определены для случая соединения обойм с полумуфтами
болтами с открытыми головками и гайками; при креплении обойм болтами, утоплен-
ными в тело фланцев, или при наличии защитных козырьков допускается увеличение
размеров В и D с соответствующим увеличением массы махового момента муфты.
6. При назначении размеров промежуточного вала необходимо соблюдать условие,
чтобы частота его собственных поперечных колебаний превышала частоту вращения
вала не менее чем иа 15%.
действующий на соединяемых валах крутящий момент; — коэф-
фициент ответственности передачи (табл. 6); k2 — коэффициент
условий работы муфты (табл. 7).
Дополнительно производится проверка по кратковременному
наибольшему моменту из условия, что он не должен превышать
двукратного значения Мтак.
Однако последнее приводит к уменьшению прочности зу-
ба, ухудшению условий работы муфты или увеличению ее габа-
ритов.
При перекосе осей валов имеет место кромочный контакт зубьев,
в которых при этом возникают большие напряжения.
По ГОСТ 5006—55* наряду с прямолинейной образующей зубьев
втулки допускаются зубья с эллиптической образующей — бочко-
17
образный зуб (рис. 10). Применением бочкообразного зуба значи-
тельно увеличивается допустимый угол перекоса муфты.
На рис. 11 изображена зубчатая муфта новой конструкции, пред-
ложенная инж. П. К. Гедыком (Уралмашзавод). В отличие от суще-
Рис. 11. Зубчатая муфта инж.
П. К. Гедыка
Рис. 10. Бочкообразный
зуб
ствующих конструкций втулки снабжены бочкообразными зубьями,
которые сцепляются с короткой неразъемной обоймой, имеющей
внутренние зубья. К преимуществам такой конструкции относятся
Таблица 6
Коэффициенты ответст-
венности передачи kL
Степень ответствен- ности передачи
Поломка муфты вызывает:
остановку ма- шины 1,0
аварию маши- ны 1,2
аварию ряда машин 1,5
человеческие жертвы 1,8
Таблица 7
Коэффициенты условий работы муфты k2
Режим работы механизма
Спокойная работа равномерно нагруженных механизмов Работа неравномерно нагружен- ных механизмов Тяжелая работа с ударами нерав- номерно нагруженных и реверсив- ных механизмов 1 1,1—1,3 1,3—1,5
меньшие габариты и стоимость, а также простота монтажа [14].
Проведенный сравнительный расчет на изгиб зубчатой муфты
с обычным и бочкообразным зубом показал, что передаваемый
муфтой крутящий момент при бочкообразном зубе на 20% выше.
В ГОСТ 5006—55* даны технические условия на изготовление
зубчатых муфт общего назначения, а также таблица для опреде-
ления параметров зубьев.
18
Для фланцевых болтовых соединений зубчатых муфт должны при-
меняться чистые болты, изготовляемые из стали не ниже марки 35.
Как показали сравнительные испытания ряда различных конст-
рукций упругих муфт, выполненные кафедрой деталей машин ЛПИ
им. М. И. Калинина, зубчатая муфта, являясь жесткой, вместе
с тем обладает наиболее высокой способностью компенсировать все-
возможные смещения осей соединяемых валов.
Вместе с тем, можно отметить, что часто отказываются от при-
менения зубчатых муфт из-за быстрого износа зубьев, работающих
при смещенных осях соединяемых валов, а также в тех случаях,
когда муфта должна обладать упругими и демпфирующими свой-
ствами.
За последние годы появились конструкции зубчатых муфт,
в которых отдельные металлические зубчатые элементы заменены
пластмассовыми с целью придания этим муфтам наряду с компен-
сационными свойствами определенных упругих и демпфирующих
свойств [71; 74; 75; 79].
Муфты с пластмассовыми деталями, по сравнению с чисто метал-
лическими зубчатыми муфтами, обладают повышенной износостой-
костью (за счет более равномерного распределения нагрузки и
подбора соответствующей пары трения), хорошей работоспособно-
стью при недостаточной смазке или даже при ее отсутствии и элект-
роизоляционными свойствами. Работа этих муфт в условиях сме-
щенных осей соединяемых валов будет сопровождаться менее интен-
сивным силовым воздействием на валы и подшипники (за счет мень-
шего коэффициента трения и более равномерного распределения
нагрузки между зубьями).
Кроме того, такие муфты будут иметь и ряд технологических
преимуществ, в частности — уменьшение требований к точности
изготовления.
2. Крестово-кулисные муфты
Муфта этого типа состоит из трех основных частей: двух полу-
муфт, устанавливаемых на концы соединяемых валов, и средней,
промежуточной крестообразной части, входящей выступающими
гребнями в соответствующие им пазы полумуфт (рис. 12).
Вместо гребней средняя часть может иметь две впадины или
гребень на одной стороне и впадину на другой.
В литературе встречаются следующие названия этой муфты:
крестовая, крестово-кулисная, муфта Ольдгема, плавающая, урав-
нительная.
Муфта может быть названа также планетарной, так как ее
средняя часть является сателлитом, центр которого совершает два
полных оборота за один оборот вала [2].
Крестово-кулисные муфты применяются для соединения не-
соосных валов, причем теоретически эта несоосность может дости-
гать весьма больших величин, но обычно не превышает е111ах ж 0.04D,
19
(D — наружный диаметр муфты). Допустимое угловое смещение ва-
лов атах «г 40'. [49].
Коэффициент полезного действия муфты может быть подсчитан
по приближенной [49] формуле
t]^l-(3-b5)g-,
где f — коэффициент трения сателлита о полумуфту; е — эксцентри-
ситет валов; D — диаметр муфты.
Рис. 12. Крестово-кулисная муфта
Рис. 13. Крестово-кулисные муфты с металлическим (а) и текстоли-
товым (б) сателлитом
Во избежание излишних потерь на трение трущиеся поверх-
ности муфты должны быть шлифованными й хорошо смазанными.
Муфты с металлическим сателлитом, как правило, устанавли-
ваются на валы с небольшим числом оборотов, что объясняется
возникновением приложенной к сателлиту значительной центробеж-
ной силы, наличие которой влечет увеличение износа трущихся
поверхностей, возникновение динамических нагрузок на опоры
и др.
При конструировании следует стремиться также к возможно
меньшему зазору между гребнем и впадиной рабочих элементов
муфты, назначая величину этого зазора по ходовым посадкам
третьего класса точности. Более подробный расчет такой муфты
см. [2].
Уральский завод тяжелого машиностроения (УЗТМ) разработал
конструкции крестово-кулисных муфт с металлическим и тексто-
литовым сателлитом (рис. 13).
20
Согласно рекомендации ЭНИМС [671, принимаются в качестве
допустимых следующие величины удельного давления между греб-
нем и пазом:
для стальных закаленных
сателлитов и пол у муфт
р = 150 ч- 300 кгс/см2;
для сателлитов из текстолита
р = 80ч-100 кгс/см2.
Твердость стальных тру-
щихся поверхностей рекомен-
дуется назначать НRC 55 60, рис. Муфта с промежуточным суха-
причемдля ускорения прира- рсы
ботки твердости поверхно-
стей полумуфт и сателлита должны быть различными.
При чугунном или бронзовом сателлите
р = 75-4- 100 кгс/см2.
Материал полумуфт и сателлита: сталь 15, 20Х, а также сталь
марки Ст. 5 и др.
Рис. 15. Кулачково-дисковая муфта
На рис. 14 представлена муфта, состоящая из двух одинаковых
полумуфт и промежуточного подвижного сухаря, к которому при-
креплены пластины из антифрикционного материала. Часто сухари
изготовляются целиком из текстолита, как это сделано, например,
в муфтах УЗТМ (см. рис. 13, б).
На рис. 15 представлена конструкция кулачково-дисковой
муфты по нормали МН 2701—61, параметры которой даны в табл. 8.
По данным этой нормали, допустимое параллельное смещение не
более 0,04с? и угловое не более 0°30'.
21
Таблица 8
Кулачково-дисковые муфты (рис. 15)
Шифр d | Do | D L S Мкр В кгс • м Махо- вой момент р кгс • м2 пнаиб в об/мин Масса в кг
В мм Номи- наль- ный Доп. ускос- ные от- клоне- ния
15 15 1,50
17 17 32 70 95 12 0,002 1,47
18 18 1,43
20 20 2,68
25 25 45 90 115 25 0,008 2,55
30 30 0,5 4-0,3 250 2,60
36 36 60 ПО 160 50 0,026 5,57
40 40 5,21
45 45 80 130 200 80 0,07 10,00
50 50 9,46
55 55 95 150 240 125 0,14 15,40
60 60 95 150 240 125 0,14 14,46
65 65 105 170 275 200 0,25 22,41
70 70 250 21,29
75 75 115 190 310 320 0,5 31,50
80 80 29,80
85 85 130 210 355 500 0,9 44,77
90 90 42,46
95 95 140 240 395 800 1,6 59,44
100 100 1,0 4-0,5 57,02
ПО 110 170 280 435 1000 3,0 91,50
120 120 84,29
130 130 190 320 485 1600 5,7 100 129,55
140 140 120,0
150 150 210 340 550 2000 8,4 162,55
22
По имеющимся данным [67], крестово-кулисные муфты (см.
рис-. 13, а) допускают параллельное смещение валов до 0,2 мм при
сборке н до е == (0,0М -ф 0.25) мм при работе, а угловое смещение
а < 40'. На основании опыта эксплуатации таких муфт можно
заключить, что они работают неудовлетворительно даже при малых
перекосах, допуская вместе с тем значительное параллельное сме-
щение валов. Муфта же с подвижным сухарем (см. рис. 13, б) удов-
летворительно работает при значительно больших перекосах. По
некоторым данным [76], муфты с сухарем допускают угловое сме-
щение до сс = 3°.
3. Цепные муфты
В цепных муфтах (рис. 16) полумуфтами являются звездочки,
охватываемые общей цепью. Цепные муфты отличаются простотой
конструкции и допускают смещения соединяемых валов: радиаль-
ное до 1,2 мм и угловое до 1°.
Рис. 16. Цепная муфта с однорядной цепью
Для предохранения от загрязнения и улучшения условий смазки
целесообразно закрывать муфту герметичным кожухом.
В табл. 9 приведены размеры муфт с однорядной цепью (рис. 16).
Материал звездочек — сталь 45; твердость зубьев IIRC 40—45.
В цепных муфтах применяются также двухрядные (рис. 17) и бес-
шумные (рис. 18) цепи, допускающие большие смещения осей сое-
диняемых валов. Применением сферических роликов на одной
(рис. 17, справа) или обеих звездочках можно значительно увели-
чить допустимое угловое смещение, доведя его до сс = 3 -к 6°.
Для использования всей ширины цепи и увеличения переда-
ваемого крутящего момента применяют конструкцию, показанную
23
Таблица 9
Размеры (в мм) и параметры муфт с однорядной цепью (рис. 16)
Шифр в кгс - м 1 п в об/мин 1 а D L Монтажный зазор с Поперечное смещение Цепь втулочно-роликовая однорядная Масса в кг ; GD2 в кгс • м2
Диаметр ролика Расстояние между пла- стинками Шаг Разрушаю- щая на- грузка в кгс Количест- во звеньев
МЦ-18 МЦ-20 ЛЩ-22 7 8 10 1600 18 20 22 по 90 1,0 0,5 12 12,9 19.05 2500 12 1,9 1,8 1,75 0,007
МЦ-25 МЦ-28 16 20 1400 25 28 125 ПО 1,4 1,0 16 15,9 25,4 5000 10 2,9 2,75 0,014
МЦ-30 МЦ-32 МЦ-35 МЦ-36 25 32 1200 (30) 32 (35) 36 140 120
12 4,35 4,25 4,1 4,05 0,027
МЦ-40 МЦ-45 МЦ-50 40 60 80 1000 40 45 50 180 150 1,8 1,2 22 23,15 38,1 7000 10 9,5 9,1 8,5 0,089 0,094 0,096
МЦ-55 МЦ-60 100 140 800 55 60 210 170 180 12 12,7 12,3 0,177 0,183
МЦ-70 МЦ-80 МЦ-90 200 250 320 700 70 80 90 280 210 240 270 2,0 32 31 50,8 16000 28,6 30,2 32,25 0,72 0,82 0,89
МЦ-100 МЦ-110 МЦ-125 400 500 630 500 too по 125 350 300 330 360 16 50,05 57,65 58,55 1,88 2,19 2,36
на рис. 19. Здесь обе полумуфты изготовляются из одной заготовки,
которая после нарезания зубьев разрезается по диагонали на две
одинаковые части.
Для муфты с втулочно-роликовой цепью допускается nmax =
= 1500 об/мин [33], а с бесшумной цепью возможно довести его до
7500 об/мин [51].
Следует отметить, что из-за зазоров и мертвого хода цепные
муфты нельзя рекомендовать для высокоскоростных и в особен-
ности реверсивных передач. ВНИИНмаш разработал нормаль
МН 2091—61 — МН 2092—61 на эти муфты.
24
Втулочно-роликовые цепи для цепных муфт подбираются по
ГОСТ 13568—68. Построение профиля зуба в полумуфтах произво-
дится (как в звездочках цепных передач) по ГОСТ 591—69.
Следует, однако, иметь в виду, что условия работы цепей в муф-
тах отличаются от обычных условий работы приводных и грузовых
цепей. В цепных муфтах детали цепи находятся под действием
окружных сил ведущей и ведомой полумуфт, направленных в про-
тивоположные стороны.
Рис. 17. Цепная муфта с
двухрядной цепью
Рис. 18. Цепная муфта
с бесшумной цепью
Рис. 19. Цепная муф-
та с косым разрезом
При приближенном выборе цепи для муфт расчетная разрушаю-
щая нагрузка берется больше, чем для приводных цепей:
Q — (1,2 -г— 1,5) пР,
где п — коэффициент запаса прочности, принимаемый для привод-
ных цепей; Р — окружная сила, действующая на цепь,
р 2MKpk
где k — коэффициент режима работы (см. приложение I).
Подробную методику расчета и подбора цепных муфт см. в ра-
ботах Б. Л. Давыдова [17].
В заключение можно отметить следующие достоинства цепных
муфт: простота конструкции, монтажа и обслуживания, относи-
тельно малая масса и габаритные размеры, надежность в работе.
Последняя подтверждается практикой эксплуатации цепных муфт
в тяжелых условиях работы угольной промышленности [17].
4, Муфта, допускающая продольные смещения
валов
На рис. 20 показана муфта, компенсирующая только осевые
смещения валов. Две полумуфты 1 и 2 имеют на своих торцевых
поверхностях пазы, в которые помещается сухарь 3. Для предо-
хранения от выпадения сухаря и центровки полумуфт служит
25
кольцо 4, которое крепится к полумуфте 1 болтами 5. Осевое пере-
мещение одного вала относительно другого обеспечивается за счет
зазоров между сухарем и торцевой поверхностью паза полумуфт.
Эти муфты просты в изготовлении и способны передавать большие
крутящие моменты. Для разъединения валов достаточно сдвинуть
кольцо 4 вправо и вытащить сухарь 3, используя для этого имею-
щиеся в его торцах резьбовые отверстия.
Такие муфты, допускающие продольные смещения валов (при-
водные рольганги и т. п.), применяются для соединения длинных
Рис. 20. Муфта, допускающая осевое смещение валов
валов, где колебания температуры вызывают значительные измене-
ния их длины. Следует указать, что эти муфты требуют тщательной
сборки и соосности соединяемых валов.
Поверхность контакта сухаря с полумуфтами проверяется на
смятие, а сухарь — на изгиб и срез.
К указанной группе муфт можно также отнести и рассмотрен-
ные ранее крестово-кулисные и зубчатые муфты. Разновидностью
последних являются шлицевые муфты, в которых зубья заменены
шлицами.
5. Шариковая муфта
Шариковые муфты применяются при больших перекосах валов
п возможном одновременном их осевом смещении. Двойные шарико-
вые муфты допускают также и радиальное смещение. На рис. 21
представлена двойная шариковая муфта, разработанная HATH для
трактора КД-35. Она состоит из ведущей муфты, промежуточного
диска 5, ведомой муфты и пружинного амортизатора 1. Обе муфты
одинаковы и состоят из полумуфт 2 с лунками, в которых находятся
шарики 3, и полумуфт 4 с продольными пазами. Полумуфты 4 и
диск 5 связаны с болтами 6. При работе крутящий момент передается
через шарики с ведущей части на промежуточный диск, а затем
также через шарики — на ведомую часть.
Благодаря наличию промежуточного диска, демонтаж муфты
можно производить, не раздвигая соединяемых валов.
26
Пружина 1 служит для амортизации биения корпуса и устране-
ния осевых перемещений последнего. Муфта заполнена маслом,
резиновые манжеты удерживают смазку п не пропускают в муфту
пыль.
Рис. 21. Двойная шариковая муфта HATH
6. Муфта с гофрами
Такая муфта с гофрами представляет собой втулку с двумя флан-
цами на концах, между которыми помещается одна пли несколько
гофр. На рис. 22 показана муфта с двумя гофрами.
Рис. 22. Фланцевая муфта с двумя гофрами
Соединение валов осуществляется непосредственно фланцами
или при помощи обычных зубчатых муфт, как это сделано, напри-
мер, в муфте производства Кировского завода, показанной на
27
рис. 23. Здесь гофры компенсируют угловые смещения соединяе-
мых валов, а зубчатое зацепление — осевые смещения. Эта кон-
струкция успешно применяется в высокоскоростном оборудовании
при больших мощностях. Одновременное использование зубчатой
Рис. 23. Зубчатая муфта с гофрами
муфты и гофр вызвано здесь тем, что соединение валов одной зуб-
чатой муфтой не обеспечивало в тяжелых эксплуатационных усло-
виях надежной работы — муфта выходила из строя.
Муфты такого типа часто называют полужесткими.
Б. УПРУГИЕ МУФТЫ
7. Основные свойства упругих муфт
Как показывает само название, характерным элементом всех
этих муфт является звено или ряд звеньев, способных деформиро-
ваться в процессе работы, причем способность к упругой деформа-
ции является главной особенностью муфты.
Благодаря этой способности упругие муфты допускают угловой
относительный поворот ведущей и ведомой полумуфт.
Общая схема любой упругой муфты такова: полумуфта, жестко
связанная с ведущим валом, — упругие звенья — полумуфта, же-
стко связанная с ведомым валом.
Рассмотрим основные свойства упругих муфт.
1. Упругие муфты способны смягчать толчки и удары. Если
при работе установки нагрузка на один из валов внезапно резко
изменяется, то влияние изменения нагрузки на другой! вал может
быть значительно уменьшено за счет деформации упругих элемен-
тов муфты. Кинетическая энергия удара при этом частично погло-
щается и переходит в тепло, частично аккумулируется упругими
элементами, превращаясь в потенциальную энергию деформации.
28
2. Упругие муфты могут служить средством защиты от резо-
нансных крутильных колебаний, возникающих в механизме вслед-
ствие неравномерности вращения.
Так, четырехтактный шестицилиндровый двигатель внутреннего
сгорания не дает абсолютно равномерного вращения ввиду дискрет-
ности моментов зажигания — за время полного оборота происходят
вспышки горючей смеси в трех цилиндрах. Поэтому, если такой
двигатель делает 600 об/мин, то вал двигателя испытывает за это
время 1800 толчков. Точки эти могут быть не опасны, если ни одно
звено механизма, приводимого в действие двигателем, не имеет
собственной частоты колебаний, равной 1800 пер/мин. Если же
такое звено имеется, то толчки, порождаемые двигателем, иногда
почти незаметные, могут довести амплитуду колебаний звена до
совершенно недопустимой величины. Известны случаи поломок и
Рис. 24. Характеристика упругих муфт постоянной (а) и
переменной (б) жесткости
выхода из строя механизмов, вызванные наличием резонансных
колебаний.
3. Упругие муфты не требуют строгой соосности соединяемых
валов и допускают сравнительно большие смещения осей соединяе-
мых валов.
Жесткость упругихмуфт. Жесткость муфты определяет ее упругие
свойства и является важным показателем при динамическом расчете.
Если закрепить одну полумуфту, а к другой приложить крутя-
щий момент М, то вторая полумуфта повернется относительно пер-
вой на некоторый угол <р, называемый углом закручивания муфты.
В простейшем случае связь между М и <р линейная
М. = Сф.
График зависимости М от ср называется характеристикой муфты,
а коэффициент С — жесткостью муфты.
При расчетах часто используется также величина, обратная
жесткости, — податливость е
На рис. 24, а показана характеристика упругой муфты постоян-
ной жесткости.
29
Упругие муфты могут иметь и нелинейную связь между и <р,
такие муфты называются нелинейными или муфтами переменной
жесткости (рис. 24, б).
В общем случае жесткость определяется так:
р__dM
Йф
и для нелинейных муфт является функцией угла закручивания.
Характер этой функции определяется в основном конструкцией
муфты. Жесткость нелинейных муфт растет с увеличением дефор-
мации. Нелинейность муфты особенно благоприятно проявляется
вблизи резонанса, так как она сильно понижает резонансные ампли-
туды. Следовательно, нелинейные муфты работают лучше линей-
ных в областях, близких к резонансу. При работе нелинейной
Рис. 25. Характеристика упруго-
демпфирующей муфты
муфты в областях, удаленных от резонанса, можно в первом при-
ближении считать ее характерис-
тику кусочно-л инейной. Тогда, если
известно значение изменения момен-
тов М2 и Mt в интервале 1—2 и
соответственно <р2 — <Pi, то
С->ся -— •
Р ф2~ Ф1
Демпфирующая способность упру-
гих муфт. Демпфирующая способ-
ность муфты характеризуется вели-
чиной энергии, необратимо погло-
щаемой муфтой при ее деформации.
Поглощение энергии муфтой может происходить за счет приме-
нения упругодемпфирующпх материалов (кожи, резины и др.) либо
за счет особой конструкции упругих деталей муфты (набор сталь-
ных пластин).
Энергия поглощается в основном в первом случае за счет сил
внутреннего трения в упругодемпфирующпх материалах, а во вто-
ром — за счет сил внешнего трения между упругими элементами
(пластинами).
Рассмотрим характеристику муфты, обладающей демпфирующей
способностью (рис. 25).
При ее нагружении крутящим моментом, изменяющимся от О
до Mlt характеристика муфты изображается кривой 0А1 и работа,
затраченная на деформацию муфты, измеряется площадью 0А120.
При разгружении муфты, т. е. уменьшении крутящего момента от 7И1
до 0, характеристика изображается кривой 1В0, а выделенная муф-
той энергия измеряется площадью 0В120.
Следовательно, площадь 0А1В0 измеряет как раз ту часть энер-
гии, которая необратимо поглощается муфтой и в конечном счете
переходит в тепло. Здесь шла речь о качественной стороне демпфи-
рующей способности муфт. Количественно демпфирование, может
30
быть охарактеризовано коэффициентом демпфирования ф. Он
представляет отношение энергии, потерянной за один цикл коле-
бания муфты, к полной энергии, затраченной на деформацию ее за
этот же период; очевидно ф < 1. Ниже приведен его расчет и пока-
зано его влияние на динамику системы.
Следовательно, по виду характеристической кривой упругие
муфты можно разделить на линейные и нелинейные с демпфирова-
нием и без демпфирования соответственно.
Следует указать, что такая классификация, удобная при дина-
мическом расчете муфт, является условной.
Энергоемкость упругих муфт. Энергоемкость муфты характери-
зует ее способность амортизировать толчки и удары за счет накоп-
ления потенциальной энергии в упругих элементах при упругой
деформации последних. Под энергоемкостью обычно понимают то
наибольшее количество потенциальной энергии, которое муфта
способна аккумулировать при максимальной деформации.
По энергоемкости можно сравнивать муфты с примерно одина-
ковыми характеристиками.
Обозначим через А — энергоемкость муфты; г — число упругих
элементов; V — объем одного элемента.
Тогда для муфт, упругие элементы которых работают на изгиб
[68]
Ac = zkc-°~ V;
для муфт, упругие элементы которых работают на кручение,
Здесь zV — объем материала всех упругих элементов муфты;
ka и kx — коэффициенты использования материала (зависят только
от формы упругого элемента).
Удельная энергоемкость, отнесенная к единице объема всей
муфты,
T-^-zk^.L. ж
7 а - Vm- Z/?o 2£ у,*, Ы/
Т — — zk -- • — (2)
и м у м
где VM — объем всей муфты.
Формулы (1) и (2) показывают, что в отношении величины на-
капливаемой работы деформации упругие муфты тем лучше, чем
больше величина Т, так как при одном и том же Ас или Ах габариты
муфты получатся тем меньше, чем больше величина Т.
Следовательно, свойства муфты тем лучше, чем больше:
1) коэффициенты ka и kx, характеризующие рациональность
формы упругого элемента;
31
2) величины и L-г, характеризующие свойства материала
упругих элементов;
zV
3) отношение т.е. чем большая часть объема всей муфты
I'M
занята упругими элементами.
Пусть даны габаритные размеры муфты с пластинами и дана ее
жесткость С. Требуется получить при этом наиболее энергоемкую
муфту.
Чем тоньше выбраны пластины, тем больше их нужно взять
по объему (тем больше zV) для получения заданной жесткости.
Следовательно, наиболее энергоемкой будет муфта с такой мини-
мальной толщиной пластин, при которой в муфте помещается их
наибольшее число (конечно, при условии, что напряжения в пла-
стинах не превосходят допускаемых).
Пусть крутящий момент, при котором напряжения в пластинах
достигают допускаемых, равен 7Итах- Тогда (для линейной муфты)
максимальная энергия, накапливаемая муфтой, равна
Аа = ~2 ^тахф,
НО
!Ч|Ш
следовательно,
• А*®
л Hid Л
/1с= 2 ’ С~‘
С другой стороны,
Aa = kal^?V,
1 , Л^шах М2 у
2 С
Отсюда
ZV,
т. е. при одном и том же [ст] можно передать больший крутящий
момент в тех случаях, когда сравнительно больший объем занимают
упругие элементы.
Приведенные соображения объясняют стремление выполнить
муфты с пакетами, набранными из отдельных пластин. При этом
надо учесть, что благодаря трению между стальными пластинами
муфта приобретает способность демпфирования колебаний.
При сопоставлении муфт, упругие элементы которых выпол-
нены из одного и того же материала, достаточно сравнить только
значения коэффициентов ko (kx) и величин р-.
32
Для стали это возможно и в тех случаях, когда пружины одних
муфт работают на изгиб, других — на кручение, так как для стали
выполняются соотношения
§^2,6 и И^1,6.
Следовательно,

2,6 и
„ ГД2
2Е ~ 2G ’
Значения коэффициентов ka и kx можно вычислить, используя
формулы работы деформации упругого тела
р м
доп кр
До= § Pdy или Дт= § Л1крг/ф.
о о
Например, для пружины в
работающей на изгиб, можно
виде плоской пластины (рис. 26, ж),
написать
и=-!—р- ы = Л'1и = Рдоп<
У 3EJ ’ 1 J W J ’
а
2
HO J
bcfl
12 ’
где а и b — толщина и ширина пружины;
рдоп = И^ = |Ит-
2 1
Следовательно,
V Р
= J P3EJdP
о
ЬсР 2 |
19 <>
_ 4/3 1 . 1 га? V = k V
ЕЫР 2 36 Р 18Е V 2Е V'
fea = 4^0,ll.
На рис. 26. а — м даны значения коэффициентов ka (kx) для раз-
личных типов пружин, работающих на изгиб или на кручение.
Работа линейной муфты при периодических нагрузках. Для
общности рассуждений положим, что периодически меняющийся
крутящий момент создается' не только двигателем, но и соединен-
ной с ним с помощью муфты исполнительной машиной.
Общая схема установки показана на рис. 27:
2 Поляков В. С.
33
М-пружины
Р-пружины
Рис. 26. Расчетные схемы пружин, нагруженных моментом (Л1 — пружины) или силой (Р-пружины)
где Д — приведенной к валу муфты момент инерции ведущего
механизма;
,Д — то же для ведомого механизма;
ЛДВ — мгновенное значение крутящего момента, создаваемого
ведущим механизмом;
Л4Ср — то же для ведомого механизма;
Л4М — мгновенное значение крутящего момента, передаваемого
муфтой;
со — средняя угловая скорость установки.
Моменты Л'1лв и Л40р можно представить состоящими из двух
частей: постоянной и переменной, т. е.
ЛДВ = ЛД + ЛД; мор = м0 + м2,
где М(. — среднее номинальное значение крутящего момента; ЛД и
ЛД — его переменные, периодически меняющиеся составляющие.
Рис. 27. Схема установки с упругой муфтой
Периодичность Мг и ЛД позволяет разложить их в ряд Фурье
представив в виде
Л41 = 2£7И1; sin (iat + «,-); 1
vM2.sin(iM/ + p;). ) U
Порядок i гармонических составляющих определяется как ве-
личина, кратная отношению угловой частоты возмущающих момен-
тов Л4г и М2 к угловой скорости со, таким образом
Овозм
(О ’
где k = 1, 2, 3 ....
Так, для одноцилиндрового четырехтактного двигателя совозм =
= 0,5со (один рабочий ход на два оборота), а значит, i может при-
нимать значения i — 0,5; 1; 1,5 ... для такого же двухтактного
двигателя, а также и для одноцилиндрового компрессора простого
действия, имеющих один рабочий ход на один оборот, совозм = со
и, следовательно, i = 1, 2, 3... и т. д. Для общности будем считать,
2*
35
что АД и АД имеют составляющие одинаковых порядков, так как
если для отдельных составляющих какого-либо момента это и не
соблюдается, то можно считать равной нулю амплитуду соответст-
вующей составляющей другого момента.
Рассмотрим теперь работу линейной демпфирующей муфты. Ее
характеристика дана на рис. 28, где <р0 — угол закручивания при
номинальном моменте АД.
Рис. 28. Характеристика
работы линейной демпфи-
рующей муфты
Рис. 29. Эквивалентная ха-
рактеристика работы линей-
ной демпфирующей муфты
При отсутствии демпфирования <р = Демпфирующий момент
для разных муфт различен. Чаще всего величина демпфирующего
момента зависит от скорости деформации
1 at ’
но может зависеть также от деформации
АД Г = Мц (<р)»
или быть постоянной в случае так называемого постоянного (куло-
нова) трения
| MRi | = const.
Для аналитического решения вопроса заменим действие демп-
фирующего момента действием эквивалентного демпфирующего мо-
мента, величина которого линейно зависит от скорости деформации
(рис. 29)
м - = f^-
1 at '
При этом коэффициент f подберем таким образом, чтобы вели-
чины работы за цикл действительного и эквивалентного моментов
были одинаковы (т. е., чтобы были равны площади петли гистере-
зиса).
36
Если угол закручивания ср меняется по уравнению
<P = cp«sin (zcoZ+T/),
то эквивалентный демпфирующий момент будет меняться по урав-
нению
Л4д< = foaii® cos (iat ф- у,-) = /Ид„ cos (iat + у,-),
а эквивалентная площадь петли гистерезиса будет эллипсом.
2тг
Если через Т — обозначить период колебаний, то потеря
энергии на демпфирование за один цикл для эллипса будет
г
<Г'Р “2
Лд,- = 2 /Ид,- dtp = 2 Jj cos2 (/и/ + Tz) dt = n^afta.
“% 0
Работа сил упругости за этот же период будет
л __ г ’Pai _
Ayi —• ~2~ — 2 *
Назовем величину
Ду,- ~ С
коэффициентом демпфирования муфты.
Согласно рис. 27, будем иметь следующие дифференциальные
уравнения движения ведущей и ведомой частей агрегата
Л^- = М1-Жм;
л5г = М,~/И2.
Принимая во внимание равенство (3), можно составить анало-
гичные дифференциальные уравнения для z-й гармоники возмущаю-
щего момента, а затем, решив их, просуммировать для всех слагае-
мых возмущающего момента и таким образом найти полное решение.
Мы будем иметь:
/и1(- sin — Сср —
= - м*sin +в)+С(р+fds -
Угол закручивания муфты ср = ср1(- — ср2/; поэтому, преобразо-
вав полученные уравнения и вычтя из первого второе, получим
дифференциальное уравнение закручивания муфты в следующем
виде:
(1 + 1 W.C fl . JI, ср =
dz2 '' kA* J J dt^ \JX ' J J
— Mj- sin (zwZ +«,-) sin (z‘a>Z p;)
37
Упростим полученное уравнение.
Для этого обозначим
1 = 1 + 1
Р J | J О
собственная частота колебаний
приведенный возмущающий момент z-го порядка:
л Л 1 f "/ЙЕ
Л4 т I . /И 2t . о
— sin —~~ sm
6(=arctg^---------------------
COS С6/ + cos (3Z-
J I “2
Тогда
+ ф • Ж + fe2(P = vsitl (iat +бг)-
ClL р Cl'l р
(4)
Решение дифференциального уравнения (4) состоит из двух
слагаемых: первое соответствует собственным колебаниям системы,
а второе — вынужденным. Поскольку при наличии демпфирова-
ния собственные колебания быстро затухают, то нас будет интере-
совать второе слагаемое — частное решение уравнения (4), соот-
ветствующее вынужденным колебаниям. Это решение имеет вид
где
__ Mi sin (ta>/ + Ti)
У (' -дг) + 4
с .2л
уг = ог —aarctg-
1 F
Гармоническая составляющая момента, нагружающего муфту,
Alrz — Сер, + / Jz‘ k2
М, sin (ztirf + Yi)
Mi cos (ia>t -p-Vi)
sin (zroZ + Yi) + ^cos
)i(o
(iat + уг
38
После преобразования полученного выражения будем иметь
Мг>-
Mi sin (zco/ + + et),
где ег = arctg .
Наибольшая величина момента, нагружающего муфту,
где коэффициент резонанса
(5)
Проанализируем полученные результаты с точки зрения расчета
муфты и влияния муфты на работу всей установки. Для этого рас-
смотрим зависимость коэффициента kpi от коэффициента демпфиро-
вания ф,- и угловой скорости установки со.
Рассматривая формулу (5), видим, что kpi зависит от отноше-
ния j = Вид этой зависимости показан на рис. 30.
Здесь обозначено:
п — частота вращения установки об/мин;
ЗОЛ ,
/г*= — критическое число оборотов, соответствующее резо-
нансной частоте собственных колебаний системы.
При резонансе (п = nk) kpi достигает максимального значения
, _ -|/~4л2 2л
Яр/тах — у + 1 ф/
так как обычно ф,- < 1. Из формулы (5) видно, что при — > У 2
nk
величина kpi < 1, а при n<Z\2 kpl>].. Это значит, что упру-
гая муфта только тогда сделает работу ведомых частей более плав-
ной по сравнению с соединением жесткой муфтой (kp = 1), когда
— > У2 или жесткость муфты
п Я212 2
1800 !'П *
39
Однако, если даже установка работает при —>|^2 = 1,41, то
/Х/г
при ее разгоне может возникнуть резонанс, поэтому целесооб-
разно применение муфт со значительной демпфирующей способно-
стью (X, велико), которые, как следует из рис. 30, не дают таких
больших амплитуд колебаний и перегрузок*.
При действии периодической нагрузки с точки зрения улучше-
ния работы ведомых частей установки и уменьшения нагрузок,
действующих на муфту, целесообразно применение податливых
муфт, обладающих значительными коэффициентами демпфирования.
Такие муфты сильно снижают критическую частоту вращения и
работают в зоне — >1/2, не подвергаясь значительным перегруз-
nk
кам при переходе через критические частоты вращения.
Пусть Л12 = const.
Тогда значение гармонической составляющей момента Mh на-
гружающего муфту, получим из предыдущих выражений, полагая
* Существуют и другие надежные методы гашения крутильных колебаний
при переходе через критическую частоту вращения — создание предваритель-
ного натяга пружин, обеспечение нелинейности деформации. Подробно об этих
методах см. [59].
40
M2i = 0:
Af/max == Mlkpi ~ ^li^K^pi-
J
Величина k„ = -—^-=- — коэффициент динамичности — пока-
зывает, что равномерность работы агрегата может быть улучшена
также путем обеспечения благоприятного соотношения между вели-
чинами его приведенных моментов инерции.
Для расчета муфты необходимо знать максимальную величину
момента, который нагружает муфту. Эта величина
мтах = м0 + (£Л4;)гаах = лд [ I + .
УТИ.
Если обозначим 1 ----.-‘тах = kB — коэффициент перегрузки
/И о
муфты, то тогда окончательно будем иметь
Л4тах = Mgkg,.
Для нахождения величины kt необходимо предварительно опре-
делить максимальное значение суммы
0Ж,-)тах = [ЦЛМрт Sin (/г(й/ + + е/)]тах-
Будем считать, что данная упругая муфта гасит колебания
высоких порядков до пренебрежимо малой величины — это бывает
в подавляющем большинстве случаев. Тогда величину (ЕМ;)1пах
достаточно определить лишь для первых трех-четырех гармоник.
Значение (£Л4,-)тах можно найти методом последовательных при-
2л
ближений, давая t различные значения в пределах от 0 до , или
же можно считать
(SWmax ZMikpi.
При этом получится завышенный результат.
Все приведенные зависимости выведены в предположении абсо-
лютной жесткости валов агрегата, что в действительности не имеет
места. Поэтому они могут быть применены лишь там, где жесткость
валов намного больше жесткости муфт, т. е. в установках с корот-
кими валопроводами. Но общие соображения о требуемых свойст-
вах используемых муфт остаются в силе и для установок с вало-
проводами малой жесткости.
Следует отметить, что теоретический расчет коэффициента демп-
фирования очень затруднителен, так как его величина обусловлена
такими параметрами составных элементов муфты, которые трудно
учесть. Например, демпфирующая способность резины может за-
висеть от партии резины, температуры, наличия ограничителей и
других трудно учитываемых факторов. Поэтому обычно там, где
41
требуется точное значение коэффициента демпфирования, его опре-
деляют экспериментально на реальном образце изделия.
Рассмотрим влияние упругой муфты на работу установки.
Пример. Одноцилиндровый четырехтактный двигатель с номинальной
мощностью N — 22 л. с. и номинальной частотой вращения щ = 1500 об/мин
приводит в движение генератор, присоединенный к нему с помощью линейной
муфты, дающей угол закручивания при номинальном крутящем моменте <р0 = 2°
и имеющий коэффициент демпфирования ф = 0,5. Моменты инерции (приведен-
ные к оси вращения муфты) Jt = 105 кгс-см-с2; J2 = 40 кгс-см-с2.
Будем считать, что переменными составляющими момента Л'Т2;- на генератор
можно пренебречь, т. е., что М2 = const.
Номинальный крутящий момент
/V 92
Л1КВ= 71 620=^ = 71 620 7=^= 1050 кгс • см.
1 Пц 1500
Жесткость муфты
Л4кр 1050
С =----= —=- = 525 кгс • см/град = 3 • 104 кгс • см/рад.
<р0 2
Частота собственных колебаний системы
k -1/зЛо4 , 3-W4 1
k - + Т2 - Ло5~ + 40 -32’1 С. •

Коэффициент динамичности системы
кДж-"’276-
Остальные вычисления представлены в табл. 10. Для сравнения в этой же
таблице приведены величины A4Z х жесткой муфты. Таблица показывает, что
использование муфты с малой жесткостью позволило снизить область критичес-
ких частот вращения ниже номинального, благодаря чему сильно уменьшена
по сравнению с жесткой муфтой величина момента Л1/гпах при i — 0,5 и 1 и прак-
тически сведено на нет влияние на степень неравномерности работы генератора
гармонических возмущающих моментов выше первого порядка (t > 1). В то же
время жесткая муфта дает большие значения /И(-тах и при i > 1.
Рассмотрим часто встречающийся на практике случай соедине-
ния электродвигателя с рабочей машиной с помощью упругой
муфты. При этом будем предполагать, что момент сопротивления,
приложенный к машине, является периодической функцией вре-
мени вида Мо + M2 cos со/ (М2 — амплитуда переменной состав-
ляющей момента сопротивления).
Характеристику двигателя, т. е. зависимость развиваемого дви-
гателем момента от скорости, будем считать линейной. Такую харак-
теристику могут обеспечить двигатели постоянного тока с незави-
симым или параллельным возбуждением или асинхронные двига-
тели на рабочем участке характеристики:
МДВ1=МН (6)
где Мн — номинальный момент, соответствующий номинальной
скорости Q; и — коэффициент пропорциональности, равный
42
Данные к примеру расчета упругой линейной муфты
при динамических нагрузках
Таблица 10
Основные параметры Обозначения Определение основных параметров Численные значения
Порядок возмущающего момента Отношение гармонического момента к номинальному моменту Гармонический возмущающий момент Критические частоты вращения Отношение частот вращения об/мин Коэффициент резонанса Возмущающий момент на ведомых частях Возмущающий момент на ведомых частях i Г) _По_ kpi Mi max Для же max Берется из исходных данных о двигателе То же /И,; = Г| /Ио КГС • СМ зо пк=—— k об;мин 1 л Берется по рис. 30 или по фор- муле (5) Mi max = сткой муфты (kpi = \) 0,5 3,3 3470 615 2,44 0,2 198 990 1 3,3 3470 306 4,9 0,05 50 990 1,5 2,9 3050 204 7,4 0,02 17 845 2 2,9 3050 153 9,8 0,01 8 845 2,5 2,4 2520 123 12,2 0,01 7 695
43
измерению крутящего момента двигателя при единичном измене-
нии скорости вращения ротора.
Величина и может быть найдена из каталожных данных дви-
гателя.
При исследовании перегрузок, возникающих в результате дей-
ствия переменной составляющей М2, момента в уравнениях движе-
ния не будем учитывать постоянную составляющую Мо, которую
будем считать равной номинальному моменту электродвигателя.
Уравнения движения системы получаются аналогично рассмот-
ренным выше и имеют вид:
dp U \ dt I dt ’
-M2 COSO)L
ClI Cl I
(7)
Обозначив по-прежнему отношение передаваемого муфтой мо-
мента Мм к моменту М2 через Кр и решая систему (7), имеем
k =^м== ,8)
Для удобства исследования и вычислений представим это урав-
некие в безразмерном виде. Обозначим
со f U J9
Т = г’
О)
где р — приведенный момент инерции системы.
Подставляя величины (9) в уравнение (8), после преобразова-
ния получим:
/О2 + Y2) (I + 4т2г2)т4-
*>=,/Г , I- ,т <|0>
|/ p3_z(i+2vYTT?)] +|г2(2¥ + т)__А_|
Входящая в эту формулу величина v связана с коэффициентом
демпфирования следующим соотношением:
= -ф
4лг'
(Н)
При построении зависимости kp от k по формуле (10), полагая v
постоянным величину г в формуле (11) можно считать равной еди-
нице. Подобное упрощение допустимо, так как в наиболее интере-
сующей нас области резонанса г = 1, влияние же коэффициента
демпфирования в нерезонансной области, как известно из теории
колебаний, невелико и погрешностью в его определении можно
пренебречь.
Оценим теперь влияние характеристики электродвигателя на
момент, передаваемый упругой муфтой. Будем считать, что демп-
44
фирование в муфте отсутствует, т. е v = 0. Тогда формула (10)
примет вид
/, =__________Г'гЧрУ___________ 1
р ' Г--------------7------' 1 +q- (12)
1/ Z2(l-Z2)2+ Tz2__L_ V >
f \ l i
При резонансе можно получить z = 0. Тогда
(13)
Сравнивая формулы (12) и (13) видим, что величина у оказы-
вает на величину момента при резонансе действие, аналогичное
демпфированию в муфте. Другими словами,
двигатель постоянного тока с независимым
или параллельным возбуждением и асинхрон-
ный двигатель при работе на устойчивом
участке характеристики способствуют подав-
лению резонансных крутильных колебаний.
На рис, 31 построены графики kp для сов-
местного демпфирования колебаний двигате-
лем и муфтой, а также для у = Он v = 0.
В качестве примера взят агрегат, состоящий
из двигателя постоянного тока П-62, соеди-
нительной упругой муфты МУВП с резиной
средней жесткости (С = 500 кгс -м/рад, v =
0,05) и машины, при отношении моментов
инерции машины и двигателя равном двум
(q = 2). Величина у = 0,17 находится расчет-
ным путем на основании каталожных данных
двигателей. Из рисунка видно, что участие
двигателя в демпфировании колебаний пони-
зило пик нагрузок в 1,7 раза.
Интенсивность подавления резонансных
колебаний, при прочих равных условиях, за-
висит от соотношения демпфирующих свойств
Рис. 31. Кривые зави-
симостей kp от oj/Z
двигателя и муфты. Проведенные исследования показали, что уве-
личение демпфирования в муфте сказывается на резонансных коле-
баниях в большей мере при малых значениях у и q [39].
Следует заметить, что анализ электромагнитных процессов,
имеющих место в двигателе при периодической нагрузке, показал
наличие электромагнитной инерции двигателя, которая при опре-
деленных условиях может оказать существенное влияние на дина-
мические процессы в системе [10, 11, 37]. В этих случаях использо-
вание характеристики (6), носящей название статической, может
привести к значительным ошибкам. В работе [11] дается выраже-
ние для динамической характеристики электродвигателя, учиты-
вающей электромагнитные процессы, проходящие в двигателе.
45
Вопрос о необходимости использования той или иной характе-
ристики в зависимости от допустимой величины ошибки рассмотрен
в работе [40].
Работа линейной муфты при ударных нагрузках. Ударные на-
грузки весьма часто встречаются на практике, и одним из назначе-
ний упругих муфт является защита одного из механизмов от их
действия.
Будем называть ударной такую нагрузку, которая достигаег
своего номинального значения мгновенно, во всяком случае за про-
межуток времени, значительно меньший по сравнению с периодом
собственных колебаний системы.
Для составления уравнений движения предположим, что веду-
щий механизм внезапно нагружается постоянным по величине
ударным моментом Му. Уравнения движения составятся анало-
гично (12)
откуда следует
5 + 2/г^ + ^(р=Л1, (14')
где /?==С; 2/2=^-; М =
И И
Му. X = L _i_ 1
/1 И 1
Однородному уравнению ф- 2п ф- k2(p = 0 отвечают два
вида решений — апериодическое и периодическое с затуханием.
Первый вид решения (апериодический) получается при п k,
второй — при /г > k. Практически интересен только второй слу-
чай, так как только он встречается при конструировании муфт.
Положим ~ = р (очевидно, так как п <ck, то Р <; 1), тогда урав-
нение (14') преобразуется так:
g+2pfeJ + W = M. (15)
Решая уравнение (15), получим
<р = Ае~ P^sin (Л[/1 — р2/' ф-а) ф- (16)
где Лиа — произвольные постоянные, которые следует опреде-
лить, задавшись начальными условиями.
Положим при t = 0; q> =0; — о. Тогда
= Ak J/1 - Р2е- W cos (k |/1 - р21 ф-а) -
— Atyke Pwsin(//prl — Р2/ ф-а ) = 0,
46
или
У 1 — cos а — Р sin а = О,
полагая
Р = cos у,
получим окончательно
ос = у = arccos р.
Из равенства же (16) следует, что при <р = О
Д2]С1 —₽2 •
Следовательно, решение уравнения (15) определяется следующим
образом:
ю = ~ ! 1----z -sin (&]/1 — Р2^+ ос)
fe2 [ 1'1—Р2 Г
а так как cos а = р,
м
м^-7
С Ji+Jv
k2= ~=с-^т^
Ц 1J 2
то
MN I . z г________
ю =--------------1------sin (k j/1 — Р2/ 4- o'.
Отсюда можно определить максимальный угол закручивания
муфты при длительном действии ударного момента, который будет
равен
_Л4у
^Ргпах q
р__
У1 -₽«

В частном случае, когда муфта недемпфирующая,
Р = 0; а =
и
(18)
L П v J 9
Решения уравнений (17) и (18) имеют место при любом времени
действия. Представляет интерес наряду с ними иметь решения,
относящиеся к малому времени действия /Иу, когда I значительно
47
меньше периода собственных колебаний системы. В этом случае
можно считать, что
cos kt = 1 — ~ (kt)2, е~ ?,ы 1.
Так как для недемпфирующей муфты передаваемый момент равен
М2 = С(р, то из выражения (18) следует, что при малом времени
действия ударного момента (обозначим его через т) максимальный
передаваемый момент в конце промежутка времени (0, т) будет
Л12^-2^Л4ут2. (19)
Для муфты с демпфированием
+ (20)
Найдя выражения (17) и упростив при этом (20) в пред-
положении, что промежуток времени действия удара мал, можно
получить
С M,,J2 ! 1 \
Л4 т2+ >_Д|ЗЛТ 1 _ рлт . (21)
ZJ1 । -j~ J 2 \ /
Сравнивая выражения (19) и (21), можно сделать следующие
выводы:
1) при малом времени действия момент, передаваемый муфтой,
больше у муфты с демпфированием, чем у такой же муфты без демп-
фирования;
2) чем меньше время действия, тем меньше передаваемый мо-
мент; для муфты без демпфирования он пропорционален т2;
3) уменьшение жесткости муфты благополучно сказывается
на передаче кратковременного ударного момента малой длитель-
ности. Если жесткость достаточно мала, то даже колоссальные по
величине кратковременные моменты почти не передаются муфтой.
Передача длительных ударных нагрузок упругими муфтами
отличается от передачи кратковременных нагрузок.
Так из выражения (18) видно, что с течением времени будет
COS kt = —1 И тогда (р = (ртах, а
Л12п>ах =2Л1У
т. е. передаваемый момент вдвое больше того момента, который
бы имели, заменив муфту жестким соединением.
Максимальный момент для муфты с демпфированием достигается
не тогда, когда в выражении (17) sin (k 1 — [j2/ +а) = —1,
а несколько раньше, при
, 1 i гр)'! —ра
t = t = л----==- arctg —------C
fejTl — pa 1 —2pa •
48
Для получения выражения М2тах следует найти
/#1 +Сф| •
На рис. 32 графически показан характер действия удара при
применении упругих муфт с различными характеристиками (Тг =
2я
= - период свободных колебаний).
Максимальный момент получается при применении муфт без
демпфирования (кривые 1 и 2), причем его величина не зависит от
Рис. 32. Сравнительные характеристики упругих муфт при удар-
ных нагрузках: I — k = п = 0; 2 — k = kr, п = 0; 3—k= к\,
п — 4 — k = klt п
4 *- 2
жесткости муфты. Жесткость муфты сказывается лишь на плав-
ности передачи момента: практически мгновенно приложенный
момент передается ведомому (или ведущему) механизму в виде гар-
монического момента.
Применение муфты с демпфированием (кривые 3 и 4) дает не-
сколько меньший передаваемый максимальный момент.
Работа линейной муфты при пуске. В общем случае работы
линейной муфты при пуске двигатель разгоняется неравномерно
с пусковым моментом, меняющимся по определенному закону,
а ведомый механизм нагружен также переменным моментом. Огра-
ничимся рассмотрением некоторых частных случаев:
1) резкий пуск в ход агрегата на холостом ходу (к ведомому
механизму не приложено активных нагрузок); это — случай удара
и для него действительно все, что относится к удару, в частности,
график рис. 32, из которого видно, как меняется величина макси-
мального момента при изменении различных параметров муфт;
49
2) двигатель разгоняется с постоянным ускорением в, а нагрузка
ведомого механизма ТИ2— величина постоянная*.
В этом случае движение рабочей машины начнется при вре-
мени I ;> /п, когда муфта закрутится на угол ф = фс, при котором
упругий момент в муфте 7ИМ станет равным моменту в рабочей
машине ТИ2. Далее ведомая и ведущая части будут двигаться с раз-
личными скоростями до установившегося движения.
При t > /0:
•/Идв = Сф — С-g-.
Отсюда
, Г2ЛД ЛД , . /”2ЛДе
f°=V ~аГ; “о = ^о= |/
Далее движение может быть представлено в следующем виде:
Л — Мда Му; (22)
ЛДв = Сфх = С t + J /2) ; Му = - Сф,
где за начало отсчета времени принят момент t = t0 = 0.
Уравнение (22) перепишется в виде
+ /.? = А2 | /2 + А2]/t.
Решение этого уравнения
Ф = Д8ш(^ + а)+у +
Постоянные А и а определяются из начальных условий
<-0; <р=0; g = 0;
+fa
> “S Г J08
Ди?
Момент, передаваемый муфтой,
Мм = /И2 + J2g М2 + J2s [ 1 - ]/1 + Ц sin (kt ? a)],
а угловая скорость ведомой машины будет меняться по уравнению
й2 = ^ = Ak cos (kt ? a) -j- et 4- (Do- (23)
Разработано проф. H. И. Колчиным.
50
Равенство (23) показывает, что скорость ведомой машины со-
стоит из скорости равноускоренного движения и некоторой гармо-
нической слагаемой. Если время разгона назначить таким образом,
чтобы к концу разгона скорости ведущей и ведомой машины были
одинаковыми (равными номинальной), то колебания скорости при-
водимой машины в период равномерного движения будет наимень-
шими. Этот же результат при заданном времени пуска можно полу-
чить, меняя жесткость муфты.
Если период пуска
то период разгона ведомой машины
= 0: А*
Подставляя значение tp в выражение (23), получим
сон = Ak cos [k (t„ —10) + a] + E (t„ —10) 4- too =
= Ak cos [/? (tn — /0) + a] + юн,
откуда
cos\k (t„ —10) ~p a] = 0;
k (t„ —t0) + a = ~ (2m 4-1);
% (2m+1) + arctg|/
k = --------------; 2—*—. (239
*n
Следовательно, жесткость муфты, при которой разгон будет
наиболее плавным, С = J2k2.
Имея заданную жесткость муфты, можно подбором найти из
уравнения (23') время разгона, обеспечивающее наиболее плавный
разгон.
8. Муфты с металлическими упругими звеньями
Первые конструкции таких муфт были линейными, т. е. постоян-
ной жесткостью пружин.
Муфта переменной жесткости с нелинейной зависимостью угла
закручивания от передаваемого крутящего момента впервые была
разработана инж. Коломенского завода Р. А. Корейво. В 1910 г.
он получил две «российские привилегии» на изобретение муфты,
а в 1911 г. —германский патент.
В дальнейшем модификации муфты Р. А. Корейво в различных
конструктивных вариантах стали широко применяться.
Муфта с радиальными пакетами пружин. На рис. 33, а показана
упругая муфта с радиальными пакетами пружин (пластин), назы-
ваемая также рессорной муфтой. Один конец пакетов закреплен
51
в полумуфте 1 при помощи кольца 2, а второй может свободно
скользить по поверхностям 3 второй полумуфты. Основные раз-
меры и параметры этих муфт даны в табл. 11.
Муфта обладает линейной характеристикой до тех пор, пока
касательная к упругой линии пружины не совпадает с линией
скоса паза. На нелинейном участке характеристики муфты (зави-
Рис. 33. Муфта с радиальными пакетами пружин
симости угла закручивания от крутящего момента) справедливо
условие (рис. 33, в).
ei = « + Ф1.
где а — профильный угол паза (рис. 33, б); <pj — угол закручи-
вания муфты.
Моменту перехода линейного участка характеристики в нелиней-
ный соответствует точка 1 на рис. 33, д. Она имеет координаты
Л-1 = М1-, <р1==0а—-сх.
Угол наклона касательной к упругой линии находится по
формуле
52
Муфты с радиальными пакетами пружин
(рис. 33)
Таблица 11
Диаметр Передав момент ^гпах в кг-см Наибольшая частота вра- щения пт&х в об/мин. Г) L В h
в мм в мм
25 750 420 120 83 25 48 32
40 3 000 3500 160 113 25 60 50
55 8 000 2100 200 143 30 80 60
80 25 000 1650 280 203 45 120 80
120 85 000 1250 360 283 55 160 120
150 170 000 1000 440 353 60 200 150
200 400 000 850 570 473 60 260 210
250 7.50 000 800 640 543 65 300 240
где Рг = * . — окружная сила, приходящаяся на один
№ ’ V" '•)
, bhs
пакет; J = — момент инерции поперечного сечения пакета;
b и h — ширина и толщина одной пластины пакета; Р и I — см.
рис. 33, б\ т — число пакетов; п — число пластин в пакете.
При дальнейшем увеличении крутящего момента точка прило-
жения окружной силы смещается к оси муфты. Когда I > х > а,
получаем (рис. 33, г)
= <24)
6*==q\4-a==gf^-. (25)
Прогиб ух под силой Рх определяется формулой
Р г2
^•=йт- (26)
Подставив Рх из (25) в формулу (26), получим
Ух=1 х(Ч>х + а)- (27)
Прогиб fx на конце балки равен
fx = Ух + (I - х) (фж + а). (28)
Угол закручивания муфты
= (29)
Подставив формулу (27) в (28), получим
ix = (Фл- + «)(/- I). (30)
53
После преобразования формул (28) и (30) получаем
<31)
Пусть в точке 2 (рис. 33, д)
/Иг = /Итах = kM.K,
где k — коэффициент режима работы.
Тогда на основании формул (24) — (31) при х = а получим
Р
2 т (R -|- а)
Прогиб под силой Р2
__Р2а3
Уа 3EJ ’
Прогиб на конце пружины
/«= (%+«)(/-1).
Угол поворота торцевой плоскости пружины
6й = <рй + а = §У. (32)
Угол закручивания муфты
31 а
<Р2 = <Р« = a 2R +7 • (33)
Условие прочности пружины при изгибе
ои = ^-=£;1о|и, (34)
где
О
Подставив Р2 из формулы (32) в (34), получим
Ol,==?^o + a^lolH’
откуда
<рс + « = |^Й. (35)
Уравнения (33) и (35) позволяют найти а и <р2 = <р„. Число
пластин п в каждом пакете находится из уравнения (34), если пред-
варительно задаться размерами b uh поперечного сечения пластины
М 2а
П~ m(/? + a) № [о]?
54
Для построения криволинейного участка 1—2 характеристики
муфты (рис. 33, д) служат уравнения (24) и (31). Задаваясь значе-
ниями х в интервале I > х > а, находим <рЛ. по формуле (31) и Рх
Рис. 34. Муфта со стальными стержнями
по формуле (24) и вычисляем
соответствующий крутящий
момент
Мх = Рхт (R-\-х).
Муфта со стальными стерж-
нями. На рис. 34 изобра-
жена упругая муфта пере-
менной жесткости со сталь-
ными стержнями, принцип
работы которой ясен из чер-
тежа.
Такие муфты могут изго-
товляться также с двумя ря-
дами стержней. Материалом
для стержней служит пру-
жинная сталь с допускаемым
напряжением на изгиб 30— Рис. 35. Расчетная схема работы стержня:
50 КГс/мм2 /1 — налегание пружины иа опорную по-
„ верхность; R — поворот в ючке контакта;
Для приближенного рас- — прогиб консольной части пружины
чета полагаем, что стержень ' длиной а
при изгибе (рис. 35) облег-
чает профиль гнезда по некоторой дуге [67]. Муфта имеет линей-
ную характеристику до тех пор, пока кривизна упругой линии
стержня не станет равной кривизне профиля гнезда. Сила, дейст-
вующая в этот момент на стержень, будет
~ ps •
55
Соответствующий момент будет
(36)
где г — число стержней; D — диаметр окружности расположения
стержней.
Относительное смещение полумуфт, измеренное по окружности
расположения стержней:
откуда
_£ Ps3
V ~ з- ’ Е JD •
Так как
р_____________________________
zb ’
то
8 sW
'Р ~ '3 ’ EJzD2
и при М = Л4Л получим
— i £_
Ч’л ~ 3 ' pD'
Жесткость муфты на линейном участке
Г_Л4 __ 3 zD2EJ
ср 8 s3
Характеристика муфты становится нелинейной при М > Ма.
В этом случае наибольшее смещение будет (рис. 35)
f 9 | (s —я)2 я (s —я) . Ря3] s2 —я2 2Ря!
/= 2 (Л+А+Л) = 2 + —— + - ——- + (37 )
и соответствующее угловое смещение
2/ 2 (s2 — я2) , 8Л1я3
= (>D Г 3D2zEJ •
Жесткость муфты определится как
„ 37И3р3
С — — E2J2z*D
Максимальный изгибающий момент равен
Е I
М^Ра = ^,
а напряжение в стержне будет
_ Ра 32Ра
(38)
(39)
(40)
В формуле (37) значения и /2 определены приближенно.
56
Рис. 36. Муфта с пластинами
Обозначим ф =у- Тогда выражение для предельной силы
_E£_EJ
пред ^;Sp рв •
Соответственно предельный момент будет
EJzD ....
Л4п₽ед"'2фяГ’
При проектировании выбирают обычно диаметр расположения
стержней D в пределах D = (2,0 3,5) rfBaJia и -ф = 0,2. Затем,
задавшись [о] и ср, определяют диаметр стержня, решая совместно
уравнения (38) и (40)
. _4 (<71 Dg2(3-42)
3£<р
<. s
где Е = д.
При ф = 0,2
, q „.-Derg2
а = 3,95-,— .
Сф
Число стержней определяется совместным решением уравне-
ний (40) и (41)
__ 64^ф7Ипрсд
л [ст] d3 ‘
Для максимальной нагрузки
, = пред
л [ст] d3
И, наконец, из формулы (40) определяется радиус кривизны
Применяются также муфты с пружинами в виде отдельных
пластин, расположенных параллельно оси и защемленных между
зубьями полумуфт (рис. 36, а). Такая муфта в отношении исполь-
зования материала упругих звеньев значительно уступает кон-
струкции со змеевидными пружинами, но она проще в изготовле-
нии, сборке и ремонте. Эти муфты хорошо себя зарекомендовали
в эксплуатации. На рис. 36, б и в показаны профиль зуба и пластина.
Расчет пластин может производиться аналогично расчету круг-
лых стержней, приведенному выше.
Муфты со змеевидными пружинами. Змеевидная пружина муфт
располагается или на цилиндрической поверхности, или в плоскости,
перпендикулярной оси полумуфт.
На рис. 37 представлена муфта со змеевидными пружинами,
состоящая из двух полумуфт, снабженных зубьями специального
очертания, между которыми помещается змеевидная пружина.
Полумуфты с пружиной закрываются кожухом, служащим также
резервуаром для смазки (обычно густой).
58
Рис. 37. Муфта со змеевидными пружинами
Эти муфты относятся к наиболее совершенным конструкциям
упругих муфт с металлическими упругими звеньями. Они надежны
в работе при любых скоростях вращения. Благодаря рациональ-
ному использованию материала упругих звеньев такие муфты,
по сравнению с другими типами муфт, имеют меньшие габаритные
размеры и массу. Они допускают смещения осей соединяемых валов:
осевое 4—20 мм, параллельное от 0,5—3 мм, угловое — до 1° 15'.
Габаритные размеры и параметры муфт, выполненных по рис. 37,
даны в табл. 12.
Таблица 12
Размеры (в мм) и параметры муфт со змеевидными
пружинами (рис. 37)
а N в л. с. п в об/мин п В об'МИИ D L В G в кг
15—31 0,005 15 000 95 37 62 3
25—63 0,03 10 000 127 50 82 7
50—89 0,15 3 000 280 76 82 23
76-114 0,6 1 500 342 102 127 68
114—152 2 900 505 139 133 274
165—228 5 750 775 278 133 615
229—330 15 600 880 328 228 912
305—456 38 450 1370 355 228 1820
Муфты этого типа могут быть линейными (постоянной жесткости)
и нелинейными (переменной жесткости).
Зубья муфт постоянной жесткости чаще всего имеют прямоли-
нейное угловое очертание (рис. 38); благодаря чему сохраняется
постоянное расстояние между
линиями упора пружины на
зубья, независимо от величины
крутящего момента. Вследствие
этого во время работы сохра-
няется линейная зависимость
угла закручивания муфты от
крутящего момента. Муфты по-
стоянной жесткости проще в
изготовлении, чем муфты пере-
менной жесткости. Однако при-
менение их ограничивается
Рис. 38. Зубья муфты постоянной
жесткости
установками, где передаваемый
крутящий момент отличается сравнительным постоянством (паровые
турбины в стационарных установках, мотор-генераторные установки
и т. п.).
Зубья муфт переменной жесткости, применяемых в машинах
с широким диапазоном регулирования скоростей и нагрузок, имеют
60
криволинейное очертание боковой (рабочей) поверхности зубьев
(рис. 39). Радиус этой поверхности выбирается таким, чтобы при
увеличении крутящего момента происходило смещение места кон
такта зуба с пружиной к плоскости разъема муфты. Это обуслов-
Рис. 39. Характерные стадии деформации пружины муфты переменной
жесткости в процессе работы:
а — без нагрузки; б — нормальная нагрузка; в — максимальная наг-
рузка; г — перегрузка (удары)
Рпс. 40. Установка змеевид-
ной пружины в пазы полу-
муфт
составляют муфты малых
ливает нелинейную характеристику муфты — жесткость муфты
увеличивается вместе с ростом крутящего момента.
Нелинейность характеристики муфты позволяет при небольших
габаритах передавать значительные по величине крутящие моменты.
Наряду с отмеченными положительными свойствами муфта,
показанная на рис. 37, имеет и существенный недостаток, заключаю-
щийся в том, что установка змеевидной
пружины в пазы полумуфт возможна
только через расширяющиеся к пери-
ферии зубья (в направлении, отмечен-
ном стрелкой на рис. 40), а это вынуж-
дает деформировать пружину в момент
сборки. Возникающие при этом напря-
жения в упругом элементе достигают
значительной величины. В некоторых
случаях при сборке наблюдается даже
разрушение пружины.
Для облегчения установки змеевид-
ной пружины ее приходится выполнять
из отдельных секций по окружности
и многорядной по высоте. Исключение
размеров, в которых упругий элемент состоит из одной незамк-
нутой пружины.
Попытки создания муфт данного типа, собираемых без дефор-
мации змеевидной пружины, привели к появлению конструкций,
у которых для облегчения сборки зубья срезаны через один (рис. 41).
Кафедрой «Детали машин» ЛПИ им. М. И. Калинина совместно
с Невским машиностроительным заводом им. В. И. Ленина разра-
61
ботана новая конструкция муфты со змеевидными пружинами [35].
В этой муфте в отличие от рассмотренных выше конструкций змеевид-
ная пружина расположена в плоскости, перпендикулярной оси
полумуфт.
На рис. 42 изображен один из вариантов конструктивного испол-
нения муфты с таким расположением змеевидной пружины. Муфта
состоит из двух полумуфт 6 и 8 с запрессованными в них паль-
цами 7 и 4, змеевидной пружины 5, дистанционных колец 2, ко-
жуха 1 и проволочного кольца 3. Кожух 1, являясь резервуаром
для смазки, вместе с тем удерживает пружины от смещений под
действием сил инерции. Он центрируется полумуфтой 8 и крепится
к ней проволочным кольцом 3. Пальцы 4 и 7 могут быть заменены
зубьями, расположенными на торцах полумуфт 6 и 8.
Такая муфта может иметь как линейную, так и нелинейную
характеристику. В последнем случае зубья (пальцы), расположен-
ные на полумуфте 6, имеют криволинейное очертание боковой
поверхности. При этом радиус кривизны этой поверхности выби-
рается так, чтобы увеличение крутящего момента вызывало умень-
шение расстояния между точками контакта пальцев 4 и 7 со змее-
видной пружиной.
Возможны и другие конструктивные варианты выполнения
этих муфт, отличающиеся в основном количеством и расположе-
нием пальцев при неизменном числе витков пружины. Среди них наи-
больший интерес представляют варианты, приведенные на рис. 43.
Расположение змеевидной пружины в плоскости, перпендику-
лярной оси полумуфт, позволяет:
1) осуществлять сборку муфты без деформации упругого эле-
мента;
2) применять сплошные пружины без уменьшения числа зубьев
на полумуфтах;
3) изменять свойства муфты при одних и тех же полумуфтах за
счет применения пружин с различным числом рядов;
4) применять одну и ту же оснастку для изготовления пружин
с различным числом рядов, так как размеры всех витков пружины
одинаковы;
5) изготовлять многорядную пружину из одного куска прово-
локи, что способствует равномерному распределению нагрузки по
виткам пружины.
Расчет линейных муфт. Рациональная расчетная схема для
муфт со змеевидными пружинами (см. рис. 37) была предложена
А. С. Зильберманом [19]. Дальнейшее развитие и уточнение расчета
этих муфт дано инж. А. Г. Сулькиным [52; 53]. Наши расчеты осно-
вываются на этих работах.
Чтобы упростить задачу, примем следующие допущения:
1) будем считать, что пружина представляет замкнутый контур *;
* Расчет муфты с пружиной, состоящей из отдельных секций, выполнен
в работе [65].
62
Рис. 41. Схема установки упругого элемента
Рис. 42. Муфта со змеевидной пружиной
Рис. 43. Варианты муфт со змеевидными пружинами
2) учитывая, что высота пружины и ее шаг малы по сравнению
со средним радиусом муфты, будем пренебрегать тем, что пружина
навита на цилиндрическую поверхность и будем рассматривать
ее как лежащую в одной плос-
кости.
В точках АСЕ (рис. 44, а)
выпуклость кривой переходит в
вогнутость; в этих точках радиус
кривизны р = оо п, следова-
тельно, Л4„ = 0.
Сделаем разрез пружин плос-
костью, перпендикулярной оси
вала, проходящей через линию
Рис. 44. Расчетные схемы пружины линейной муфты
О — О. В этих сечениях пружины существуют только перерезы-
вающие и сжимающие (растягивающие) силы.
Таким образом, отдельный полувпток будем рассматривать как
арку, шарнирно укрепленную у основания и нагруженную давле-
нием от опорных граней зуба (рис. 44, б).
На рис. 44, в изображены силы, действующие на виток.
Нормальные силы Q найдем из условия равновесия сил относи-
тельно точки А 2Ра
Q = ~^>
где Р — Jy—/ г — число зубьев; £>ср — диаметр муфты по средней
высоте пружины.
На втором участке изгибающий момент постоянен и имеет
максимальную величину Л4И = Ра.
Максимальные напряжения имеют место в точке б и опреде-
ляются по известному соотношению для кривых брусьев
4Pah ________
, , / t-ph 2h\
(42)
о =
64
где b п h — соответственно ширина н высота (толщина) поперечного
сечения пружины.
Применяя обычные приемы (например, теорему Кастильяно),
найдем прогиб пружины в точке а:
Ра2 (24/—16а+Зя/)
24EJ ‘
Прогиб уа связан с углом закручивания муфты ф соотношением
zcp
или
а2 (24/— 16а + Зя/)
3EJzD*p
(43)
У
Рис. 45. Схема работы пружины
нелинейной муфты
Отсюда определится жесткость муфты
+ 3EJzD<? (44)
<Р а2 (24/—16а + Зя/)
По мере увеличения нагрузки прогиб пружины растет и при
некотором значении Р пружина коснется внутренней грани зуба
в точке b (рис. 44, б). С этого момента муфта практически становится
жесткой.
Величина нагрузки для этого слу-
чая определится по формуле
24£Vtg а
Г пред — (24/ _ 12а -|_ Зя /) а — 4 (а2+ab + //2)
(45)
или
м =_____________12£7гРср tga _____
т пред (24/ _ 12а + Зя/) а — 4 (а2 + ab + //2) ’
(46)
Расчет муфты можно вести сле-
дующим способом. Задаемся средним
диаметром и числом зубьев и опреде-
ляем РПред- Подбираем такую пру-
жину, чтобы напряжения, вычислен-
ные по формуле (42), не превосходили
допускаемых, а затем по формуле
(45) или (46) получаем необходимый
угол скоса. Жесткость муфты нахо-
дим по формуле (44).
Расчет линейных муфт по рис. 37 с уменьшенным числом зубьев
(см. рис. 41. а, б), а также муфт по рис. 42 выполнен в работе [651.
Расчет нелинейных муфт. В этих муфтах расстояние а от пло-
скости разъема муфты до линии контакта пружины и зуба умень-
шается по мере роста Р.
3 Поляков В. С.
65
Зависимость между Р и а находится из того условия, что в месте
контакта изогнутая ось пружины и опорная дорожка зуба имеют
общую касательную (рис. 45).
Тангенс угла наклона касательной к упругой оси пружины
в точке х = а определяется как

Наклон касательной к кривой профиля зуба в точке контакта
определяется условием
Здесь pi = р + 0,5 h,
где р — радиус кривизны опорной дорожки.
„ 1т — а\2
Вследствие малости величины .....j по сравнению с единицей
можно принять
Следовательно,
Заметим, что
где рп — радиус кривизны изогнутой оси пружины в точке х — а,
а следовательно, и на всем втором участке.
Обозначим
^ПР’
Тогда уравнение (47) примет вид
Рп “ Р1
CL
т — а
(48)
Рассмотрим это уравнение для трех случаев:
1) m<mnp = / + -g.
Из уравнения (48) видим, что в этом случае при любом а (т. е.
при любой нагрузке Р) всегда рп > рь так как
т — а "
66
При увеличении нагрузки кривизна пружины все время увели-
чивается, оставаясь, однако, всегда меньше кривизны зуба (всегда
Рп Р1 ) ’
2) m = mnp = / + ^.
В этом случае при любом а
Рп = Р1>
т. е. при увеличении нагрузки и, следовательно, уменьшении а,
в месте контакта зуба с пружиной (а значит, и на всем втором участ-
ке) радиус кривизны изогнутой оси пружины равен радиусу рР
Контакт зуба с пружиной происходит в одном месте при х = а
(а не на всем участке облегания зуба, так как только при этом усло-
вии кривизна оси пружины на всем втором участке остается постоян-
ной);
3) m>mnp = Z4-y.
В этом случае всегда рп < рр и, значит, касание пружины
с поверхностью зуба должно будет происходить в двух местах, что
физически не осуществимо.
Решая уравнение (47) относительно а, получим
1 /, . зх1 EJ\ 1/~ 1 11 nt EJ\i mEJ
+ ' РйГ I 4 [l~-8+PpJ ~W
(49)
Зная а, можно найти напряжения по формуле (42).
Угол закручивания муфты определится по формуле
п1т— а)2 — (т— s)2 , а2 (24/—16а + 3зт/) ,.
” “ 2---------------------+------
Обычно при проектировании принимают т = s.
В этом случае
_ 9 (т — а)2 а2 (24/—16а + 3л/)
J Р&р Г 3£JzD2p
Если m > s, то перекатывание пружины по зубу на
только при достижении нагрузкой некоторой величины Р„.
Величина Р„ найдется из условия равенства угла наклона каса-
тельной к упругой оси пружины углу наклона касательной к поверх-
ности зуба при т ~ s.
Заменяя в формуле (47) а = s, получим
р 8EJ (т— s)
Рх« (8/ —& + л/)
ИЛИ
лд _ ^EJ (т s) zDcp
“ ~ Pis (8/—8s nt) '
(50)
(50') .
3*
67
Соответствующий угол поворота определится по формуле (50')
заменой а = s и М = Л4Л.
__4s (т — s) (24Z— 16s + 3nZ)
<Рл ~ 3Р1 (8Z — 8s + nZ) £>ср
Для т = s
(51)
Л4Л = О; <Рл = О.
Для получения зависимости <р от М на криволинейном участке
задаемся М, по М находим Р, затем по формуле (49) определяем а
и по формуле (50) или (50') определяем <р. Выкладки получаются
проще, если сначала задаваться а и по формуле (47) определять Р.
Жесткость муфты на линейном участке определяется из соотно-
шения С = — или по формуле (44) при а= s.
Фл
Жесткость на криволинейном участке определяется как тангенс
угла наклона касательной к кривой М = М (<р):
„__dM
dq> ’
«и/
Прит = тпр = f+-g расчетные формулы, значительно упро-
щаются. В этом случае рп = pj
EJ
а = —.
РР1
Нагрузка, при которой нарушается линейность муфты.
_ EJ
Рл sp/
Соответствующий этой нагрузке крутящий момент найдем по
формуле (36).
Соответствующий угол поворота найдем подстановкой в формулу
(51):
(52)
у I nt
m = Z + -g ,
_ s (24Z—16s-J-3nZ)
фл ~ 6P1Dcp
«nt
Подставив в формулу (50) tn — I 4—g- и о по формуле (52),
получим формулу для угла закручивания муфты на криволинейном
участке
___s (8Z— 4s-|-nZ) E2J2z2D ср
ф~ 2P1Dcp
Жесткость муфты на криволинейном участке определится по
формуле (39).
Напряжения для этого случая также определяются по формуле
(35), причем на всем участке максимальный изгибающий момент
68
остается постоянным й равным
г> EJ
Ра = —.
Pi
В наших рассуждениях мы считали, что пружина при изгибе не
защемляется между двумя соседними зубьями. При т = т„р это
положение всегда верно, а при т < тпр для предотвращения защем-
ления необходимо обеспечить достаточный зазор е' между зубьями
муфты и пружиной. Этот зазор е' (рис. 45) определяется по формуле
е >е = Кр^-[(рп —pi) sinip-f-m —s)2-
— Kpi — (tn —s)2 — (pH — Pl) cosФ,
, . m — a
где ib = arcsin---.
Pi
Учитывая формулу (47), получим
щ (81— 8а + at)
Pn = P--8 (w_a) •
При tn = s
е'>е = рЛрп —(pn —pi)2 sin2ip — pi — (pn — pi) cosip
или приближенно
e' > e = (pn — px) (1 — cos ф).
Чтобы дать возможность пружине свободно деформироваться без
защемления и для облегчения условий сборки, ширина паза (при
т = s) обычно делается на 0,7—1,5 мм больше толщины пружины.
Этот зазор также обеспечивает большую подвижность и лучшую
работу муфты при наличии смещений осей соединяемых валов.
Следует, однако, указать, что в момент пуска или реверса,
а также при резких колебаниях нагрузки большие зазоры между
зубьями и пружиной приводят к нежелательным толчкам и ударам.
В таких случаях приходится зазоры делать минимальными, но
при этом головные части полувитка пружины в момент защемления
не участвуют в работе.
В табл. 13 приводятся данные ЭНИМС [67] для нелинейных муфт
со змеевидными пружинами; размеры даны по рис. 46.
Таблица 13
Размеры (в см) и параметры упругих муфт со змеевидными
пружинами, работающих с облеганием зуба пружиной (рис. 46)
В КГС'М ^пред в рад. Число слоев Я Число зубьев ° ср t т пр р S / h ь
512 116- 10-« 1 64 24,4 1,2 3,47 57,7 1,5 3 0,3 1,2
1210 116- 10~« 1 64 32,6 1,6 4,63 77,0 2,0 4 0,4 1,6
2370 116- 10~4 1 64 40,8 2,0 5,79 96,2 2 5 5 0,5 2,0
8540 926 • 10~5 2 80 61,2 2,4 6,94 115 3,0 6 0,6 1,6
69
Пример. Произведем поверочный расчет муфты со змеевидными пружи-
нами постоянной жесткости, установленной между турбиной и редуктором.
N = 570 л. с.; п = 8030 об/мин; число зубьев г = 56; размеры — см. рис. 47;
Оср = 170 мм; материал: пружины — сталь 58СН2А, полумуфт — ОХМ; Л1ко =
= 5090 кгс • см. Расчетный момент принимаем: Л/.,ае11 = A’/WK., = 2,67 • 5090 =
~ 13 600 кгс см.
Рис. 46. Профили зубьев нели-
нейной муфты
Рис. 47. Расчетная схема пружины муф-
ты постоянной жесткости
Нагрузка на зуб
р ^^расч
2 • 13 600 _
-5бЛГ = 28’6 кгс-
По формуле (42)
__ A Pah
« /2 // М А t~\~h %h
4-28,6- 1,2-0,3
' / 0 898-РОЗ
0,8-0,8982 (0,898-0,3) In
\ 0,оУо — О,о
2-0,3\
0,898 /
= 4120 кгс/см2,
что меньше допускаемого.
Угол скоса зуба а по формуле (45)
Рпред (241 —12а 4- Зл /) а — 4 (а2 + ab + Ь2) _
tga —-
28,6(24-3—12-1,2 + 3-3,14-0,898) 1,2 — 4 (1,22 + 1,2 0,15+0,152) _
== 24 - 2,2 • 106 • 18 • 10"»
==0,0218.
а=Г15’.
Таким образом, сила Р действительно является предельной силой, при кото-
рой пружина вследствие прогиба коснется зуба в точке Б (рис. 47).
70
Максимальный угол закручивания муфты по формуле (43)
а2 (24/ — 16а ф- Зя/) М _
<Рпред-= 3EJzD:Q =~
1,22 (24 • 3—16 1,24-3 • 3,14 0,898) 13 600 „ _ „
—— ---------------—!------------------=62,5 • 10"4 рад
3-2,2- 10е- 18- 10-3.56 • 172
или
Ф = 0°2Г.
Жесткость муфты по формуле (44)
с=Л4Еаеч = ^218-10^ = 0,218- 10’.
фпред 62>5 ’ Ю 4
Муфта с криволинейными пружинами. На рис. 48 показана такая
упругая муфта. Полумуфты 1 и 2 снабжены фасонными выступами,
Рис. 48. Муфта с криволинейными пружинами
между которыми закладываются пружины 3. Муфта заливается
маслом 5, уровень которого в неподвижной муфте должен быть
несколько ниже кольцевого зазора между полумуфтой 2 и уплот-
няющим кольцом 4. Размеры пружин выбираются из расчета пере-
дачи среднего крутящего момента; при ударных нагрузках поверх-
ности выступов полумуфт 1 и 2 касаются друг друга, и муфта ста-
новится жесткой.
Эта муфта отличается относительной простотой изготовления и
малыми габаритами.
Муфта с пакетами гильзовых пружин (рис. 49, а). Муфта состоит
из двух полумуфт (рис. 49, б), в круглые гнезда которых заклады-
ваются пакеты пружин (рис. 49, в). При передаче крутящего момента
(рис. 50) пружины сжимаются, благодаря чему полумуфты полу-
чают относительное угловое смещение. Муфты данного типа изго-
товляются как с линейной, так и с нелинейной характеристикой.
В последних внутри пакетов помещается сердечник а (рис. 51, а).
С повышением нагрузки величина контактной поверхности между
71
сердечником и пружиной будет увеличиваться, а жесткость пру-
жин — возрастать.
Меняя толщину h отдельных пружин, эксцентриситет А и диа-
метр d сердечника, можно в широких пределах изменять характе-
ристику муфты при использовании одних и тех же деталей полу-
муфт. Благодаря наличию радиального зазора между полумуфтами
имеется возможность соединения валов при небольшом смещении
их осей. Для уменьшения износа пружин необходимо обеспечить
их смазку. Муфты могут изготов-
ляться как с одним,так и с двумя
рядами пакетов пружин, распо-
ложенных вдоль оси вала или
смещенных по окружности.
Рис. 49. Муфта с пакетами
гильзовых пружин
При работе на поверхности контакта пружин возникают силы
трения, влияющие на характеристику муфты и в некоторой степени
способствующие гашению вибраций. Однако ввиду малой величины
пути трения в данной конструкции и трудностей, связанных с рас-
четом сил трения, влияние этих сил не учитывается.
Обозначим:
R — радиус окружности расположения центров пружин;
b и h — ширина и толщина пружины;
п — количество пружин в пакете;
г — количество пакетов в муфте;
г — средний радиус пружины.
Угол закручивания полумуфт в рад.
6л М
1 = 1
где hi и ri — толщина и средний радиус t-й по порядку пружины
(номером 1 может быть обозначена самая малая или самая большая
по диаметру пружина).
72
Жесткость пружины равна
„_ЕгЫ? VI (ht\3
бл V/ /
l== 1
Наибольшее нормальное напряжение в пружине
hk
у(М«
Z*\ri)
i=l
(53)
Рис. 50. Расчетная схема муфты с пакетом гильзы ых
пружин
Для наилучшего использования материала пружин следует
стремиться к тому, чтобы напряжения во всех пружинах были бы
одинаковыми. Для этого необходимо, чтобы отношение 2 для всех
пружин было одно и то же. Для упрощения конструкции пакеты
пружин можно изготовлять из пластин 3 — 4 различных толщин.
Порядок расчета
1. На основе заданного диаметра вала выбирают радиус окруж-
ности центров R.
2. По конструктивным соображениям назначают наибольший
диаметр пакета пружин и число пакетов в муфте z.
3. Исходя из конструктивных и технологических соображений,
определяют толщину внутренней пружины. При этом можно руко-
водствоваться следующим: отношение ~ может находиться в пре-
делах — — Д, а для муфт больших диаметров оно может быть еще
W
73
Рис. 51. Муфта с пакетом гильзовых пружин и демпфером
меньше. Диаметр наименьшей (внутренней) пружины должен быть
не менее 10—15 мм.
На основе выбранного у находят число пружин.
4. По формуле (53) находят наибольшее напряжение. Если оно
больше допустимого, следует увеличить число пакетов г или число
пружин в пакете п, или радиус R.
При выполнении муфт данного типа по нелинейному варианту
приведенные формулы справедливы только до момента, пока муфта
сохраняет линейную характеристику. Доля линейной деформации,
по данным проведенных исследований, равна приблизительно 2/3
от всей рабочей деформации пакета, остальная ее часть является
нелинейной.
В качестве примера выполненной конструкции на рис. 49, б
показана упругая муфта с гильзовыми пружинами завода «Русский
дизель». Муфта соединяет восьмицилиндровый двигатель внутрен-
него сгорания с воздуходувкой. Передаваемая мощность N =
= 233 л. с.; п = 300 об/мин.
Для уменьшения вредного влияния резонанса, имеющего место
в данной установке, муфта объединена с пружинным демпфером.
75
Рис. 51. Муфта с пакетом гильзовых пружин и демпфером
Обод демпфера связан с ведущей полумуфтой гильзовыми пружи-
нами, которые вставлены в гнезда с предварительным натягом. При
работе установки в режиме, далеком от резонанса, обод неподви-
жен относительно полумуфты. При приближении к резонансной
скорости вращения увеличивается амплитуда крутильных колеба-
ний, и обод начинает колебаться относительно полумуфты. При
этом часть энергии этих колебаний поглощается в результате упру-
Рис. 52. Муфта с пакетом цилиндрических витых пружин

того гистерезиса и внешнего трения в пакетах гильзовых пружин.
Эксперименты, проведенные на заводе, показывают, что примене-
ние описанной муфты позволило вдвое уменьшить касательные
напряжения в опасном сечении коленчатого вала. При этом были
в значительной мере уменьшены резонансные явления (стук и т. п.).
Муфта типа «Дели-Демаг». Конструкция этой муфты
(рис. 52, а, б) является в известной мере дальнейшим развитием
конструкции упругой муфты с пакетами гильзовых пружин, в отли-
чие от которой муфта «Дели—Демаг» лишена некоторых сущест-
венных недостатков, свойственных названной муфте.
Муфта состоит из двух полумуфт 1 и 2, обоймы 6 и упругих
элементов 5 и 8. Последние представляют собой пакеты винтовых
пружин с прямоугольным сечением витков. В пакете несколько
76
винтовых пружин вложены одна в другую без зазора. Упругие
элементы расположены в гнездах, образованных выемками на ци-
линдрической поверхности полумуфт и обоймы. Для подачи смазки
служат ниппели 3. Кольцо 7 предохраняет упругие элементы от
взаимного касания. Крышки 4 и 9 фиксируют положение обоймы
и предохраняют пакеты пружин от выпадения.
При передаче крутящего момента полумуфты поворачиваются
друг относительно друга на некоторый угол <р (рис. 53). При этом
Рис. 53. Расположение полумуфт и
пружин при изменении крутящего мо-
мента
пружины, перекатываясь в гнездах, сжимаются и уменьшаются
в диаметре. По мере увеличения угла взаимного поворота полумуфт
и сжатия упругих элементов возрастает их жесткость и, соответ-
ственно, передаваемый крутящий момент.
Необходимо отметить следующие особенности муфты «Дели —
Демаг». С увеличением угла закручивания полумуфт <р растет не
только сжимающая сила Р, но и плечо h этой силы относительно оси
муфты (рис. 53, а и б). Благодаря этому крутящий момент растет
быстрее, чем угол <р. Окружное перемещение одной полумуфты
относительно другой, в отличие от муфты с пакетами гильзовых
пружин, за счет обкатывания и проскальзывания витых цилиндри-
ческих пружин значительно больше величины сжатия пружины.
77
Соответственно увеличивается и угол ф, а также путь и работа
сил трения на контактных поверхностях пружин. В результате
перечисленных особенностей муфта отличается значительной энер-
гоемкостью и хорошей демпфирующей способностью. По данным
фирмы Демаг, благодаря выраженной нелинейности характери-
стики, муфта очень хорошо сопротивляется возникновению вибра-
ций, возможных в работе передачи. Муфта работает мягко при
малых нагрузках и может плавно, без ударов воспринимать боль-
шие нагрузки. Кроме того, она обладает удовлетворительной ком-
пенсационной способностью: допустимое радиальное смещение
осей валов равно 0,15 мм, угловое —до 1°.
Рис. 54. График зависимости угла закручивания
муфты от крутящего момента
Характеристика муфты, построенная по экспериментальным
данным фирмы, представлена на рис. 54. Из графика видно, что
при углах ф = 3 и 6° крутящий момент у муфты «Дели» соответст-
венно в 4,5 и 2,2 раза меньше, чем у муфг с постоянной жесткостью.
Работа упругой деформации пружин во много раз больше, чем
у обычных муфт, допускающих малые углы закручивания. Этим
объясняется большая энергоемкость муфты. Период колебаний
муфты «Дели» изменяется вместе с углом ф (т. е. с крутящим момен-
том). Периоды колебаний при ф = 9; 6; 3° относятся как ]/1:
]/Л2,2 : ]/4,5 = 1 : 1,15 : 2,1. Следовательно, при ф = 6 и 3°
период колебаний муфты «Дели» в 1,15 и 2,1 раза больше, чем
у муфт постоянной жесткости. Поэтому возникает расхождение
между периодами крутильных колебаний массы и периодически
действующих нагрузок, что исключает возможность резонанса.
По данным фирмы «Демаг», муфты обладают большим углом
закручивания: теоретически до 9°, практически этот угол прини-
мается равным 6°, если муфта имеет два ряда упругих элементов,
и 3° при одном ряде. При относительно небольших размерах муфты
78
способны передавать весьма значительные крутящие моменты.
Для уменьшения износа пружин последние должны непрерывно
смазываться.
Расчет сил, возникающих в упругих элементах, является весьма
трудным. Поэтому приходится ограничиваться приближенными
методами, основанными на ряде допущений о характере деформации
пружин и перемещении их в гнездах полумуфт. Ниже приводятся
некоторые основные формулы и рекомендации.
Для выбора основных размеров муфты может служить табл. 14.
Таблица 14
Размеры (в мм) и параметры муфт (рис. 52)
п п в об/мин ^тах D L В А F G в кг GD2 ® кгс«м«
0,09 3700 45 148 60 85 3 52 7 0,08
0,16 3100 55 180 70 100 5 65 12 0,17
0,29 2500 65 210 80 120 5 75 18,5 0,40
0,51 2100 80 250 95 145 5 85 31 0,96
0,92 1700 95 305 ПО 180 5 100 53 2,23
1,67 1400 120 360 130 205 5 125 85 5,5
3,00 1150 145 430 150 240 5 145 145 13
4,3 1030 160 480 160 245 5 155 195 22
6 910 180 530 180 270 10 175 265 38
8,5 810 205 600 200 300 10 195 280 68
12 720 230 670 220 335 10 210 510 122
17 640 260 745 250 370 10 240 760 220
24 570 290 830 280 405 10 270 1040 390
34 500 325 930 310 450 10 305 1550 710
48 450 370 1040 350 500 15 345 2080 1 250
68 400 415 1175 400 550 15 385 3000 2 220
96 360 465 1315 450 615 15 435 4280 4 000
136 320 525 1460 500 680 15 490 6100 7 200
192 280 590 1650 560 745 15 545 8700 12 580
Значения коэффициента режима работы k, рекомендуемые фир-
мой для этих муфт, приведены в табл. 15.
Обозначим:
Аг — уменьшение радиуса пружины при ее сжатии; п — число
витков пружины; b и h — ширина и толщина сечения витка пру-
жины; J — момент инерции поперечного (осевого) сечения витка
/ tha \
пружины (J = дgl; г — средний радиус недеформпрованной пру-
жины; Гд — средний радиус пружины после деформации; Р — сум-
марная сжимающая сила, приложенная к одной пружине со
стороны обоймы (или полумуфты) на длине линии контакта.
79
Таблица 15
Коэффициенты режима работы k муфт фирмы «Демаг»
Вид машины k
Паровая турбина Гидротурбина, электромотор, трансмиссия Паровая машина двойного действия двухцилиндровая Паровая машина двойного действия одноцилиндровая 1,6—1,9 1,9—2,3 2,5—3,0 3,3—4,0
(D Бензиновый двигатель 8 цилиндров 2,5—3,0
<Я То же 6 цилиндров 2,7—3,3
И Сй х> » 4 » 3,3—4,0
d » » 2 » Дизель-мотор 6 цилиндров То же 4 цилиндра » » 2 » 4,2—5,0 4,2—5,0 5,0—6,0 5,8—7,0
Прядильные машины 1,6—1,9
и я S <35 2 Различные трансмиссии, генераторы, вентиляторы, де- ревообрабатывающие машины, мешалки, станки (исклю- чая строгальные станки) 2,1—2,5
Ф 3 к л Подъемники, краны, лебедки, центробежные насосы, рудничные вентиляторы, винты для речных судов 2,5—3,0
ч <у к Поршневые насосы, трех плунжерные насосы, поршне- вые компрессоры рельсовый транспорт 3,1—3,7
к о я о X Прокатный стан с маховым колесом за муфтой, добы- вающие машины, барабанные мельницы, винты для мор- ских судов Камнедробилки 3,7—4,5 4,6—5,5
Силовые факторы определяются следующим образом.
Изгибающий момент, действующий в сечениях пружины, равен
ми EJ^r
'Гд
Напряжение от изгиба
Сжимающая сила
о
°и IF
Elite
(54)
p 2nnEJte
Крутящий момент от силы Р
Mp = Ph.
(55)
(56)
80
Можно рекомендовать следующий порядок выбора и расчета
размеров муфты и пружин.
1. На основании данных табл. 14 выбирают габариты муфты.
2. Исходя из конструктивных соображений, с учетом наимень-
шей допустимой толщины стенок полумуфт и обоймы, выбирают
наружный диаметр пакета пружин и количество пакетов — упругих
элементов г.
3. Количество т пружин в пакете принимают от 3 до 6. Отноше-
ние у можно принять равным от 0,1 до 0,03. Исходя из этого, можно
определить приближенно диаметр наименьшей пружины, который,
однако, нежелательно принимать меньше 10—15 мм.
4. Вычерчивают полумуфту и обойму со впадинами. Радиусы
впадин в обойме и полумуфте для простоты можно принять одина-
ковыми или близкими. Затем вычерчивают ряд положений (4—5)
обоймы, повернутой относительно полумуфты на 0; 2; 4; 6; 8; 10°
или 0; 2,5; 5; 7,5; 1-0°. Считая в каждом из этих положений точку
контакта наружной пружины с обоймой за мгновенный центр
(точнее — ось) поворота пружины, находят перемещение ее точки
контакта из условия равенства путей обоймы и пружины; переме-
щение центра пружины при этом равно половине указанного пути.
Затем, опуская из нового положения центра пружины перпендику-
ляры на поверхность гнезда, находят новые точки контакта и новый,
уменьшенный радиус пружины. После этого повторяют указанный
прием и т. д. При этом в каждом положении обоймы считают радиус
пружины постоянным. Таким образом находят ряд положений
обоймы и соответствующие им значения <р и Аг.
5, Из точек контакта проводят через центр пружины прямые
линии и, опуская на них перпендикуляр из центра муфты, находят
значения плеча h (рис. 53).
6. Находят по формулам (55) и (56) значения Р и Л4Р для каждого
значения угла <р.
7. Находят крутящий момент, передаваемый муфтой, для каж-
дого из указанных значений <р по формуле
т
(57)
1=1
где г — число пакетов пружин (упругих элементов); т — коли-
чество пружин в пакете.
Если крутящий момент больше и^и меньше расчетного (Мкр =
= MHk), то соответственно уменьшают или увеличивают деформа-
ции пружины (изменяя угол ф или радиус поверхности гнезда).
8. Проверяют по формуле (54) максимальное напряжение в пру-
жинах. Если оно больше допустимого, можно, изменяя тот или
другой параметр, уменьшить величину напряжения и при необхо-
димости увеличить число пакетов г. Для лучшего использования
материала пружин необходимо, чтобы напряжения у всех пружин
81
Вид В
2,8t0,2
-0.3
Рис. 55. Муфта с пружинными кольцами
были одинаковыми. Для этого следует соблюдать одинаковость
h
отношения для всех пружин.
9. Необходимо обеспечить соблюдение условий самоторможе-
ния пакета между поверхностями обоймы: угол между касатель-
ными, проведенными через точки контакта, при наибольшем угле <р
должен быть меньше угла трения р. Можно принять р = 3°.
10. В заключение необходимо обратить внимание на следующее:
в целях лучшего использования сил трения следует находящиеся
в контакте пружины выполнять с противоположным направлением
винтовой линии. Так, если внутренняя пружина имеет правую
винтовую линию, то охватывающая ее большая должна иметь —
левую, следующая — правую и т. д.
Муфта с пружинными кольцами. На рис. 55, а показана упругая
муфта переменной жесткости с пружинными кольцами. Эта муфта,
установленная на валу электродвигателя горизонтально-расточного
станка модели 2620, изготовлена Ленинградским станкостроитель-
ным заводом им. Свердлова.
В полумуфтах 1 и 3 выфрезерованы по две продольные прорези
й и б. Четыре пружинных кольца 2 (рис. 55, б), установленные
в шахматном порядке, выступами в, входят в прорези полумуфт
и передают крутящий момент от двигателя к станку. Обе прорези б
ведомой полумуфты 3 имеют одинаковую ширину, а прорези а
ведущей полумуфты имеют четыре ступени ширины. Последнее
обеспечивает последовательное вступление в работу четырех пру-
жинных колец 2 по мере увеличения нагрузки и соответственно угла
закручивания одной полумуфты относительно другой.
Расчет муфты, выполненный заводом, предусматривает четырех-
кратную перегрузку против номинального крутящего момента,
определяемого при N = 7,5 кВт и п = 1500 об/мин.
В расчете принято, что наиболее нагруженное пружинное кольцо,
вступающее в работу первым, передает 40% всего крутящего мо-
мента. При этом выступы пружинного кольца сближаются на 2,8 мм,
чему соответствует максимальный угол закручивания одной полу-
муфты относительно другой в 3е и максимальное напряжение
изгиба ои = 5840 кгс/см2. Пружина изготовлена из стали 60 Сг.
Муфта «Карделис». Фирма «Cardelis Kupplung» выпускает
муфты, представленные на рис. 56, а. Муфта состоит из двух полу-
муфт 1 и 2, связанных между собой цилиндрическими винтовыми
пружинами 3. Последние опираются на сегменты 4, насаживаемые
на пальцы 5.
Винтовые пружины ставятся с предварительным напряжением,
и для сборки муфт больших диаметров применяются специальные
натяжные скобы (рис. 56, б).
Разъединение валов не требует осевого перемещения полумуфт;
оно осуществляется отвинчиванием гаек, закрепляющих пальцы,
после чего последние выводятся через отверстия во второй полу-
муфте.
83

rune
Рис. 56. .Муфта «Карделис»
При сборке муфты пальцы и отверстия сегментов тщательно очи-
щаются и смазываются коллоидным графитом. Муфгы больших
размеров, работающие в тяжелых режимах, рекомендуется смазы-
вать густой графитной смазкой через каждые 50 ч работы. Для этой
цели в сегментах сверлятся
смазочные отверстия, снаб-
женные ниппелями.
На рис. 57, а представлена
схема собранной муфты и по-
казаны усилия, действующие
на один из сегментов муфты.
При этом крутящий момент,
передаваемый муфтой, будет
Мкр = zR (Рпр2 cos а2 —
— Pnpicosap),
где z — число сегментов на
одной полумуфге; Рпр1 и Рпр2—
усилия пружин 1 и 2;
и а2 — углы между направ-
Рис. 57. Схема усилий, действующих в муфте «Карделис», и графики
лениями усилий пружин 1 и 2 и направлениями окружных со-
ставляющих этих усилий. Усилие пружины
Р пр = АСпр,
где Д — деформация пружины; Спр —• жесткость пружины. При-
чем для пружины 1 величина Д будет
Д До-~ q>R,
а для пружин 2
Д ^Д0-ффР.
Здесь ср — угол закручивания одной полумуфты относительно
другой; До — начальное поджатие пружин; R — радиус установки
пружин (рис. 57).
85
Если учесть, что при небольших углах закручивания cos а, л;
w cos а2 « cos а, то можно записать, что
/Икр1 == 2гСпрф/?2 cos а.
Эго выражение справедливо для начального участка характери-
стики муфты (до момента Mv на рис. 57, б), т. е. до угла закручи-
вания
До
До достижения этого угла закручивания в муфте являются ра-
бочими все пружины. Жесткость муфты в интервале
будет
CMi = 2гСпр/?2 cos а.
Когда угол закручивания становится больше угла тогда пру-
жины растяжения 1 полностью разжимаются и выходят из работы.
Характеристика муфты приобретает вид
AfKp I! = zCnp cos а я2 + ф) •
Этой характеристике отвечает участок II на рис. 57, б (до момента
Afmax). Соответственно, жесткость муфты на этом участке работы
будет
Смц = гСпр/?2 cos а.
При достижении крутящего момента Л4тах цапфы сегментов упи-
раются друг в друга и муфта становится практически неупругой.
Величина АЛ4 определяет диапазон практического использова-
ния муфты.
По данным фирмы, эти муфты обладают следующими компенси-
рующими свойствами:
1) угловое смещение валов до 2°;
2) параллельное смещение до 1 % от наружного диаметра муфты.
На рис. 57, в приведен график зависимости параллельного смещения
от числа оборотов муфты;
3) осевое смещение до 5% от наружного диаметра муфты;
4) угол закручивания до 5°. Последняя величина может быть
удвоена применением двух муфт с промежуточным валом между
ними.
Обладая высокой эластичностью, муфты смягчают толчки и
удары нагрузки и отличаются отсутствием свободного хода. Кон-
структивно муфты изготовляются как в комбинации с тормозными
шкивами, с зубчатыми колесами, так и комбинированные.
В табл. 16 даны основные размеры муфты «Карделис».
86
Таблица 16
Размеры (в мм) и параметры муфт «Карделис» (см. рис. 56)
Ведущие пальцы с конусной посадкой Муфты с относительно малыми отверстиями (тип А) Муфты с относительно большими отверстиями (тип Б) G в кг GD* в КГС’М2
da п м кр Б кгс-м п в об/мин (для чу- гуна) В dn ^шах Пред- ва ри- гель- ное свер- ление 1 21 В, dn ^max Пред- вари- те л ь- ное свер- ление 1 22
100 0,0065 4,65 4200 75 45 25 15 45 8 98 50 28 12 45 30 120 3,2 0,0082
112 0,0098 7 3800 85 50 28 15 50 8 108 60 32 12 50 33 133 4,5 0,016
125 0,0138 10 3500 95 60 32 15 55 8 118 65 35 15 55 36 146 6,5 0,028
140 0,019 13,5 3200 105 65 35 20 60 8 128 70 40 15 60 40 160 9 0,046
160 0,025 18 2900 116 70 40 20 70 10 150 80 45 20 70 46 186 13 0,081
180 0,037 26 2600 130 80 45 25 75 10 160 90 50 20 75 50 200 17,5 0,16
200 0,052 37,5 2300 140 90 50 30 85 10 180 100 55 30 85 54 224 95 0,28
225 0,077 55 2100 155 100 55 35 95 10 200 115 65 35 95 60 250 35 0,48
250 0,11 79 1950 170 115 65 40 105 10 220 135 75 10 105 66 276 48 1,16
280 0,15 109 1800 184 135 75 50 115 10 240 150 90 45 115 72 302 64 1.48
315 0.20 143 1650 202 150 85 60 125 10 260 170 100 50 125 78 328 91 2,67
355 0,30 212 1500 220 170 95 65 140 10 290 190 ПО 60 140 86 366 128 4,61
400 0,42 300 1350 244 190 105 70 160 10 330 215 125 65 160 94 414 178 8,78
450 0,62 435 1200 270 215 120 80 180 10 370 240 140 70 180 106 466 250 14,27
500 0,87 620 1080 300 240 135 90 200 10 410 270 160 80 200 116 516 344 23,70
560 1,25 895 950 340 270 150 100 225 15 465 300 180 90 225 128 578 440 44,57
630 1,75 1275 840 380 300 170 НО 250 15 515 350 200 100 250 142 642 610 89,20
710 2,50 1790 750 425 350 200 120 280 15 575 400 225 ПО 280 158 718 850 160,38
87
Подбор муфты производится по значению
-с,
п ’
где N — номинальная мощность в л. с.; п—частота вращения
в об/мин; С — коэффициент динамичности
С — sk.
Здесь s — коэффициент, зависящий от рода нагрузки, принимае-
мый от s = 1 (статическая нагрузка) до s = 1,8 (сильные толчки
при пуске); k — коэффициент, зависящий от рода двигателя и
рабочей машины.
Значения коэффициента k для электродвигателей приведены
в табл. 17.
Таблица 17
Значения коэффициента k
Тип машины k
Центробежные насосы, вентиляторы, транспортеры 1,2—1,5
Ротационные компрессоры, деревообрабатывающие машины, каландры, легкие станки, транспортеры, трансмиссии, текстиль- ные и прядильные машины 1,5—2,0
Печатные станки, бумагоделательные машины, мешалки мель- ницы, машины по переработке молока, средние станки, су- шильные барабаны 2,0—2,5
Лесопильные рамы, тяжелые станки, судовой привод, возду- ходувки, приводы легких кранов и подъемников 2,5—3,0
Приводы нормальных кранов и подъемников, лебедки, транс- портные машины и вороты, резиновые вальцы, поршневые компрессоры, цепные транспортеры 3,0—3,5
Поршневые насосы, привод передвижения тяжелых кранов, перегрузочных мостов, цементные мельницы, камнедробилки, ковшовые экскаваторы, ковшовые транспортеры 3,5—4,0
Мельницы, нереверсивный привод прокатных станов и роль- гангов 4,0—5,0
Реверсивный привод прокатных станов и рольгангов 5,0—6,0
Для двигателей внутреннего сгорания табличные значения
коэффициента k умножаются на 1,4 при одном или двух цилиндрах,
на 1,2 при числе цилиндров от трех до шести.
По данным фирмы, муфты «Карделис» успешно применяются
в самых различных отраслях машиностроения при весьма тяжелых
условиях работы.
88
9. Муфты с неметаллическими упругими звеньями
Рис. 58. Упругие пальце-
вые муфты
Л'.уфты с неметаллическими упругими звеньями получили
широкое применение в различном промышленном оборудовании
главным образом по причине их относительной простоты и деше-
визны изготовления. К их преимуществам следует также отнести
меньшую чувствительность к смещениям осей соединяемых валов.
Необходимо, однако, отметить, что область применения таких
муфт часто ограничивается низкими механическими параметрами
упругих звеньев, изготовляемых из резины, кожи и т. д. При
больших величинах нагрузки они получаются громоздкими и име-
ют большие габариты по сравнению с муфтами с металлическими
упругими звеньями.
В большинстве конструкций муфт с не-
металлическими упругими звеньями пос-
ледние работают на сжатие. Реже приме-
няются муфты, в которых упругие звенья
работают на изгиб и растяжение.
Муфта упругая втулочно-пальцевая.
Конструкция и принцип работы муфты
ясны из рис. 58. В качестве упругого
звена здесь применяются резиновые
втулки — сплошные или составленные из
колец трапецеидального сечения (исполь-
зование последних предпочтительнее).
Муфты изготовляются по нормали ма-
шиностроения МН 2096—64; их основные
размеры и параметры даны в табл. 18.
Упругие втулочно-пальцевые муфты обладают незначительными
компенсационными свойствами и рекомендовать их при заметных
радиальных смещениях и перекосах валов нельзя. Они допускают
лишь небольшой перекос (до Г) и некоторое радиальное смещение
осей валов в пределах зазора между резиновыми втулками и отвер-
стиями в полумуфте (0,3—0,6 мм).
Однако в этих случаях нагрузка распределяется между паль-
цами неравномерно, что приводит к усиленному износу втулок.
Вместе с тем за счет несоосности возникают добавочные радиальные
нагрузки, изгибающие валы и нагружающие их опоры. Опыт при-
менения упругих втулочно-пальцевых муфт в условиях нарушенной
соосности валов показал, что резиновые втулки довольно быстро
изнашиваются и их приходится часто заменять. В условиях же соос-
ности валов, даже при длительной работе с постоянной перегрузкой,
износа втулок не наблюдалось.
Следует заметить, что некоторая радиальная нагрузка передается
на опоры валов даже в том случае, если имеется полная соосность
валов. Это связано с тем, что из-за неизбежных погрешностей при
изготовлении муфты окружное усилие между пальцами распреде-
ляется неравномерно.
89
Таблица 18
Упругие втулочно-пальцевые муфты МУВП
(по нормали машиностроения МН 2096—-64).
Размеры в мм
d D ^тах Допускаемый в кгс-м КР Допускаемое п в об/мин
16; 18 90 84 3‘> 6300
20; 22 100 104 5,5 5600
25; 28 120 125 13 4750
(30); 32 (35); 36; (38) 140 165 24 4000
40; (42); 45 170 226 45 3350
(48); 50; 55 190 226 70 3000
60; (65) 220 286 ПО 2650
70; (75) 250 286 200 2240
80; (85); 90; (95) 320 350 400 1700
100; 110, (120) 400 432 800 1400
125; (130); 140; (150) 490 515 1500 1120
Примечали я: 1. Упругие втулки из резиновой смеси 3826С по ТУ МХП
1166-58 могут работать в бензине, керосине, воздухе, воде и масле при t ==
= — 40 ~ 50 С. 2. Размеры в скобках по возможности не применять.
Рис. 59. Модификация конструкции МУВП
Модификацией конструкций МУВП является муфта, показанная
на рис. 59. На левой полумуфте свободно посажен диск, в котором
закреплены пальцы с резиновыми кольцами. Благодаря удвоенному
числу резиновых колец соответственно увеличивается компенсирую-
щая способность муфты за счет большей ее упругости.
90
Муфта с резиновой втулкой. Некоторые немецкие фирмы выпу-
скают новую упругую муфту (рис. 60, а), обладающую высокими
упругими свойствами. Одна из полумуфт представляет собой чугун-
ную ступицу 1 с напрессованной на ней резиновой зубчатой втул-
кой 2. Другая полумуфта выполнена в виде фланца 4 с закреплен-
ными на нем стальными пальцами 3. В рабочем состоянии пальцы
входят в выемки резиновой втулки. На рис. 60, б приведена зави-
симость между крутящим моментом и углом закручивания муфты,
из которой видно, что муфта обладает большим углом закручива-
ния (до 4°), а также высоким гистерезисом вследствие внутреннего
трения резиновой втулки. В табл. 19 даны основные размеры
муфты.
Таблица 19
Размеры (в мм) и параметры муфт с напрессованной резиновой
втулкой (рис. 60)
м г кр В кгс-м d D 1 с п в об/мин G в кг GDZ в кгс«м2
3,5 20 90 76 42 2—4 7400 1,5 0,0005—0,0028
7 25 НО 92 50 2—5 6000 2 0,0011—0.0071
15 16—32 140 112 60 2—5 4700 4 0,0053—0,0191
34 24—40 180 141 75 3—8 3700 8 0,0166—0,0726
63 30—50 220 178 95 3—8 3000 15 0,0473—0,191
120 35—65 270 223 120 3—8 2400 28 0,188—0,58
240 40—80 350 273 145 3—8 1900 55 0,531—1,45
450 50—110 430 368 185 3—8 1500 117 1,66—3,67
91
Муфта с резиновыми пальцами. На рис. 61 показана упругая
муфта с резиновыми пальцами, сидящими в отверстиях обеих
полумуфт. Эта муфта отличается высокими упругими свойствами.
При расчете на трехкратную перегрузку напряжения получаются
равными: изгиба пальцев — 40 кгс/см2 и смятия — 6 кгс/см2.
Вид А
Рис. 61. Муфта с резиновыми пальцами
Габаритные размеры этих муфт больше, чем упругих втулочно-
пальцевых. В последних требуется довольно частая замена резино-
вых колец вследствие их износа; кроме того, эти кольца со временем
теряют свой размер, что создает мертвый ход в муфте.
Муфта с пружинами. Инж. П. К. Гедыком (УЗТМ) [151 предло-
жена конструкция эластичной муфты (рис. 62), в которой резиновые
упругие элементы заменены пружинными.
Муфта состоит из двух полумуфт 1 и 9, соединенных пальцами 2
с насаженными на них кольцами 3, 4, 5 и 7. Посадка колец свобод-
ная, допускающая их перемещение. Кольца эти имеют скошенные
92
бурты. Между кольцами 4 и 5 находится цилиндрическая пружина,
поджимающая всю систему колец к коническим скосам ребер на
кольцах 6. Кольца 6 могут свободно перемещаться в гнездах.
При нагружении муфты крутящим моментом кольца 4 и 5 сжи-
мают пружину до тех пор, пока сила трения между коническими
поверхностями не уравновесятся окружным усилием. При снятии
нагрузки с муфты пружины, действуя на систему колец, возвратят
полумуфту 9 в исходное положение. Особенностью этой конструк-
ции является возможность регулирования упругости муфты путем
ослабления или поджатия пружин с помощью гаек 8. Для того
чтобы обеспечить возможность расклинивания колец в процессе
работы муфты, необходимо, чтобы углы скосов контактных поверх-
ностей были больше угла трения. Для уменьшения коэффициента
Рис. 63. Пальцевые муфты с упругим диском
трения инж. П. К. Гедык рекомендует, кольца 6 жлать из другого
материала, чем кольца 3, 4, 5 и 7, например, кольца 6 — из чугуна,
а кольца 3, 4, 5,7 — из стали. Сила, сжимающая пружину в муфте,
найдется из выражения
Q =____Р_____
4 2tg(« + p)>
где Р — окружное усилие, воспринимаемое одним кольцом 6;
а — угол скоса контактных поверхностей, отнесенный к одной
стороне клина; р — угол трения между контактными поверхно-
стями.
Обычно а принимают равным 18—30°. Муфта допускает перекос
соединяемых валов до 1° и параллельное их смещение до 0,5 мм.
Пальцевые муфты с упругим диском. Пальцевые муфты с упругим
диском (рис. 63) отличаются довольно высокой крутильной податли-
востью и демпфированием, а также хорошей компенсационной спо-
собностью. Эти муфты не требуют ухода в процессе эксплуатации,
допускают быструю замену упругого элемента без осевой раздвижки
соединяемых узлов машины, обладают хорошими электроизоля-
ционными свойствами.
93
По нагрузочной способности пальцевые муфты с упругим диском
несколько уступают муфтам типа МУВП. Вместе с тем, опыт их
эксплуатации показывает, что эти муфты могут быть с успехом
использованы для соединения двигателя с передаточным механиз-
мом, т. е. при установке на быстроходной ступени.
Известно, что в приводах мощностью до 10—15 кВт муфты типа
МУВП работают с большой недогрузкой по крутящему моменту,
являясь чрезмерно жесткими в отношении компенсации смещении
и обладая одновременно очень высокой для этих приводов крутиль-
ной жесткостью. Использование пальцевых муфт с упругим диском
представляется весьма рациональным.
Существует большое число разновидностей конструктивного
исполнения этих муфт.
На рис. 63 показана муфта с резиновым диском без армирования.
Муфты такого типа просты, технологичны, но могут применяться
Рис. 64. Армирование диска втулками
для передачи сравнительно небольших крутящих моментов, по-
скольку высокая местная концентрация внешней нагрузки на ци-
линдрических поверхностях отверстий вызывает образование и
развитие трещин в диске, что особенно проявляется при перемен-
ных нагрузках.
Наличие смещений, в частности угловых, может явиться при-
чиной преждевременного местного износа диска и выхода его из
строя.
Для увеличения долговечности муфт, работающих при смещен-
ных валах, применяется армирование отверстий под пальцы.
На рис. 64, а показано армирование диска втулками. В отвер-
стия диска с двух сторон вставляются снабженные буртами втулки.
При затяжке болта диск может быть сжат не более, чем на величину
зазора между торцами втулок. Это ограничивает величину дефор-
мации резинового диска, вызываемой затяжкой ганки.
Опыт эксплуатации показывает, что муфты с армированным
диском оказываются более работоспособными по сравнению с муф-
той (рис. 63).
94
На рис. 64, б показан еще один вид армирования диска. Для
предотвращения проворачивания армирующей детали (при затяги-
вании гайки) края ее выполнены по форме наружного контура
диска. Это одновременно способствует уменьшению напряжений
в диске, возникающих от центробежных сил. Плоские поверхности
армирующих деталей, прилегающие к диску, снабжают радиально
расположенными ребрами, что увеличивает их жесткость и улуч-
шает связь с диском. Между втулкой и пальцем предусматривается
небольшой зазор, облегчающий монтаж диска.
Рис. 65. Пальцевые муфты с резино-металлическим диском
Несущая способность дисков значительно увеличивается в случае
прпвулканизацип армирующих деталей. По мере совершенствова-
ния способов крепления резины к металлам такие конструкции
дисков будут находить все большее и большее применение.
Известны также муфты с резино-металлическим диском (рис. 65).
Связь между резиновыми 2 и металлическими 1 секторами дости-
гается вулканизацией. Нагрузочная способность таких муфт бла-
годаря более равномерному распределению напряжений в рези-
новых элементах выше, чем у муфт неармпрованных.
Находят применение и резино-кордные диски, отличающиеся от
чисто резиновых более высокими эксплуатационными качествами.
Что касается расчета упругих дисков на прочность и жесткость,
то в настоящее время такие расчеты имеются лишь для дисков муфт,
представленных на рис. 63 и 65.
Максимальное напряжение в неармированном диске (см. рис. 63),
имеющем шесть пальцев, согласно [30] может быть вычислено по
формуле
Мкр
Аа’ <58>
95
где /Икр — крутящий момент, передаваемый муфтой, в кгс-см;
b и h — соответственно ширина и высота сечения кольцевого диска
в см; Dx — диаметр расположения пальцев муфты в см; — без-
размерный параметр, зависящий от отношения dn/b (dn — диаметр
отверстия и диске под палец).
Значения коэффициента Аё приведены на рис. 66. Расчетная за-
висимость (58) получена на основе анализа напряженного состояния
Рис. 66. Зависимость напряжений в диске от соотношения dn/b
диска муфты. Анализ проведен методами теории упругости в пред-
положении справедливости закона Гука, что для резиновых дета-
лей справедливо лишь при относительных деформациях, не превы-
шающих 15—20% [44]. Поскольку для обеспечения длительной
прочности резиновых дисков относительная деформация наиболее
напряженных участков их не должна превышать указанной вели-
чины, то использование зависимости (58) для подсчета напряжений
в диске вполне допустимо.
Напряжения в диске зависят от величины отношения djb.
Минимум напряжений, как следует из формулы (58) и рис. 66,
наблюдается при djb = 0,3 0,35.
Если диск выполнен при соблюдении этого оптимального соотно-
шения, то наибольшее напряжение растяжения в диске определяется
96
формулой
0 = 2,75-—; кгс/см2. (59)
Крутильная жесткость муфты
С = EhD{ кгс • см/рад, (60)
где Е — модуль упругости материала диска в кгс/см2; А'с — без-
размерный параметр, зависящий от отношения у,
Значения коэффициента А'с:
dnlb ..................... 0,2 0,3 0,4 0,5
Ас................ 4,33 3,45 2,77 2,25
На рис. 67, а приведена конструкция пальцевой муфты с упру-
гим диском, разработанная на кафедре деталей машин ЛПИ
им. М. И. Калинина. Отличительной особенностью этой конструк-
ции является то, что упругий диск выполнен не в виде кольца,
а фигурным. Диск облегчен за счет удаления малонагруженных его
участков, выявленных при исследовании напряженного состояния.
Подсчеты показывают, что таким образом удается уменьшить расход
резины примерно на 20%, что особенно важно для изделий массового
производства.
В зоне максимальных напряжений, возникающих от передачи
крутящего момента, предусмотрено местное усиление диска (бо-
бышки), тогда как средняя его часть (между двумя смежными паль-
цами), значительно менее нагруженная, выполнена меньшей тол-
щины.
На основе проведенных исследований кафедрой деталей машин
ЛПИ им. М. И. Калинина предложен параметрический ряд пальце-
вых муфт с упругим диском (табл. 20).
Основные геометрические размеры* дисков определялись при
допускаемом нормальном напряжении [формула (59)1, равном
12 кгс/см2. Наружные диаметры дисков округлялись до значений,
соответствующих ряду Ra 10 по ГОСТ 6636—69.
В табл. 20 приведены также основные параметры муфт с резино-
металлическими дисками (рис. 67, б). В этой конструкции связь
между металлическими втулками и резиной достигается вулкани-
зацией.
Исследования показали, что наличие завулканизировапных
втулок повышает нагрузочную способность дисков в I1/., раза и
выше.
* Для резин с твердостью HRC 70—75 по ГОСТ 263—53.
4 Поляков В, С.
97
Рис. 67. Конструкция пальцевой муфты с упругим диском,
разработанная в ЛПИ им. М. И. Калинина
Таблица 20
Размеры и параметры муфт (по рис. 67, CL, б)
Обозначе- ние муфт И S S о * птах в об/мин ^min в мм ^шах в мм в мм Z? в мм в мм в мм <3-2 Б ММ г в шт. L в мм 1 в мм Л в мм ь в мм ф в град. В мм В мм
МД1-01 0,40 6000 10 14 22 60 44 22 8 6 74 28 30 12 0,75 0,5 1,5
МД 1-02 0,80 4500 12 18 28 80 56 25 10 6 86 32 35 14 0,75 0,75 2,0
МД 1-03 1,60 4000 16 22 35 100 70 35 12 6 НО 42 45 16 1,0 1,0 2,0
МД 1-04 3,15 3000 20 28 42 125 90 50 12 6 132 52 55 18 1,0 1,25 2,5
МД1-05 6,30 3000 25 35 54 160 115 60 16 6 160 62 65 24 1,25 1,5 3,0
МД2-01 0,56 6000 10 14 22 60 44 22 8 6 74 28 30 12 1,00 0,5 0,75
МД2-02 1,12 6000 12 18 28 80 56 25 10 6 86 32 35 14 1,25 0,75 1,0
МД2-03 2,24 5000 16 22 35 100 70 35 12 6 НО 42 45 16 1,50 1,0 1,25
МД2-04 4,56 3500 20 28 42 125 90 50 12 6 132 52 55 18 1,75 1,0 1,75
МД2-05 9,00 3000 24 35 54 160 115 60 16 6 160 62 65 24 2,00 1,25 2,25
МД2-06 18,00 2500 32 45 68 200 145 80 18 6 214 85 90 28 2,25 1,5 3,0
Примечание. — номинальный крутящий момент; ф — допускаемое угловое смещение валов при е н f, близких к нулю;
е—-допустимое радиальное смещение вала при ф и f, близких к нулю; Г — допустимое осевое смещение валов прн ф и е. близких к нулю;
птах — предельная частота вращения.
99
Расчет резино-металлических дисков (см. рис. 65) проведен [411
на основе рассмотрения деформаций изгиба и растяжения — сжатия
участков кольцевого диска. Получена следующая формула дая
определения наибольшего напряжения, вызванного действием кру-
тящего момента
/Икп
кгс/см2> (61)
где h = 0,5 (D — DJ; k — число пальцев, принадлежащих одной
полумуфте; R — радиус расположения пальцев в см; Ао — без-
размерный коэффициент, зависящий от отношения 6/7? и <р0 *
(рис. 68).
Рис. 68. Зависимость коэффициента
Ао от соотношения b/R при расчете
дисков по рис. 65
Рис. 69. Значения коэффициента Ас
от соотношения b/R при различ-
ных (р0
Крутильная жесткость муфты
С = AckEhR? кгс-см/рад. (62)
Значения коэффициента Ас, найденные при различных <р0 и 6/7?,
приведены на рис. 69.
Напряжения в резино-металлических дисках и величина угло-
вого смещения связаны [42] следующим образом:
кгс^см2, (63)
* Здесь и далее угол <р0 выражен в рад.
100

1 i
f
С

—
0^
о.^

— ^tpg-1,083
0,3 0.0 0,5 0,6 0.1 0,8 0,9 1,0
b/R
Рис. 70 Зависимость коэффициента Во от соотношения b/R при расчете дисков
по рис 65
Суммированием реакций, приложенных к пальцам полумуфт со
стороны деформированного при смещении валов диска, получена
приближенная формула для нахождения угловой жесткости
муфты:
Сф «а i, 15 кгс см/рад. (64)
Рис. 7i. Зависимость коэффициента Вс от
соотношения b/R при различных <р0 при
расчете писков по рис. 65
Расчетные зависимости
для определения напря-
жений в диске, вызванных
осевым смещением полу-
муфт, и осевой жесткости
муфты получены в предпо-
ложении, что прогибы на-
столько малы, что удли-
нением осевой линии
защемленного в местах
присоединения к полумуф-
там участка диска можно
пренебречь. В этом случае
наибольшие напряжения
изгиба в диске
о = iE~^ f кгс/см2, (65)
где / — осевое смещение
полумуфт в см.
Осевая жесткость муфты
С, = 2,15 кгс/см. (66)
' (д<Л)3
Наибольшее напряжение в диске, вызванное радиальным сме-
щением валов е, и радиальная жесткость муфты могут быть вычис-
лены по следующим формулам:
о = Во кгс/см2;
Се = Вс ~~ КГС/СМ,
(67)
(68)
где Ва и Вс — безразмерные коэффициенты, зависящие от пара-
метров ср() и b/R (рис. 70 и 71).
Расчетами установлено, что зоны максимальных напряжений *,
вызываемых крутящим моментом и смещениями, совпадают; это
* Наибольшие напряжения наблюдаются на внутренней поверхности диска
в месте привулканизации резиновых н металлических элементов (см. рис. 65).
102
дает возможность находить суммарное напряжение алгебраическим
сложением наибольших напряжений от каждого из рассматриваемых
факторов (крутящего момента, углового, осевого и радиального
смещений).
Формулы (58) — (68) показывают, что для компенсации смещений
желательно иметь муфту с небольшим числом пальцев (увеличи-
вается параметр <р0) и малой толщиной диска. Так, увеличение
числа пальцев с шести до восьми и толщины диска всего лишь на
15% ведет к двукратному увеличению напряжений в диске и почти
Рис. 72. Полужесгкая муфта со стальными дисками
пятикратному увеличению угловой и осевой жесткости муфты;
значительно повышается при этом и радиальная жесткость муфты.
Следует отметить, что увеличение диаметра муфты при всех
видах смещений улучшает работу дисков и снижает дополнительные
нагрузки.
Полужесткая. дисковая муфта (рис. 72). В конструктивном отно-
шении пальцевые муфты с металлическими дисками (полужесткие
муфты) весьма просты и не требуют особого ухода в процессе экс-
плуатации.
Муфта состоит из двух одинаковых фланцев 1 и 5 и набора гиб-
ких пластинчатых дисков 3. Болтами 8 и гайками 6 диски притя-
гиваются через шайбы * 7 к фланцу 1, а болтами 4 и гайками 2 —
к фланцу 5. Пластинчатые диски 3 термически обработаны. В табл. 21
приведены основные ее размеры [51].
Такие муфты вследствие беззазорного соединения обеих полу-
муфт часто используются в реверсивных приводах и в механизмах
с дистанционным управлением, требующих точного повторения
исполнительным элементом заданной программы. В этих передачах
применение других конструкций жестких в окружном направлении
муфт (таких, как зубчатые, крестово-кулисные и др.) не представ-
* Шайбы могут быть выполнены как в виде секторов, гак и круглыми.
103
Таблица 21
Размеры (в мм) и параметры полужестких
дисковых муфт (рис. 72)
^гпах п в об/мин Л' в кВт D В С Е А D
25,4 13 500 0,9 82,5 34,9 11,1 15,8 80,9 42,8
31,7 11 200 1,6 98,4 41,2 12,7 17,4 95,2 52,3
41,2 9 500 2,2 116,6 47,6 12,7 17,4 107,9 69,8
50,8 8 500 3,9 138,1 53,9 15,8 20,6 123,8 83,3
57,1 7 500 7,2 155,5 66,6 24,6 21,4 157,9 96,0
66,6 6 600 11,2 180,9 76,2 26,1 24,6 178,5 112,7
76,2 5 700 16,6 207,9 87,3 28,5 27,7 203,2 128,5
88,9 4 800 29,0 241,3 103,1 33,3 33,3 239,7 147,6
101,1 4 200 42,9 279,4 117,4 36,5 36,5 271,4 168,2
114,3 3 600 55,9 320,9 133,3 38.8 46,0 305,5 187,3
127,0 3 200 85,7 361,9 146,0 44,4 52,3 336,5 211,1
139,7 2 900 119,3 400,0 168,2 49,2 60,3 385,7 231,7
152,4 2 600 167,7 444,5 184,1 53,9 66,6 422,2 254,0
177,8 2 300 258,7 504,8 206,3 63,5 73,0 476,2 292,1
190,5 2 200 331,0 552,4 219,0 68,2 79,3 506,4 317,5
ляется возможным из-за наличия зазоров, увеличивающихся по
мере износа рабочих поверхностей.
Весьма ценным свойством полужестких муфт является их спо-
собность работать при значительных угловых и осевых смещениях
без создания больших дополнительных нагрузок на валы и опоры.
При правильно сконструированной полужесткой муфте величина
этих нагрузок может быть значительно ниже, чем, например, при
использовании в тех же условиях зубчатых муфт.
Эти положительные качества рассматриваемых муфт послужили
причиной успешного их использования в тяжелом машиностроении.
Радиальная жесткость таких муфт соизмерима с жесткостью валов,
и поэтому они практически не способны компенсировать парал-
лельное смещение. При наличии, помимо угловых и осевых, а также
и радиальных смещений, применяются сдвоенные муфты (рис. 73).
Они применяются также в случаях, когда необходимо компенсиро-
вать значительные по величине осевые смещения и снизить осевую
жесткость муфты.
Проверочный расчет пальцевых муфт с металлическими дисками
(рис. 72) рассмотрен в работах [31; 41; 42]. Получены следующие
формулы для определения наибольших напряжений в дисках,
вызванных:
104
а) крутящим моментом
<WKD
о — А -------- *
б)
угловым смещением
в)
3£Л ,
° = Ф;
/?(р5 м
радиальным смещением
г)
___R Ее
a~^tS°T2R’
осевым смещением
3£/if ,г, . ,
о==7—ф (и),
(фо/?)2 ' 7
где о — нормальное напряжение в кгс/см2; Л1кр — крутящий
момент, передаваемый муфтой в кгс «см; R — радиус расположения
Рис. 73. Сдвоенная полужесткая муфта
пальцев муфты в см; k — число пальцев одной полумуфты; г —
число дисков муфты; Ь — ширина сечения кольцевого диска в см;
h — толщина диска в см; Е — модуль упругости в кгс/см2; <р0 —
угол, определяющий упругую часть диска между двумя смежными
пальцами в рад; ф — угловое смещение осей валов, в рад; ей/ —
радиальное и осевое смещение валов в см; До и Ва — безразмерные
коэффициенты (см. рис. 68 и 70); Ф («) — безразмерный параметр,
зависящий от и J и определяется по рис. 74.
105
Жесткость муфты может быть приближенно подсчитана по
дующим формулам:
крутильная
сле-
С = AckzEhR? кгс • см/рад;
угловая
радиальная
~ _ EBhszk .
С.ф = 1,15 кгс см/рад;
Fhkz
Се = Вс -jj- кгс/см;
осевая
71);
при
малых размерах муфт вместо
Рис. 74. Зависимость функции F (и) от
и при расчете дисков муфты по рис. 72
Cf = 2,15 т—=3 F (а) кгс/см.
7 (Фо7?)8 V ’
Здесь Ас и Ве — безразмерные коэффициенты (см. рис. 69 и
F (и) — безразмерный параметр, зависящий от и (рис. 74).
Муфта с серьгами. Для передачи больших окружных сил
прорезиненного диска применяется
трос-серьга (рис. 75, а), которая
закрепляется на рычагах соеди-
няемых полумуфт. Количество
рычагов на полумуфте может
быть два, три и четыре. На
рис. 75, б показана схема муфты
с тремя рычагами.
Окружные силы передаются
через втулки 2, расположенный
между ними резиновый буфер 1
и петлю троса 5. Между втул-
кой 2 и тросом 5 находится
втулка 5. Все эти детали поме-
щены в прорезиненный хлоп-
чатобумажный кожух 6 и под-
вергнуты вулканизации. Сталь-
ные втулки 2 расклепываются
с двух сторон с армированными
шайбами 4. Трос-серьги должны
выполняться строго одного раз-
мера, так как может произойти
перенапряжение и разрушение
одной серьги. Замена одной
серьги не достигает цели, и поэ-
тому следует менять весь комп-
лект серег одновременно.
В табл. 22 приведены основные размеры тросов-серег.
На рис. 76 изображен диск, армированный стальным канатом,
втулками и шайбами. Основные размеры указанных дисков приве-
дены в табл. 23.
106
a
Рис. 75. Трос-серьга для упругих муфт
Таблица 22
Размеры (в мм) и нагрузочная способность тросов-серег (рис. 75)
а ь с d S Г Допускаемая нагрузка в кгс
45 40 16 10 11 11 100
50 46 19,5 12 13 14 200
60 52 22,5 16 15 17 360
70 60 25,5 18 16,5 20 480
80 66 26,5 20 16,5 20 545
90 70 28,5 22 18,5 22,5 835
100 76 30,5 24 18,5 22,5 960
100 82 35 24 21,5 22,5 1100
1'20 88 37,5 30 22 27 1300
130 96 37,5 34 22 27 1650
А-А
Рис. 76. Упругий диск, армированный стальным канатом
Муфта с пластинами, работающими на сжатие [59]. На рис. 77
изображена реверсивная муфта с пластинами, работающими на
сжатие. Одна полумуфта (меньшего диаметра) — внутренняя за-
ключена внутри другой большего диаметра. Обе полумуфты имеют
ряд радиальных лопастей (лопаток), между которыми заключены
упругие элементы. Последние представляют собой резиновые
пластины трапецеидального сечения. При передаче крутящего
момента пластины сжимаются между лопастями и деформируются,
108
Таблица 23
Размеры (в мм) и нагрузочная способность дисков
(рис. 76)
С двумя рычагами С тремя рычагами
D а rfl а S в КГС’М D d di а ^0 s кр в КГС’М
145 105 47 32,5—45 10 14 9 131 90 40 45 10 22 18
167 120 52 41,8—50 12 17,5 22 147 100 44 50 12 26 35
198 144 70 50,1—60,6 16 19,5 46,8 173 120 DO 60 16 30 70
226 164 82 55,4—70 18 21 75 193 140 65 70 18 33 105
247 184 92 60,6—80 20 21 90,5 222 160 75 80 20 33 140
266 198 100 61,0—90 22 23,5 135 244 180 95 90 22 37 210
287 216 100 64,6—100 24 23,5 177,6 270 200 102 100 24 37 290
благодаря чему происходит поворот одной полумуфты относительно
другой. В таких муфтах должна быть обеспечена возможность
деформации резиновых элементов в направлениях, перпендикуляр-
ных к направлению сжатия, так как резина при деформировании
практически не меняет своего объема. При вращении ведущего вала
Рис. 77. Реверсивная муфта с резиновыми пластинами
в одном направлении в работе участвует только половина общего
числа пластин. Зависимость угла поворота от величины передавае-
мого крутящего момента определяется приближенной формулой

2,8zEl4PR
~h(l + b)
ф
0,85Л
-R------*
к гс см.
(69)
109
Жесткость муфты равна
„ , ,,r2,8z£/262R , 1
Г ^(!Мкр _ I +Л1кр|
С "rfqT ““ 2,4гЁРЬ*
(70)
Здесь I, R, В, h — размеры пластин в см; Е — модуль упругости
резины в кгс/см2; z — число пластин; ср — угол закручивания в рад.
При определении по формуле (69) величины Мкр необходимо
учесть, что фактический угол закручивания больше расчетного на
величину ср0, определяемую величиной зазора между лопастями и
пластинами. Следовательно, при ср ф0 будем Л4кр = 0. Поэтому
в формулах (69) и (70) ср = <рфакт — <р0, где срфакт — фактический
угол закручивания.
Наибольшее напряжение смятия определяется по формуле:
М
Щн = ^^[а]см = (6^8)* кгс/см2,
При этом предельный угол закручивания
0,85/г отах
фпред = — р- 2,8/ШГ'
G+hlT+b)
Для ограничения величины угла закручивания в таких муфтах
могут быть применены ограничители двух видов: механические и
естественные. Механические ограничители подобны ограничителям
рессорных и пружинных муфт. В естественных ограничителях
используется свойство резины сохранять объем при деформирова-
нии. В этом случае предельный угол поворота может быть опре-
делен по формуле
Фпред == 7^ (7з -/=).
где h — высота пластины; F — опорная площадь пластины; С, —
максимальное сечение пластины, которое она может принять при
заполнении всего свободного объема.
Следует иметь в виду, что формулы (69) и (70) базируются на
опытных данных, еще недостаточно подтвержденных в условиях
эксплуатации, поэтому их нужно рассматривать, как первое при-
ближение. Следует также учесть, что величина модуля упругости
резины сильно колеблется для разных сортов резины. По этим при-
чинам желательно во всех случаях определять податливость пла-
стин экспериментальным путем.
* Предельное напряжение на сжатие в значительной степени определяется
температурно-временными зависимостями и при необходимости может быть
уточнено, например, по книге Г. М. Бартенева, Ю. С. Зуева «Прочность и разру-
шение высокоэластичных материалов», М. — Л., «Химия», 1964.
ПО
Для резины, изготовляемой заводом РТИ, даются следующие
значения модуля упругости [59]:
Номера рецептов ............. 1847 8251 8161 8187 8214 8157
Е в кгс/см2
20—30 30—40 50—56 55—60 60—70 65—70
В табл. 24 и 25 приведены размеры муфт с резиновыми пласти-
нами, по данным Краматорского завода тяжелого станкостроения.
Конструкция муфты представлена на рис. 78, а и б.
Таблица 24
Размеры (в мм) и параметры муфт с резиновыми пластинами
(рис. 78, а) (из нормали Краматорского завода тяжелого станкостроения)
Расточка ступицы d и dt N кВт п в об/мин D L а Ь р dz Число пла- стин G в кг при d и dt
/2 об.МИН
18—30 0,0045 4700 130 105 30 60 15 55 10 5,07
25—40 0,03 4000 130 120 40 60 20 65 10 5,56
35—50 0,03 3000 205 165 58 72 25 105 10 18,16
50—75 0,13 2200 205 210 77 88 45 125 10 21,8
70—95 0,17 1700 300 306 115 115 76 160 10 68,7
90-120 0,28 1400 300 346 145 115 86 180 10 7-1,9
110—150 0,37 1100 350 425 192 148 86 225 10 136,85
Таблица 25
Размеры (в мм) резиновых пластин (рис. 78, б)
(Из нормали Краматорского завода тяжелого станкостроения)
k п 1 Р Технические требования Масса 1 шт в кг
Р в кгс Скорость пагруже п и я в кге/мин
10-0-2 0,4 40г»:§ 2 50 50 0,014
37г2»’4 21rS’s 50г»’5 3 105 50—55 0,053
37г»’5 21д« 60г°’5 3 125 50—55 0,063
56г»’° 26г»’’ 84rg’5 3 440 100—110 0,165
68г»’5 32г"’8 105г* 3 600 150 0,308
Примечай и е. Колодки при сжатии в направлении действующих сил равно-
мерно распределенной силой Р кгс со скоростью нагружения в кге/мин при одно-
кратном сжатии должны давать, относительное уменьшение размера b в сжатом со-
стоянии до 5%. Остаточная деформация после полного сжатия нагрузки допускается
до 0,1 мм.
111
К упругим муфтам со сжатыми пластинами относятся также
применяемые в тракторах одинарные и двойные упругие муфты
(рис. 79). Здесь крутящий момент от ведущей полумуфты 1 пере-
дается ведомой полумуфте 4 через резиновые пластины 5.
Резиновые пластины заключены между выступами полумуфт
1, 4 и промежуточной вилкой 3. Прижимы 6 удерживают пластины
на месте. Поглощение осевых биений осуществляется амортиза-
тором 2.
Рис. 78. Муфта с резиновыми
пластинами
Разновидностью муфт со сжатыми пластинами является муфта,
показанная на рис. 80. Каждая из полумуфт состоит из чугунного
фланца, соединенного болтами 1 с пакетами 2 стальных листов.
Между листами вставляются резиновые пластины 3.
На рис. 81 представлена упругая муфта, применяемая заводом
«Ростсельмаш». Муфта состоит из полумуфты 1 с выфрезерованными
пазами, в которых закладываются прокладки 2 из отходов проре-
зиненных ремней и полумуфты 3 с выступами, соответствующими
пазам полумуфты 1. Кольцо 4, прикрепленное болтами 5 к полу-
муфте 1, предохраняет прокладки от выпадения из пазов.
Разновидностью муфт с пластинами, работающими на сжатие,
является также упругая муфта со звездочкой по ГОСТ 14084—68,
конструкция которой представлена на рис. 82, а и б. Размеры этих
112
Рис. 79. Муфта трактора
Рис. 80. Муфта со сжатыми пластинами
Рис. 81. Муфта завода «Ростсельмаш»
муфт даны в табл. 26. Муфта состоит из двух одинаковых полумуфт,
снабженных кулаками, между которыми помещается резиновая
звездочка. При постоянном направлении вращения работает лишь
половина выступов звез-
дочки, н после их износа
звездочка может быть пере-
ставлена на один выступ.
Опыт работы таких муфт
показал их высокие экс-
плуатационные качества.
Конструкцию звездочки
рекомендуется выполнять
по рис. 82, в, а не по
рис. 82, г. В последнем
варианте имело место раз-
рушение выступов звездоч-
ки, изготовленной из рези-
ны гр. 11 (ТУ НКХП233- Н)
у их основания.
Ориентировочные рас-
четы показывают, что рас-
четные напряжения смя-
тия резины при 100 об/мин
берутся примерно в 4,5 ра-
за больше, чем при
1750 об/мин. При 100 об/мин
напряжение смятия резины
превосходит 100 кгс/см2.
Муфты с пластинами,
работающими на изгиб.
На рис. 83, о и б приве-
дены конструкции муфт,
под общим названием
«Ойпекс» (ГДР), а в
табл. 27 даны размеры этих
муфт.
Таблица 26
Муфты упругие со звездочкой
(по ГОСТ 14084—68)
Размеры в мм
Обозна- чение муфт d D L Кр ута- щи й момент В KFOM Частота враще- ния в об/мин
12—32 12 32 62 0,3 6300
11—32 14
16—40 16 40 70 0,6 5000
18—40 18
20—50 20 50 89 1,5 4500
22—50 22
25 -60 25 60 101 2,5 4000
28—60 28
32—80 32 80 138 6 3500
36-80 36
40—100 40 100 188 12 3000
45—100 45
Принцип работы указанных муфт ясен из чертежей. Помимо
изгиба пластины в муфтах данного типа работают на сдвиг (с попут-
ным сжатием).
Муфты «Ойпекс» допускают значительное осевое смещение валов
и небольшое поперечное, а также некоторый перекос валов.
Муфты в исполнении а не допускают разъединения полумуфт
без предварительного осевого сдвига ведущего или ведомого агре-
гата; муфты в исполнении б допускают разъединение без сдвига
агрегатов.
Вместо резины в соответствующие пазы полумуфты могут быть
вставлены пакеты кожаных пластин. Напряжения изгиба в пласти-
нах составляют ориентировочно 35 кгс/см2.
115
А-Л
Рис. 82. Муфта с резиновой звездочкой
Т а б л и па 27
Размеры (в мм) и параметры муфт «Ойпекс» (рис. 83, а)
Д/ л.с. в п об/мин п в об/мин d а D ''Шах ^шах Исполнение
а б
d G в кг d Gb кг
0,004 5800 40 42 120 6 90 30 5 5 — —
0,008 4800 50 50 145 6 106 40 9 —
0,018 4050 60 60 170 8 128 50 12 — —
0,04 3350 70 75 205 8 158 60 18 — —
0,08 2850 80 90 245 8 188 70 25 — —
0,13 2500 95 105 280 10 220 80 40 — —
0,18 2150 НО 120 320 10 250 90 62 — —
0,28 1950 115 135 355 10 280 — — 90 95
0,44 1750 130 150 390 12 312 — — 100 130
0,75 1600 155 170 430 12 352 — — 125 180
1,30 1350 190 190 500 12 392 — — 150 280
Зависимость угла закручивания от крутящего момента может
быть представлена уравнением
Л4кр —
6,4z£7?2fec/i
2,6Л2 +1-2,3 (c + flHc + gg)j (с + 4о) с
<р кгс/см2,
где а, Ь, с, h, R — конструктивные размеры муфты в см (рис. 83, б).
На рис. 84 представлена муфта в исполнении б (рис. 83, а),
изготовленная на ленинградской фабрике «Коммунар» для привода
сушильных цилиндров. Такие муфты показали хорошие эксплуа-
тационные свойства.
Муфты с резиновыми и резинокордными оболочками. На рис. 85
представлены муфты, в которых в качестве упругого звена исполь-
зуются резиновые или резинокордные оболочки. Муфты этого
типа обладают высокими упругими и демпфирующими свойствами,
а также способны компенсировать весьма значительные смещения
осей соединяемых валов. Объясняется это рациональным выбором
формы упругого элемента муфт каждого исполнения, а также воз-
можностью его свободной деформации (без ограничения металличе-
скими деталями) под действием нагрузок. Отсутствие относитель-
ного перемещения резины по металлу в процессе эксплуатации
существенно увеличивает срок службы муфт. Упругие муфты этого
типа обеспечивают шумо- и электроизоляцпю узлов привода, удобны,
экономичны и надежны в эксплуатации.
В зависимости от предъявляемых требований описываемые
муфгы могут изготовляться в комбинированном исполнении; в соче-
тании с маховиками, предохранительными, центробежными и обгон-
ными муфтами и т. д.
117
Не менее важной особен-
ностью муфт этого типа яв-
ляется возможность изменения
их эксплуатационных харак-
теристик за счет изменения
свойств материала оболочки,
армирования ее различным
количеством слоев корда, изме-
нения ориентации нитей корда,
а также соотношения геоме-
трических размеров оболочки.
Торообразные оболочки обы-
чно изготовляются из вулка-
низированной резины с про-
кладками из хлопчатобумаж-
ной или вискозной ткани.
Число их (в зависимости от ве-
личины нагрузки) выбирается
в пределах от 2 до 14 и более.
Основа ткани прокладок рас-
полагается под некоторым уг-
лом к направлению вращения
муфты с таким расчетом, чтобы
нити основы работали на рас-
тяжение. Для обеспечения
возможности передачи мо-
мента в обоих направлениях
прокладки размещаются крес-
тообразно одна над другой.
От механических поврежде-
ний прокладки защищаются
наружным слоем резины.
Каждый из представлен-
ных на рис. 86 конструктив-
ных вариантов муфт имеет
свои особенности, определяю-
щие его область применения.
В тех случаях, когда раз-
рушение шины может вызвать
аварию машины (например,
в грузоподъемных устрой-
ствах) применяется конст-
рукция, изображенная на
рис. 86, а. Здесь полумуфты
снабжены кулачками, кото-
рые могут войти в соприкос-
новение лишь тогда, когда
полумуфты повернутся отно-
118
л
Рис. 83. Муфта «Ойпекс» (исполнение а)
сительно друг друга на заранее заданный угол, максимально
допустимый для муфты.
Если муфта должна работать при значительных угловых и осевых
смещениях, форму оболочки рекомендуется выполнять по рис. 86, б.
Для высокоскоростных муфт, где центробежные силы могут выз-
вать значительные напряжения в резине, рекомендуется при-
менять конструкции, показанные на рис. 86, в и г. Такие муфты
хорошо работают при осевых смещениях соединяемых валов.
Рис. 85. Муфта с резиновыми
шинами
Основные параметры муфты даны в табл. 28 и 29. В муфте легко
осуществляется разъединение валов, для чего достаточно вывер-
нуть болты, скрепляющие левую полумуфту с внешним кольцом.
Благодаря тому, что шина состоит из двух частей, значительно
удешевляется ее изготовление.
120
Lw
Рис. 86. Варианты конструкций муфт с резиновыми шинами
А-А
Рис. 87. Модификация муфт с резиновой оболочкой
Указанные в табл. 29 значения радиального и углового смещений
A q и А а допустимы лишь при скоростях вращения, равных поло-
вине максимальных значений пП1ах. При более высоких скоростях
допустимые значения A q и А а должны быть пропорционально
уменьшены. Величины осевых смещений А I не зависят от скорости.
Т а б л и ц а 28
Размеры (в мм) и параметры муфт с резиновыми оболочками (рис. 85, 6}
d * ЛСр * * ^кр п в об/мии df L 4l Фтах в град G в кг GD2 втулки (фланцы) в кгс • м2
в кг с • м
15 30 3,3 11 3000 220 73 205 23 2,6 0,01—0,02
20—35 6,5 15 3000 265 95 245 21 4,7 0,03—0,09
25-40 10 23 3000 265 101,5 245 19 6 0.05—0,1
25—50 13 30 3000 315 110 290 24 7,6 0,05—0,19
30—55 24 60 1800 336 118 310 26 10 0,12—0,25
30—60 30 120 3000 385 125 360 7 14,3 0,17—0,55
38—70 40 125 1800 385 144 360 21 15 0,2—0,55
38—70 65 200 2500 455 143 420 7 23,2 0,41-1,2
38—100 70 250 1800 455 172 420 21 25 0,45—1,2
38—90 100 350 1800 580 164 545 0 50 1,7—2,8
55-110 150 500 1500 580 172 545 22 55 2,4—3,0
55—110 220 650 1800 628 205 600 12 68 2,4-5,!
60—140 300 900 1200 680 217 650 23 ПО 5,1—8,5
90—130 550 1600 1500 775 265 740 20 125 6—20,2
80—160 600 1800 1000 865 305 830 27 220 12-32
100—180 1100 3200 1000 985 350 950 20 262 18-65,6
100—180 * лр 1 ** Пр 1200 И посто и кратк 3600 явной я овремен 800 агрузке. ной пере 985 грузке. 310 930 29 280 19—66
Приведенные в таблице значения максимального крутящего
момента в среднем соответствуют трехкратному номинальному
моменту, передаваемому муфтой.
Модификацией муфт с резиновой оболочкой является конст-
рукция, показанная на рнс. 87. Сплошная оболочка здесь заменена
отдельными подковообразными хомутами, изготовленными нз рези-
ны. Эта конструкция значительно дешевле в изготовлении и проще
в сборке, она также допускает большой угол закручивания. Основ-
ные параметры указанных муфт приведены в табл. 30. Муфты изго-
товляются трех серий с числом хомутов от 3 до 12.
С 1965 г. в СССР действует общесоюзная нормаль на эластичные
муфты с торообразной оболочкой (МН 5809—65). Исследование
122
Таблица 29
Размеры (в мм) и параметры муфт с резиновыми оболочками (рис. 86, г)
7 м кр в кгс - м п в об/мин Фгоах в град Максимальные смещения G в кг
Д/ д? Да в град
25 4,3 7500 100 70 10 4 2 3 1
30 7,5 6500 130 85 10 4 2 3 2,5
35 13,3 5500 140 105 10 4 2 3 3,5
40 23,9 4600 165 120 10 4 2 3 6
47 38,0 4000 195 140 10 4 2 3 9
55 66,0 3400 225 155 13 6 4 4 13
65 112 2850 260 175 13 6 4 4 19
75 200 2500 300 210 13 6 4 4 33
95 335 2160 360 240 13 6 4 4 55
НО 570 1880 415 285 13 6 4 4 88
130 980 1620 485 320 15 8 6 4 127
150 1740 1370 560 390 15 8 6 4 195
180 2880 1160 665 460 15 8 6 4 320
220 4970 980 780 520 15 8 6 4 480
260 8500 810 915 615 15 8 6 4 700
муфт нормализованной конструкции, проведенные на кафедре дета-
лей машин ЛПИ им. М. И. Калинина, показали следующее:
Рис. 88. Эластичная муфта (МН 5809—65):
/ — укороченная полумуфта; 2 — полумуфта;
5 — торообразная оболочка; 4 — внутренний фла-
нец; 5 — соединительное кольцо; 6 — крепежные
винты; 7 — винт; 8 — разъемное кольцо
Рис. 89. Профиль попе-
речного сечения оболочки
в нормализованной муфте
1) эта муфта (рис. 88) трудоемка в изготовлении и неудобна в
эксплуатации, а также весьма металлоемка; конструкция муфты
включает в себя восемь деталей различного наименования;
2) отсутствует надежное центрирование оболочки и внутренних
фланцев относительно оси вращения, что приводит к дополнитель-
на
124
Таблица 30
Размеры (в мм) и параметры муфт с резиновыми оболочками
Тип Типо- размер Л,Н в кгс«м (л-с.) „ - п N (кВт) п К "max в об/мин Угол закру- чивания ИР" "иом в град Муфта (рис. 87, б) Муфта (рис. 87, а) в мм ^тах в мм Da в мм
G в кг G'D2 в кгс • м2 G в кг G£>2 в кгс-м2
13 3 0,0042 0,0031 6200 32 1,3 0,003 1,о 0,002 9 22 но
14 4,5 0,0063 0,0046 5500 27 1,9 0,006 1,4 0,005 10 28 125
16 8 0,011 0,0082 5100 24 4,0 0,011 2,6 0,010 15 35 135
18 14 0,019 0,014 4100 18 7,0 0,038 4,3 0,032 18 50 165
110 21 0,029 0,021 3700 15 П,1 0,079 6,5 0,057 20 55 187
112 30 0,042 0,031 3200 12 18,7 0,126 10,5 0,091 22 60 216
23 6,5 0,009 0,006 4300 20 4,5 0,04 3,4 0,03 14 30 160
24 13 0,018 0,013 3900 18 6,3 0,05 4,5 0,04 15 35 176
25 23 0,032 0,023 3300 17 9,0 0,87 6,2 0,07 15 50 206
2 26 30 0,042 0,031 3100 15 12,2 0,15 8,1 0,13 18 60 218
28 50 0,07 0,052 2600 12 20,1 0,36 12,7 0,28 20 65 264
210 80 0,11 0,082 2200 10 30,0 0,76 18,2 0,59 25 75 312
212 120 0,17 0,12 1900 9 42,0 1,52 25 1,12 30 90 360
33 40 0,05 0,04 2100 24 25 0,4 18 0,4 25 70 322
34 65 0,09 0,06 2000 21 31 0,6 23 0,5 30 80 335
35 120 0,1 0,12 2000 19 35 0,8 28 0,7 30 80 340
3 36 150 0,21 0,15 1800 18 53 1,5 36 1,2 32 95 385
38 265 0,37 0,27 1500 14 81 3,7 54 3,1 40 НО 463
310 400 0,56 0,41 1300 11 120 6,8 76 5,7 45 120 537
312 600 0,84 0,61 1100 9 148 14,2 94 12,0 50 130 620
45 650 0,91 0,67 1200 20 210 12,0 160 10,0 70 140 580
4 46 900 1,25 0,92 1000 15 260 21,6 175 18,4 88 170 660
48 1600 2,24 1,65 900 13 400 53,8 260 43,9 98 180 790
410 2400 3,35 2,48 800 10 500 97,8 320 78,6 98 200 900
Тип £>i в мм Dz в мм Ds в мм ОБ в мм De в мм Lm, в мм Lp в мм L, в мм В мм Ls в мм В мм Болты
шт. d X1
40 72 32 108 90 85 65 32 3
50 83 10 119 101 89 67 35 4 О
1 60 80 93 122 53 82 129 158 111 140 118 138 82 92 48 58 36 22,5 12—15 45 6 8 см X со
90 148 108 184 166 157 101 65 10 g
95 175 135 211 193 167 106 70 12
60 105 40 145 125 121 95,5 46 3
70 120 52 160 140 131 105,5 51 4
80 140 80 182 160 145 109,5 60 5 ю см
2 100 155 92 195 175 165 117,5 68 53,5 35 18—25 70 6 X
ПО 200 140 240 220 185 127,5 78 8 00
120 250 190 290 270 195 132,5 80 10
140 300 240 340 320 235 152,5 98 12
105 195 95 275 235 190 150 70 3
120 212 112 292 252 210 160 78 4
120 230 120 310 270 224 167 85 з
3 155 260 160 340 300 240 175 93 80,5 55 28—35 НО 6 >
165 340 240 420 380 300 205 120 8 чг’
175 415 315 495 455 350 230 140 10 «С.
195 500 400 580 540 360 235 14о 12
225 380 210 500 440 390 285 150 5 о
4 280 300 440 580 440 410 550 690 495 635 430 500 305 340 170 200 135 90 40—50 180 6 8 X см
320 700 530 810 755 500 340 200 10 S
125
Рис. 90. Варианты исполнения резинокорд-
ной оболочки: а — резинокордная оболочка
с разнесенными слоями кордного каркаса; б —
резинокордная оболочка с нижним располо-
жением кордного каркаса:
/ — резиновый массив; 2 — кордный каркас;
3 — кольцо; 4 — защитный слой
ному нагружению крепеж-
ных винтов муфты и соеди-
няемых валов;
3) предусмотренное
нормалью исполнение обо-
лочки из резины влечет за
собой снижение и без того
невысокой нагрузочной
способности муфты;
4) выбранный в норма-
лизованной муфте профиль
поперечного сечения обо-
лочки не рационален по
следующим соображени-
ям:
а) наличие двух резко
отличающихся радиусов
кривизны вызывает боль-
шую разницу напряжений
в оболочке в местах сопря-
жения этих радиусов
(рис. 89);
б) весьма небольшая
кривизна сечения в сво-
бодной от защемления ча-
сти оболочки существенно
снижает компенсацион-
ную способность муфты и
ее долговечность.
При работе такой муф-
ты в условиях радиальных
и угловых смещений ее
оболочка испытывает не
только циклические на-
пряжения изгиба, но и
растяжения.
Наиболее экономичной,
простой и удобной в экс-
плуатации является кон-
струкция муфты типа «Ре-
riflex» (см. рнс. 85, а).
Комплексные исследо-
вания основных конструк-
ций муфт с резиновыми
оболочками, проведенные
на кафедре деталей машин
ЛПИ позволили разрабо-
тать вариант исполнения
126
резинокордной оболочки (рис. 90, а), выгодно отличающийся от
существующих (рис. 90, б).
Новый упругий элемент муфты представляет собой разрезную
резинокордную торообразную оболочку. За основной размер
оболочки муфты принят ее наружный диаметр D.
Для подчинения упругих элементов муфт условию геометри-
ческого подобия размеры оболочек (рис. 91) предлагается задавать
в долях ее диаметра: 6 = 0,05Z); R = 0,075Z?; b = 0,252); 2), =
= 0,62); О2 = 0,750
Эти соотношения получены в результате анализа размеров рези-
нокордных оболочек Ленинградского шинного завода, оболочек
нормализованных муфт и муфт типа «Periflex».
В целях упрощения технологии изготовления пресс-форм и
улучшения компенсационных свойств муфт поперечное сечение
Рис. 92. Силовое взаимодействие кордного каркаса с резиновым масси-
вом оболочки при нагружении муфты:
1 — резиновый массив; 2 — нити корда
оболочек выполнено в форме полукольца одного радиуса кривизны,
переходящего в вертикальные стенки с утолщениями у основания.
Существующая конструкция резинокордных оболочек муфт напо-
минает автомобильную шину не только по внешнему виду, но н по
внутреннему строению: кордные слои расположены на внутрен-
ней поверхности торообразной оболочки, под резиновым массивом.
Если для автомобильной шины такое расположение корда и резины
оправдано условиями ее эксплуатации, то для рабочего элемента
упругой муфты оно оказывается нецелесообразным.
Так, при передаче муфтой крутящего момента нити корда стре-
мятся оторваться от резинового массива, к которому они привул-
канизированы. В свою очередь, резиновый массив оболочки при
вращении муфты также стремится под действием центробежных
сил отделиться от кордного каркаса (рис. 92, а). На рисунке обо-
значено: <7ц — интенсивность центробежной нагрузки; То, Мо —
сила и момент, действующие в оболочке; Тк — усилие натяжения
нити корда. Работоспособность такой оболочки лимитируется проч-
ностью связи кордного каркаса п резинового массива.
127
13 новой конструкции оболочки слои корда перенесены с внут-
ренней поверхности на наружную, что качественно меняет силовое
взаимодействие кордного каркаса с резиновым массивом оболочки
при нагружении муфты (рис. 92, б): вместо напряжений растяже-
ния будет иметь место напряжения сжатия и устраняется один из
самых распространенных видов разрушения оболочек — расслаи-
вание корда и резины.
Для предотвращения развития трещин на внутренней поверх-
ности оболочек один или два слоя корда располагаются в нижней
части сечения оболочки. Чтобы уменьшить долю крутящего момента,
Рис. 93. Конструктивное исполнение
муфты при использовании неразрез-
ной оболочки
воспринимаемого этими слоями
корда, угол закроя их принят
равным 90°. Общее количество
слоев корда в оболочке опреде-
ляется по соотношению
z = (0,2 ч- 0,5)-.-,
где dn — диаметр нити корда;
6 — толщина оболочки.
Угол наклона нитей корда
к экватору оболочки в верхних
слоях — Р = 42°. Для облегче-
ния сборки и разборки муфт
без осевого перемещения валов
оболочка имеет один поперечный
разрез, причем во избежание
впитывания влаги тканью по-
верхности разреза вулканизи-
руются.
Разрезные шины могут при-
меняться при окружной ско-
рости не свыше 30 м/с.
Усилие затяжки болтов, крепящих оболочку, должно быть таким,
чтобы сила трения между ней и металлическими деталями была
больше, чем максимальная передаваемая окружная сила. Исследо-
ваниями 1801 найдено, что требуемая сила достигается при сжатии
реборды оболочки приблизительно на 2/3 ее первоначальной
толщины.
При использовании неразрезной оболочки (жесткие требования
по балансировке элементов привода, высокие окружные скорости
и т. п.) можно рекомендовать конструктивное исполнение муфты,
представленное на рис. 93.
Муфта включает две одинаковые полумуфты 1, выполненные
заодно с фланцами, два внутренних разрезных фланца 2, крепеж-
ные винты 3 и торообразную оболочку 4.
В данной конструкции центрирование внутренних разрезных
фланцев осуществляется по цилиндрической проточке диаметра О0.
123
Удобство сборки и разборки муфты (без сдвига соединяемых
муфтой агрегатов) проверено в условиях, когда посадка сопрягае-
мых деталей осуществлялась по ~. Увеличение зазора в месте сопря-
жения фланцев муфты с внутренними полуфланцами может небла-
гоприятно сказаться на работе болтов муфты.
Внутренние разрезные фланцы в месте стыка каждой пары полу-
фланцев имеют опорные площадки шириной Ь, обеспечивающие
при монтаже достаточно надежное их крепление в оболочке. Ско-
шенные грани b в местах стыка облегчают сборку этих деталей внут-
ри неразрезной оболочки.
На основании проведенных экспериментальных и теоретических
исследований разработан проект ряда муфт с разрезными оболоч-
ками (табл. 31; рис. 94). Рекомендуемые в таблице параметры явля-
ются ориентировочными.
Полагая, что материал оболочки следует закону Гука и что дефор-
мированная оболочка сохраняет свою геометрическую форму, можно
представить зависимость угла закручивания муфты с торообразной
резиновой оболочкой (рис. 95) от величины передаваемого крутя-
щего момента;
где 6 — толщина оболочки (см. рис. 91); b — ширина оболочки;
G — модуль сдвига резины.
Входящий в формулу (71) коэффициент Аа определяется как
«о
Ь — b da
г “ РП Р ’
О (у + cos “у
где г = — радиус кривизны срединной поверхности попереч-
, , . D — 8
ного сечения оболочки муфты; п— —%-------расстояние от осп
вращения муфты до центра кривизны поперечного сечения оболочки;
а0 — центральный угол в поперечном сечении оболочки, соответ-
ствующий дуге радиуса г и измеряемый от экватора оболочки до
сечения, неподвижно защемляемого во фланцах.
Строго говоря, величина этого угла зависит от степени затяжки
оболочки во фланцах и от величины передаваемого муфтой момента.
Однако с достаточной для практики степень точности угла а0 можно
принимать для нормализованной оболочки равным 80°, а для обо-
лочки (см. рис. 90, а) — 90°.
На рис. 96 приведены кривые, характеризующие численные
значения коэффициента Аа, в зависимости от угла а0 и параметра
5 Поляков В. С,
129
130
Размеры (в мм) в параметры муфт с разрезными оболочками
(рис. 94)
Таблица 31
Обозначение муфт dmin йптах й. D Di 1 йв С* L* ^болт 2 В ШТ. СО 3 £ 3 ntnax в об/мин
МТРК-100 18 22 32 100 50 42 34 15 90 Мб 6 3,15 3000
МТРК-125 22 28 42 125 60 52 45 20 114 М8 6 6,3 3000
МТРК-160 28 35 55 160 80 63 55 24 135 М8 8 12,5 2500
МТРК-200 35 45 70 200 100 85 75 30 180 М12 6 25,0 2000
МТРК-250 45 55 85 250 130 115 90 40 250 М12 8 50 2000
МТРК-320 55 70 105 320 162 115 ПО 48 255 М16 8 100 1600
МТРК-400 70 90 135 400 210 145 140 60 315 М16 10 200 1600
МТРК-450 ео 110 165 450 230 170 170 65 365 М20 10 400 1250
Рис. 94. Конструкция муфты с разрезной оболочкой
Рис, 95. Определение угла закручивания муфты с торообраз-
ной резиновой оболочкой
Крутильная жесткость муфты может быть определена по формуле
c"=tC4 ьг-
Крутильная жесткость муфты с резинокордной торообразной
оболочкой существенным образом зависит от физико-механических
свойств материала кордной ткани и от геометрических ее характе-
ристик (диаметр нитей, елейность, угол закроя, шаг нитей в ткани
Рис. 96. Зависимости коэффициента Аа от параметра а = —при различных зна-
чениях угла а
и т. п.). Для оценки крутильной жесткости муфт с такими оболоч-
ками можно воспользоваться зависимостью, приведенной в работе
[46].
Упругие шариковые муфты. Среди упругих муфт с неметалличе-
скими упругими звеньями некоторое распространение получили
муфты с резиновыми шариками.
Степень использования упругих свойств резины зависит как от
геометрической формы детали, так и от однородности напряжений
132
Рис. 98. Шариковая муфта
Рис. 99. Реверсивная шариковая муфта
Рис. 100. Обгонная шариковая муфта
Л-/?
Рис. 101. Компенсационно-упругая муфта БНГ
при нагружении. Наиболее выгодные формы упругих элементов —
это тела вращения: шар, эллипсоид и др.
Посредством резиновых шаров, как показывают опыты 182],
можно, не опасаясь их разрушения, передавать значительные
нагрузки.
На рис. 97 показана кривая нагрузка — деформация (сжатие)
резинового шара диаметром 40 мм, помещенного в эллипсоидное
гнездо. При нагрузке примерно в 250 кгс и выше наступает резкое
снижение приращения деформаций. Заметим, что способность шаро-
образного резинового элемента выдерживать значительные нагрузки
будет тем выше, чем ближе форма гнезда приближается к форме
деформированного в нем шара.
Рис. 102. Схема перекоса валов в муфте БНГ
На рис. 98 показана муфта, состоящая из двух полумуфт и серии
шаров, заложенных между ними. Шары помещаются в специальные
углубления, имеющиеся в обеих полумуфтах. Число шаров 12—18,
диаметр их до 90 мм.
Муфта допускает осевое, угловое и радиальное смещения валов.
С увеличением зазора с уменьшается нагрузочная способность
шаров, но увеличивается способность муфты компенсировать осевые
смещения валов.
На рчс. 99 изображена другая конструкция упругой шариковой
муфты, устройство которой ясно из приведенного чертежа.
Муфта реверсивная, поэтому в работе участвует одновременно
лишь половина общего количества шаров.
На рис. 100 показана своеобразная конструкция упругой обгон-
ной муфты. При вращении полумуфты 2 по часовой стрелке резино-
вые шары заклиниваются между обоймой 1 и полумуфтой 2, тем
самым включая муфту. Обе полумуфты снабжены желобами; причем
желоб на полумуфте 1 — один и имеет кольцевую форму, в полу-
муфте 2 число желобов соответствует числу шаров 3.
135
Компенсационно-упругая муфта БНГ [21]. На рис. 101 пред-
ставлена конструкция этой муфты, предложенная инж. Б. Н. Габ-
ричевским (ЦНИИТмаш). Муфта состоит из втулок 1 и 5, корпуса 2,
состоящего из двух частей, соединенных болтами 3, шпонок 4,
Рис. 103. Муфта с резиновыми шпонками,
работающими на сжатие
лельное смещение валов а будет
имеющих цилиндрическую
или бочкообразную форму и
помещенных в гнезда втулок
и корпуса.
Гнезда представляют со-
бой отверстия цилиндричес-
кой формы, одна половина
которых выполнена в корпусе,
а вторая — во втулках. Гнезда
под шпонки обрабатываются
по 2-му классу точности
с допуском по системе отвер-
стия.
Упругость муфты зависит
от материала, из которого
изготовлены шпонки. Мате-
риалами для шпонок могут
быть: сталь, резина, пласт-
масса, твердые породы де-
рева, пружины в виде разре-
занных трубок — пустотелых
или заполненных пластичным
материалом—и др. Шпонки
из твердых материалов тре-
буют смазки.
Другим конструктивным
вариантом муфты БНГ явля-
ется муфта, корпус которой
выполняется без разъема и
представляет собой полый
цилиндр.
Муфта БНГ обладает высо-
кой нагрузочной способ-
ностью, и по мнению автора
этих муфт, может заменить
зубчатые муфты.
По данным Б. Н. Габричевского, компенсационные способности
муфт для диаметров валов d = 40 -г- 340 мм: радиальное смещение
от 1 до 6 мм; угловое смещение до 1°.
Если известен угол перекоса а (рис. 102), то возможное парал-
a — L tga,
где
L = A + b,
136
следовательно, смещение валов зависит от расстояния L и от зазора
между гнездами и шпонками. Простота изготовления, монтажа и
демонтажа, сравнительно малые габариты, малая масса и стоимость
являются положительными качествами этих муфт.
Обычно окружной шаг принимают равным t = 1,5с?,,,; если же
шпонки изготовлены из слоистых материалов, имеющих небольшое
сопротивление скалыванию, то окружной шаг следует увеличить
до t = 2,3с?ш.
Расчетные формулы для муфты БНГ приведены в табл. 32.
Таблица 32
Расчетные формулы для муфты БНГ (см. рис. 101)
Параметры
При Z = 1,5<Z
При Z = 2,33
г ш
Число зубьев (шпонок)
Диаметр шпонки
Длина шпонки
Ширина диска
Наружный диаметр диска
втулки (расчет по напряжению
смятия поверхностен шпонок)
То же (расчет по напряже-
нию среза шпонок)
Напряжение кручения в теле
кожуха (для проверочного
расчета)
г=2,1 -
z= 1,365 -
= 0,0750 -ь-0,087.0
l = 0,785dUJ + 6
WKp
0j05OZ7
/гЛД„
0=1/ --------—
1 0,0682Дсм
-.У
0,177Дс
3,14(D?—
Примечание. Выбранные размеры dm и I подлежат проверке на срез,
а размер b — на изгиб зуба втулки.
Проведенные нами исследования ряда конструкций упругих
муфт показали, что по упругим свойствам муфта БНГ является
одной из лучших. Нами была также испытана муфта типа БНГ
с резиновыми шпонками, работающими не на сдвиг, а на сжатие
(рис. 103).
Для определения влияния размеров шпонок были изготовлены
четыре варианта муфт с диаметрами шпонок 12, 15, 20 и 25 мм.
Во всех вариантах сохранились габариты муфты, а также размеры
поверхностей смятия и среза шпонок (zdltI = const).
Глава III
СЦЕПНЫЕ МУФТЫ
Сцепные муфты служат для соединения или разъединения валов
(на ходу или во время остановки) с помощью специальных управля-
ющих устройств. Муфты этого вида широко используются там, где
требуются частые пуски и остановки, изменение режимов работы,
реверсирования, например в тепловозах, автомобилях, прокатных
станах, прессах, станках и т. п.
А. КУЛАЧКОВЫЕ МУФТЫ
Различают муфты с кулачками на торцевых поверхностях
(рис. 104, а), зубчатые (рис. 104, б) и шпоночные с вытяжной
(рис. 104, в) или поворотной (рис. 104, г) шпонкой. Кулачковые
муфты требуют строгой соосности соединяемых валов, которая в
рассматриваемой кон-
струкции обеспечивается
центрирующим коль-
цом. Размеры муфт даны
в табл. 33.
Кулачковые муфты
создают жесткое соеди-
нение валов, и если
включение их произво-
дится на ходу, то повы-
шение угловой скорости
ведомого вала до ско-
рости ведущего осущест-
Таблица 33
Размеры кулачковых муфт с прямоугольной
формой кулачков (рис. 104, а) в мм
d D L а Ь С h G в кг
35—40 100 200 70 95 5 30 8
55—60 150 275 90 139 6 40 20
80 200 350 НО 182 8 50 45
100 250 435 140 225 10 60 89
125 300 500 160 260 10 70 142
вляется за очень корот-
кий промежуток времени. Включение кулачковых муфт возможно
лишь при определенных угловых положениях одного вала относи-
тельно другого.
Подвижную полумуфту рекомендуется располагать на ведомом
валу, что уменьшает износ деталей механизма управления муфтой.
Преимуществами кулачковых муфт по сравнению с фрикционными
являются малые габариты и отсутствие относительного поворота
соединяемых валов. Основной недостаток кулачковых муфт —
невозможность их включения на ходу при большой разности угловых
скоростей ведущего и ведомого вала.
138
Рис. 104. Разновидности кулачковых муфт
Число кулачков колеблется в весьма широких пределах — от
3 до 60 и более; оно выбирается в зависимости от передаваемого
крутящего момента (при данном диаметре муфты число кулачков
тем меньше, чем больше крутящий момент) и от желаемого времени
включения муфты. Следует иметь в виду, что в передаче крутящего
момента участвуют не все кулачки в равной мере. Это вызывается
погрешностями изготовления и сборки.
Рис. 105. Формы зубьев кулачковых муфт
Если обозначить z — число кулачков, п — частоту вращения
в об/мин, t0 — время включения муфты в секунду, то
, _60 1
Гл — * ,
и п г ’
откуда
60
Z = ~r.
nt0
Наиболее распространенные формы кулачков приведены на
рис. 105.
Треугольный профиль (рис. 105, а) применяется для передачи
малых крутящих моментов и при малой разности скоростей соединя-
емых валов. Передача больших крутящих моментов потребовала
бы создания больших осевых сил (профильный угол здесь составляет
30—45°), а при больших относительных скоростях соединяемых
валов происходит быстрое обмятие вершин зубьев. Основное досто-
инство треугольного профиля — легкость и быстрота включения,
связанная с большим числом кулачков (до 60).
Трапецеидальный профиль (рис. 105, б) обычно применяется
при сравнительно больших крутящих моментах и больших относи-
тельных скоростях вращения соединяемых валов. Число кулачков
г = 5 4- 11; угол профиля а = 3 10°.
Прямоугольный профиль (рис. 105, в) применяется в тяжело
нагруженных машинах, а также при ручном включении. Этот
профиль не требует постоянной осевой силы прижатия и имеет
правильный контакт зубьев по плоскости при неполном их вклю-
140
чении. К недостаткам прямоугольного профиля следует отнести
наличие зазоров в соединении, ухудшающих условия работы при
реверсивной нагрузке, а также трудность включения.
Несимметричные треугольные и трапецеидальные профили
(рис. 105, г и д) применяются только для соединения валов с посто-
янным направлением вращения. Основное их достоинство — облег-
ченное включение.
Нередко для облегчения включения муфт с трапецеидальным
и прямоугольным профилем кулачков применяют подрезание кулач-
ков (рис. 105, е).
Прямоугольный кулачок (рис. 105, ж) изготовляют постоянной
высоты; кулачок с треугольным профилем должен обязательно
иметь уменьшающуюся к центру высоту (рис. 105, з), так как шаг
пропорционален радиусу, а профили во всех сечениях подобны.
Кулачки с трапецеидальным профилем изготовляют либо по-
стоянной высоты, либо с высотой, уменьшающейся к центру. В пос-
леднем случае удается обрабатывать обе рабочие грани впадины
за один проход инструмента. Полумуфты при этом изготовляют
с плоскими торцами (рис. 105, и), что уменьшает износ торцов при
включении, поскольку кулачки входят в зацепление одновременно
по всей ширине, а не углами. Однако в рабочем состоянии контакт
кулачков наблюдается не по всей их высоте (за исключением внут-
реннего диаметра).
Материалом кулачковых муфт в мало ответственных приводах
при включении в состоянии покоя может служить чугун марки
СЧ 21—40; в остальных случаях — стали Ст. 5, 15, 20Х и высоколе-
гированные стали. Стальные кулачки обычно цементируются и
закаливаются до твердости HRC 56—62.
Для нормальной работы кулачков должно быть обеспечено надеж-
ное направление подвижной полумуфты на валу. Это достигается
достаточно длинной втулкой полумуфты и скользящей или ходовой
ее посадкой на вал. Перемещение подвижной полумуфты должно
осуществляться по шлицам или, по крайней мере, по двум направ-
ляющим диаметрально расположенным шпонкам. Длина втулки
обычно берется (1,5 ч- 2) d, где d — диаметр вала.
Работоспособность кулачков определяется напряжениями смя-
тия на контактных поверхностях и изгибающими напряжениями.
В предположении, что в передаче нагрузки участвуют равно-
мерно все кулачки и что давление равномерно распределяется по
поверхности каждого кулачка (подробно см. [57]), можно написать
следующие приближенные расчетные зависимости:
244расч

141
где F — площадь проекции опорной поверхности кулачка на диа-
метральную плоскость в см2; h — высота кулачка в см; W — момент
сопротивления основания кулачка в см2; 7Ирасч — расчетный кру-
тящий момент в кгс -см; dcp — средний диаметр муфты (по кулачкам).
Рекомендуются следующие допускаемые значения [о]сы для
стальных термически обработанных (цементация и закалка) кулач-
ков 1671: для муфт при включении в состоянии покоя |о]см =
= 900 1200 кгс/см2; при включении на тихом ходу 1о]см = 500 -т-
-ь 700 кгс/см2; при включении на быстром ходу [о]см = 350 -ь
ч- 450 кгс/см2.
Допускаемые напряжения на изгиб выбираются в зависимости
от материала муфты.
Расчетный крутящий момент обычно берется равным
Л1расч — 1 >3/Икр,
где /Икр — максимальный крутящий момент, передаваемый муфтой
при установившемся движении.
В ответственных случаях производится уточненный расчет по
динамическому моменту (671.
Сила включения муфты определяется из следующей зависимости:

где f — коэффициент трения по валу; d — диаметр вала в см; а —
угол наклона рабочей грани кулачка (рис. 105); р — угол трения
на контактных поверхностях кулачков (tg р = /).
Самовыключение муфты возможно при
если принять f = f.
Сила включения муфты равна
244расч
^Ср
[r^ + tg^ + p)].
Обычно принимают f = f = 0,15 -j- 0,20.
Б. ФРИКЦИОННЫЕ МУФТЫ
1. Общие сведения
Фрикционные муфты нашли широкое применение в приводах раз-
личных машин в качестве сцепных муфт.
Фрикционные муфты осуществляют передачу крутящего момента
от ведущего вала к ведомому при помощи сил трения, создаваемых
на контактных поверхностях сцепляющихся частей муфты.
142
Рис. 106. Конусные муфты
Рис. 107. Дисковые муфты
Рис. 108. Колодоч-
ная муфта
Рис. 109. Муфта с разжимным
кольцом
В нерабочем состоянии муфты контактные поверхности не нахо-
дятся в сцеплении. Включение муфты производится прижатием
друг к другу указанных поверхностей, а выключение — их разъеди-
нением. В период включения происходит взаимное скольжение
контактных поверхностей, которое прекращается после уравнива-
ния угловых скоростей ведомой и ведущей частей. Некоторое про-
скальзывание возможно во время работы муфты при внезапном
возрастании крутящего момента.
Изменением силы сжатия трущихся поверхностей можно легко
регулировать силу трения. Поэтому фрикционные муфты обеспе-
чивают плавное сцепление (пуск машины) при любой разности угло-
вых скоростей ведущего и ведомого валов.
Плавное включение муфт позволяет избежать больших динами-
ческих нагрузок и шума при пуске. Применение этих муфт в транс-
портных машинах предохраняет человека от инерционных пере-
грузок. Наконец, фрикционные муфты дают возможность регули-
ровать время разгона ведомых частей и наибольший крутящий
момент, передаваемый муфтой. Это позволяет использовать муфту
в качестве предохранительного звена. Фрикционные муфты не-
пригодны в тех случаях, когда требуется строгое совпадение угло-
вых скоростей соединяемых валов, так как при проскальзывании
муфты это условие нарушается.
По направлению перемещений сцепляющихся элементов муфты
делятся на осевые (конусные, рис. 106 и дисковые, рис. 107) и ради-
альные (колодочные, рис. 108; ленточные и с разжимным кольцом,
рис. 109).
В конструкции по рис. 109 муфта включения 1 через рычаги
2 и 6 разжимает разрезное кольцо 4, благодаря чему соз-
дается необходимый момент трения между ведущей 3 и ведомой 5
полумуфтами.
Дисковые муфты имеют наибольшее применение по сравнению
с другими типами фрикционных муфт. Это объясняется тем, что они
обеспечивают передачу больших крутящих моментов при относи-
тельно небольших габаритах и силах, требуемых для прижатия
поверхностей сцепления. Это достигается использованием в диско-
вых муфтах нескольких пар поверхностей трения.
Преимущество конусных муфт — простота конструкции и мень-
шее осевое усилие по сравнению с однодисковой.
Муфты радиального действия имеют значительно меньшее рас-
пространение из-за сравнительно большой сложности и больших га-
баритов.
Следует отметить, что некоторые типы колодочных муфт не так
чувствительны к перекосам соединяемых валов, как, например,
конусные, которые требуют тщательной выверки соосности валов.
В зависимости от отсутствия или наличия смазки на поверхно-
стях трения различают сухие и масляные муфты. Сухие фрикцион-
ные муфты должны быть защищены от попадания смазки, а масля-
ные—должны обеспечиваться обильной смазкой. В последних фрик-
144
ционные поверхности работают в масляной ванне, что обеспечивает
постоянство коэффициента трения и, следовательно, постоянную
величину передаваемого крутящего момента.
2. Процессы сцепления и расцепления
Фрикционные муфты могут быть нормально разомкнутыми и
нормально замкнутыми. Последние применяются значительно реже,
чем первые, когда требуются лишь кратковременные включения
(например, в автомобилях, тракторах и др.). В этом случае рабочие
поверхности муфты нормально сжаты и принудительно размыка-
ются лишь при включении.
Рассмотрим процесс включения фрикционной муфты первого
вида. Первоначально ведущий вал вращается, ведомый же непод-
вижен. Включение муфты производится прижатием контактных
поверхностей друг к другу. При этом сила и момент трения между
сцепляющимися деталями муфты возрастает от нуля до некоторого
максимума, определяемого наибольшим передаваемым крутящим
моментом. Когда момент трения станет больше момента сил сопро-
тивления, приложенного к ведомому валу, последний начнет вра-
щаться с некоторым ускорением до тех пор, пока скорости обеих
частей привода не сравняются. После этого оба вала продолжают
вращаться с одинаковой угловой скоростью.
До установления общей скорости имеет место взаимное
скольжение контактных поверхностей. При этом работа тре-
ния преобразуется в тепло и происходит нагрев рабочих эле-
ментов муфты.
В процессе сцепления следует различать время сцепления и
включения. Время включения муфты — это время нарастания
силы сжатия (соответственно, момента трения) сцепляемых частей
от нуля до максимума. Время сцепления — время, отсчитываемое
от начала включения, за которое угловая скорость ведомого вала
достигает скорости ведущего вала. В зависимости от конструкции
муфты, величины передаваемого ею крутящего момента и момента
инерции приводимых масс отношение времени включения к вре-
мени сцепления может изменяться от величины, близкой к нулю,
до единицы или даже больших.
С достаточной для практики точностью принимают, что усилия
сжатия контактных поверхностей и момент трения в муфте пропор-
циональны времени, отсчитываемому от начала включения. Это
равносильно предположению о постоянстве коэффициента трения
на трущихся поверхностях и постоянстве скорости включения
муфты. При этом допущении зависимость между моментом сил
трения и временем изобразится графиком ОВС (рис. НО). На ри-
сунке обозначены:
Afmax — наибольший момент трения в муфте в кгс -м;
Мс — момент сил сопротивления в кгс -м;
Мт — текущая величина момента трения в кгс -м;
145
t — текущая величина времени в с, отсчитываемая от начала
включения муфты;
— время полного включения муфты в с;
/с — время в с, при котором момент Мт достигает значения Л4С;
/сц — время сцепления муфты в с.
Как уже упоминалось, в зависимости от характеристики муфты и
конкретных условий /сц может быть больше или меньше, чем время
/вкл. В процессе включения и сцепления муфты следует различать
три периода (рис. 110).
Рис. ПО. Зависимость крутящего момента Л1Т от
времени в процессе включения муфты
В первом периоде: 0 < t /с; 0 < Мт Мс;
во втором периоде: tc < t <ДВК.„; Л4С<Л4Т < Мтах;
в третьем периоде: t > tVKJI ; Мл = Л1тах = const.
В течение первого периода вращается только ведущий вал;
ведомый вал неподвижен. Во втором периоде ведомый вал полу-
чает разгон. Если угловые скорости ведущего и ведомого валов
не сравняются в течение второго периода (/сц < /вкл), то разгон
ведомого вала продолжается и в третьем периоде (/<.„> /вкл).
Добавочно введем следующие обозначения:
J — момент инерции ведомых частей машины, приведенный в
муфте, в кгс • м • с2;
<од — угловая скорость ведущего вала (двигателя) в 1/с;
со — текущее значение угловой скорости ведомого вала в 1/с;
Ат — работа трения в кгс -м, т. е. работа, совершенная моментом
трения Мт за время /сц на пути скольжения и полностью
преобразованная в тепловую энергию;
146
k — коэффициент пропорциональности между временем и кру-
тящим моментом:
k=4^.
*вкл
Допустим также, что угловая скорость сод ведущего вала в про-
цессе сцепления остается постоянной. Это допущение приближенно
справедливо для приводов с асинхронными двигателями, а также
с другими двигателями, в которых обеспечена достаточная равно-
мерность вращения.
Кроме того, примем, что момент сил сопротивления Мс на ведо-
мом валу в процессе сцепления муфты также не изменяется Mc=const.
Тогда имеют силу следующие зависимости для определения работы
трения и времени сцепления:
+ + (1)
4, f К
ИЛИ
Ат == + /Итахсод/до6 - рД!вк^е)3 + (Мтах _ ^об +
+ /Д/пк.- Д)2*дОб]- J-^, (2)
где
_М± М, t .
1с — k — м «вкл,
‘ max
f ___ Ч)д k (^вкл /Д
ДОб“ 2(Л4тйх-Мс) •
Формула (1) относится к случаю, когда время ^сц меньше или
равно времени tBKJ1 (рис. 110); формула (2) соответствует случаю,
когда /сц 2> /ЕКЛ нахождение времени сцепления /сц позволяет опре-
делить, по какой из формул рассчитывать работу Ат.
Время сцепления находится по формуле
, __, -|/~ 27йд
сц “ k + V k
или по формуле
у ^ВКЛ / 1 I Й4С \ .
гсц — 2 ( 1 /И / "Г* М — М •
\ /F'max / rnax ,ис
(3)
(4)
Формула (3) относится к случаю, когда /ккл; а формула (4),
когда /сц > /вкл.
Для определения времени сцепления сначала рассчитывают
его по формуле (3). Если полученная величина меньше или равна
4кл, то ее и следует принять за истинное значение /сц, а величину
Дт можно находить по формуле (1). Если же полученная по формуле
(3) величина больше Дкл, то следует величину пересчитать по
формуле (4), а величину Л., считать по формуле (2).
147
Из формул (1) и (3) видно, что работа трения и время сцепления
зависят от величины момента инерции J приводимых частей, момента
сил сопротивления Л4С, скорости <од ведущего вала, коэффициента k
(или времени включения ZBKJI). Для уменьшения величины Дт и
времени tm целесообразно по возможности уменьшать /вкл, а вклю-
чение фрикционной муфты производить при уменьшенных нагрузке
Мс и скорости Год. Вместе с тем чрезмерное уменьшение может
повлечь за собой уменьшение плавности включения и возрастание
нагрузки на валы. Благоприятные условия включения муфты
обеспечиваются при соблюдении следующего условия:
, 2^с')Д7'4тах /гч
Б,;л ^ (А1тах-лд)2 •
При этом полное сцепление муфты происходит во втором периоде
(^сц < Акл), благодаря чему момент трения М, в конце сцепления и,
следовательно, нагрузка на валы меньше, чем Л4гаах- Необходимо
отметить, что осуществление требования (5) не всегда возможно и
по ряду причин приходится отступать в ту пли другую сторону от
расчетного значения /вкл.
В частности, значение Акл, полученное по формуле (5), может
оказаться неприемлемым вследствие того, что обусловленные им
работа трения А, и количество образующегося тепла будут слишком
велики.
Если время включения муфты, определяемое по формуле (4),
мало по сравнению с временем сцепления tm, то работа трения
может быть выражена следующей формулой 1451:
и /(Од ^tnax
2" Л1гаах-Л4с •
При использовании фрикционной муфты для привода тяжелых
машин с большими разгоняемыми массами (т. е. с большим момен-
том инерции J) возможно появление в приводе в процессе сцепления
муфты больших динамических крутящих моментов, связанных с кру-
тильными колебаниями системы. В этом случае для предохранения
машины от значительных перегрузок желательно соблюдение усло-
вия [45]
Акл
т
=s2-:-3,
где Т — период собственных колебаний системы.
В некоторых случаях сделанные нами выше допущения лишь
приближенно описывают условия реального процесса сцепления.
Поэтому были предприняты попытки вывода более точных формул.
В частности, А. А. Филимонов [60] предложил формулы, основанные
на следующих допущениях:
1) момент трения, передаваемый муфтой, в процессе включения
изменяется пропорционально времени, т. е. Мт = kt;
148
2) момент сил сопротивления на ведомом валу Mz — const;
3) крутящий момент ведущей системы в процессе сцепления
нарастает пропорционально времени /Ид = ct.
Сравнение этих допущений со сделанными выше показывает,
что первые два из них аналогичны прежним, а третье введено вместо
допущения о постоянстве скорости сод ведущего вала. Из этого
следует, что при t = О, Л4Д = 0. Здесь предполагается, что в про-
цессе сцепления муфты угловая скорость ведущего вала (соответ-
ственно двигателя) уменьшается до тех пор, пока скорости обоих
валов не сравняются. Предложенная формула имеет вид:
л z । \ । 2 .. Г 2<в? . kal
Лт-гс (®л+®1)+-з м<1/ — k-c + ~г~
v .J2 + Jt J2 + 7,
где Jt и J2 — приведенные моменты инерции ведущих и ведомых
частей; юд — угловая скорость ведущего вала перед включением
муфты;
Л1с ч
®1 = Юд—(7)
Остальные обозначения — прежние.
Величины k и с по выражениям (6) и (7) определяются по задан-
ной величине времени включения и пределам изменения скорости
ведущего вала в процессе включения муфты
Окл
И
» _ 0 I а)д ' (01 к
* т>1_- и
где со1к — угловая скорость ведущего вала в конце включения.
По данным [601, сопоставление с экспериментальными данными
показывает, что погрешности расчета по формуле (6) не превышают
10—12% от истинных значений.
Выключение муфты производится отводом в исходное положение
нажимного механизма, вследствие чего давление на контактных
поверхностях сцепляющихся деталей муфты и момент трения 7ИТ
падают до нуля. Если принять линейную зависимость между момен-
том 7ИЛ и временем, отсчитываемым от начала выключения, а момент
сил сопротивления 7ИС и угловую скорость ведущего вала в про-
цессе расцепления считать постоянными, то указанные величины
будут:
AiT = A4max — kt,
где
Л4
k= —-----; <вд = const; Mz = const.
*выкл
149
Зависимость между моментом трения муфты и временем показана
прямолинейным графиком ЛВС (рис. 111). На рисунке обозначены:
С — время в с, при котором момент Л1Т достигает значения Мс:
Л4 — м„
i Шал С j. ,
' — ~лд ^ВЫКЛ>
/выкл — время полного выключения муфты в с, т. е. время за кото-
рое момент Му изменяется от Мтах ДО нуля;
t =t — t —......—с— t
^ВЫКЛ LC пл ('ВЬ1КЛ>
‘ max
С — время торможения ведомого вала в с, т. е. время, отсчиты-
ваемое от начала выключения муфты, при котором угловая ско-
рость ведомого вала становится равной нулю.
Рис. 111. Зависимость крутящего момента Л'1Т от вре-
мени в процессе выключения муфты
В процессе выключения муфты и торможения ведомого вала
следует различать три периода (рис. 111).
В первом периоде М, > Мс и оба вала вращаются с одинаковой
УГЛОВОЙ СКОрОСТЬЮ СОд.
Во втором периоде М, < Mz и скорость ведомого вала начи-
нает отставать от скорости ведущего. При этом происходит взаимное
проскальзывание сцепляющихся элементов муфты, работа трения
преобразуется в тепло и происходит нагрев муфты. В зависимости
от величины момента инерции J ведомой части, момента сопротив-
150
ления Mz и начальной общей скорости <вд полное торможение (оста-
новка) ведомого вала возможно как во втором, так и в третьем
периоде. В конце второго периода давление на рабочие элементы
и момент трения М, равны нулю.
Третий период — время после полного выключения муфты.
При сделанных допущениях имеют место следующие зависи-
мости:
1) если время торможения меньше выключения муфты, то работа
торможения равна
Лт1 = сод(^ (9)
2) если время торможения равно времени выключения муфты,
то
Т 24JAffnax ' V
В третьем периоде, независимо от того продолжает ли ведомый
вал вращаться или остановился, работа трения равна нулю, так
как момент трения М, равен нулю. Таким образом, работа, выра-
жаемая формулой (10), является наибольшей возможной работой
трения при выключении муфты.
Сравнивая выражения (9) и (1) и учитывая, что скорость выклю-
чения муфты во всяком случае не меньше, чем скорость включения
(т. е. k должно быть больше в первом случае), находим, что работа
трения при выключении меньше, чем при включении. Поэтому,
кроме случаев частных включений, можно ограничиваться опреде-
лением работы трения лишь по формулам (1) п (2).
Время торможения муфты определяется по одной из формул:
/ _/ I _ Almax Мс , . j А2/юд ....
| k - Mmax ^ыкл + V ~1Г Ц
или
= (12)
Если время, рассчитанное по формуле (11), окажется меньше,
чем /выкл или равно ему, то его и следует принять за действитель-
ную величину а работу трения Л ..рассчитать по формулам (9) или
(10). Если же полученное время окажется больше, чем /ВЫКл> то
следует пересчитать его по формуле (12), а работу Лт рассчитать
по формуле (10).
Знание величины работы трения Аг необходимо при определе-
нии количества выделяющейся теплоты и температуры нагрева
сцепляющихся деталей фрикционных муфт, о чем более подробно
рассмотрено ниже. Время сцепления и расцепления муфты необ-
ходимо знать при расчете длительности цикла работы машины, вре-
мени разгона двигателя и т. и.
151
3. Выбор фрикционных материалов
К материалам для трущихся деталей фрикционных муфт предъяв-
ляются следующие требования:
1) высокий и по возможности стабильный коэффициент трения;
2) высокая износостойкость, включая сопротивляемость заеда-
нию;
3) способность длительно выдерживать повышенные темпера-
туры, которые могут возникнуть в муфтах в периоды включения и
выключения;
4) нечувствительность к химическому воздействию смазочных
масел;
5) высокая теплопроводность, обеспечивающая хороший отвод
тепла от трущихся поверхностей;
6) достаточная прочность и способность хорошо прирабаты-
ваться.
К этому следует еще добавить такие требования как хорошая
обрабатываемость, малая стоимость и не дефицитность.
Выполнить все перечисленные требования в полной мере на
практике весьма трудно. Поэтому в зависимости от конкретных усло-
вий работы муфты для фрикционных элементов выбирают мате-
риал с оптимальным сочетанием основных наиболее важных для
данного случая свойств.
В сухих муфтах используются пары сталь пли чугун по фрик-
ционному материалу (обкладкам) на асбестовой основе: ферродо
(тканая лента), прессованные и вальцованные обкладки; последние
находят все большее применение, особенно в паре с чугуном. Для
сухих муфт применяют также пластические массы с наполнителями
из асбестовых волокон и металлической стружки, которые придают
материалу хорошие фрикционные свойства и теплопроводность.
Для тяжелых условий работы (особенно в тормозных узлах)
разработан теплостойкий фрикционный материал ретинакс, исполь-
зуемый при температурах на поверхности трения 300—1000° С.
По данным Л. И. Малых [29], в конусных предохранительных
муфтах при удельном давлении 5—6 кгс/см2 и скорости буксования
3—6 м/с хорошо зарекомендовала себя антифрикционная железо-
углеродистая керамика, пропитанная смазкой.
Для масляных муфт часто используют в качестве фрикционных
пар закаленную сталь по закаленной стали, бронзу по стали или
по чугуну и текстолит по стали (для малонагревающпхся муфт).
Закаленная сталь по закаленной стали обеспечивает большую
компактность дисковых муфт, так как диски в этом случае можно
изготовить достаточно тонкими. При этом необходимо тщательное
шлифование дисков для муфт, работающих при больших скоростях.
Только для неответственных муфт допускается применение нешли-
фованных дисков.
Чугун обладает относительно хорошими фрикционными свой-
ствами и малой склонностью к заеданию, но требует хорошей смазки.
152
В муфтах, передающих малые нагрузки, применяются чугунные
диски без смазки твердостью НВ > 210.
Текстолит используется в дисковых масляных муфтах в паре со
сталью. Он обладает удовлетворительными фрикционными свой-
ствами. Недостатком его является низкая теплостойкость. При
нагреве выше 120—150° С наблюдается выгорание пропитки тексто-
лита и порча его поверхности, что усиливает трение и нагрев муфты.
Поэтому целесообразно применять текстолит в малонагревающихся
муфтах.
Дерево (в паре со сталью и чугуном) используется редко, так
как при больших скоростях скольжения и высокой температуре оно
обугливается и его коэффициент трения падает. Кроме того, вслед-
Рпс. 112. Вальцованная лента
ствие неравномерной плотности дерево неравномерно изнашивается.
Для повышения теплостойкости деревянные колодки муфт пропи-
тываются различными специальными составами. В качестве трущихся
поверхностей целесообразно использовать торцы дерева. Во избежа-
ние засаливания дисков, загорания и обугливания колодок не
следует применять дерево смолистых пород.
Фрикционные материалы на асбестовой основе используются
для сухих муфт. Применяют обкладки из асбестопроволочной
ткани, пропитанные бакелитом, асфальтом или резиной и спрессо-
ванные при высокой температуре, и обкладки нетканые, изготовлен-
ные прессованием коротких асбестовых волокон и мелких металли-
ческих стружек, обрывков тонкой латунной проволоки и т. п.
Ленточные асбестовые обкладки изготовляются по ГОСТ 1198—69.
Фрикционные обкладки присоединяются к металлу при помощи
приклеивания или приклепывания. Приклейка допускает износ
на большую толщину и увеличивает рабочую площадь; долговеч-
ность удваивается.
153
А. Ф. Базанов и А. А. Буланов [6] рекомендуют применять
вальцованную ленту в виде сегментов, а не в виде сплошной полосы
(рис. 112), что уменьшает взнос в 1,5—2 раза. Это объясняется
лучшими условиями удаления продуктов износа и теплоотвода.
Фрикционный материал ретинакс обладает устойчивым коэффи-
циентом трения (около 0,3). Связующим элементом является моди-
фицированная канифолью смола, наполнителем —барит, асбест.
Изготовляется ретинакс двух модификаций: ретинакс ФК-24А и
ФК-16Л. В последний дополнительно вводится латунь в виде
проволоки, что повышает его прочность н износостойкость. При
нагреве ретпнакса образуется работоспособный поверхностный
слой, который по мере износа непре-
рывно восстанавливается, что обеспечи-
вает высокую износостойкость мате-
риала.
Для повышения износостойкости,
особенно при высоких температурах,
применяют металлокерамические фрик-
ционные обкладки, изготовляемые мето-
дом спекания. Фрикционные металло-
керамические материалы состоят из
следующих компонентов: медь или
Рис. 113. Зависимость коэф-
фициента трения от величи-
ны удельного давления
железо, составляющие основу и улуч-
шающие отвод тепла; графит, свинец,
являющиеся смазкой, повышающие
прирабатываемость и препятствующие
заеданию; асбест, кварцевый песок и др., повышающие тре-
ние; металлокерамический слой соединяется со стальной осно-
вой (диск, лента) путем спекания под давлением. При этом
толщина диска или ленты может быть уменьшена на 30—40% по
сравнению с приклепываемой обкладкой. Металлокерамические
материалы обладают более высокими износостойкостью, теплоотво-
дом и стабильностью своих свойств при нагреве, чем фрикционные
материалы на асбестовой основе.
Численное значение коэффициента трения для пары фрикцион-
ных материалов не является постоянным, а может колебаться в за-
висимости от скорости скольжения, температуры поверхности
контакта, температуры масла. На рис. 113 представлены зависимо-
сти коэффициента трения от величины контактного давления и
относительной скорости скольжения (в масле) для металлокерами-
ческого материала типа МК-5 [13]. Из рисунка видно, что коэффи-
циент трения снижается с увеличением давления и относительной
скорости скольжения.
Из-за невозможности точного учета влияния различных факторов
на коэффициент трения приходится вводить в расчет заниженные зна-
чения, что приводит к увеличению габаритных размеров муфт.
В табл. 34 приведены средние значения коэффициентов трения
для различных фрикционных материалов [3].
154
Таблица 34
Коэффициент трения фрикционных пар
Фрикционная пара Условия смазки
без смазки со смазкой маслом с попаданием масла
Сталь по стали 0,18 и больше 0,05—0,08 о,1
Сталь по чугуну 0,15—0,18 0,1 0,12
Сталь по бронзе 0,18 0,08 0,11
Бронза по чугуну или по бронзе 0,17 0,12 0,15
Чугун по чугуну — — 0,15
Сталь или чугун по асбестовой обкладке 0,25—0,45 0,08 —
Порошковые металлические обшивки 0,35—0,55 — —
по стали
Кожа по чугуну — 0,12 0,28
Пластмасса по стали — 0,09—0,1 —
Сталь по фибре 0,2 0,12 0,17
Сталь по текстолиту — 0,1 0,12
4. Основные типы муфт и их расчет
Если наибольший момент трения Л4тах. развиваемый муфтой,
меньше момента сил сопротивления Л4С ведомой части, то муфта
будет буксовать. Поэтому необходимым условием работоспособ-
ности муфты является следующее неравенство:
Л4 max Л4С.
Однако соблюдение только этого условия еще недостаточно для
нормальной работы муфты.
Если разность Мтах — Мс мала, то муфта будет иметь слишком
большой период включения, а следовательно, и большие потери
энергии на трение (нагрев).
С другой стороны, разность Мтах — Мс не может принимать
чрезмерно больших значений, поскольку увеличение Л4гаах связано
с увеличением размеров муфты и с ростом динамических нагрузок
при ее пуске и остановке.
Необходимость определенного превышения Л4гаах над моментом
Мс сил сопротивления определяется еще и тем, что для большин-
ства агрегатов Л'1С задается как средний крутящий момент, а дей-
ствительные значения момента сил сопротивления в отдельные
моменты времени могут намного превосходить Л4С. Это превышение
Afmax над различно для разных типов машин.
155
Таблица 35
Коэффициенты запаса сцепления |i
Наименование машин ₽
Металлорежущие стан- ки 1,3—1,5
Автомобили 1,2-1,5 (до 2)
Сельскохозяйственные тракторы 2,0—3,5
Транспортные трак- торы 1,5—2,0
Поршневые насосы (многоцилиндровые), вен- тиляторы (средние), прес- сы 1,3
Компрессоры, большие вентиляторы, поршне- вые насосы (одноцилинд- ровые), деревообделоч- ные станки Механизмы подъемно- транспортных машин: 1,7
муфты, включаемые без нагрузки 1,25—1,35
муфты, включае- мые под макси- мальной нагруз- кой 1,35—1,50
При выборе расчетной вели-
чины Л4тах необходимо также
считаться с нагреванием муфты.
Как известно, количество
тепла, выделяемого в муфте в
единицу времени (1 ч), при
прочих равных условиях про-
порционально частоте включе-
ния муфты (т. е. числу ее вклю-
чений в 1 ч). Поэтому часто
включаемые муфты должны
иметь относительно больший
предельный момент Л1тах, что
уменьшает время разгона, а зна-
чит, и потери на нагревание
муфты.
Аналогично влияние на наг-
рев муфты и средней скорости
скольжения
лОсрп
иср—• м/с,
где Dcp — средний диаметр
муфты в м; п — частота вра-
щения в об/мин.
На основании приведенных
соображений, муфта должна
рассчитываться по крутящему
моменту
М -
/Иглах-----T-L
Таблица 36
Коэффициенты для определения
расчетного удельного давления
V СР. в м/с % Пср. В М/С
1 1,35 5 0,80
1,5 1,19 6 0,75
2 1,08 8 0,68
2,5 1,00 10 0,63
3 0,94 13 0,59
4 0,86 15 0,55
Здесь Р > 1 — коэффициент
запаса сцепления муфты, зави-
сящий от рода агрегата, в кото-
ром муфта установлена; значе-
ния Р для различных машин
приведены в табл. 35; km —
коэффициент, учитывающий
частоту включения муфты; при
числе переключений муфты
т (50 -г- 100) в 1 ч (50 — для
быстроходных муфт с большими
моментами инерции приводимых
масс, 100 — для малых момен-
тов инерции и малых частот
вращения) следует принимать
156
km = 1; kv—коэффициент, учитывающий скорость скольжения
(по табл. 36).
Если т > (50 4- 100) в 1 ч, то km = 1 — k'm, где k'm — берется
равным 0,01 на каждые дополнительные пять включении свыше
50-100 в 1 ч.
При расчете муфт ограничивают среднее удельное давление
между фрикционными поверхностями для уменьшения износа
трущихся элементов.
Величины допустимых средних удельных давлений для различ-
ных фрикционных пар в различных типах муфт приведены в табл. 37.
Таблица 37
Допускаемые удельные давления р в кгс/см2
Фрикционная пара Муфты
дисковые конусные и барабанные
Закаленная сталь по стали 4,0—6,0 —
Сталь по чугуну 2,5-3,0 4,0
» » бронзе 4,0—5,0 6,0
» » ферродо 2,0—2,5 3,0
» » текстолиту 5,0-6,0 —
» » фибре 3,5—4,0 —
» >, коже или пробке — 0,5—1,0
Чугун по чугуну без смазки 2,5—3,0 4,0
Чугун по чугуну или по закаленной 6—8,0 10
стали со смазкой
Чугун по бронзе — 4
» » дереву —. 3-6
Примечание. При применении тонких стальных дисков значение р реко-
мендуется снизить на 30%.
При скоростях, превышающих 2,5 м/с, данные, приведенные в таблице, должны
быть уменьшены: при v = 5 м/с — на 20%; при v ~ 10 м/с — на 35%; прн v = 15 м/с —
на 45%.
Конусные фрикционные муфты. Схема действия сил в конусной
муфте представлена на рис. 114. В конусных муфтах усилие вклю-
чения Q значительно меньше, чем в дисковых.
Действием силы Q между коническими поверхностями муфты
создается сила нормального давления N и сила трения fN, направ-
ленная по образующей конуса. Другая сила трения, по величине
также равная fN, имеет направление по касательной к конической
поверхности и может быть определена из условия fN = Р, где
Р — окружное усилие.
157
Рассматривая равновесие действующей системы сил, найдем
q____________________р f cos а sin а *
f
Определим момент, который может передавать муфта при сред-
нем удельном давлении р.
Рис. 114. Схема действия сил в конусной муфте
Площадь поверхности трения может быть приближенно пред-
ставлена в виде
F = лОср6,
где Ь — длина рабочей части образующей конуса; Dcp — средний
диаметр рабочей части конуса.
Допустимое нормальное давление будет
N = Fp = nDcpbp
и максимальный момент, передаваемый муфтой,
= (13)
Зависимость силы включения муфты от передаваемого ею момента
определится из
(14)
В зависимости от соотношений величины угла наклона образую-
щей конуса а и величины угла трения р = arc tg f муфты могут
быть подразделены на самотормозящиеся и несамотормозящиеся.
* Некоторые авторы полагают, что второй силы, направленной вдоль обра-
зующей, учитывать при расчете не следует, и определяют силу нажатия по
формуле
Q=P
158
Отличительная особенность самотормозящихся муфт состоит
в гом, что они не нуждаются в постоянном приложении извне силы
Q, сжимающей конусы. Эта сила прилагается только в момент
включения, а затем передача крутящего момента осуществляется
за счет нормальных усилий, возникающих вследствие упругой де-
формации конусов.
Условие самоторможения внутреннего конуса муфты выразится
в виде t^a f или tz< р.
Во избежание самоторможения, затрудняющего выключение
муфты, принимают и arctg /, например для металла по металлу
а^б < 7° (обычно берут 8—10° для свободного расцепления),
для дерева по металлу принимаются 20° и для кожи по металлу —
12°30'.
Расчет конической муфты производят в такой последователь-
ности:
1. Выбирают тип муфты (сухая или масляная) и материал
трущихся поверхностей.
2. Задаются средним диаметром £)ср или отношением ширины
рабочей поверхности к диаметру ф = -^—; обычно принимают
ф = (0,15 -г- 0,25).
3, Зная Оср определяют ширину Ь, используя формулы (13)
и (8)
b = Т-^М,С , ; (15)
р выбирается по табл. 37.
Если же задались величиной ф = у^-, то вначале определяют
г, ср
величину Оср по выражению
п V 2|37ИС
ср V nfp^kmkv
(16)
а затем уже ширину b = фПср.
При определении Оср по формуле (16) следует ориентировочно
задаваться значением средней окружной скорости t>cp и по ней найти
величину коэффициента kv пз табл. 36.
Определив Dcp, находят fcp = лОср м/с, которая не должна
намного отличаться от принятой ранее величины vcp. Если расхож-
дение велико, расчет повторяют, задавшись новым значением vcp.
4. Задаются углом а и определяют усилие фвкл включения муфты
по формуле (14).
Здесь изложена последовательность расчета для одноконусной
муфты.
При расчете двухконусной муфты в выражения (15) и (16) вместо
/Ис следует подставлять значение
159
Дисковые муфты. На рис. 115 представлена схема простейшей
двухдисковой муфты.
Определим момент, который она может передать при удельном
давлении р между дисками, считая давление равномерно распре-
деленным по трущейся поверх-
Рис. 115. Схаиа двухдисковой муфты где Q — усилие прижатия дисков
(усилие включения муфты) в кгс;
рабочая ширина дисков в см; £7ср = ——
средний диаметр рабочей части дисков в см.
Отношение диаметров рабочей части в дисковых муфтах обычно
находится в пределах:
^ = (0,5 -5-0,8);
это соответствует пределам отношения ширины к среднему диаметру:
Чаще всего применяется ф = у.
Передаваемый муфтой момент Л4тах определяется из известного
выражения для момента сил трения 7И1р, возникающих при сколь-
жении кольцевых поверхностей,
MTp = Mmax = ^(Z)f-Z)|).
Учитывая выражение (17), получим
= (18)
О U £ - 1-У 2
При указанных выше пределах отношения с достаточной
для практики точностью, можно представить выражение (18) в виде
Dcd
Подставив сюда значение Q из выражения (17) и учитывая число
пар трущихся поверхностей г для многодисковой муфты, получим
зависимость максимального момента, передаваемого муфтой, от ее
размеров и материала трущихся поверхностей в виде
Л1,пах = у zfPbD^ = Т zfP$D™- С19)
160
Для расчета дисковой муфты необходимы те же исходные дан-
ные, что и для муфт конусных: /Ис, п, число включений в час т,
а также D2, величина которого определяется конструктивными
соображениями и диаметрами валов.
Расчет ведется в следующем порядке.
1. Задаются величиной Dcp и определяют
Вер D2 f)
^ср ^ср
или, наоборот, задавшись величиной ф, определяютDcp из выражения
2. Выбирают материалы фрикционной пары.
3. Определяют среднюю окружную скорость
иср = siDCp go м/с
и по ней выбирают значение коэффициента kv из табл. 36.
4. Используя формулу (19), определяют число поверхностей
трения
21Ж
nfpifiD«pkmkekv
где kz — коэффициент, учитывающий влияние числа пластин в
муфте на передаваемый ею момент.
Полученное значение г округляется до целого числа.
Число пластин в полумуфтах определится из выражения
«1 = у+1; «г = 4»
где и п2 — количество пластин в ведомой и ведущей частях муфты.
Общее число пластин в муфте пх + п2 = «о не должно быть
больше 25—30; это ограничение вводится потому, что момент, пере-
даваемый муфтой, не растет прямо пропорционально числу пластин,
поскольку на его величину влияют силы трения в шпоночных высту-
пах (пазах) пластин, уменьшающие удельные давления между
пластинами.
Если число пластин по расчету получается больше 25—30,
муфту необходимо пересчитать, задавшись большим значением
Дср, чем было принято раньше. С увеличением числа дисков неко-
торая доля силы прижатия Q теряется на преодоление сил трения
в шлицах при передвижении дисков 138].
Для сухих муфт kz = 1, для масляных муфт с большой частотой
включения kz следует принимать по табл. 38.
При определении числа поверхностей трения г коэффициентом
kz следует задаваться ориентировочно, с последующей проверкой
его значения.
6 Поляков В. С,
161
5. Определяется наружный диаметр поверхности трения и ширина
ее по выражению
О1 = /)ср(1-Ьф).
6. Определяется усилие включения муфты Q по формуле (17).
Следует заметить, что в условиях нарушения соосности валов
дисковые фрикционные муфты работают неудовлетворительно:
в процессе работы диски прос-
Таблица 38 кальзывают и постоянство пере-
даточного отношения муфты
нарушается тем больше, чем
больше эксцентриситет осей вра-
щения дисков. Скольжение дис-
ков обусловливает затрату до-
полнительной энергии и приво-
дит к увеличенному износу
поверхностей трения и нежела-
тельному нагреву дисков.
В настоящее время дейст-
вуют нормали машиностроения
МН6556—65, МН5665—65 на
Коэффициенты kz для масляных
часто включаемых муфт
2 г
3 1 8 0,85
4 0,97 9 0,82
5 0,94 10 0,79
6 0,91 И 0,76
7 0,88
фрикционные многодисковые муфты. В этих нормалях даны конст-
рукции и таблицы с размерами различных типов муфт, а также
фрикционных дисков и щеткодержателей для электромагнитных
муфт.
На рис. 116 приведена конструкция фрикционной многодиско-
вой муфты по нормали МН5664—65 (рис. 116).
Муфты с разводными пружинными кольцами. Муфты этого типа
осуществляют передачу крутящего момента за счет сил трения,
возникающих между разрезным упругим кольцом 1 и барабаном 2
(рис. 117).
Наружный диаметр кольца меньше, чем внутренний диаметр
барабана D, поэтому сцепление наступает только при распоре
кольца. Предельный момент, передаваемый муфтой (считая кольцо
сплошным), можно вычислить из выражения
М max = у bD2pf КГС • СМ,
где b — ширина кольца в см.
Для расчета усилий Qi и Q2 рассмотрим схему на рис. 117, а и б.
Нормальное давление dN между поверхностями барабана 2 и
элемента упругого кольца (на схеме заштрихован) определяется как
dN = Q sin + (Q + dQ) sin .
Пренебрегая произведением JQsin^-и заменяя синус беско-
нечно малого угла его дугой, получим
dN = Q d(p.
162
О
&
Место маркировки
Место маркировки

Рис. 116. Фрикционная многодисковая муфта по нормали МН5664—65
Элементарная сила трения
dF — f dN = fQdtp — dQ,
отсюда получим дифференциальное уравнение
ч
решение которого дает зависимость
или в общем виде
Q2 = Qie/<₽
Q = Qie4
Рис. 117. Схема муфты с разводными пружинными кольцами
Найдем среднее нормальное давление между кольцом и бара-
баном;
N2 а а
j dN 2 j Q dtp 2Qi еЛ> dtp
p^Jh______= _o______ = __0______
p , D abD abD
ab2
откуда
2Qx(e/°-l)
p bDfa
Для d яе 2n получаем выражение для усилий:
Рассматривая равновесие сил, действующих на упругое кольцо,
видим, что
Q2- Qi = F>
где F — сила трения.
164
На холостом ходу F — 0 и для этого случая получим
Qi — Q2 — Qo>
где Qo — расчетное усилие включения муфты.
Тогда для рабочего хода получим усилие
Qi = Qo+F и Qi = Qo — F,
отсюда
n _ Q1 + Q2 __JifpbD e^ + l
Qo - —2 W
В этих выводах мы пренебрегли влиянием центробежной силы,
которое ведет к увеличению запаса сцепления в муфте; не учтено
также влияние сил упругости.
Рис. 118. Муфта со спиральной пружиной
Расчет муфты с разжимным упругим кольцом производят в сле-
дующем порядке:
1) задаются величиной диаметра D;
2) определяют ширину кольца
h . 7 We .
npfD2kvkm ’
3) определяют расчетное усилие включения Qo по формуле
(20) и по этому усилию рассчитывают механизм включения.
Аналогично муфте с пружинным кольцом рассчитываются
и фрикционные муфты с наружной лентой.
Муфты со спиральной пружиной. На ведущий вал 6 (рис. 118)
насажен фрикционный барабан 4, который свободно облегает
пружина 10 обычно переменного сечения. Толстый конец пружины
неподвижно закреплен в полумуфте 2 (узел I), сидящей на ведомом
валу 1. Тонкий конец пружины связан с включающим устройством,
которое может быть электрическим (якорь электромагнита) или
механическим в виде рычага 5, соединенного осью 8 с тонким кон-
цом пружины. При включении муфты тарельчатая выключающая
полумуфта 7 перемещается вдоль вала 6 и нажимает на длинное
плечо рычага 5. Поворачиваясь, рычаг нажимает установочным
винтом 3 на выступ 9, прикрепленный к предпоследнему витку
пружины. Тонкий конец пружины, а затем и прочие ее витки стяги-
ваются вокруг фрикционного барабана и начинают вместе с ним
Рис. 119. Пружина
вращаться, приводя таким образом в
движение и ведомую полумуфту 2.
Как и во всех фрикционных муфтах,
при пуске будет иметь место проскаль-
зывание пружины по барабану. Для
уменьшения износа барабан изготовляется
из отбеленного чугуна с НВ 400, пру-
жина — из марганцовистой стали. В этих
муфтах передача вращения от ведущей
полумуфты может осуществляться только
в одном направлении, а именно, в сторону
закручивания пружины (см. стрелку на
рис. 118).
Ведущей может быть также и полумуфта 2, но в этом случае
направление вращения должно быть обратным.
Упор 11 устраняет опасность излома пружины при резком
торможении ведущего вала, так как инерция ведомых частей рас-
кручивает пружину; нажимая на выступ 9, он заставляет пружину
вращаться вместе с ведомой полумуфтой, которая таким образом
плавно останавливается.
Переменная жесткость пружины обеспечивает определенную
последовательность обжатия барабана — от тонкого конца пружины
к толстому. Ширина пружины (рис. 119) определяется максимально
допустимым удельным давлением, а высота — жесткостью пружины,
необходимой при ее механической обработке. При полученных из
этих соображений размерах пружина испытывает весьма незначи-
тельные рабочие напряжения и ее прочностные расчеты являются
излишними. По этой же причине такие пружины не нуждаются
в термообработке.
Подобные муфты надежны в работе, обеспечивают длительный
срок службы, могут передавать большой момент при сравнительно
небольших габаритах и удобны в эксплуатации.
Недостатки — односторонность действия, сравнительная рез-
кость включения и необходимость наличия при работе постоянного,
хотя п небольшого усилия для затяжки тонкого конца пружины.
Кафедра теории механизмов и машин Ленинградской лесотех-
нической академии им. С. М. Кирова (ЛТА) провела эксперимен-
те
тально-теоретическое исследование работы такой муфты и разра-
ботала новую методику ее расчета. В отличие от имеющихся в ли-
тературе расчетов, эта методика учитывает переменные жесткость
пружины и удельное давление по ее длине, а также динамику пуска.
Ниже приводятся расчетные формулы из этой методики, которые
хорошо согласуются с экспериментальными данными. Ширина а2
витка пружины на толстом конце определяется из уравнения
где /Итр — момент сил трения между пружиной и фрикционным
барабаном; р — допускаемое удельное давление (по данным ЛТА,
р тах= 50 кгс/см2); Об — диаметр фрикционного барабана в см,
обычно принимаемый равным 3d (d — диаметр вала).
Остальные размеры пружины принимаются равными:
а± — 0,5о2; b2 = 0,9а2; b — b2 — (a2 — а±) = 0,4й2.
Число рабочих витков пружины берется равным i = 4,5-^-6.
При механическом включении общее число витков /обш = i -ф 1.
Зазор между пружиной и барабаном в свободном состоянии
б = 0,0125 УЩ см.
Усилие затяжки пружины Ро необходимо:
1) для создания на первом рабочем витке пружины силы тре-
ния, достаточной для возникновения между пружиной и фрикцион-
ным барабаном суммарной силы трения Ро (Pnif — 1). Момент этой
силы Ро (Pnlf — 1)^6 равен передаваемому крутящему моменту;
2) для преодоления жесткости пружины при ее закручивании
РтахО'г — 0 + 2л/г<+4n2(2(/ + 8n:ii!ir)
Ро ~ е2Л/7 •
Здесь f — коэффициент трения между пружиной и фрикционным
барабаном, принимаемый равным 0,15.
, 6D1 + 2/C1+/2B1 + /3Z1 _ 6П1 + 0,ЗС1+0,0225В1 + 0,0034Л1
1 ~ ’ р 5 • 10 :
. 6D1+2/C1+f2B1 6D1 + 0,3C1+0,0225B1
11 — р ~ 0,0034 ’
n__3D1+fC1 _ 3ZA+0.15CJ .
4 ~ /2 0,0225 ’
Dj Dt
г — — — = — —
/ 0,15’
167
причем
А = ~ {th + зса1) b] = 44^;
к Dv,
n 3kC ,,i . j \ i 13,§kt2№
A = -^г (th + 2Car + Ch) h = - 1;
/J К
61 = g (th + Ca, + 2CbJ + .
D1=^(t+3C) = ^.
Utt Ь'К
В формулах
I, h, q, г — коэффициенты, учитывающие жесткость пружины
— модуль упругости пружины в кгс/см2; б — зазор
между пружиной и барабаном; DK — средний диаметр пружины
в см:
Ds = D6 + = D6 + 0,65^;
t и С — приращение толщины и ширины пружины на 1 рад:
c=z — аг — аг
2л10бш 2л1общ
Создаваемый натяжением Ро момент трения
,. Dk Г , „„ц ,. . г / , 4лЧ2 , 8лЧ3 , 16,n4t4 \"1
Мтр = -^[Ро (е2Я,/- 1) + Це2Я‘-ф/1-2-4-9-д—}-/•—— J] кгс-см.
Расчетный момент принимается равным
/Ирасч = ₽/Итр КГС-СМ,
где р — коэффициент запаса сцепления, равный 2—3
Р Орасч — РР о-
Необходимая полная тянущая сила R на тонком конце пру-
жины равна
Р = (РРо+Л КГС,
где F — усилие для закручивания первого витка
г, ЬЕаМ
г = ----------------------------— кгс
ЗССб + адз К1С-
Работа сил трения при включении мусКты определяется из сле-
дующей зависимости:
Ар = 2 (Р — 1) кгс’см>
где J 2 — момент инерции ведомых частей, приведенный к валу
муфты; coj — угловая скорость ведущего вала.
168
Тепловой расчет фрикционной дисковой муфты. При включении
(выключении) фрикционной муфты за счет буксования поверхностей
трущихся элементов происходит интенсивное теплообразование,
вызывающее повышение температуры как этих элементов, так и всех
деталей муфты. Чрезмерное нагревание трущихся поверхностей
может вызвать ряд вредных последствий: изменение величины
коэффициента трения, изменение твердости и структуры материала
(что обусловит повышенный износ), появление задиров и даже при-
варивание трущихся поверхностей. Во избежание этих явлений мак-
симальная температура стальных дисков не должна превышать
300—400° С, если муфты работают в масляной ванне, средняя темпе-
ратура деталей должна быть не более 100—120° С. В противном
случае возможно интенсивное испарение масла. Приведенными
соображениями определяется необходимость теплового расчета
фрикционных муфт в ответственных конструкциях, в особенности
часто выключаемых и включаемых.
Ниже приводятся приближенные формулы для определения
средней температуры деталей муфты и температуры поверхности
диска фрикционной дисковой муфты, предложенные Ю. Н. Соко-
ловым [481.
Среднее превышение температуры fl' муфты над температурой t
среды определяется следующим образом:
О = -^-(1-е_^)°С, (21)
где Q — количество тепла, выделяющееся за одно включение муфты
в ккал; т — число включений муфты в 1 ч; S — площадь наружной
теплоотдаюшей поверхности муфты в м2: т — продолжительность
работы муфты в 1 ч; с — средняя теплоемкость в ккал/кг;
G — масса муфты в кг; а — коэффициент теплоотдачи муфты в
ккал/м2 • ч • °C.
Для частных включений муфты
л 'Др'Т'Др!
427 ’
где Дтр — работа трения при включении [формулы (1) или (2)1;
Atpl — работа трения при выключении [формулы (9) или (10)1
в кгс -м.
При малом числе включений можно не учитывать член Дтр1>
т. е. считать его равным нулю.
Величина последнего зависит от ряда причин — конфигурации
наружной поверхности, угловой скорости муфты и др. и обычно
определяется экспериментально. Так, для масляных станочных
муфт, работающих при п — 750 ч- 1000 об'мин; а — 20 ккал/м2- ч • °C.
Средняя температура муфты будет
ta = Q+t. (22)
169
При т -> оо уравнение (21) упрощается и принимает вид:
Q
aS
Из уравнений (21) и (22) можно определить допускаемое число
включений муфты
it ccS
^доп ' - Им. ДОП V ~Q~,
где /м.доп — допускаемая средняя температура муфты.
Избыточная температура поверхности фрикционных дисков
находится из уравнения
где а — коэффициент температуропроводности дисков в м2/ч; 6 —
толщина диска в м; X — коэффициент теплопроводности диска
в ккал/ч- С; q = ккал/ч • м2 — напряженность теплового
потока; SF— площадь всех трущихся поверхностей дисков в м2.
При выводе формулы (23) диск фрикционной муфты рассматри-
вался как бесконечная пластина, нагреваемая с обеих сторон тепло-
вым потоком напряженностью q, причем предполагалось, что тепло-
образование происходит равномерно по всей поверхности трения.
Максимальная температура поверхности дисков будет
д м ‘М 6 J
или
C-e+l+^+t). (24)
Из уравнений (23) и (24), задаваясь допустимой избыточной тем-
пературой на поверхности диска /д0„ можно найти необходимую пло-
щадь трения
2F
3600q(^-+|)
(^Д. ДОП 4l. доп)
м2.
5. Механизмы включения и регулирование муфт
Назначение механизмов включения состоит в сцеплении и рас-
цеплении трущихся частей муфты. Во фрикционных муфтах обычно
применяются шарнирно-рычажные механизмы включения. Основ-
ные требования к механизмам включения муфт следующие:
1) механизмы включения должны обеспечивать достаточный
запас сцепления в муфте и давать возможность регулировать этот
запас и компенсировать износ трущихся поверхностей;
170
2) усилие включения, прилагаемое к ведущему элементу меха-
низма включения, не должно быть большим;
3) ход ведущего элемента при сцеплении и расцеплении должен
быть возможно малым;
4) ведущий элемент механизма (обычно включающая муфта)
после включения должен быть разгружен от усилия включения;
5) должна быть обеспечена фиксация как включенного, так и вы-
ключенного состояний муфты.
Рассмотрим работу механизмов включения на примере двухко-
нусной муфты (рис. 120).
Ведущая полумуфта 1 свободно сидит на ведомом валу 10, ведо-
мая полумуфта 2 — на валу 10 на шпонке; двухконусное кольцо 3
связано направляющей шпонкой с ведущей полумуфтой 1.
Включение муфты происходит при перемещении муфты включе-
ния 9 влево. При этом серьга 8 поднимет правое плечо рычага 6,
левое плечо которого, воздействуя на серьгу 5, переместит влево
нажимный конус 4. Конус 4, соединенный шпонкой с ведомой полу-
муфтой 2, зажмет двухконусное кольцо 3, в результате чего наступит
сцепление. Регулировка осуществляется гайкой 7.
При перемещении муфты 9 влево вначале будут выбираться за-
зоры в механизме и между трущимися частями муфты — это будет
период холостого хода, когда процесс сцепления муфты еще не на
чался. Когда муфта 9 пройдет расстояние холостого хода (рис. 121),
начнется процесс сцепления. Началу его будет соответствовать
точка 0 положения муфты.
Дальнейшее перемещение муфты 9 (рис. 120) из положения 0
в положение 1 на отрезке So будет сопровождаться, с одной стороны,
упругой деформацией всех элементов муфты, воспринимающих уси-
лия, а с другой — ростом силы, сжимающей конусы, которая будет
прямо пропорциональна упомянутой упругой деформации.
В положении 1 (мертвом положении) муфты 9 усилие нажатия Q
конусов будет максимальным, однако это положение неустойчиво,
поэтому муфту 9 переводят далее в положение 2, осуществляя неко-
торый перебег Sn.
В положении 2 муфта 9 устойчива, так как реакция упругого сжа-
тия R стремится прижать муфту к упору а (рис. 120, 121).
Перебег Sn сопровождается некоторым уменьшением силы сжа-
тия конусов Q, поскольку суммарная упругая деформация частей,
испытывающих нагрузку в положении 2, станет меньше, чем в по-
ложении 1.
Таким образом, на этом примере можно установить следующие
этапы работы механизмов включения:
1) холостой ход; 2) рабочий ход (сопровождающийся упругой
деформацией); 3) ход замыкания (перебег) с частичным уменьше-
нием упругой деформации.
Следует отметить, что не у всех механизмов включения имеются
эти три этапа работы. Так, на рис. 122 схематически показана
конструкция механизма, не имеющего третьего этапа. Зато этот
171
механизм требует специального устройства для фиксации положения
включающей муфты. Некоторые типы муфт не имеют второго этапа;
в таких механизмах включения сжатие ведомых и ведущих элемен-
тов производится с помощью пружин, постоянно сжатых и ослабляе-
мых при включении муфты.
Рис. 120. Двухконусная фрикционная муфта
Ч,кгс
Рис. 121. Схема механизма включения фрикционных муфт
Отметим, что иногда, для получения большей плавности сцепле-
ния, необходимо уменьшить жесткость элементов, передающих уси-
лия в муфте. Тогда в механизмах включения применяют вместо
обычных тяг и рычагов пружинные детали.
Вернемся к муфте на рис. 120.
172
В выключенном состоянии в этой муфте между трущимися по-
верхностями имеется суммарный осевой зазор х, которому соответ-
ствует перемещение (рис. 121) муфты 9. Очевидно, что по мере
износа трущихся поверхностей муфты величина х возрастает, а при
Рис. 122. Схема механизма выключения фрикционных муфт
данном состоянии механизма включения это повлечет за собой умень-
шение силы нажатия Q, а следовательно, и уменьшение величины
предельного момента /Итах, передаваемого муфтой. Поэтому для
компенсации износа (уменьшения величины х), а также и для перво-
начальной настройки муфты в ней предусмотрено регулировочное
Рис. 124. Величина перемещения раз-
жимного кольца
Рис. 123. Зазоры в кони-
ческих муфтах
устройство в виде гайки (рис. 120), навинчиванием которой можно
переместить центры рычагов 8 и упоры а в нужное положение.
Отметим еще одну функцию, выполняемую гайкой 7; благодаря
ей усилия сжатия конусов не передаются опорам вала — они воспри-
нимаются ведомой полумуфтой 2 и уравновешиваются.
173
Что касается величины холостого хода механизма включения,
то она определяется в зависимости от величины зазоров, образую-
щихся в муфте при ее расцеплении.
Ниже приводятся некоторые данные о рекомендуемых величинах
зазоров.
1. Конические муфты (рис. 123) при облицованных фрикцион-
ным материалом конусах
6= 1,5 ч- 2 мм;
при необлицованных конусах
6 = 0,5-г- 1 мм.
2. Дисковые муфты:
масляные муфты
6 = 0,6 ч-0,4 мм;
сухие необлицованные диски
6 = 0,7 ч- 1 мм;
облицованные диски
6=14—1,5 мм.
3. Муфты с разжимным кольцом
8 Ай 1 мм.
В соответствии с величиной 6 определяется величина перемеще-
ния х:
для одноконусных муфт
8
х = -----;
sin а ’
для двухконусных муфт
26
X = — •
sin а ’
для многодисковых муфт
х = 8г,
где г — число пар фрикционных поверхностей;
для муфты с разжимным кольцом (рис. 124)
X АйПб.
Величина S v определяется аналитически или графически по вы-
численной величине х.
Ранее было показано, что регулирующее приспособление муфты
позволяет изменять величины осевого зазора в муфте х, а следова-
тельно и величину упругой деформации муфты So; зазор увеличива-
ется с уменьшением х.
Для каждой муфты могут быть построены так называемые регу-
лировочные характеристики, показывающие изменение запаса сцеп-
174
ления и других величин в муфте в зависимости от величины рабо-
чего хода 5С.
Рассмотрим регулировочную характеристику (рис. 125) для
муфты сцепления тракторов С-60 и С-65 ЧТЗ [64] со следующими
обозначениями: So — рабочий ход передвижной втулки муфты
сцепления; Рн.вкл — нажимное усилие, действующее на диски при
замыкании муфты; Qmax— наибольшее усилие, действующее на пере-
движную втулку муфты при включении ее; Д, — суммарные
Рис. 125. Регулировочная характеристика муфты сцепления трак-
торов С-60 и С-65
горизонтальные деформации деталей муфты за время ее включения;
Р — коэффициент запаса сцепления.
Положим 5С = 12 мм.
Этому ходу соответствует /в = 0,45; Qmax » 120 кгс; Р„.вкл =
= 2100 кгс; р ж 2,5.
Положим, что после некоторого времени работы и износа дета-
лей муфты (в основном дисков) рабочий ход муфты уменьшился
до значения 50 = 9 мм.
Как видим, этой величине Su соответствуют: /в = 0,25; Qmax»
л 55 кгс; Рп вкл = 1150 кгс; Р « 1,4, т. е. коэффициент запаса
сцепления понизился с Р = 2,5 до р = 1,4.
Конструкции механизмов включения весьма разнообразны.
Основные типы их и расчетные зависимости освещены подробно
в литературе [3, 67].
171
6. Конструкции муфт
Рассмотрим некоторые конструкции муфт и их механизмы вклю-
чения.
На рис. 126, а показаны две многодисковые муфты, предназна-
ченные для реверсирования и включения главного движения фре-
зерного станка фирмы «Wanderer». Муфты 2 и 8 вращаются в противо-
положных направлениях и при сцеплении дисков в одной из них
вал, а вместе с ним и шестерня 1 будут вращаться в соответствующем
направлении.
Сцепление происходит при перемещении муфты включения 7
вправо и влево. Муфта 7, воздействуя на рычажки 9, поворачивает
их, вследствие чего они сжимают диски.
Полное включение муфты наступает в тот момент, когда точка
контакта муфты 7 и рычажков 9 перейдет на внутреннюю цилиндри-
ческую поверхность муфты 7. Оси рычажков находятся в регулиро-
вочной гайке 3, сидящей на втулке 6. Регулирование муфты осуще-
ствляется поворотом этой гайки, которая может стопориться в любом
положении винтом 4, прижимающих к резьбе втулки 6 медный
сухарик 5. Сила сжатия дисков не передается опорам и воспринима-
ется втулкой 6.
Произведем расчет механизма включения муфты (рис. 126, б).
Примем для упрощения одинаковыми значения коэффициента
трения / = tg р для всех точек контакта (р — угол трения).
В этом случае
cos р ’
где Q — сила сжатия дисков.
Из условия равновесия имеем для усилия включения выра-
жение
Р = Т sin (а ф- р).
Пренебрегая моментом трения на оси рычажка, получим
Q' cos pb -f- Q' sin pl = Т cos pa -f- T sin pc
или после подстановок
Q(6+z/)= efgse+.fgfapp,
v 1 " sm(a+p)
отсюда
p = O sin(a+p)(fr+ff)
cosp(a+cf)
Для крайнего положения рычажка (на схеме показано штрихо-
вой линией)
а — 0; I = /0; b — Ьо,
176
Рис. 126. Многодисковая .муфта станка
где 10 и b0 определяются графическим построением пли расчетом;
тогда для случая полного включения получим
На рис. 127, а показано устройство с двумя многодисковыми
муфтами, принцип действия которых аналогичен приведенному
на рис. 126. Различие между ними в конструкции механизмов вклю-
чения и регулирования. Механизм включения работает следующим
образом. При перемещении муфты включения 2 влево последняя
потянет штангу 1. При перемещении штанги конические ее участки
будут перемещать ролики 10 в радиальном направлении. Ролики
через пружины 9 будут воздействовать на длинные плечи рычажков
8, которые, поворачиваясь, переместят кольцо 7 своими короткими
плечами, сжимая диски муфты.
Пружины понижают жесткость механизма включения, что позво-
ляет осуществлять более точную регулировку муфты.
Регулировка муфты производится с помощью ганки 6, которая
стопорится сухариком 4 и винтом 5.
Вследствие того что оси рычажков и регулировочная гайка 6
находятся на одной и той же детали — барабане 3, осевая нагрузка,
возникающая при включении муфты, воспринимается барабаном
и на подшипники не передается.
Рассмотрим механизм включения муфты (рис. 127, б).
Муфта расцеплена, когда ролики находятся на горизонтальных
участках А штанги. Полное включение муфты наступит в тот мо-
мент, когда ролики перейдут на горизонтальные участки штанги.
Для упрощения расчета пренебрегаем силами трения.
Тогда угол р = 0 (р = arctg f) и Q' = Q и
ТГтЛ ГТЛ*
01 — * 0> z 01 ~ 0«
Из условия равновесия штанги имеем
Р = (Т — Т') sin а.
Из условий равновесия роликов получим следующие соотноше-
ния сил:
То — Т cos а; Т’о — Т' cos а.
После подстановки получим
P-(7’O-T6)tga.
Условие равновесия рычажка дает
Q = (Tq То) а __ Ра
** с ctga.’
отсюда
QctgK
а
178
Рис. 127. Сдвоенная многодисковая муфта
При конструировании муфты необходимо предусмотреть предва-
рительное поджатие пружин.
На рис. 128, а показана дисковая реверсивная муфта токар-
ного станка. Принцип ее работы ясен из рисунка.
Приведем расчет механизма включения (рис. 128, б).
Из условия равновесия механизма включения имеем
____-____= т
sin (а -|- р)
и
аТ sin (а р + р) + с? cos (а 4~ Р 4* Р) = Qb-
После подстановки значения Т получим
sin (<%+р)
Q a sin (а + Р + р) +с cos (а + Р + р) *
При полностью включенном положении а = О, Р = Ро и
sin р
Р $ a sin (р0 + р) + с cos (Ро + р) ”
Следует отметить, что в перечисленных муфтах успешно рабо-
тают в паре стальные каленые и шлифованные диски. Для предотвра-
щения возможного коробления закалка дисков производится между
плитами.
На рис. 129 показана одна из конструкций механизма регули-
рования конусной фрикционной муфты.
В звездочке 9 закреплена винтами втулка 6, снабженная внут-
ренними зубьями. В последней помещен стакан 8 с наружными
зубьями и шестигранным отверстием, подпираемый пружиной 7.
В рабочем положении зубья стакана 8 сцеплены с втулкой 6 и тор-
цевыми зубьями кольца 5, что исключает возможность проворачива-
ния кольца 5. Для регулирования осевого зазора вставляют ключ
в шестигранное отверстие стакана 8 и, сжимая пружину, выводят
его из зацепления с втулкой 6. Это позволяет, вращая стакан 8,
приводить во вращение кольцо 5 и перемещать в осевом направлении
втулку 4 с запрессованным в нее фрикционным конусом 3.
Включение муфты производится перемещением полумуфты 2
по валу 1 (включающее устройство не показано).
Многодисковая фрикционная муфта Кировского завода, пред-
ставленная на рис. 130, предназначена для соединения маховика
с валом 1 пресса.
При выключенной муфте маховик, закрепленный шпонкой 10
на втулке 11, может вместе с этой втулкой свободно вращаться на
конических роликоподшипниках. К маховику присоединены кор-
пус 4 муфты и направляющие стержни 5, наружные концы которых
закреплены в корпусе. По направляющим стержням 5 могут пере-
мещаться нечетные диски муфты с втулками 14. Между ними нахо-
дятся четные диски 13, боковые стороны которых покрыты обклад-
180
Рис. 128. Дисковая реверсивная муфта токарного станка
Рис. 129. Конусная муфта с механизмом регули-
рования
Рис. 130. Многодисковая муфта Кировского завода
ками из ферродо. Эти диски на своей внутренней окружности имеют
выступы, входящие в пазы на втулке 12, соединенной с валом шпон-
кой 7.
Включение п выключение муфты производятся втулкой 16,
перемещение которой через систему рычагов и тяг передается на
диски.
Регулировкой муфты достигают передачи максимального крутя-
щего момента при мертвом положении рычажка 3 и звеньев 2 и 15.
Регулировка осуществляется поджатием дисков с помощью гайки 9
и толкателей 6.
Гайка закрепляется в нужном положении с помощью стопора 8.
На рис. 131 показана многодисковая фрикционная муфта с на-
жимными шариками.
Рис. 131. Многодисковая муфта с нажимными шари-
ками
Полумуфта 3 с ведущими дисками 4 соединена шпонкой с ведо-
мым валом 10. При передвижении муфты 7 влево шарики 8, опираясь
на втулку 9, перемещают влево нажимное кольцо 6, которое при-
жимает диски 4 к дискам 5, связанным с полумуфтоп 2, сидящей
на валу 1.
Регулировка осуществляется в крайнем правом положении
муфты 7, при котором шарики могут выниматься, а втулка 9 полу-
чает возможность перемещаться влево при помощи гайки 11, Втулка
и гайка снабжены торцевыми зубьями 12, что позволяет произво-
дить регулирование зазора с заданной точностью поворотом гайки
на один или несколько зубьев, причем ганка стопорится автомати-
чески.
Опыт эксплуатации фрикционных многодисковых муфт, установ-
ленных на вертикальных валах, показал, что в таких условиях дис-
ковые муфты работают неудовлетворительно (быстрый износ, чрез-
мерный нагрев) вследствие того, что под действием собственного
183
веса диски касаются друг друга после выключения. На рис. 132
показана такая муфта Одесского завода радиально-сверлильных
станков улучшенной конструкции [41.
На шлицевом участке ведущего вала 6 расположена поводковая
втулка 7, в наружных шлицевых пазах которой расположены веду-
Рис. 132. Муфта Одесского завода радиально-сверлильных станков
щие диски 3. При включении муфты нажимный диск 5 перемещают
вниз. При этом поводковая втулка 7 также перемещается вниз,
сжимая пружины 2, ведомые диски 4 прижимаются к ведущим дис-
кам 3, передавая вращение корпусу 8 и шестерне 1. При выключе-
нии муфты нажимный диск 5 перемещают вверх, и под действием
пружин 2 поводковая втулка 7 поднимается по шлицевому валу
184
до упора в бурт. Конструкция поводковой втулки отличается тем,
что на трех ее наружных шлицевых выступах II имеются три упора
а, б и в, расположенные ступенчато, на них опираются три ведущих
диска, имеющих различную глубину шлицевых впадин против соот-
ветствующих выступов поводковой втулки. Остальные шесть дисков
точно так же опираются на упоры выступов I и III.
При выключении муфты поводковая втулка 7, перемещаясь
вверх, поднимает ведущие диски 3, образуя зазор между парами
дисков. Колодочная фрикционная муфта конструкции ВНИИТП,
представленная на рис. 133, устанавливалась в разнообразных
машинах.
На пальцы водила 5 посажены две колодки 1, облицованные
ферродо. Нажатие колодок на внутреннюю поверхность шкива
производится с помощью винтовых устройств 7, 6, 11, причем,
если гайка 6 имеет правую нарезку, то гайка 11 — левую.
Если муфта включения 10 из крайнего правого положения пере-
мещается в крайнее левое, то кривошип винта и связанный с ним
посредством серьги 9 винт 7 поворачиваются на некоторый угол,
в результате чего создается распор колодок и сцепление их со шки-
вом 4. Бронзовые гайки 6 м 11 закрепляются в своих гнездах фикса-
торами 2, нажимная поверхность которых имеет накатку. Бронзовым
хомутом 3 воздействуют на муфту включения 10 до тех пор, пока
центр Е не пройдет мертвое положение серьги 9. Полное включение
муфты сопровождается характерным щелчком.
При необходимости изменить силу, распирающую колодки,
отвертываются болты 8, чем уничтожается нажатие фиксатора 2
на гайки6й11. После повертывания на некоторый угол 6 и 11 вновь
производят затяжку болтов 8, тем самым фиксируя новое положе-
ние гаек.
Муфта очень чувствительна к регулировке и жестка, т. к. резко
меняет нагрузочную характеристику при небольшом повороте
гаек 6 и 11.
К положительным качествам муфты относятся ее сравнительная
простота, относительно низкая точность изготовления, а также пол-
ное отсутствие пружин.
При проектировании расчет обычно ведут по среднему значению
коэффициента трения f и вводят коэффициент запаса сцепления.
Избыточная затяжка фрикциона при отсутствии простых средств
контроля регулирования муфты может привести к поломке муфты.
Муфта была применена для передачи крутящего момента (с уче-
том запаса сцепления)
Л1кр 10 000 кгс • см.
Сила нажатия одной колодки
,, Л1КР юооо 11лл
185
Рис. 133. Колодочная фрикционная муфта ВНИИТП
Удельное давление колодки на шкив
п N 1 100 . с , ,
Р ~ Db ~~ 30-8 ""4>6 кгс/см'‘-
Найдем усилие Ръ необходимое для включения муфты.
Положим, что при перемещении включающей муфты 10 вдоль
вала наибольшее усилие возникает не при мертвом положении серьги
9, а, например, при угле у = 7° до мертвого положения (рис. 133).
Тогда
/>! = /> sin 7° = 0,1227’.
Осевая сила, передаваемая распорным винтом,
~ N 1100
Q = -у = -j- 550 кгс-
Крутящий момент на винте, необходимый для обеспечения нажа-
тия М,
Л4В = Qrcp tg (а + р),
где гСр — средний радиус винта; и — угол подъема винтовой ли-
нии; р — угол трения.
Положим, ГСр
X 1,55 X 0,209 «
Окружное усилие
S
2
= 1,55 см; а = 5° 50'; р = 6°; тогда 7ИВ = 550>
180 кгс ’См.
S
-% найдется из выражения
2МВ 2-180 1ОП
=------ = —5— = 120 кгс;
а 3
•f- = COS (Р - у);
р —-----S,
cos (р — у) '
Положим Р = 35°
Р = = 275 кгс; = 0.122 - 275 34 кгс.
0,88
Если принять передаточное число включающего рычага равным
6 и к. п. д. 0,7, то усилие руки составит
п 34 е
рг^=б.од:"8 кгс-
На рис. 134 изображена управляемая фрикционная муфта с лен-
точным фрикционом конструкции ВНИИТП.
Муфта установлена на двухбарабанной одномоторной грейфер-
ной лебедке и предназначена для соединения или разъединения
одного из барабанов лебедки с грузовым валом.
Включенная муфта передает крутящий момент, соответствующий
моменту грузового вала.
187
Рис, 134. Управляемая фрикционная муфта с ленточным фрикционом
Выключенная муфта передает крутящий момент холостого хода,
необходимый для наматывания ненагруженного каната на барабан.
На валу лебедки свободно посажен барабан, к которому при-
креплен шкив 6 фрикциона. Водило 5 закреплено на валу лебедки
и вращается вместе с ним. Шкив 6 охватывается фрикционной лен-
той 8, один конец которой присоединен к водилу, а второй — к плечу
рычага 7, ось которого соединена с водилом 5. Затяжка фрикцион-
ной ленты производится поворотом рычага 7 относительно центра 0.
Величина крутящего момента зависит от угла поворота рычага 7,
затягивающего ленту. Момент холостого хода создается усилием
пружины 13, стягивающим ленту 8, состоящую из двух частей не-
равной длины.
Включение фрикциона производится сервотормозом.
Шкив 21 сервотормоза свободно посажен на ступицу водила 5
и может поворачиваться относительно водила. На водиле 5 укреп-
лены палец 18, стойка 16 и ось 20. В шкиве 21 сервотормоза укреп-
лены пальцы 12 и 3 и стойка 19. На пальцы 12 надеты пластины 9,
шарнирно соединенные с рычагом 7.
Шкив 21 связан с водилом 5 усилием сжатых пружин 1, надетых
на шток 2, и пальцем 3, входящим в овальную прорезь в водиле.
При выключенном фрикционе шкив 21 сервотормоза под действием
усилий пружин / займет нейтральное положение; при этом пластины
9 располагаются симметрично относительно линии АП (см. схему
сил на рис. 134) и под действием пружины 13 упираются выкруж-
ками своих прорезей в пальцы 12. «Лента 4 сервотормоза и связан-
ная с ней система рычагов неподвижны относительно рамы лебедки.
Процесс соединения барабана с валом лебедки и водилом 5, вра-
щающимся в направлении, указанном стрелкой, происходит следу-
ющим образом.
При помощи рычажной системы лента 4 тормозит шкив 21 серво-
тормоза. Угловая скорость шкива станет меньше угловой скорости
вала лебедки и водила. Тогда палец 12 через пластину 9 начнет пово-
рачивать рычаг 7, что приведет к увеличению натяжения I ленты 8,
а следовательно, и к увеличению крутящего момента на фрикционе.
Степень затяжки ленты 8 ограничивается пальцем 3, помещенным
в прорезь на водиле. Во время включения происходит сжатие пру-
жины 13 на величину 6 — зазор между скобой 11 и заплечиком на
шпильке 15, после чего лента будет работать, как целая жесткая
связь.
После растормаживания шкива сервотормоза усилие пружи-
ны 1, действуя на стойку 19, возвратит систему в исходное (нейт-
ральное) положение.
Регулирование фрикциона выполняется системой гаек 17, 14 и 10.
Необходим минимальный зазор 6, так как в противном случае
палец 3 может упереться в выкружку прорези раньше, чем наступит
необходимое сцепление ленты 8 со шкивом 6, или палец 12 (точка 0)
может пройти мертвое положение также до момента наступления
необходимого сцепления.
189
Положительные качества фрикциона:
1) компактность и легкость конструкции, свойственная ленточ-
ным тормозам вообще;
2) небольшое усилие руки рабочего при включении фрикциона,
вследствие наличия сервотормоза.
К недостаткам фрикциона можно отнести:
1) сравнительно трудный процесс регулирования, требующий
от настройщика навыков и квалификации;
2) односторонность действия.
Схема расчета муфты (рис. 134).
Примем:
Вес порожнего грейфера Q() = 2000 кгс.
Диаметр барабана D = 660 мм.
Запас сцепления во фрикционе f> — 1,4.
Угол обхвата шкивов лентами фрикциона и сервотормоза а =
= 270°.
Момент, передаваемый фрикционом:
Л4кр = Q ~ Р = 2 000 • 33 • 1,4 = 92 500 кгс • см.
Окружное усилие
/ДР = -^- = 2470 кгс.
Усилия на концах ленты фрикциона
/ = 7-Рфр = 3270-2470 = 800 кгс.
Уравнение равновесия рычага при спуске
8,5/фр = 215п;
Sn = 800 = 320 кгс.
Находим графически
5= 127 130 кгс.
Тормозное усилие сервотормоза
Рторм = 130 •-^—= 100 кгс.
Усилия на концах ленты тормоза
„ 100-4,1 , , „п
Тторм — —3~j—^130 кгс; /торм = 30 кгс.
Уравнение равновесия тормозного рычага (относительно точки Е,
рис. 133)
17,5Р = 4,5(130 + 30); Р = 41 кгс
таково усилие в тяге, приводимой педалью.
190
Рис. 135. Двухконусная муфта экскаватора
Если передаточное число педали равно 10, то усилие ноги рабо-
чего будет около 4 кгс, при этом не учтен к. п. д. системы рычагов,
не оказывающий существенного влияния на полученные величины.
Наибольшее удельное давление ленты фрикциона на шкив
Т 3270 о „ , _
р — — ю. 32 5 — 8,7 кгс/см .
На рис. 135 показана односторонняя двухконусная экскава-
торная муфта, рассчитанная на передачу крутящего момента Л4тах =
= 15 100 кгс -см.
Передача крутящего момента осуществляется сцеплением двух-
конусной колодки 8 с внутренней двухконусной поверхностью
диска 7. Колодка 8 присоединена к фланцу 9, насаженному на кони-
ческую шестерню 11, которая является ведущим звеном муфты.
Прижатие диска к колодке производится с помощью муфты 4, воз-
действующей через серьги 5 на рычаги 6, которые и прижимают диск
7 к колодке 8. Во включенном состоянии (показанном на чертеже)
муфта 4 переходит за мертвое положение серьги 5, исключая таким
образом возможность самопроизвольного выключения муфты. Кру-
тящий момент от диска 7 передается валу через шлицевую втулку 3.
Выключение муфты происходит при отводе муфты 4 влево, при этом
рычаги 6 отойдут от диска 7, который под действием пружины 10
также отойдет влево.
Регулирование муфты осуществляется с помощью гайки 2, несу-
щей на себе рычаги 6. При свинчивании (навинчивании) этой гайки
изменяется положение центров вращения рычагов, а следовательно,
и усилие нажима. Гайка 2 фиксируется в нужном положении фикса-
тором 1, который входит в одно из отверстий на диске 7. Диск 7
снабжен ребрами, увеличивающими поверхность охлаждения муфты.
Материал диска — стальное литье ЗОГЛ, колодки — пластмасса.
Расчетные данные: коэффициент трения f = 0,3; удельное дав-
ление р ~ 1,5 кгс/см2.
В. ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ МУФТЫ
Применение пневматических устройств для дистанционного
управления сцепными муфтами связано с известными трудностями,
к которым относятся: потребность в сжатом воздухе, сложность
подвода его к рабочим органам муфты и обеспечения герметичности
трубопровода, необходимость иметь специальное устройство в виде
поршней и цилиндров и др.
Несмотря на эти недостатки, пневматические муфты получают
все большее распространение. Это объясняется следующими их пре-
имуществами по сравнению с другими видами управления, в част-
ности — с гидравлическим:
1) сохранение работоспособности при температурах от —40
до 4-50° С, в этом диапазоне свойства воздуха практически не изме-
няются;
192
2) простота конструкции, обеспечивающая высокую надежность
и долговечность системы (подача воздуха осуществляется по одной
трубе, так как после срабатывания не требуется возвращения воз-
духа в резервуар);
3) пожарная безопасность, газобезопасность и полная безвред-
ность воздуха.
К сцепным фрикционным муфтам с пневматическим управле-
нием относятся шинно-пневматические, пневмокамерные и муфты
типа «Pneumaflex».
1. Шинно-пневматические муфты
Шинно-пневматические муфты широко применяются в машино-
строении — в буровых и судовых установках, экскаваторах, земле-
ройных машинах, кузнечно-прессовом оборудовании, конвейерах,
шахтных подъемниках и др. Эти муфты обладают рядом достоинств.
Они позволяют регулировать величину передаваемого крутящего
момента путем изменения давления воздуха в баллоне, допускают
местное и дистанционное плавное включение и выключение во время
работы при постепенном повышении или понижении давления воз-
духа в баллоне, компенсируют значительные смещения валов (ради-
альное до 3 мм, угловое до 2 мм на 1 м длины вала, осевое до 15 мм
при отключенной и до 1 мм при включенной муфте). Износ фрикцион-
ных поверхностей в этих муфтах компенсируется автоматически,
без какой-либо дополнительной регулировки. Шинно-пневматиче-
ские муфты имеют значительно меньшие размеры по сравнению с дру-
гими сцепными муфтами, обладают высокими упругими и демпфи-
рующими свойствами, могут поглощать звуковые колебания, вызы-
ваемые двигателем. Эти муфты без каких-либо существенных изме-
нений конструкции могут быть использованы в качестве тормозов.
Шинно-пневматические муфты имеют также и ряд недостатков:
снижение крутящего момента при попадании на поверхность трения
смазочных материалов; довольно узкий температурный интервал
сохранения работоспособности (они применимы при температуре
окружающей среды от —20 до +60 °C); необходимость специальной
сигнализации для контроля величины рабочего давления воздуха;
постепенное уменьшение рабочего зазора между трущимися поверх-
ностями, обусловленное остаточными деформациями резинокордного
баллона; сравнительно высокая стоимость баллона.
Принципиальная схема шинно-пневматической муфты показана
на рис. 136. Между ведущей 1 и ведомой 2 полумуфтами помещается
резинокордный баллон 4, прикрепленный к полумуфте 1. На внут-
ренней поверхности баллон несет фрикционные накладки 3. При
поступлении сжатого воздуха через штуцер 5 в камеру баллона пос-
ледний раширяется и колодки прижимаются к полумуфте 2 с силой,
обеспечивающей передачу заданного крутящего момента.
Баллон может быть закреплен и на полумуфте 2. При этом ко-
лодки располагают на внешней стороне баллона. В первом случае
7 Поляков В. С.
193
муфта называется обжимной, во втором — разжимной. В разжим-
ных муфтах центробежная сила, действующая на колодки, с одной
стороны, повышает давление на трущихся поверхностях, с другой —
препятствует размыканию муфты при выключении, что может по-
требовать применения специальных отжимных пружин. Большее
распространение получили обжимные муфты, в которых центробеж-
ная сила способствует расцеплению ведущей и ведомой частей муфты
(при выключении на ходу), хотя в них за счет действия этой силы
несколько уменьшается сила прижатия баллона к ведомой полу-
муфте. Это приводит к необходимости повышать давление воздуха
с ростом скорости вращения для сохранения одного и того же пере-
даваемого момента.
Рис. 136. Схема цилиндрической
шинно-пневматической муфты
Оба типа муфт носят название радиальных, поскольку прижимное
усилие в них направлено по радиусу. Существуют также муфты
осевого действия, в которых фрик-
ционными являются торцевые поверх-
ности баллона.
Радиальные шинно-пневматические
муфты. В этих муфтах резинокорд-
ный баллон непосредственно воспри-
нимает действие передаваемого окруж-
ного усилия, благодаря чему они
приобретают все свойства упругих
муфт.
Баллон представляет собой ре-
зинокордную оболочку, имеющую в
поперечном сечении форму загну-
того овального кольца (рис. 137).
Внутренняя эластичная резиновая камера 1 предназначена для
обеспечения герметичности. Баллон армирован каркасом 2, который
обеспечивает необходимую прочность и устойчивость его профиля
при действии внутреннего давления воздуха. Каркас изготовляется
из нескольких слоев прорезиненного корда, число которых зависит
от типа и размера муфты. Поверх каркаса накладываются внутрен-
ний 4 и наружный 3 резиновые протекторы, которые помимо защиты
каркаса от вредного воздействия среды и механических поврежде-
ний выполняют роль основного демпфирующего элемента баллона.
Сжатый воздух подается во внутреннюю полость баллона через свер-
ление в вале и ниппель 6. К внутреннему протектору штифтами 7
крепятся металлические колодки 8, облицованные фрикционными
накладками 5.
Существуют баллоны бесколодочного исполнения, в них рабо-
чей является поверхность внутреннего протектора 4, который в этом
случае облицовывается фрикционным резиновым слоем. Отсутствие
фрикционных колодок облегчает монтаж и обслуживание муфты.
Включение такой муфты производится, когда ведущий и ведомый
валы находятся в состоянии покоя или при строго определенной
и небольшой разности их скоростей вращения (10—40 об/мин).
194
Баллон может быть цельным или разъемным. В последнем случае
значительно упрощается замена износившихся баллонов.
Упругая сила деформации резинокордного баллона должна быть
достаточной для возвращения фрикционных колодок в исходное
положение, иначе невозможно выключить муфту.
Основные параметры и размеры шинно-пневматических муфт
радиального действия приведены в табл. 39, обозначения размеров
даны на рис. 137.
Исходным параметром при выборе шинно-пневматической муфты
является номинальный крутящий момент Мк. С учетом динамических
Рис. 137. Схема шинно-пневматической муфты
нагрузок в системе, а также непостоянства коэффициента трения
расчетный момент обычно определяют как
^Ирасч — ^^р/Ин, (25)
где k — коэффициент запаса сцепления, равный 1,2—1,5; /г,, —
коэффициент режима.
Зная расчетный момент и учитывая требование 7Ирасч = 7Итах,
находят с помощью табл. 39 необходимый размер муфты.
Далее устанавливают требуемое внутреннее давление в баллоне,
принимая его в первом приближении равным давлению на поверх-
ности трения:
2Mpac4
кгс/см2,
7*
195
CD
* Четыре отверс ПМ 1330X200 ИМ 300X100 ПМ 500X125 ПМ 605X175 ПМ 700 x200 ПМ 850x230 ПМ 940x215 ПМ 1 070x200 Обозначение муфты
140 280 600 900 Допускаемая длитель- ная мощность М в л. с.
н Я S3 я 2 ф 5 1 й я я 2 0 н г? to 01 170 600 1 150 1 060 4 800 3 000 4 150 6 000 Максимальный крутя- щий момент Мтах в кгс«м
1 500 1 000 780 600 700 500 450 440 Максимальная частота вращения п в об/мин
7—10 1 6—10 6—10 9—10 6—10 13—15 8,5—10 6—10 Рабочее давление воз- духа р в кгс/см2
150—180 2300—4500 600—1120 380—480 800—900 130-180 110—170 9Г)Л—.300 Крутильная податли- вость е 10~10 В КГС”1 «см-1
12 000 20 000 17 000 Радиальная жесткость Ср в кгс/см
1 1 800 2 400 2 000 Осевая жесткость CQ в кгс/см
297 497 550 695 845 935 1 065 1 330 _to | Размеры в мм
1 450С4 720С4 870С4 1 0О0С4 1 136С4 1 240С4 1 40ПГл to Обод
400+2 658+* 820+* 900+Б 1 020+6 1 145+' 1 292+5 1 550 to
430 690 830 950 1 035 1 170 1 350 to w
115 154 190 240 290 280 240 240
13А 17Л5 16 27* 25 25 27* Ci. отверстия |
1 — to ьз — ьо ГС — 1 о г -i- W W J2 Г - НД w s О I
5 6 20 15 20 20 15 15 a
Муфты шинно-пневматические радиального действия (основные параметры и размеры)
(рис. 137)
О
s
я
се
Обозначение муфты Размеры в мм Объём вну- трен- ней по- лости V в л Количество Масса в кг
Колодки Ниппель Баллон пла- нок 2з нип- пелей 24 баллона муфты
В т коли- чество 22 (?2 ь с Е Ei
ПМ 300X100 98 5 12 №20x1,5 17 14 12 115 ±2 100 ± 1 3,8 1,4 6 1 6± 1 16,2
ПМ 500X125 123 6 12 №20x1,5 17 17 12 152 ± 2 125 ± 1 6 5,6 6 1 17 ± 1 35
ПМ605Х175 179 5 15 №16X1,5 21 11 20 215 ± 3 190 ± 1 8 11 8 1 40 ± 2 370
ПМ 700x200 198 7,5 18 №33X1,5 20 17 25 246 ± 3 200 ± 1 8 15.8 8 2 49 ± 2 117
ПМ 850X230 241 5,5 18 №16x1,5 32 8 20 265 240 8 12 10 1 64 Ч 3 1 140
ПМ 940X215 213 5,5 18 M18XL5 21 10 24 262 ± 3 231 ±2 8 19,5 12 1 75 ±3 760
ПМ 1 070X200 198 7,5 26 №33x1,5 20 16 25 246 ± 2 205 8 30,5 14 2 70 ± 3 176
ПМ 1 330X200 198 7,5 32 №33x1.5 20 - 25 225 ± 3 205 ±2 8 21,6 14 2 80 ± 3 -
Примечания: 1. Баллоны ПМ 300x100, ПМ 500x126, ПМ 700x200, ПМ I 070X200, ПМ 1 330x200 имеют фрикционные колодки, изго-
товленные из асбобакелита (ткано- и картонбакелита). Баллоны ПМ 605x175, ПМ 850x230, ПМ 940x200 имеют колодки, изготовленные из
асбокаучуковой массы шифра 6В-10/1. 2. Ободы муфт ПМ 300X100, ПМ 605x175, ПМ 700x200, ПМ 850X230, ПМ 940X215 имеют одну реборду.
3, У муфт ПМ 700x200, ПМ 1 070 x 200, ПМ 1 330X200 ниппели расположены под углом 180°.
197
где Dip — диаметр поверхности трения в см; В — ширина колодок
в см; f — коэффициент трения.
Найденное давление обычно увеличивают примерно на 10%,
полагая, что эта часть внутреннего давления пойдет на преодоление
упругой деформации баллона и центробежных сил баллона вместе
с колодками.
Что касается максимально допустимых нагрузок на шинно-пнев-
матическую муфту, то они определяются, с одной стороны, работо-
Рис. 138. Основные раз-
меры баллона шинно-
пневматической муфты
способностью фрикционной части муфты,
с другой — работоспособностью резпнокорд-
ного баллона.
Максимальный момент, который способна
передавать муфта из условия стойкости по-
верхностей трения:
(26)
где {«/J — допускаемое давление на поверх-
ностях трения в кгс/см2.
При определении наибольшего крутящего
момента, допускаемого из условия обеспече-
ния работоспособности баллона, необходимо
иметь в виду следующее. Внутреннее давле-
ние воздуха в баллоне вызывает в нитях
кордного каркаса растягивающие усилия.
При приложении к муфте крутящего момента
в нитях одного из направлений усилие воз-
растает, а в нитях, накрест лежащих, уси-
лие уменьшается.
Нормальная работа баллона, как указы-
вается в |43], возможна лишь, если результи-
рующее усилие в наименее нагруженных нитях будет растягиваю-
щим. Это условие приводит к следующему результату:
/Umax =sS 2М (р — р0) И кгс см,
(27)
где г0 — средний радиус баллона в см (рис. 138); И — средняя вы-
сота каркаса в см; [% — угол наклона нитей корда к меридиану
на среднем радиусе г0 баллона (угол закроя корда) в град; рх —
угол наклона нитей корда к меридиану на радиусе, sin рх = sin Во;
р0 — давление, расходуемое на преодоление начального зазора
между колодками и шкивом, равное 0,3—0,5 кгс/см2.
За допустимый момент принимают меньший из найденных по
формулам (26) и (27).
Обычно проводят еще и дополнительную проверку баллонов
по наибольшему растягивающему усилию в нитях корда и напряже-
ниям сдвига в протекторах баллона.
198
Наибольшее растягивающее усилие в нитях корда имеет место
у перехода от боковой к внутренней стенке баллона, на радиусе.
Оно равно (43]:
м
к? __ max
2vrr sin
(P-Po) H
w0 cos f 0
V COS2 f J
КГС,
где v — число нитей корда в каркасе, определяемое по формуле
v =
2лгопк cos f0
to
Здесь пк — число слоев корда; 10 — шаг нитей корда на окружности
баллона радиуса г0 в см.
Условие прочности нитей корда будет N [ЛА].
Допускаемая нагрузка на нить
кгс’
где Рра3р — разрывная нагрузка на нить корда (табл. 40) в кгс;
k„ — коэффициент неравномерности распределения нагрузки, рав-
ный 2,15; 1/г] —допускаемый запас прочности нитей корда.
Касательные напряжения тг для внутреннего и т2 для наружного
протекторов также не должны превышать допускаемых значений:
Т1 =
4„ax
2п61гпр,
2я62л2Р2
^[т],

Т2 =
где bi и Ь2 — ширина внутреннего и наружного протекторов в см;
гПр, игпРе —средний радиус внутреннего и наружного протекторов
в см.
Обычно принимают [т] = 3-4-5 кгс/см2.
Работоспособность шинно-пневматических муфт в значительной
мере зависит от типа приводной силовой установки. В ряде случаев
особенно в приводах, где в качестве рабочего органа используются
дизели, работоспособность муфт определяется крутильными коле-
баниями, которые зависят от упругих и демпфирующих устройств
самих муфт.
В этих приводах для расчета валопровода, в том числе и муфты,
необходимо знать численные значения податливости и удельного
трения муфты (коэффициента демпфирования).
Крутильная податливость муфты, характеризующая ее упругие
свойства, может быть определена по соотношению [431
Ht.
е =_________________I____________t_____ПА______ кгс-1. см
2nK£Kz-s sin2 2р0 G2jw» pbt G2jir’p/2
(28)
199
где t)i и — коэффициенты, характеризующие отношение макси-
мального напряжения к среднему во внутреннем и наружном про-
текторах; Ек — модуль упругости корда в кгс/см2; G — модуль
сдвига резины протектора в кгс/см2.
Таблица 40
Параметры для расчета и проектирования муфт
Параметр Величина
Коэффициент трения f пары: асбокаучук — сталь асбобакелит — сталь резина —сталь при давлении воздуха до 10 кгс/см2 » » » » » до 20 кгс/см2 » » » » » свыше 20 кгс/см2 0,3—0,32 0,2—0,35 0,4—0,45 0,35—0,4 0,3—0,35
„ 1 Плотность нитеи корда i0=-r~: ч> корд капрон 14К корд вискозный 22В металлокорд 21Л15 (7x3) 12,8 9,6 6,5
Допускаемая нагрузка [АГ] на нить: корд капрон 14К корд капрон 23К корд вискозный 22В корд анидный 23А металлокорд 21Л15 1,2 1,2 1,2 1,5 5
Коэффициент неравномерности работы kH 2,15
Разрывная нагрузка на нить /ф^р при ( = 80° С: корд капрон 14К корд капрон 23К корд вискозный 22В корд анидный 23А металлокорд 21Л15 12,4 19 20 20 До 70
Допускаемый запас прочности каркаса на разрыв [/г] 5
В зависимости от того, подсчитывается ли статическая или дина-
мическая податливость муфты, в формулу (28) должны подстав-
ляться статический или динамический модули упругости Ек корда
и модули сдвига G резины протектора.
200
Численные значения коэффициентов Ц| и ц2 находятся по рис. 139
в зависимости от параметра
v««2--Е-1/~______tobSG__ (29)
7 г V пкй/?к sin22|i*
Рис. 139. Зависи-
мость коэффициен-
та 41 от у
При подсчете коэффициента щ в формулу (29) вместо г, гпр, Ь,
h и Р необходимо подставлять значения r1,rnV1, bit hy и Pj (см.
рис. 138), а при подсчете коэффициента ц2 — соответственно г2,
91рг, b2, h2 и Р2.
Следует отметить, что расчетная зависимость (28), выведенная
без учета влияния нелинейности характеристик резинокордного
баллона, его температуры, скорости деформации и некоторых дру-
гих факторов, не поддающихся теоретическому определению, не обес-
печивает в ряде случаев требуемой точности подсчета крутильной
податливости муфты. Поэтому для ответствен-
ных агрегатов податливость муфты определяется
экспериментально в режимах динамического
нагружения.
14нтересные результаты экспериментального
исследования шинно-пневматических муфт при-
ведены в работе (431. Здесь на основе обработки
опытных данных получена приближенная расчет-
ная зависимость для определения приведенной
податливости муфт, учитывающая основные раз-
меры баллона, материал и все существенно
влияющие параметры нагрузки:
е - 1,5 (еп + ек) (1+0)055Р) (1 + ^) кгс ’см *
(30)
где еп и ек — податливость протектора и кордного каркаса
в кгс-1-см-1; t — температура баллона в °C; F — амплитуда приве-
денного эластического момента, действующего на муфту, в кгс -см;
2. — частота крутильных колебаний в минуту; а, Ь, с — коэффици-
енты, определяемые выражениями:
а= 0,059-——; 6=-^-; с=-
еп+ек 180 — t ’ (en + eK)rJoff
Величины еп и ек определяются следующим образом:
е,
0,005;
ек = тЛ—0,01,
где D и D2 — внутренний и наружный диаметры баллона в см (см.
рис. 137).
Коэффициент демпфирования р, характеризующий демпфирую-
щие свойства муфты, определяется экспериментальным путем.
201
В работе [43] приводится следующая эмпирическая зависимость для
определения коэффициента демпфирования при температуре бал-
лона, не превышающей 80° С:
[1—(0,01/)3]
(1 + 0,04го)(-^- + 0,з) ’
(31)
где р.о = 0,16 — для баллонов, изготовленных из натурального
каучука (НК) и р0 = 0,22 — для баллонов, изготовленных из син-
тетического каучука (СК).
Из формул (30) и (31) следует, что как податливость, так и коэф-
фициент демпфирования муфты существенно зависят от температуры
баллона, которая в условиях крутильных колебаний может дости-
гать значительной величины из-за большого внутреннего трения
в резине и плохой ее теплопроводности.
Однако определение температуры баллона весьма затрудни-
тельно, тем более, что в разных элементах баллона она различна.
В настоящее время ввиду отсутствия достаточных данных тепловой
расчет муфты проводят лишь весьма приближенно, выявляя при
этом скорее качественную сторону вопроса, чем количественную.
Можно полагать, что температура баллона в отдельных его эле-
ментах пропорциональна суммарному теплообразованию в муфте,
которое определяется следующей зависимостью [261:
— 60 • 100 • 427 ккал/с-
Эта формула обычно и служит исходной для определения темпе-
ратур баллона. Вместе с тем, следует отметить, что входящие в нее
параметры р и е сами являются функцией температуры и, в свою
очередь, влияют на величину амплитуды эластического момента F
и частоту колебаний Z. Таким образом, подсчет теплообразования
в муфте может быть проведен только методом последовательных
приближений, когда задаются возможными предварительными зна-
чениями параметров и в последующем уточняют их по результатам
расчета. Такой подсчет весьма сложен и поэтому чаще всего пока
ограничиваются опытными данными. Практикой эксплуатации
шинно-пневматических муфт установлено, что при предельно допу-
стимых значениях эластического момента по соображениям проч-
ности баллона наибольшая его температура достигает порядка
70—75° С (перепад температур А/ = 20-ь40° С).
В нормально работающих установках величина эластического
момента не должна превышать предельного значения, а поэтому
можно рекомендовать при определении параметров р и е* в первом
приближении принимать температуру баллона порядка 60—70° С.
Важными упругими характеристиками муфты являются также
ее жесткости при смещениях осей соединяемых валов, определяющие
величину возникающих при этом реактивных сил.
202
Радиальная жесткость муфты определяется в основном упругой
силой деформации сдвига в элементах баллона и подсчитывается
по приближенной формуле [43]
СР = w кгс/см •
Осевая жесткость муфты
Со = 5,6гор кгс/см.
В табл. 40 приведены значения некоторых параметров, которые
могут быть использованы при расчете и проектировании шинно-
пневматических муфт радиального действия.
Рис. 140. Осевая шинно-пневматическая муфта
Осевые шинно-пневматические муфты. Осевые шинно-пневмати-
ческие муфты (рис. 140) не подвержены заметному действию центро-
203
бежных сил. Баллон 1 при подаче воздуха перемещает диск 3 к диску
2. Заключенные между ними фрикционные диски 5 обеспечивают
передачу крутящего момента. Отключение муфты происходит с по-
мощью пружин 4 после стравливания воздуха из баллона.
Габаритные размеры и вес осевых муфт меньше, чем радиаль-
ных; расход воздуха также
ниже.
Однако осевые муфты пло-
хо компенсируют смещения
осей соединяемых валов.
Ленточная шинно-пнев-
матическая муфта. Разно-
видностью обжимной шинно-
пневматической муфты яв-
ляется фрикционная ленточ-
ная муфта, рассчитанная на
передачу большого крутя-
щего момента (рис. 141).
Муфта состоит из обода 3,
барабана 6 и стальной
ленты 2, к которой при-
креплены фрикционная на-
кладка и резинокордный бал-
лон /. Один конец ленты
шарнирно соединен с обо-
дом, другой — свободен. При
включении баллон расши-
ряется и прижимает сталь-
ную ленту с фрикционной
накладкой к барабану. При
вращении последнего проис-
ходит натяжение ленты и
передача крутящего момента
от звездочки 4 к валу 5.
После выпуска воздуха лента
ческая муфта разжимается и выключает
муфту. Большая неравномер-
ность давления по длине ленты вызывает значительный износ и
нагрев ленты.
Передаваемый муфтой крутящий момент определяется
Мкр = (еМ-1) (рфЬ
кгс • м,
где а — угол обхвата; р — давление воздуха в камере в кгс/см2;
R — радиус внутреннего барабана в см; b — ширина ленты в см;
т — масса единицы длины всех подвижных элементов (ленты с на-
кладками и внутренней стенки камеры) в кг/м; g — ускорение силы
тяжести в м/с2; v—окружная скорость на поверхности барабана в м/с.
204
По заданным Л1К!, и коэффициенту трения f определяется диа-
метр и ширина муфты, а также необходимое давление воздуха в ка-
мере.
Наибольшее давление на поверхности трения для пневматиче-
ской муфты по аналогии с ленточными фрикционными муфтами
<7rnax= ^ + Р кгс/см2,
где — сила натяжения ведущей ветви ленты при S2 = О (S2 —
сила натяжения ведомой ленты);
наименьшее давление
qmm = P кгс/см2.
2. П невмокамерные муфты
Простота конструкции, надежность и удобство в эксплуатации
обусловили применение этих муфт в экскаваторах-кранах, дробил-
ках, шнеках-смесителях, скреперных лебедках, на трелевочных
лебедках, в буровых станках, в кузнечно-прессовом оборудовании.
Рис. 142. Пневмокамерная фрикционная муфта радиального дей-
ствия
Пневмокамерные муфты могут быть колодочными, дисковыми, лен-
точными и конусными. Наибольшее применение нашли муфты пер-
вых двух типов. На рис. 142 представлена колодочная разжимная
пневмокамерная муфта по нормали МН 5019—63. Муфта состоит
из следующих основных деталей: ведущего обода 3, в котором поме-
щена пневмокамера 1, представляющая собой резиновую замкну-
тую плоскую трубу, армированную несколькими слоями корда;
205
ниппеля 2 для впуска воздуха в пневмокамеру; фрикционных коло-
док 7, расположенных на внешней поверхности пневмокамеры, воз-
вратных пружин 4 и пальцев-упоров 5. Принцип действия пневмо-
камерной муфты заключается в следующем: пневмокамера при впуске
в нее сжатого воздуха расширяется и прижимает фрикционные
колодки 7 к ведомому ободу 6. Окружное усилие, действующее на
фрикционные колодки, воспринимается пальцами-упорами 5, кото-
рые закреплены на разъемном ведущем ободе.
Окружное усилие передается от ведущего обода через пальцы-
упоры и фрикционные колодки ведомому ободу, пневмокамера же
в передаче крутящего момента не участвует. Пружина 4 при удале-
нии воздуха из пневмокамеры возвращают фрикционные колодки
в исходное положение.
Основные параметры и размеры пневмокамерных муфт радиаль-
ного действия приведены в табл. 41, обозначения размеров даны
на рис. 142.
Выбор муфты осуществляется по величине расчетного момента
Мрасч, определяемого зависимостью (25).
Представленная на рис. 143 номограмма позволяет быстро нахо-
дить требуемый размер колодочной пневмокамерной муфты. Для
этого следует параллельно оси абсцисс провести прямую с ординатой,
равной расчетному крутящему моменту, до пересечения с прямыми
давления в пневмокамере. Абсциссы точек пересечения указывают
необходимый типоразмер муфты.
Проектировочный расчет пневмокамерных колодочных фрикци-
онных муфт сводится к определению характерных размеров муфты
и пневмокамеры, наименьшего диаметра впускного отверстия в си-
стеме управления, обеспечивающего оптимальное время нарастания
крутящего момента, а также времени срабатывания муфты [81.
Диаметр шкива исходя из стойкости фрикционных накладок
можно определить по формуле
£) = 1/"__2Мрв~сч._
ш г z^f [<71 sin р ’
где г — число колодок; р — половина центрального угла колодки
в град; ф — коэффициент ширины фрикционных колодок, равный
0,16—0,32.
При проектировании меньшие значения коэффициента ф следует
принимать для муфт больших размеров, ориентируясь в первом
приближении на уже существующие конструкции муфт (табл. 41).
Внутренний диаметр пневмокамеры находят из выражения
D = £),„ — 2 (Л1 -р а),
где — толщина пневмокамеры, равная 1,4—1,6 см; а — кон-
структивный размер (не менее 4 см), необходимый для размещения
колодок с фрикционными накладками и создания воздушного за-
зора между поверхностью трения и пневмокамерой с целью сниже-
ния температуры на поверхности пневмокамеры.
206
Пиевмокамерные муфты радиального действия. Основные параметры и размеры (рис. 142)
(по нормали машиностроения МН 5019—63)
Таблица 41
Давление р в <гс/см2 Накладка Камера
4 6 8
№ типо- раз- мера муфты Обозначение муфты Допускаемая окруж- ная скорость на поверхности трения в М/'с при частоте вращения 400—500 об/мин Диа- метр шкива D ш в мм D в мм Dr в мм d в мм п в шт. В в мм коли- чество ог в мм By в мм h Вели- чина а в град Масса в кг
4,5 3 2.25 хода
Момент крутящий в кгс-м
1 250x80 50 70 100 250 85 110 11 4 80 145 70 3,5 90 7
2 300x90**** 80 125 160 300 105 130 6 90 8 173*** 80 13 10
3 360x100**** 125 200 250 360 155 185 100 233*** 90 15
4 420X110**** 200 315 400 420 195 225 13 8 НО 278*** 100 16 4,5 45 20
5 475x128**** 600x118 315 500 630 475** 230 260 10 128 10 333*** 115 11,5 36 30
6 500 800 1 000 600 365 345 118 12 450 105 15 35
7 710X125**** 800 1 250 1 600 710 445 485 8 125 16 544** НО 16 45 50
8 850X135 1 250 2 000 2 500 850 615 650 и 10 135 710 120 15 5,5 36 60
9 1 000X160 2 000 3 150 4 550 1 000 690 750 12 160 24 850 140 30 150
10 1 180x205 3 550 5 600 8 000 1 180 840 900 205 1 000 180 7,5 220
11 1 400 X245 6 300 10 000 14 000 1 400 980 1 040 22 20 245 32 1 180 220 8,5 350
12 1 700x275 11 200 17 000 25 000 1 700 1 280 1 350 26 275 1 500 250 9,5 500
- * Крутящие моменты рассчитаны при коэффициенте трения фрикционных накладок по чугуну, равном ** Ограниченного применения. *** Камеры освоены промышленностью. *** Для указанных муфт нормали МН 5020-63 и МН 5021-63 предусматривают рабочие чертежи. 0,4 ± 0,04.
207
Ширину пневмокамеры определяют исходя из заданного рабо-
чего давления по формуле:
р + гсп6тах
^-^(^^[0+20. . + «„)]+'-+ ‘-576"-
где р — радиальное усилие, создаваемое пневмокамерой на поверх-
^расч
ностях трения, равное —~— в кгс; сп— жесткость возвратных пру-
Рис. 143. Номограмма для определения типоразмера ко-
лодочной пневмокамерной муфты по крутящему моменту
и рабочему давлению и обозначения размеров нормализо-
ванных пневмокамерных колодочных муфт
жин в кгс/см; 6тах — наибольший рабочий ход колодок в см; | —
коэффициент, учитывающий уменьшение опорной поверхности, рав-
ный приблизительно 0,85; s — толщина стенок пневмокамеры в см;
р — давление в полости пневмокамеры в кгс/см2; р0 — противо-
давление камеры, в среднем равное 0,4—0,7 кгс/см2.
208
Предварительный натяг возвратных пружин должен обеспечи-
вать необходимую величину зазора. Его определяют из выражения
где со — угловая скорость в 1/с; g— ускорение силы тяжести
в см/с2; SG/j — сумма произведений веса перемещающихся ча-
стей на соответствующий радиус центра тяжести в кгс -см; 2GZ —
сумма весов перемещающихся частей в кгс.
Для уменьшения жесткости возвратных пружин рекомендуется
применять пружины типа рессор.
В случае расчета уже имеющейся конструкции пневмокамеры,
отвечающей требуемым размерам муфты, определяют необходимое
рабочее давление
р + гсп6тах , 2
Р = ^(50-\-1-57бтах) р + 2(/г1-5 + бтах)] + Р°КГС/СМ •
Площадь наименьшего сечения впускного отверстия клапана рас-
пределителя определяют (предварительно найдя суммарный объем
пневмокамеры и трубопровода) по формуле
Р _ 0,0057/1+^ Г 1,2 (0,607р —р0) , 1 2
*кл — / I а, и -J- I Ж ,
*опт L rp/Jo
где V — суммарный объем пневмокамеры и трубопровода в м3;
/опт — оптимальное время нарастания крутящего момента в с;
х — коэффициент местных сопротивлений, равный 35—60; ур —
удельный вес воздуха (кгс/м8) при рабочем давлении (см. [26]).
Время срабатывания муфты определяют по формуле
А/ = 0,003L + °’0055 V^l+K с,
Тр-^кл
где L — длина трубопровода от клапана распределителя до пневмо-
камерной муфты в м.
На рис. 144 показана дисковая пневмокамерная фрикционная
муфта. На постоянно вращающемся валу 1 на шлицах закреплен
диск 2, по наружным шлицам которого перемещаются подвижные
диски 6 и 8, соединенные между собой болтами 7. На диске 6
крепится пневмокамера 4, имеющая два ниппеля 5 для впуска воз-
духа. Между неподвижным (относительно вала /) диском 2 и подвиж-
ным диском 8 помещается ведомый диск 9 с фрикционными наклад-
ками 10. Диск 9 с помощью шлицев на стакане 11 соединен с зубча-
тым колесом 12. Между пневмокамерой 4 и диском 2 расположено
теплоизолирующее кольцо 3. Включение муфты происходит следую-
щим образом: при впуске воздуха пневмокамера, расширяясь, упи-
рается в диск 2 и отодвигает диски 6 и 8 влево, зажимая ведомый
диск 9 между дисками 2 и 8 и увлекая его во вращение. Осевая сила
включения на вал не передается, она воспринимается болтами 7.
209
При выключении возвратные пружины 13 сближают диски 6 и 2
и, сжимая пневмокамеру 4, освобождают фрикционный диск 9.
Расчет дисковых пневмокамерных муфт см. [8].
Для лучшего отвода тепла, выделяющегося во время работы
в пневмокамерных фрикционных муфтах, ведомый шкив муфты изго-
товляют с ребрами, что увели-
чивает поверхность теплоотдачи.
Расположение ребер параллель-
но оси вращения обеспечивает
более интенсивный теплообмен,
а следовательно, более эффек-
тивное охлаждение. Для умень-
шения потока тепла к пневмо-
камере предусматривается воз-
душный зазор между фрикцион-
ной колодкой и пневмокамерой
не менее 40 мм. Принудительный
поток воздуха обеспечивается
крыльчаткой.
Рис. 144. Фрикционная дисковая пнев-
мокамер ная муфта
3. Муфта «Pneumaflex»
Пневматическая фрикцион-
ная муфта «Pneumaflex» [81]
(рис. 145) является комбинацией
фрикционной муфты с упругой.
Муфта «Pneumaflex» пред-
ставляет собой двойную кони-
ческую фрикционную муфту,
содержащую ведомую 1 и веду-
щую 3 полумуфты с поверхно-
стями трения 2, пневмоци-
линдр 5, поршень 4, воздухо-
провод 7 и четыре упругих
элемента 6 из резины. Упругие
элементы расположены так, что
при отсутствии сжатого воз-
духа в пневмоцилиндре, по-
верхности трения разъединены.
Фрикционные обкладки прикре-
плены к внутренним коническим поверхностям ведомой полу-
муфты. Образующееся при включении тепло отводится в наруж-
ный кожух.
Муфта управляется сжатым воздухом давлением 6—8 кгс/см2.
Как во всех пневматических муфтах, подвод сжатого воздуха может
регулироваться дроссельным вентилем, благодаря чему можно в боль-
ших пределах менять скорость воздуха, подаваемого в муфту, и со-
ответственно устанавливать потребное время включения.
210
При подаче сжатого воздуха в пневмоцилиндр 5 осуществляется
перемещение в осевом направлении конусов ведомой полумуфты 1
до сцепления с коническими поверхностями трения 2 ведущей полу-
муфты. В таком положении осуществляется передача муфтой на-
грузки. При этом упругие элементы оказываются в напряженном
Рис. 145. Муфта «РпешпаПех» с основными габаритными размерами
состоянии. После выпуска сжатого воздуха из пневмоцплпндра
под действием сил упругих деформаций элементов 6 происходит
расцепление ведомой и ведущей полумуфт. При этом подвижные
в осевом направлении детали ведомой полумуфты фиксируются
на конусообразном кольце. Таким образом, все части муфты как
во включенном, так и в выключенном положении зафиксированы
в радиальном и осевом направлениях, а следовательно, препятст-
вуют возникновению дополнительных усилий. Кроме того, муфты
оснащены ограничителем от проворачивания полумуфт. Муфта
211
212
Таблица 42
Пневматические фрикционные муфты «Pneumaflex». Основные параметры и размеры (рис. 145)
Обозначение муфты д/* п Давление р в кгс/см2 Макси- мальная скорость вращения п** в об./мин Угол закручи- вания при Жесткость Размеры, мм
6—8
Номиналь- ный крутя- щий момент Б кгс-м Максималь- ный крутя- щий момент Л/g в кгс-м М п Ms крутиль- ная с* * * в кгс/рад радиаль- ная Срад в кгс/см аксиаль- ная сакс б кгс/см D р Р1
в град б град
КА 120 0,65 468 1 400 3 000 11,4 38 2 700 6 600 1 820 470 425 290
КА 140 0,84 600 1 800 2 500 11,4 38 3 600 7 200 1 980 515 460 315
КА 160 1,1 790 2 370 2 500 11,4 38 4 600 7 800 2 200 555 500 340
КА 180 1,44 1 030 3 090 2 500 11,4 38 6 000 8 400 2 400 600 540 370
КА 200 1,86 1 320 3 960 2 000 Н,4 38 7 800 9 200 2 600 650 585 400
КА 220 2,4 1 720 5 160 2 000 11,4 38 10 000 10 000 2 800 710 640 445
КА 240 3,1 2 230 6 690 2 000 11,4 38 13 200 11 000 3 100 765 680 480
КА 260 4,0 2 864 8 640 2 000 11,4 38 17 200 12 000 3 300 820 720 530
КА 280 5,3 3 800 11 400 1 500 11,4 38 22 000 13 200 3 600 900 800 580
КА 300 7,0 5 000 15 000 1 500 Н,4 38 30 000 14 400 4 000 990 870 620
КА 320 8,8 6 360 19 000 1 500 11,4 38 38 000 15 600 4 400 1 090 980 680
КА 340 11,0 7 900 23 700 1 000 11,0 37 47 200 16 500 4 640 1 180 1 030 750
КА 360 14,5 10 400 31 200 1 000 11,0 37 62 000 18 200 5 100 1 300 1 170 840
КА 380 18,8 13 500 40 500 1 000 11,0 37 80 600 19 800 5 580 1 400 1 260 900
КА 400 21,8 15 600 46 8С0 1 000 11,0 37 93 000 27 300 7 650 1 400 1 170 840
КА 420 28,2 20 250 60 750 1 000 11,0 37 120 000 29 700 8 370 1 500 1 260 900
Обозначение муфты Размеры, мм Расход воздуха на вклю- чение в л Масса в кг
L G К К1 С J м ЛЬ X Х1 2 Z1
КА 120 415 465 230 127 400 260 385 75 28 24 9 11 12 12 1,5 205
КА 140 430 480 235 133 435 285 410 73 28 26 9 13 12 12 1,8 235
КА 160 445 500 240 140 475 310 445 73 30 28 11 15 12 12 2,1 290
КА 180 480 540 250 150 510 340 480 73 30 30 13 15 12 12 2,5 360
КА 200 520 585 278 160 555 370 525 83 32 32 13 15 12 16 3,0 475
КА 220 545 615 285 190 605 410 570 82 32 34 15 18 12 12 3,7 575
КА 240 575 650 300 180 650 440 620 82 36 36 15 18 16 16 4,3 740
КА 260 605 680 315 195 690 490 660 82 36 38 15 18 16 16 5,0 880
КА 280 650 735 325 215 760 530 730 90 40 42 18 22 16 16 6,0 I 150
КА 300 720 810 367,5 240 830 570 800 105 44 46 18 22 16 16 7,2 1 590
КА 320 810 910 420 270 945 620 910 120 48 50 18 28 24 16 9.0 2 150
КА 340 865 975 440 290 980 680 940 120 52 55 22 28 16 16 13,0 2 800
КА 360 945 1065 480 320 1 НО 760 1 050 130 56 60 28 28 16 16 16,0 3 700
КА 380 1 030 1 160 520 350 1 200 820 1 130 150 60 65 28 34 16 16 19,0 4 620
КА 400 1 320 1 460 660 470 1 НО 760 1050 210 80 90 28 28 24 24 23,0 5 400
КА 420 1 450 1 600 720 530 1 200 820 1 140 245 90 100 28 34 24 24 27,0 7 000
* — максимальная или номинальная мощность в л. с.» п — частота вращения в об/мин (для окружающей среды до 70° С и для твердости резины М — средней). * * Конструкции муфт, выполненные из стали или сферического чугуна, для окружных скоростей v = 28 м/с динамически балан- сируются, нормальная конструкция из серого чугуна балансируются статически. * ** Значения получены при статической нагрузке. * *** Размер Llt установочный при применении промежуточного фланца для соединения с фланцем вала.
213
отличается легкостью ремонта при малой трудоемкости и удобством
в эксплуатации. Муфты применяются в основном в судостроении.
Основные параметры и размеры муфт «РпепшаПех» приведены
в табл. 42.
Выбор типоразмеров муфт производится по мощности и скоро-
сти вращения.
Г. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПОРОШКОВЫЕ МУФТЫ
1. Общие сведения
Электромагнитные порошковые муфты являются разновидностью
фрикционных муфт и относятся к группе муфт с электрическим
управлением, которые особенно широко применяются при автома-
тизации управления всевозможными машинами и механизмами.
Передача крутящего момента электромагнитной порошковой
муфтой основана на сцеплении ведущей и ведомой частей муфты,
возникающем при воздействии электромагнитного поля на ферро-
магнитный наполнитель (порошок), в результате чего тот увели-
чивает вязкость и прочно соединяет ведущую и ведомую части
муфты.
Эти муфты обладают следующими свойствами:
1) осуществляют жесткое сцепление, сцепление с проскальзы-
ванием и расцепление валов;
2) защищают двигатель и исполнительную машину от перегру-
зок, при превышении величины предельного крутящего момента
на ведомой части муфты, ведущая часть начинает проскальзывать,
благодаря чему на ведущем валу сохраняется прежнее значение
крутящего момента;
3) смягчают толчки и удары за счет деформации магнитного сцеп-
ления групп частиц ферромагнитного наполнителя и частичного
поглощения энергии толчка в результате взаимного трения частиц
наполнителя.
Указанные свойства в сочетании с электрическим управлением
процесса сцепления ведущей и ведомой частей порошковой муфты
позволяют применять эти муфты в качестве:
I) сцепных или пусковых, обеспечивающих плавный и регу-
лируемый по времени пуск;
2) предохранительных муфт;
3) муфт автоматического управления, используемых для плав-
ного регулирования крутящего момента и скорости вращения валов
исполнительных машин;
4) тормозов, применяемых в повторно-кратковременном режиме,
и динамометрических муфт, работающих в тормозном режиме.
Порошковые муфты отличаются высоким быстродействием. Время
достижения муфтой номинального момента колеблется от нескольких
секунд (для муфт, рассчитанных на передачу больших крутящих
моментов) до сотых долей секунды (для приборных муфт).
214
В отличие от фрикционных муфт порошковые муфты характе-
ризуются отсутствием износа рабочих поверхностей муфты, так как
при работе ведущая и ведомая поверхности непосредственно не со-
прикасаются.
Они просты по устройству, потребляют небольшую мощность
на управление.
При равных значениях передаваемого муфтой момента электро-
магнитные порошковые муфты несколько уступают по весу и габа-
ритным размерам механическим и электромагнитным фрикционным
многодисковым муфтам, но превосходят по тем же показателям не-
которые другие электрические управляемые муфты.
Принцип действия и физические процессы, происходящие в ра-
бочем зазоре, рассмотрим на примере муфты, схема которой пред-
ставлена на рис. 146, а, б.
а — схема муфты, б — связка в рабочем зазоре
Цилиндрические поверхности наружного 1 в внутреннего 2
цилиндров, обычно выполненных из малоуглеродистой стали, огра-
ничивают кольцевой рабочий зазор, заполненный наполнителем 4,
который представляет собой смесь ферромагнитного порошка со
смазывающим веществом. Обмотка управления 3 питается постоян-
ным током. Подвод тока к обмотке осуществляется через щетки
и контактные кольца 5. Магнитный поток, создаваемый электриче-
ским током, проходит по внутреннему цилиндру 2, через рабочий
зазор с наполнителем 4 по наружному цилиндру 1, через вторую
часть рабочего зазора и вновь по внутреннему цилиндру 2, образуя
замкнутую цепь (обозначена на схеме штриховой линией).
В результате воздействия электромагнитного поля на наполни-
тель, из ферромагнитных частиц образуются связки, ориентирован-
ные вдоль магнитных силовых линий и соединяющие наружный 1
и внутренний 2 цилиндры (рис. 146, б). При этом создается опре-
деленное сопротивление сдвигу, которое тем сильнее, чем больше
магнитные силы сцепления частиц в связках.
При определенном моменте сил сопротивления на ведомом валу,
вследствие смешения поверхностей цилиндров 1 и 2 происходит
деформация сдвига и искривление связок, причем концы связок,
прилегающие к поверхностям цилиндров 1 и 2 остаются нормаль-
ными к ним, а средняя часть наклоняется на некоторый угол а.
215
Дальнейшее повышение момента сил сопротивления при посто-
янном электромагнитном поле угол искривления связок увеличи-
вается, затем происходит разрыв связок и начинается скольжение
ведущей части муфты относительно ведомой.
Значение угла а, при котором происходит разрушение связок
и начинается скольжение, по экспериментальным данным [12],
колеблется в пределах 15—30° и зависит от состава наполнителя и
толщины зазора, причем меньшие углы разрушения соответствуют
большим зазорам и сухому наполнителю. Изменяя ток управления,
Рис. 147. Конструктивные схемы порошковых муфт
можно соединить ведущую и ведомую части муфты либо жестко,
либо с проскальзыванием до полного расцепления.
При отсутствии тока управления в обмотке величина вращающе-
го момента, передаваемого муфтой, определяется силами трения
частиц наполнителя и остаточным магнетизмом наружного и внут-
реннего цилиндров.
Для питания обмотки управления обычно применяется постоян-
ный ток. Использование переменного тока усложняет конструкцию
и вызывает увеличение размеров муфты. В тех случаях, когда недо-
пустимо расцепление муфты при исчезновении тока, применяются
постоянные магниты, снабжаемые для расцепления размагничи-
вающей обмоткой.
На величину крутящего момента, передаваемого муфтой, ока-
зывают отрицательное влияние уплотнение наполнителя и необ-
ратимое изменение физико-химических свойств его (старение).
216
2
10 3 8
Рис. 148. Электромагнитная порошко-
вая муфта
Уплотнение наполнителя происходит как под действием центро-
бежных сил в работающей муфте, так и за счет оседания его в нера-
ботающей муфте (слеживание), в результате чего частицы наполни-
теля теряют подвижность в рабочем зазоре муфты. Старение напол-
нителя особенно активно протекает в условиях высоких температур,
возникающих в рабочем зазоре от взаимного трения частиц напол-
нителя при работе муфты в ре-
жиме скольжения.
Порошковые муфты можно
классифицировать по следую-
щим основным признакам:
1) форме и расположению
рабочих зазоров относительно
оси вращения;
2) количеству рабочих за-
зоров;
3) количеству катушек упра-
вления;
4) способу подвода тока к об-
мотке управления (вращающая-
ся или неподвижная обмотка);
5) соотношение моментов
инерции ведомой и ведущей ча-
стей.
Некоторые конструктивные
схемы муфт различных типов
представлены на рис. 147 [54].
Муфты могут быть: униполяр-
ные (рис. 147, а—е) и многопо-
люсные (рис. 147, ж, з), причем
каждая может иметь одну или
несколько обмоток; однообмоточ-
ные двухслойные (рис. 147, а) и
однообмоточные многослойные
(рис. 147, б); многообмоточные
многослойные цилиндрические: инерционные (рис. 147, в) (моменты
инерции обоих полумуфт равны), малоинерционные (рис. 147, г)
(момент инерции ведомой половины значительно меньше, чем
ведущей половины муфты); многообмоточные многослойные диско-
вые малоинерционные (рис. 147, д); однообмоточные с неподвижной
обмоткой (рис. 147, е), с радиальным и тангенциальным располо-
жением обмоток (рис. 147, ж); те же с последовательно-параллель-
ным соединением обмоток (рис. 147, з).
Наибольшее распространение получили цилиндрические одно-
обмоточные конструкции муфт как наиболее простые в изготовлении
и эксплуатации.
На рис. 148 показана конструкция, разработанная в
ГДР [611.
217
Номинальный вращающий момент муфты—315 кгс-м. Наруж-
ный диаметр 615 мм, длина 295 мм. Массивный ротор 4 может соеди-
няться либо с валом приводного двигателя, либо с валом редуктора.
Ротор вращается в подшипниках, посаженных в крышках 1 и 3
наружного корпуса 2. В кольцевом пазу размещена обмотка возбуж-
дения 8, закрытая немагнитным кольцом 9. Концы обмотки выведены
на контактные кольца 12, насаженные на выступе ротора. Цилиндри-
ческие поверхности корпуса и ротора образуют рабочий зазор 10,
заполняемый порошком. Уплотняется он магнитными ловушками,
выполненными в виде заостренных шайб 11, закрепленных на тор-
цовых поверхностях ротора. Частицы порошка, прилипая к зао-
стренному краю шайбы, препятствуют перетеканию наполнителя
из рабочего слоя в зону подшипников. Дополнительно к магнитным
ловушкам перед подшипниками установлены уплотнительные кольца
7. Подшипники закрыты крышками 5 и сальниками 6.
Муфта аналогичной конструкции, разработанная в Гппронефте-
маше для привода буровой установки, имеет следующие параметры
1611:
Момент в кгс • м:
номинальный....................................400
максимальный ..................................600
Номинальная частота вращения в об/мин.............750
Мощность возбуждения в кВт......................0,05
Наружный диаметр в мм .........................650
Длина в мм........................................500
Масса муфты в кг .................................700
2. Материалы
Наполнитель. В качестве ферромагнитного порошка используется
карбонильное железо марок Р-4 , Р-8, П-4 (цифры обозначают сред-
ний диаметр частиц в мкм).
В качестве сухих смазывающих веществ используются тальк,
графит, окиси магния и цинка, кварц, стекло с диаметром частиц
0,1—1 мкм.
Жидкими смазывающими веществами служат минеральные масла:
трансформаторное — для работы при температуре 40—70°С, авиа-
масла — для работы при температуре 70—100° С, а также синтети-
ческие жидкие соединения для более высоких температур.
Жидкие среды обеспечивают более высокую подвижность частиц
наполнителя чем сухие, но требуют надежных уплотнений. Сухие
среды до некоторой степени ухудшают теплопроводность частей
муфты за счет воздушных прослоек в наполнителе, но проще в эксплу-
атации. Наполнитель на сухой основе подвержен старению, поэтому
следует периодически производить замену его.
Магнитопроводы. Материал для магнитной системы муфты необ-
ходимо выбирать с учетом назначения муфты. Для быстродейству-
218
ющих муфт применяют материалы с высокой начальной проница-
емостью — пермаллой, пермендюр. Для магнитопроводов регули-
руемых муфт наиболее пригодна низкоуглеродистая электротехни-
ческая сталь железо Армко. Магнитопроводы медленнодействующих
муфт изготовляются из стали 10. Для муфт, рассчитанных па пере-
дачу больших моментов, применяются стали 15 и 20.
Немагнитные детали муфты. К немагнитным деталям муфты
относятся крышки, валы, подшипники, крепежные детали и т. д.
Для уменьшения магнитного рассеивания эти детали изготовляются
из немагнитных и маломагнптных материалов. Используют мало-
магнитную сталь аустенитного класса, нержавеющую немагнитную
сталь (хромистую, хромоникелевую, хромомарганцевую), а также
латунь, дюраль и др.
Уплотнительные материалы. Уплотнения в муфте предназначены
для защиты подшипников от попадания частиц наполнителя и пре-
дотвращения утечки наполнителя из рабочего зазора. Применяются
войлочные или фетровые сальники, графитовые кольца, манжеты
из резины и кожи. Используются магнитные лов ушки-уплотнения
из постоянных магнитов и электромагнитов, задерживающих желез-
ные частицы наполнителя.
3. Характеристики порошковых муфт
Работа муфты в любом режиме определяется следующими харак-
теристиками: статической, механической, регулировочной и дина-
мической.
Статическая характеристика представляет зависимость крутя-
щего момента Л1кр от тока управления /у, определяемую при затор-
моженной ведомой части муфты.
Вид зависимости Л4кр + f (7У), представленной на рис. 149, а,
свидетельствует о существовании начального момента М = Л40,
обусловленного в основном трением частиц наполнителя о поверх-
ность ведущей и ведомой частей муфты.
Характеристика имеет вид гистерезисной кривой с восходящей
и нисходящей ветвями, отражающими совместное действие магнит-
ных и механических сил в рабочем зазоре муфты. Характер проте-
кания кривой свидетельствует о том, что муфта хорошо регулирует
крутящий момент.
Механической характеристикой называют зависимость скольже-
ния от величины момента М, передаваемого муфтой, при постоянных
токе управления /у и скорости вращения ведущей части n, : 5 ~
= f (М), где 5=1 — —; и2— частота вращения ведомой части
п1
муфты. Из этой характеристики (рис. 149, б) следует, что при дости-
жении предельного значения момента Л1пр муфта быстро переходит
в режим полного скольжения, причем угол наклона характеристики
зависит от величины вихревых токов, наводимых в сплошных магни-
топроводах.
219
Регулировочная характеристика представляет зависимость час-
тоты вращения ведомой части муфты п2 от величины тока управления
/у при постоянных частоте вращения ведущей части пг и моменте
сопротивлений на ведомом валу М.
Характеристика п2 = f (/у), представленная на рис. 149, в,
свидетельствует о том, что при достаточно большом токе обеспе-
чивается синхронное вращение ведущей и ведомой части муфты.
Рис. 149. Характеристика муфты:
а — статическая; б — механическая (1ь = const,
zzj = const); в — регулировочная (щ = const,
/ИКр = const); а — динамическая
С уменьшением тока управления ведомая часть начинает про-
скальзывать, т. е. п2 < пх. Значение тока /0 соответствует п2 — О
и S = 1 и определяется в каждом конкретном случае величиной
нагрузочного момента и количеством наполнителя в рабочем зазоре
муфты.
Динамической называют характеристику, определяющую изме-
нение момента муфты М при скачкообразном приложении напряже-
ния U. Вид зависимости М = f (/) представлен на рис. 149, г. Нара-
стание тока Д в обмотке управления при скачкообразном изменении
напряжения происходит по экспоненциальному закону и вызывают
такой же характер нарастания момента.
Отставание нарастания момента на время т относительно тока
возбуждения объясняется временем, затрачиваемым на процесс
образования связок в рабочем зазоре муфты.
220
Следует отметить, что одновременно протекающие в рабочем
зазоре муфты электромагнитные, механические и тепловые процессы
затрудняют аналитическое определение характеристик муфт, поэ-
тому их находят экспериментально.
4. Расчет электромагнитных порошковых муфт
Рассмотрим расчет порошковых муфт, основываясь на методике
ЭНИМС [55]. Эта методика разработана применительно к условиям
станкостроения, однако обычно она используется при расчете муфт
и для других отраслей машиностроения.
Различаются следующие режимы работы муфты:
а) /г, — п2 ~ 0 (установившийся режим);
б) «1 — п2 = f (t) 0 (режим скольжения).
Основой расчета является зависимость:
М = 2^о kv,J’.,tnlJ3p, (32)
где М — момент, передаваемый муфтой в кгс -м; Врж — коэффици-
ент режима работы (для установившегося режима Лрж = 1,0, а для
режима скольжения &рж = 0,7 -ь 0,9); D — средний диаметр муфты
по рабочим зазорам в см; т — число рабочих зазоров (число слоев
порошка); ks = ^ — отношение ширины рабочего зазора b к сред-
нему диаметру; р — удельная сила сцепления в рабочем зазоре
в кгс/см2.
Следовательно, при заданных геометрических параметрах муфты
ее момент является функцией р: величина р определяется следующим
образом:
р = kKkvk3knB2 кгс/см2, (33)
где kK— коэффициент, зависящий от материала наполнителя; kK =
= 1 — для карбонильного железа и масла, если железо и смеси по
объему составляют 0,3—0,45; kM — 1,4 — для карбонильного чистого
железа с содержанием железа в смеси по объему 0,65; k„ = 1,1 —
для карбонильного железа и окиси цинка при содержании железа
и двуокиси кремния с тем же содержанием железа; k3 — коэффициент,
учитывающий влияние числа рабочих зазоров на плотность напол-
нителя; kv — коэффициент, учитывающий линейную скорость дви-
жения частиц в зазоре (рис. 150) и зависящий также от величины
зазора 6; /гп, п — величины, зависящие от плотности наполнителя
и размера зазора 6 (рис. 151) при содержании в рабочей смеси 0,30
и 0,45 железа (по объему).
При числе зазоров 1, 2, 4, 6, 8 коэффициент k3 соответственно при-
нимает 1; 0,95; 0,9; 0,8; 0,7.
Намагничивающая сила, необходимая для создания индукции
В3, определяется по формуле:
/oj = mfi-3-(l+ -“ ), (34)
Из \ /770 / v
221
в -С
где |л3 — магнитная проницаемость зазора в д выбирается
по рис. 152, причем верхняя кривая соответствует сухому напол-
Рис. 150. Зависимость
коэффициента kv от
скорости частиц в за-
зоре
Рис. 151. Зависимость ко-
эффициента kn и п от раз-
мера зазора 6
нителю; а — коэффициент (рис. 153), зависящий от индукции и
значения коэффициента
K»~D '
Диаметр обмоточного провода определяется из условия обеспе-
чения необходимой намагничивающей силы:
d = 2]/’-^e-MM, (35)
где Da — средний диаметр обмотки в м; р — удельное сопротивление
провода в Ом -мм2/м; U — напряжение, подводимое к обмотке в В.
Рис. 152. Зависимость
магнитной проницаемости
от индукции в зазоре
Рис. 153. Зависимость ко-
эффициента а от индук-
ции в зазоре
Площадь сечения паза под
Q __________________ ЭТ
обмотку определяется по формуле
Ш2 2
’k N ММ ’
K3anzv у
где k3im — 0,6—0,7 — коэффициент заполнения сечения
N? — удельная мощность омических потерь (на 1 А -в)
(36)
медью;
(37)
где N — мощность омических потерь в катушке в Вт.
По зависимостям (31) — (37) определяются основные параметры
муфты.
222
Порядок расчета
1. Определяют средний диаметр D рабочего зазора муфты из
формулы (32), принимая р = 0,3 -г- 1,7 кгс/см2. Большие значе-
ния р соответствуют меньшим значениям б. Значения kB берут в пре-
делах 0,12—0,4, исходя из конструктивной схемы муфты (см. рис.
147). Величина рабочего зазора для муфт средней мощности огра-
Рис. 154. Расчетная схема муфты
ничивается интервалом
6 = 0,5 -т- 3 мм.
Наружный диаметр
муфты для разных конст-
руктивных схем принимают
в пределах:
nH = l/D(D + 4&)4-
-^-]/D(l,5D + 46),
где b — ширина зазора
(b = kBD).
2. По формулам (33) и
(34) определяют В3 и /со.
3. По формулам (35) и
(36) определяются диаметр
провода и площадь сече-
ния паза под обмотку.
Рассмотрим пример расчета муфты [61] кранового привода. Рас-
четная схема муфты представлена на рис. 154.
Исходные данные: номинальный момент Мп = 34 кгс -м; пг =
= 1500 об/мин, напряжение, подводимое к обмотке муфты, U —
= ПО В, муфта выполнена двухзазорной (т = 2), ширина зазора
b = 5 см.
Принимаем р = 0,3 кгс/см2, kVv; — 1 и из выражения (32) нахо-
дим средний диаметр муфты
20° М я/‘ 200-34
nkpKbmp F 3,14 • 1 • 5 • 2 • 0,3
26 см.
Находим отношение Лв==~ = 0,19 что приемлемо. Величину
индукции определяем из формулы (33). Принимая k,_, = 1,3,
kv= 1, k3 — 0,95, kn = 0,7, n — 1,3, находим
B3S = -тг—пг = 7Г7~т-?’31 пог = 0,36; В = 0,47 ^c.
kBkakvk3 0,7 • 1,3 • 1 • 0,95 ’ ’ m2
R . о
Принимаем B3 = 0,5 = 5000 ч.
223
Необходимая намагничивающая сила определяется по формуле
В - с
(34), для чего принимаем р3 = 0,8-10 5 д. мин' ’а = 1,5 -10'3, б =
= 0,0015 м.
Подставив полученные значения в формулу (34), имеем
, 2-0,0015-0,5/, , 1,5-Ю-з .
= ~ '0,8~1б^ \1 + ~2ТоЖ57 ~ 280 АВ-
Для магнитопровода из обычной стали величину /со удваиваем
и принимаем равной 560 Ав.
Принимая Do = 0,24 м и р = 0,0175 Ом' Ум_> находим по фор-
муле (35)
, „ , /'бООД),24 • 0,0175 п ол
d = 2 у ----Т/сП-----= 0,30 мм.
Выбираем провод ПСДК диаметром d = 0,44 м, с учетом изоля-
ции dK = 0,65 мм. Размеры паза для обмотки принимаем b h =
= 26-30 мм2, сечение обмотки с учетом изоляции будет bjio =
= 23-27 мм2.
Число слоев в обмотке
число витков в слое
*2 = ^ = W = 36;
число витков в обмотке
со0 = kik2 = 42•36 = 1512.
Наибольший ток
/ = =______п01_°-442__= 0 84 А
у 4Wt,D0p 5-1512-0,24-0,0175 ’
Наибольшая намагничивающая сила
/усоо = 0,84- 1512= 1270 Ав.
Наибольшая плотность тока (в период разгона)
. 41 у 4-0,84 к _ , , ,
псР ~ 3,14-0,442 5,5 А'ММ ’
что допустимо для провода с кремнийорганической изоляцией.
Помимо указанных расчетов, некоторые авторы [32; 61] проводят
расчеты магнитной цепи и тепловые расчеты для конкретных типов
муфт и конкретных условий их работы, которые дают в большинстве
случаев лишь ориентировочные решения и уточняются эксперимен-
тальными данными.
224
Глава IV
МУФТЫ СВОБОДНОГО ХОДА
1. Общие сведения
Назначение муфты свободного хода (обгонной) состоит в том,
чтобы передать крутящий момент в направлении от ведущей детали
к ведомой. Вместе с тем, особенностью данной муфты является то,
что она, во-первых, передает крутящий момент только в за-
данном направлении и, во-вторых, только до тех пор, пока
угловые скорости вращения ведущего и ведомого звеньев остаются
одинаковыми; как только угловая скорость ведомого звена по тем
или иным причинам превысит скорость ведущего, муфта автомати-
чески разобщает сцепленные части.
По принципу действия муфты можно разделить на два основных
вида: фрикционные, действующие вследствие заклинивания между
полумуфтами вспомогательных элементов (шариков, роликов и т. п.),
и храповые, работающие по принципу зацепления. Наибольшее
распространение получили фрикционные муфты вследствие таких
преимуществ, как способность работать при высоких скоростях
и при любом числе включений, минимальный мертвый ход, меньшие
ударные нагрузки и почти полная бесшумность. Храповые муфты
пригодны лишь при сравнительно малых скоростях вращения
(п < 100 -г- 150 об/мин), создают сильный шум при холостом ходе;
включение их сопровождается значительными ударными нагруз-
ками.
Среди фрикционных муфт свободного хода в машиностроении и
приборостроении используются роликовые муфты благодаря точ-
ности в работе, бесшумности, способности передавать значительные
нагрузки при сравнительно малых размерах, технологичности кон-
струкции, простоты обслуживания и др.
По назначению и конструктивным признакам роликовые муфты
классифицируются следующим образом (рис. 155).
В настоящей главе рассматриваются только фрикционные роли-
ковые муфты свободного хода. Ограничимся освещением лишь неко-
торых из них, наиболее типичных или оригинальных. Расчет при-
жимных устройств, влияние сил инерции и податливости элементов
муфты, процесс расклинивания подробно изложены в работах
Н. К. Куликова [25], В. Ф. Мальцева [28], М. Н. Пилипенко
[361 и др.
8 Поляков В. С<
225
226
Рис. 155. Классификация роликовых муфт свободного хода
Рассмотрим устройство и принцип действия роликовой муфты
свободного хода (рис. 156).
Муфта состоит из обоймы 4, звездочки 3, нескольких роликов или
шариков 5, толкателей 2 и пружин 1.
Рис 156 Схема устройства роликовой муфты свободного хода
Количество роликов — от 3 до 8, а иногда и больше. При значи-
тельной длине ролика может быть установлено по два толкателя 2 на
каждый ролик. Известны конструкции муфт, не имеющие толкате-
лей. Во избежание перекоса роликов в таких случаях желательно
устройство сепараторов.
Ведущим элементом муфты могут быть как звездочка 3, так и
обойма 4.
8
227
Для передачи крутящего момента необходимо создать условия
для заклинивания роликов 5 между поверхностями ведущего и ведо-
мого элементов муфты. Обычно внутренняя поверхность обоймы
выполняется как поверхность цилиндра. Для получения постоянных
по величине углов заклинивания роликов поверхность АВ звез-
дочки 3 (рис. 156, а), профилируется иногда по логарифмической
Рис. 157. Принципиальная схема роликовой муфты
свободного хода
спирали. Большое распространение получили также муфты с профи-
лированием звездочки по прямой (рис. 156, б), здесь участок АВ
является отрезком прямой линии. Эта муфта — одностороннего
действия. Если ведущим звеном является звездочка, момент пере-
дается в направлении Мг; если ведет обойма — в направлении УИ2.
Принципиальная схема муфты показана также на рис. 157, а.
На этом же рисунке изображены схемы устройства муфт: одинарной
двустороннего действия (рис. 157, б); двойной двустороннего дей-
ствия (рис. 157, в) и реверсивной (рис. 157, г).
228
Одинарная муфта двустороннего действия. Муфты этого типа
связывают три кинематические цепи и служат для передачи движе-
ния и момента ведомому валу попеременно от одной из двух кинема-
тических цепей. Отличаются от муфт одностороннего действия нали-
чием вилки (сепаратора) 4, имеющей самостоятельный источник дви-
жения. Ведущим может быть любое из звеньев, т. е. обойма 2, либо
вилка 4, либо звездочка 1, следует отметить, что между вилкой и
звездочкой имеется жесткая кинематическая связь и, следовательно,
они всегда вращаются совместно.
Если ведет обойма 2 (рис. 157, б),то, вращаясь по часовой стрелке,
она увлекает ролики в узкую часть клина. С момента заклинивания
наступает равенство <л, = со2; с этой угловой скоростью будет вра-
щаться вся система, причем благодаря прорезям заклиненные ролики
3 ведут вилку. Если момент, приложенный к вилке, окажется доста-
точным для преодоления сопротивления роликов расклиниванию,
то произойдет разъединение обоймы и звездочки. Вращаясь против
часовой стрелки со скоростью со2 > обойма не ведет.
Если ведет звездочка, то при движении против часовой стрелки
происходит заклинивание роликов; вся система вращается как одно
целое со скоростью сщ. При движении по часовой стрелке звездочка
вызовет расклинивание системы.
Двойная муфта двустороннего действия (рис. 157, в). При сравне-
нии рис. 157, б с рис. 157, в видно, что двойная муфта отличается от
одинарной удвоенным числом роликов и рабочих заклинивающих
поверхностей, разнозначно направленных. Заклинивание происхо-
дит при вращении как звездочки, гак и обоймы в любую сторону.
Если ведущей является обойма, то полный крутящий момент пере-
дается звездочке и ограниченный — вилке. Вилка может вести
только звездочку, которая передает вращение как обойме, так п
вилке.
Реверсивная муфта (рис. 157, г). Она соединяет две кинемати-
ческие цепи. В зависимости от включения она может передавать
момент в обоих направлениях; ролики 3 заклинивают муфту в од-
ном направлении, ролики 9 — в обратном. Ролики 3 и 9 располо-
жены попарно на рабочих поверхностях прямого и обратного ходов
и имеют общую распорную (прижимную) пружину, установленную
в отверстии специального выступа на звездочке. Между каждой па-
рой роликов расположен зуб вилки переключения 4. Если повернуть
и зафиксировать зуб переключателя относительно звездочки так,
чтобы он переместил ролик 3 (на правой проекции рпс. 157, г) по
часовой стрелке, то ролик окажется в широкой части клина, т. е.
в положении холостого хода. Наоборот, правый ролик 9, при дви-
жении звездочки против часовой стрелки, заклинит муфту и передаст
момент того же направления. Схема механизма переключения сле-
дующая: на валу 6 по скользящей посадке установлена втулка 5,
которая может скользить вдоль оси вала 6, будучи направляема
штифтом 7 (ось паза втулки параллельна оси вала). Втулка 5,
в свою очередь, имеет штифт 8, который скользит в косом пазу
229
ступицы переключателя 4 при осевом перемещении втулки 5. Так
как паз в ступице расположен под углом к оси вала 6, то осевое
движение втулки 5 вызывает поворот на некоторый угол пере-
ключателя 4 относительно звездочки 1.
Управление переключением может осуществляться (дистанци-
онно или непосредственно).
2. Некоторые теоретические сведения
Рабочий профиль обоймы имеет форму окружности, профиль
звездочки — фасонный. В простейшем случае рабочая поверхность
звездочки представляет плоскость. Наряду с технологическими досто-
инствами плоская рабочая поверхность имеет и существенные экс-
плуатационные недостатки; по мере износа сказывается искажение
угла заклинивания сравнительно с исходным углом. Поэтому, с точки
Рис. 158. Схема муфты с цилиндрическими роликами
зрения долговечности, предпочтителен неплоский профиль: по
логарифмической или архимедовой спирали. Это справедливо для
муфт с цилиндрическими роликами, муфты же с эксцентриковыми
роликами отличаются тем, что как обойма, так и звездочка профи-
лируются по окружности.
Муфта с цилиндрическими роликами (звездочка внутренняя,
рабочая поверхность звездочки — плоскость). При внутреннем диа-
метре обоймы D (рис. 158) и диаметре ролика d определяется вели-
чина с:
c = ~[(D —d)coscc = d], (1)
если принять
-?-= Къ то с= 7у[(К1— l)cosa— 1].
CL £
230
Из треугольника АВЕ следует:
BE = у cos а — с; АВ = d cos
а BE
COS 2 АВ
D
- cos а — с
, а
a cos -g
Так как
то
COS а
2c+d
D — d В 9
Cos“ = l/-£±^-
L 2 У 2(0—d)
(2)
(3)
Из уравнений (2) и (3) видно, что с увеличением с и диаметра
ролика d угол заклинивания а уменьшается, а с увеличением D
повышается. Из рис. 158 следует, что
, D — d .
Ь = —g— sin а;
D — d
2
С1
sin р.
Погрешности изготовления деталей муфты оказывают сущест-
венное влияние на угол заклинивания.
Обозначим:
D6 и D№ — наибольший и наименьший предельные размеры
внутреннего диаметра обоймы;
d6 и d№ — наибольший и наименьший предельные диаметры
ролика;
сб и с,, — наибольшее и наименьшее значения величины с;
<хб и аы — наибольшее и наименьшее значение угла заклини-
вания.
Тогда формула (1) напишется так:
с6 = ~ [(£>м - d6) cos ссм - d6] ;
см = ~ [(Об — du) cos аб — dM] ,
откуда
cos ам
__2cg -j- df, _
Вм dg
COS Kg
_2см -р dM
Dg—dM ’
В табл. 43 указаны предельные отклонения размеров с и съ
принятые в нормали МНЗ—61.
231
Таблица 43
Предельные отклонения размеров с и сг
D (Доп. по А) с С1 D (Доп. по А) с с1
32 11,92—0,01 13,0—0,2 100 36,76—0,06 40,5—0,5
40 14,90—0,01 16,3—0,2 125 46,20—0,08 50,8—0,5
50 18,87-0,02 21,2—0,3 160 59,61—0,13 62,5—0,6
65 24,34—0,03 26,6—0,3 200 74,52—0,14 81,5—0,6
80 23,80—0,04 32,6—0,3
При выходе ролика из узкой части клина в широкую, т. е. при
свободном ходе муфты, центр ролика переместится из точки Ft в
точку F2, войдя в контакт с плоскостью NN (штриховые линии на
рис. 158). При этом должен быть обеспечен радиальный зазор S,
величина которого связана с размером а. Взаимная связь величин
S и а представлена следующими выражениями:

cos <р
(D—d) cos а
D—d — 2S ‘
232
Угол заклинивания связан с параметром муфты D; d\ с. Найдем
эту связь, пользуясь формулой (2),
Влияние j при заданном показано рис. 159. В среднем можно
принимать Ki — 8.
Муфта с эксцентриковыми роликами. Между двумя цилиндриче-
скими поверхностями наружной и внутренней обойм размещаются
эксцентриковые ролики (рис. 160). При <о1 > со2 ролики заклини-
ваются. Преимуществами такой конструкции являются: а) простота
Рис. 160. Схема муфты с эксцентриковыми роликами
выполнения обеих обойм; б) возможность разместить большее коли-
чество заклинивающих тел; в) относительно больший радиус контак-
тирующей поверхности г. Вообще говоря, не обязательно радиусы г
ролика должны быть одинаковы: наоборот, для снижения контакт-
ных напряжений желательно, чтобы
где г2 — радиус поверхности ролика, обращенной к внутренней
обойме; ri — то же, к наружной обойме.
Подобно тому как в муфте с цилиндрическими роликами глав-
ным параметром является угол заклинивания а, здесь такую же роль
играет угол <р.
Эксцентриситет находим из выражения
е = V(R! — г)2 + (/?2 + г)2 — 2 (/?! — г) (R2 + г) cos р. (4)
Вследствие малости угла р можно принять cos р = 1, тогда
е = У Ж + 4г2 + /?) + 4r R2 - 4г/?! - 2RrR2 = R2 + 2r - /?1;
OB sin fi /?, sin В
Sin <p = —-L = - 1__— .
AB P%2 + ^-W?2CosP
233
Величина cos р может быть найдена из выражения (4)
cos р =
(/?1~')2 + (М. + г)2-е2
2 (7?г-/ )(/?, +г)
Заклинивание и заклиненное состояние. Рассмотрим случай
с одиночным расположением цилиндрических роликов.
В. Ф. Мальцев [28] обосновал следующие положения:
а) силы, действующие на ролик как в процессе заклинивания, так
и в заклиненном состоянии, однозначны;
б) силы трения, действующие на ролик как со стороны обоймы, так
и со стороны звездочки (рис. 161, а), действуют на него в направле-
Рис. 161. Силы трения, действующие на ролик
нии сужающейся части клина. Экспериментально было установлено,
что
e<ry; /'Р <
(на рис. 161, а жирными линиями изображены поверхности обоймы,
ролика и звездочки, бывшие в контакте в процессе заклинивания).
Следовательно имеет место не только перекатывание ролика по
рабочим поверхностям, но и скольжение. Это также доказывает
интенсивный износ участка р (рис. 161, а). Следовательно, схема
сил трения должна быть такой, какая показана на рис. 161, б.
При условии Го] > со2 ролик оказывается зажатым между звез-
дочкой и обоймой (рис. 162) и на него действуют силы нормаль-
ные М] и N2 и касательные — силы трения и /3М2.
Если обойма и звездочка выполняются из одинаковых материа-
лов, то можно считать, что А = /г = / — tg Р и AM = fNy, f2N2 —
— fN2. Здесь f— коэффициент трения скольжения; р —угол тре-
ния.
Условия равновесия ролика:
2х = — /Wx + M2sin ос — /W2cosoc = 0; (5)
2у =— Mx4-M2cos ос-ф/Мг sin а = 0; (6)
-Ж + /Мх = 0. (7)
234
Из уравнений (5) и (6) получим
tga==r^
Подставляя значение /Л7! ==• N2 sin а — fN-2 cos а в формулу (7), по-
лучим с sin а , а • l-1-coscx g2'
т. е. tg J = tgp
и
а
2
= Р-
Условие заклинивания
a<Z 2р.
(8)
К выражению (8) приходят и некоторые другие авторы. Однако
по этому вопросу в литературе существуют значительные разногла-
сия.
Рис. 162. Схема сил, действующих на ролик
Для примера приведем выводы некоторых авторов.
1. По условиям стадии заклинивания [25]
ОС Рс Рк >
по условиям заклиненного состояния
<Z 2рс И Д Д,
где рс — угол трения скольжения; рк — угол трения качения.
2. а 2 р2) где р2 — угол трения скольжения ролика по звез-
дочке (см. [621).
235
3. Статическое состояние [361
а<2(р2 — Е); tz<2(p1 + g),
где р2 — угол трения скольжения ролика по обойме; f>, — угол
трения скольжения ролика по звездочке; £ — угол трения качения.
Динамические условия:
2. астат
(р 4Е); «дин 1 4 j g •
Ударное заклинивание а < р.
Если взять за основу выражение (8), приняв для надежности
запас в 30%, то
а = 0,7 -2р= 1,4р.
Если р = tgp — f = 0,12, то tg а = 1,4 • 0,12 — 0,168,
т. е. ct = 9°30'.
В практике конструирования принимают а = 4 -г- 10°. Опре-
делим погрешности, допущенные при выводе формул (5) — (7).
Возьмем, например, муфту с параметрами: D = 200 мм; d — 25 мм;
длина ролика I = 40 мм; число роликов г = 5; а = 6°. Эта муфта
может передавать крутящий момент М = 5000 кгс -см, при котором
нормальное давление на ролик достигает величины N = 2000 кгс.
В то же время, при п = 500 об/мин и массе ролика 0,154 кг центро-
бежная сила
Ац = т<в2/?о = 3,8 кгс.
В начальный период самозаклинивания силы инерции, действу-
ющие на детали муфты, особенно на ролик, и сила пружинного при-
жимного устройства, обусловливающая трение ролика о звездочку,
обойму и о само устройство, оказывает еще заметное действие на
величину основных сил. Кроме того, если в заклиненном состоянии
масляная пленка на элементарных площадках контакта ролика
с обоймой и звездочкой разрывается (в силу больших давлений), то
в начальный период процесса самозаклинивания ее необходимо учи-
тывать. Иначе говоря, рассматривая заклиненное состояние, можно
исходить из предположения о сухом трении и соответствующем ему
коэффициенте трения, тогда как в начальный период естественнее
предполагать наличие масляной пленки между заклинивающимися
телами. В настоящее время нет единой теории заклинивания муфт
свободного хода. При выборе угла а необходимо обеспечить надеж-
ность работы муфты. Так, если исходить из сухого трения и величи-
ны f = 0,15, то из выражения a с 2р получим
а С 17е (!).
Однако, как указывалось, в практике принято 10° > а > 4°.
Применение фрикционных самозаклинивающихся муфт предпо-
лагает и обратный процесс, т. е. саморасклинивание. Оно связано
с переменой величины относительных угловых скоростей звездочки
236
и обоймы и уменьшением передаваемого момента от наибольшей
величины до нуля. Для обеспечения саморасклинивания необхо-
димо выполнение условия а 2° [28; 361.
Если для передачи расчетного момента естественно стремиться
к выбору наибольшего допустимого угла а, так как при этом полу-
чаем и наиболее компактную конструкцию, то нельзя забывать
и свободный ход муфты, при котором больший угол вызывает и
большие потери холостого (свободного) хода. Таким образом, при
длительном по времени свободном ходе следует выбрать небольшой
угол; при недолгом — больший.
Условие самозаклинивания муфты с эксцентриковыми роликами
(см. рис. 160) определяется неравенством [28]
где Д — реализуемый коэффициент трения скольжения ролика по
наружной обойме, или при одинаковых материалах обойм,
л
<p<p«Sarctg^f;
а
«р<р; «р = 2>
т. е. угол <р должен составлять половину угла заклинивания а, для
муфт с цилиндрическими роликами. На практике принимают
OS л °
<р = 2^4 .
3. Расчет на контактную прочность
Определим напряжения в зоне контакта ролика со звездочкой,
предполагая, что контактные напряжения в обойме на вогнутой ее
поверхности меньше.
Момент сил, действующих на звездочку (см. штриховые векторы
на рис. 162),
М = [М1-бЛ-ЖбВ] г;
О А = (/? — г) sin а;
OB = AOi — г = (/? — г) cos а — г; cos а 1;
М = [Mi (R — г) sin а — fNL (R — d)| z,
где z — число роликов (предполагается равномерное распределение
нагрузки между роликами).
Положив
г . а сс
sina^a и f = tgg?=« g
237
получим
М = ’ NxRaz,
откуда
Л\ = |/. (9)
х Raz v
Наибольшее нормальное напряжение сжатия в зоне контакта
криволинейных тел определяется согласно формуле Герца
00 = 0,418 I7/1 -/W1--±
Г I Ьг+Ег,г р."
где Л\ — нормальное давление в кгс; I — длина ролика в см;
2£* Е
тН—1 приведенный модуль упругости первого рода поверхност-
ных слоев материалов ролика и звездочки в кгс/см2; г — радиус
ролика в см; р — радиус кривизны рабочей поверхности звездочки.
При Ej = //., = Е и прямолинейном рабочем профиле звездочки
1 1 л
- = — = О получим
р со J
о0 = 0,418]/^. (9а)
Наибольшие касательные напряжения в зоне контакта состав-
ляют тгаах = 0,304 о-с. Силы трения, действующие на поверхностях
контакта, увеличивают максимальные контактные напряжения.
Если принять, что для заклиненного состояния ролика при сухом
трении коэффициент трения f = 0,2 1281, то при коэффициенте
Пуассона, равном 0,3, получим [23]
Тщах ~ 0,34ос,
или с учетом уравнения (9а)
ттах =0,142
Подставив сюда найденное в уравнение (9) значение получим
ттах = 0,142]/ ^ = 0,2]/^, (10)
или, если выразить угол а не в радианах, а в градусах,
ттах = 1,5 j/j^— • (П)
При проверке на контактную выносливость должно соблю-
даться условие
тП1ах = 1,5 ]/ [т].
238
В. Ф. Мальцев [281 рекомен-
дует следующие значения допуска-
емых напряжений сдвига (табл. 44).
В формулу (11) следует вво-
дить не номинальный (средний)
момент М, а расчетный момент /Ир.
Его величина определяется сле-
дующим образом.
Примем обозначения:
Л4Н — номинальный момент, пе-
редаваемый муфтой;
/?д — коэффициент динамично-
сти, зависящий от типа
Таблица 44
Допускаемые напряжения сдвига
Z Предельное циклов нагр} ЧИСЛО 'женил [Т] в кгс/см2
3 (264-32) 10« 3500
5 (904-40) 10° 3500
3 (14-Мб) 10в 5000
5 (164-20) 106 5000
3 (84-10) 10° 6200
5 (94-14) 106 6200
двигателя;
kp — коэффициент динамичности, зависящий от типа рабочей
машины;
— коэффициент точности муфты (роликов и обойм), учиты-
вающий погрешности изготовления деталей, приводящие
к неравномерности распределения нагрузки между роли-
ками.
Тогда расчетный момент
/Ир — Мц (кд kp) k%.
Рекомендуемые величины коэффициентов и kp приведены
ниже [28]:
Для электродвигателей........................................ 0,25
» паровых турбин......................................... 0,30
» водяных » ............................................... 0,50
Для двигателей внутреннего сгорания с числом цилиндров шесть
0,40; четыре 0,50; три 0,60; два 0,80; один 1,20.
Тип рабочей машины
Легкие металлообрабатывающие и деревообделывающие станки,
конвейеры, элеваторы, подъемники................................. 1,2
Прессы, компрессоры, ножницы, подвесные дороги, долбежные
п шлифовальные станки............................................ 1,4
Тракторы, молоты, очистные барабаны, мельницы, шахтные венти-
ляторы .......................................................... 1,6
Ковочные прессы, землечерпалки, краны, лифты, камнедробилки,
бегуны .......................................................... 2,0
Шаровые и барабанные мельницы, тяжелые прокатные станы . . 2,8
Для прямолинейного профиля звездочки.........................1,1- 1,5
» криволинейного »

. .....................1,0-1,25
239
Как видим, общий поправочный коэффициент k — (kn 4- kP)
учитывающий как динамику, так и погрешность изготовления, может
достигать значительной величины:
А = (0,6 + 2,8) 1,5 = 5,1.
Для муфты с эксцентриковыми роликами по формуле (10), поль-
зуясь обозначениями на рис. 160, найдем
гтах =0,142]/- •
тах ’ Г R2plz tg <р
Подставляя сюда значение приведенного радиуса кривизны для
внутренней обоймы и принимая за малостью угла tg<p ж <р, получим
условие прочности:
т = 0,1421/Г[т].
’ у Rlrlztf 1 J
Наибольший допустимый крутящий момент
м __ 50 [т|2АЩ7<р
/Итах - E{Rz+r)
(во всех формулах I — длина ролика).
Существуют упрощенные методы, в которых расчет ведется не
по контактным напряжениям (нормальным или касательным), а по
Рис. 163. Силы, действующие на ролик
условному давлению, представляющему силу, отнесенную к пло-
щади проекции ролика, т. е. по
г dr
240
Один из таких методов предложил Грабнер [781. Момент, который
может быть передан муфтой (рис. 163), равен /Икр = KtzR.
Усилие К/ можно выразить через N. Так как
N — pdl = pF, где F — площадь проекции ролика (в мм2),
Kz = Msin ₽;
MKp — pnc,nFzR sin Р
или, считая sin р та р
MKp = jWW (12)
Допускаемое давление выбирают в пределах
Рлоп = 4,25 ч- 5 кгс/мм2.
Если выразить площадь F в см2 п принять в среднем для закален-
ной стали р..о., = 450 кгс/см2, а также учесть, что р?«~, то выра-
жение (12) примет вид
225FzRa Л1кр.
4. Геометрические формы и параметры муфт
и их деталей. Влияние погрешностей и отклонений
Пусть а — первоначальный угол заклинивания (рис. 164). При-
мем, что суммарная деформация ролика, обоймы и звездочки такова,
что ролик с исходным диаметром d может быть заменен условным,
Рис 164. Изменение угла заклинивания вследствие деформации
деталей
с диаметром (d — б), изображенным на рисунке штриховыми лини-
ями. При плоском рабочем профиле звездочки cq >> а (рис. 164, а),
но а > с/.2 (рис. 164, б). Следовательно, в данном случае предпочти-
тельна наружная звездочка. Однако в случаях логарифмической
или архимедовой спиралей этот эффект меньше, а при круговом
профиле его может и не быть вовсе. М. Н. Пилипенко [36] полагает,
что именно круговой рабочий профиль звездочки наружной пли
241
внутренней наилучшим образом отвечает требованиям нечувстви-
тельности как к деформациям, так и к износу.
К аналогичному выводу приходит и В. Ф. Мальцев [231 как
теоретическим путем, так и в результате длительных испытаний муф-
ты (рис. 165). Муфта оставалась работоспособной после числа циклов
(включений) = 40 -10е. В конструкцию муфты внесены изменения,
направленные на повышение долговечности ее деталей, главным
образом — звездочки. Вставки* очерчены по дуге круга, центр
которого эксцентричен по отношению к центру обоймы и выполнены
из твердого сплава.
В. Ф. Мальцев на основании опыта приходит к выводу, что,
если звездочку выполнить даже и без вставок, а из стали 20Х с цемен-
тацией на глубину 1,5 мм и HRC 60—62, и несколько увеличить
диаметр ролика против данных нормали машиностроения (так,
чтобы отношение ~ было равно 6,5 вместо 8 по нормали), то это даст
существенный эффект. Долговечность такой муфты повышается по
сравнению с аналогичной по нормали в 3—3,5 раза; нагрузка на
ролики становится более равномерной; представляется возможным
увеличить угол седо 10°; муфта становится нечувствительной к даже
весьма большому износу ролика.
На основании экспериментов М. Н. Пилипенко рекомендует
а = 11-4 12° при ведущей звездочке; а = 12 :13' при ведущей
обойме.
Рассмотрим схемы муфт, представленные на рис. 166. Механизм
с геометрической схемой по рис. 166, о. получил название «Механизма
с эксцентриковым профилем звездочки» (не смешивать с «механизмом
с эксцентриковыми роликами»).
Муфта с плоским профилем, но наружной звездочкой показана
на рис. 166, б.
Механизм с групповым расположением роликов имеет геометри-
ческую схему, изображенную на рис. 166, в. Такне схемы применя-
ются для повышения нагрузочной способности роликовых муфт.
Особенностью схемы являются различные диаметры роликов и
различные углы заклинивания. Чтобы все ролики воспринимали
нагрузку, они должны быть в контакте не только с обоймой и звез-
дочкой, но и между собой.
На рис. 166, г представлена схема устройства муфты с групповым
расположением роликов, не имеющей, однако, в отношении нагру-
зочной способности, преимуществ перед муфтой с единичными роли-
ками. В этой конструкции ролики одинакового или разного диаметра,
в два или три ряда, помещены в радиальных (или почти радиальных)
пазах звездочки. Вектором Р представлено прижимное устройство.
При движении обоймы против часовой стрелки она ведет звездочку.
* Для экономии высококачественной стали в муфтах больших размеров
(D > 150 мм) звездочку делают составной: корпус — из обыкновенной стали
или из чугуна, а рабочие поверхности выполняют на закрепленных в корпусе
вставках из высококачественных износостойких материалов.
242
A-A
Рис. 165. Муфта высокой долговечности
Рис. 166. Схемы роликовых муфт свободного хода
Как видим, в муфтах с цилиндрическими роликами либо внешний
элемент, либо внутренний имеет цилиндрическую форму; только
в случае эксцентриковых роликов оба элемента-цилиндры, а сами
ролики — не цилиндры.
Геометрические контуры двух одинаковых муфт показаны на
рис. 167, а, б: у них одинаковые диаметры обойм D; роликов d;
незначительно отличаются размеры с; различны углы а. При одина-
ковых габаритных размерах, муфта по рис. 167, б имеет нагрузочную
способность в 1,65 раза большую, чем по рис. 167, а (пропорцио-
нально отношениям углов). Там, где необходима надежность, т. е.
где вероятность отказов недопустима, следует проявить осторож-
ность при выборе угла а. У муфт с углом заклинивания, близким
Рис. 167. Муфты с одинаковыми наружными диаметрами D и
различными диаметрами d роликов
к предельному значению, явление пробуксовки возможно при
достижении наибольших нагрузок или при ударном их харак-
тере.
В таблицах [28] приведены рекомендуемые величины угла закли-
нивания (табл. 45), числа роликов и значения параметров kx и k2
(табл. 46). Напомним, что
, __D _£
— R2 — d,
где D —диаметр расточки обоймы; d — диаметр ролика; I — длина
ролика.
Рабочий профиль звездочки может быть очерчен: по прямой,
по дуге окружности, по логарифмической спирали и по спирали
Архимеда.
Укажем способы построения логарифмической кривой или ее
замены другой окружности (рис. 168 и 169).
Профилирование по логарифмической спирали. Уравнение спи-
рали в полярных координатах
р = ое<₽ с‘е ₽,
где е —основание натурных логарифмов; <р и р — см. рис. 167, а.
244
Таблица 45
Значения углов заклинивания в зависимости от
назначения муфт
Разновидности муфт Угол заклинивания в град
Прямолинейный профиль звездочки Криволи- нейный профиль звездочки
Внутренняя звездочка Наружная звездочка
Зажимные муфты 1 2—3 1—2
Редкое включение муфт с непро- должительным свободным ходом 6—8 8—10 7—10
Муфты с продолжительным свобод- ным ходом:
обычного типа 4—5 6—8 5—7
бесконтактные — 8—10 7—10
Муфты с частыми включениями и повышенной долговечностью 4—6 8—10 10
Таблица 46
Число роликов и значения величин h\ и й,2 для различных муфт
Вид привода, устройства или машины 2 kz
Токарные автоматы 3—6 7—9 1,5—3
Импульсивные вариаторы 5-8 5-6 2—4
Роликовые остановы -транспортеров и подъемных машин 3—4 8 1,25-1,5
Привод нагнетателя авиационного дви- гателя 8—10 7—9 1,0—1,25
Трансмиссии автомобилей 8—20 9—15 1,5-3
Втулка велосипеда 5 6 2
Автомобильные пусковые устройства 4—5 5—6 1,25-1,5
Самозажимные роликовые патроны и оправки 3 6—8 1,5
Положим (рис. 168, а): О — полюс; ОС — полярная ось.
Если принять, что радиус-вектор, совпадающий с полярной осью,
равен единице, т. е. что при <р = 0, р = 1, уравнение может быть
написано так:
р _ еч> ctg р #
Касательная в любой точке кривой составляет с радиусом-векто-
ром постоянный угол р.
245
К точке А проведем радиус-вектор р8 и (отложив угол Р) каса-
тельную//. Через полюс О проведем прямую ОВ, перпендикулярную
ОА, и через точку А — прямую 0А1г отрезок АОг будет являться
радиусом кривизны спирали в точке А. Очевидно, что AAOtO = р.
Построив спираль (рис. 168, б), нанесем на чертеж также ролик
радиусом г и дугу окружности обоймы радиусом R\ р — радиус-
вектор точки касания Л.
Рис. 168. Профилирование по логарифмической спирали
Очевидно, что АО., будет продолжением 0tA, a 0..D — продол-
жением прямой 002.
Из треугольника 0А02 имеем
г _ sin [(90° — Р)—а]
~ sin [180« —(90«-Р)1
или
г cos (а + Р)
R—г cosP
г- В ,
Если 2=^1, то
1 _cos а cos Р — sin а sin р _
/г, — 1 cos р ’
tga (fej—l)sina'
Так как обычно а 7°, то можно принять
tg a sin а а;
= а ~ а(Ч~0
и угол заклинивания а в град
246
Кривая профиля может быть построена и приближенно — путем
замены логарифмической спирали дугой окружности.
При правильно изготовленном механизме рабочий путь ролика,
т. е. путь от положения его в расклиненном состоянии (точка /) до
положения в заклиненном со-
стоянии (точка 2), невелик
(рис. 169).
Точки 1 и 2 могут быть
нанесены на чертеж (рис. 169).
Лучи 01 и 02 образуют угол у.
Проводим луч ОС — биссек-
трису этого угла. Через точку О
проводится перпендикуляр АВ
к лучу ОС. Засечками произ-
вольного радиуса из 1 и 2
находятся точки D и Е. Пря-
мая, проходящая через D и Е,
пересекает АВ в точке 0г; эта
точка есть центр дуги ради-
уса R.,, которая заменяет (при-
ближенно) логарифмическую
спираль.
Для предварительного определения диаметра расточки отвер-
стия обоймы может служить формула
где М — расчетный крутящий момент.
При использовании в качестве тел заклинивания роликов стан-
дартных подшипников можно пользоваться табл. 47, в которой
указаны предельные отклонения диаметров и длин роликов [5].
Таблица 47
Предельные отклонения размеров роликов
Группа роликов Интервал диаметров роликов в мм Допускаемые откло- нения (для всех сте- пеней точности) в мкм
свыше До •по диа- метру по длине
Высший класс (В) — 10 -10 -16
10 50 —20 —20
Повышенный класс (П) —. 50 —30 —30
Нормальный класс (И) — 50 —50 —50
Разного назначения (Р) — 50 — 100 — 100
На рис. 159 приближенные кривые показывают изменение c/d
в зависимости от угла заклинивания а для =8 и k.2 = 10. Как
247
видно, в диапазоне углов 4—8° это отношение изменяется в узких
пределах.
Пусть муфта с внутренней звездочкой имеет следующие размеры:
D = 200 мм; d = 25 мм; С = 74, 52 мм (см. табл. 43).
При условии, что Dud выполнены точно по номинальному раз-
меру, при изменении размера С от 74,52 до 74,02 величина угла
заклинивания будет изменяться в пределах от а — 6°00' до а =
= 8°35'. Эти изменения иллюстрируются рис. 170.
Рис. 170. Влияние точности изготов-
ления на величину угла заклинивания
Рис. 171. Центрирование звездочки
и обоймы
Положим, что муфта выполнена
ний размеров D, d и С от номинала
со средней величиной отклоне-
так, что
£> == 200+!’-!’23; rf = 25_0r007; С = 74,52.. п,п7.
Тогда
2СЦ-<1 2-74,45 + 24,993 „
cos а = он оо? = 0,9935; а = 6 32 ,
D — d 200,023 — 24,993 '
г. е. даже при строгом соблюдении допусков получаем отклонение
угла от расчетной величины на 9%.
Центрирование звездочки и обоймы. Положим, что звездочка
расположится эксцентрично относительно обоймы; величина эксцен-
триситета—е (рис. 171). Из рисунка видно, что ролики заклиниваются
под разными углами а. В этом случае ролики окажутся неравномерно
нагруженными. Кроме того, если ролик при расклинивании располо-
жится в своем гнезде без зазора, то такое положение может вызвать,
особенно при высокой скорости, чрезмерное нагревание деталей
вследствие скольжения ролика по обойме, образование граненой
формы и отпуск поверхностей.
Если ролик займет положение, при котором угол заклинивания
будет равен нулю, то ролик не сможет расклиниться.
При конструировании необходимо обращать особое внимание на
точность посадок деталей на валы и самих валов на опоры.
248
Угол установки оси прижимного устройства в среднем можно ре-
комендовать около 15°, т. е. а р 75° (см. рис. 158).
Ось прижимного штифта должна быть направлена через центр
ролика. Сила Р пружины, действующая на ролик, должна обеспе-
чивать постоянное прижатие ролика к обойме и звездочке.
Приближенно
Р та2 (R — г) sin рс;
где т — масса ролика в кг-с?7м; рс — угол трения (скольжения);
ю — угловая скорость звездочки; £?0 = R — г — радиус располо-
жения центра ролика в м.
5. Материалы. Смазка
Большую роль в обеспечении долговечности и надежности муфт
играет чистота обработки контактирующих поверхностей звездочки,
обоймы и ролика. При скоростях ротн <; 6 м/с рекомендуется шеро-
ховатость не ниже 8-го класса, при оотп > 6 м/с — 10-го класса.
Сплошной закалке надо предпочесть цементацию с закалкой или
закалку т. в. ч., чтобы твердость сердцевины была в пределах
HRC 35—45.
Для обоймы обычно применяют сталь 20Х с глубиной цемента-
ции 6 в зависимости от ее диаметра:
D = 32 -4- 40 мм, 6 = 0,8-4- 1,0 мм;
D = 40 4- 75 мм, 6= 1,0-4- 1,2 мм; HRC 59 - 60
£> = 75 4-125 мм, 6=1,24-1,5 мм;
£>= 125-4-200 мм 6= 1,54- 1,8 мм. .
Реже используются стали: 40Х (HRC 48), 12X3 (HRC 59), У10
(HRC 60—64), ШХ15 (HRC 59—63), 12ХНЗА (HRC 59—62),
20ХГНР (HRC 60—63).
Для звездочки, рабочий участок которой подвержен в большей
степени усталостному разрушению, чем обоймы, рекомендуется
большая глубина цементации:
D = 32 -4- 40 мм,
£>=40 4-75 мм,
£> = 75-4- 125 мм,
£> = 125 мм и более,
6 = 1,0 -4- 1,2;
6 = 1,2-4- 1,5;
6= 1,5-4- 1,8;
6= 1,8-4-2,0.
HRC 59 - 60
Для звездочек, как и для обойм, чаще используется сталь 20Х
с указаной глубиной цементации; реже применяются стали: 40Х
(HRC 48—53),' У10 (HRC 61), ШХ15 (HRC 59—63), 12ХНЗА
(HRC 60—62), 20ХГНР (HRC 59—63).
Для вставок звездочек толщиной I > 0,5 d (d — диаметр ролика)
применяется твердый сплав Т15К6; это позволяет увеличить долго-
вечность звездочки на 50—100%.
249
Для роликов применяются стали: ШХ15 (HRC 59—63), У8А
(HRC 60—62), У10А (HRC 59—62), ХВГ (HRC 62).
Л^уфты со звездочками с плоским профилем очень чувствительны
к износу роликов: при износе ролика всего на 1,5% возможно появ-
ление пробуксовок. Поэтому ролики подшипниковой промышлен-
ности не пригодны для муфт с плоским профилем, но они вполне
могут быть применены для звездочек с профилем (см. рис. 165).
Обычно для роликов применяют сталь ШХ15, термически обраба-
тывая ее так же, как она обрабатывается для роликоподшипников,
до HRC 59—63. При небольшом числе включений используют сталь
У8 (HRC 55—58). Применяются также стали У8А (HRC 60—62),
У10А (HRC 59—62), ХВГ (HRC 62).
Следует отметить, что долговечность муфт свободного хода, кроме
материалов и их обработки (механической и термической), тесно
связана с отклонениями от соосности обоймы и звездочки. Поэтому
наряду с мерами по обеспечению соосности должно обращать вни-
мание на высокую долговечность подшипников и высокий класс
точности их исполнения.
Смазка предназначена для уменьшения износа и потерь в муфтах
при свободном ходе, а в быстроходных муфтах, кроме того, и для
отвода тепла. В последнем случае предполагается непрерывный под-
вод и отвод масла. Рекомендуется применять жидкие масла с низкой
вязкостью: 1,5—5 Е°60 (индустриальное 20). С точки зрения успеш-
ного проникновения масла к контактирующим площадкам предпо-
чтительнее конструкция муфты с наружной звездочкой.
При невысоких окружных скоростях и редких включениях могут
применяться консистентные смазки такие же, как в подшипниках
качения: солидол, консталин и др. Следует отдавать предпочтение
комбинированным смазкам (кальциево-натриевым и др.), допуска-
ющим более высокую рабочую температуру (до 130° С).
6. Описание некоторых конструкций муфт
Благодаря разнообразию свойств и пригодности для различных
условий эксплуатации роликовые муфты свободного хода широко
применяются в различных отраслях машиностроения, в приборо-
строении, авиастроении и др. Диапазон передаваемых ими моментов
весьма широк — от 0,1 до 10 000 кгс -м, диаметр посадочного отвер-
стия внутренней обоймы колеблется от 5 до 180 мм, а диаметр отвер-
стия наружной обоймы — от 20 до 580 мм [561.
Разнообразие задач, решаемых с помощью роликовых муфт и
требований к ним, обусловило появление большого числа различных
конструкций этих муфт. Ограничимся рассмотрением лишь некото-
рой части существующих конструкций роликовых муфт.
В СССР имеется нормаль машиностроения МПЗ—61 «Муфты
обгонные роликовые», которой определены конструкция (рис. 172)
и основные параметры (табл. 48, 49) роликовой муфты свободного
хода одностороннего действия с единичным расположением роликов.
250
Исполнение I
Для муфт
D-32; 4-0; 50 и 60 мм ^>4 / -д
Для муфт
D-80 и 100 мм
Рис. 172. Конструкция муфты по нормали машиностроения МНЗ—61
251
252
Таблица 48
Размеры (в мм) и параметры муфт свободного хода (рис. 172) (по МНЗ—61)
Шифр D (доп. откл. по А) d (Доп. откл. по А) (Доп. откл. по Н) + (Доп. откл. по С) В Bi ь (Доп. откл. ПО Az) 1 (Доп. откл. + 0,12) (доп. откл. ПО В3) 1 {JXCTL. откл. по Х4) К Масса в кг
Номин. Доп. откл. Номин. Доп. откл.
1-32 X 10 32 10 45 4 12 —0,12 18 +0,24 3 11,1 3 8 1,2 0,14
1-32 х 12 12 4 13,6
1-32 X 14 14 15,6
1-40 X 14 40 55 5 15 22 +0,28 4 10 1.8 0,26
1-40 X 16 16 5 17,9
1-40 X 18 18 19,9
1-50 х 16 50 16 70 6 18 —0,15 25 17,9 5 12 2,3 0,55
1-50 х 18 18 19,9
1-50 х 20 20 6 22,3
1-65 X 16 65 16 85 8 20 28 5 17,9 14 0,87
1-65 х 20 20 6 22,3 0,90
1-65 X 25
25 8 27,6
1-80Х20 80 20 105 10 25 35 +0,34 6 22,3 6 18 2,6 1,60
1-80x25 25 8 27,6
1-80x30 30
32,6 1,65
1-80x35 35 10 37,9 8 24 3,2 2.80
1-100x25 100 25 130 13 30 —0,2 45 8 27,6
1-100x30
30 32,6
1-100x35 35
10 1 37,9 2,90
1-100Х40 40
12 42,9
Размеры (в мм) и параметры муфт свободного хода (рис. 172)
(по МНЗ—61)
Таблица 49
Шифр D (доп. откл. по А) d (доп. откл. по А) Dt (ДОП. ОТКЛ. по Н) di (дои. откл. по С) В в. ь (доп. откл. по Д3) t (НО- МИН.) t (доп. откл.) (доп. откл. по В3) 1 (доп. откл. по Х4) К Масса в кг
Но- мин. Доп. откл. Но- мин. Доп. откл.
11-80x25 80 25 105 10 25 —0,15 35 +0,34 8 27,6 +0,12 6 18 2,6 1,55
11-80x30 30 32,6 1,62
11-80Х35 35 10 37.9
11-100x30 100 30 130 13 30 —0,20 45 8 32,6 8 24 3,2 2,70
11-100Х35 35 10 37,9 2,80
11-100x40 40 12 42,9
11-125x35 125 35 160 16 35 —0,25 55 +0,40 10 37,9 28 5,60
11-125x40 40 12 42,9
11-125Х45 45 14 48,3 +0,16 5,70
11-125x50 50 16 53,6
11-160x70 160 70 200 20 40 60 20 74,3 12 32 3,8 9,10
11-200x90 200 90 250 25 50 —0,30 70 24 95,2 40 16,00
253
Роликовая муфта общего назначения с сепаратором представлена
на рис. 173, основные размеры ее даны в табл. 50.
На рис. 174 показана муфта с большим количеством роликов.
Число роликов увеличено для обеспечения передачи больших кру-
Рис. 173. Роликовая муфта общего назначения
тящих моментов. На рис. 175 показана пятироликовая муфта ЦБ КМ
(Москва) со вставками из твердого сплава на звездочке; применяется
в автомате для гибких полузвеньев. На рис. 176 представлена муф-
та — останов, подавляющую часть времени работающая на холо-
Рис. 174. Роликовая муфта с большим числом роликов
стом (свободном) ходу. Обойма смазывается окунанием. Неподвиж-
ный корпус удерживает обойму 1 от поворотов пальцем 2 с зазо-
ром, входящим в углубление в теле обоймы. Плавающая обойма
допускает некоторый перекос вала 3 относительно корпуса.
254
Таблица 50
Размеры и параметры муфт свободного хода с сепаратором (рис. 173, б)
м в кгс-м п в об/мин Размеры в мм Масса в кг
d D В Dt D3 Z dt bl
1,0 6500 12 62 42 42 20 51 3 5,8 20 27 0,48
2,5 6000 15 68 52 47 25 56 3 5,8 30 34 0,80
5,0 5200 20 75 57 55 30 64 4 5,8 34 39 1,10
8,0 4200 25 90 60 68 40 78 4 7,0 37 42 1,70
13,0 3800 30 100 68 75 45 87 6 7,0 44 49 2,40
20,0 3600 35 ПО 74 80 50 96 6 7,0 48 54 3,10
27,0 3200 40 125 86 90 55 108 6 9,0 56 62 4,60
40,0 3000 45 130 86 95 60 112 8 9,0 56 62 4,80
61,0 2600 50 150 92 ПО 70 132 8 9,0 63 69 7,30
76,0 2500 55 160 104 115 75 138 8 11,0 67 73 8,80
110,0 2300 60 170 114 125 80 150 10 11,0 78 84 11,30
164,0 2000 70 180 134 140 90 160 10 11,0 95 103 14,20
260,0 1800 80 200 144 160 105 180 10 11,0 100 108 19,80
400,0 1600 90 230 158 180 120 206 10 13,0 115 125 30,00
530,0 1350 100 270 182 210 140 240 10 17,0 120 131 45,00
800,0 Г200 120 310 202 240 160 278 12 17,0 140 152 67,00
1600,0 S00 150 400 245 310 200 360 12 22,0 180 196 144,00
255
Муфта свободного хода (рис. 177), встроенная в зубчатую муфту,
предназначена для передачи момента от пускового двигателя — га-
зовой турбине.
Рис. 175. Конструкция роликовой муфты ЦБКМ
Рис. 176. Муфта с плавающей обоймой
На рис. 178 показана бесконтактная муфта. При достижении
звездочкой (в данном случае — наружной) некоторой скорости
ролики под действием центробежной силы займут положение, при
256
СО
Поляков В
р
Рис. 177. Муфта свободного хода, встроенная в зубчатую муфту
257
котором образуется зазор S, и будут двигаться без контакта с внут-
ренней обоймой, что снизит потери в механизме муфты. Этот зазор
будет сохраняться в течение всего свободного хода. При снижении
скорости движения ведущего элемента муфта автоматически вклю-
чится.
Рис. 178. Бесконтактная муфта
На рис. 179 представлена муфта оправки круглошлифовального
станка. Здесь стержень / и гильза 4 (внутри) имеют коническую
поверхность, с углом наклона около 1°. Длинные ролики 3 (I =
= 8-i-20 мм; d — 0,75 4- 5 мм) размещены в сепараторах 2 и при
вращении стержня 1 в направлении, указанном стрелкой, зажима-
ются между поверхностями двух конусов. Стержень / вследствие
Рис. 179. Муфта оправки кругло-
шлифовального станка
косого расположения роликов пе-
ремещается вдоль оси и рас-
ширяет тонкостенную гильзу 4,
при этом установленная деталь
центрируется и надежно закреп-
ляется .
На рис. 180, а показана муфта
с большим количеством эксцентри-
ковых роликов. Ролики 3 с торцов
имеют пазы (рис. 180, б), выпол-
ненные так, что общая браслетная
пружина 4 всегда стремится повер-
нуть ролики в состояние распора между цилиндрическими поверх-
ностями обойм. Если угловая скорость внешней обоймы / больше,
чем внутренней 2, то при движении ее по часовой стрелке силы тре-
ния скольжения по роликам наклоняют их в сторону, обратную
распорному. Муфта заклинивается при угловой относительной
скорости внешней обоймы, направленной против часовой стрелки.
На рис. 181 представлена бесконтактная муфта с эксцентрико-
выми роликами. Сепаратор 4, неподвижно соединенный с внешней
258
Рис. 180. Муфта с большим количеством эксцентриковых роликов
Рис. 181. Бесконтактная муфта с эксцентриковыми роликами
259
9*
5
Рис. 182. Муфта с состав-
ными эксцентриковыми
роликами
обоймой 2, имеет гнезда, в которые установлены эксцентриковые
ролики 8 с прижимными устройствами 5 и 6. При достижении обой-
мой 2 известной угловой скорости (200 об/мин и более) центробеж-
ная сила, действующая на ролики, поворачивает их и прижимает
к наружной обойме (рис. 181, а), обеспе-
чивая необходимый для свободного хода
зазор S = 0,2 -г- 0,3 мм (рпс. 181, б). Для
успешной работы муфты необходима стро-
гая соосность обойм 1 и 2. Это может быть
достигнуто установкой системы пассивных
цилиндрических роликов между эксцентри-
ковыми (рис. 181, в) или опиранием внеш-
ней обоймы на подшипники качения. Муфта
предназначена для движения в период сво-
бодного хода с большими скоростями (до
30 000 об/мин).
Устройство и действие этой муфты
(рис. 182) основано на следующем: цилин-
дрические ролики диаметром d разрезаны
плоскостью вдоль геометрической оси так, что суммарный размер
двух полуроликов, измеренный по перпендикуляру к плоскости раз-
реза, несколько больше, чемй. Тогда, если 2 = d, при повороте
роликов против часовой стрелки произойдет их заклинивание в про-
странстве между обоймами (2Д — внутренний диаметр наружной
Рис. 183. Обгонная муфта СКБ-3 с
действия
вилкой двустороннего
обоймы 4 и Da — наружный диаметр обоймы 5). Полуролики 2
несколько короче полуроликов 1, чтобы на выступающие концы
последних могла быть надета общая браслетная пружина 3. Под
действием этой пружины и трения скольжения обоймы 4 по полу-
роликам 2 и происходит заклинивание (обойма 4 должна вращаться
против часовой стрелки).
260
На рис. 183 показана муфта СКБ-3 с вилкой двустороннего дей-
ствия. Разница между ранее описанной муфтой (рис. 157, б) и
Рис. 184. Конструкция двойной муфты двусторон-
него действия для малых крутящих моментов
данной муфтой только в том, что в последней обойма 1 может быть
ведущей при вращении против часовой стрелки.
Звездочка 2 является ведущей по отношению к обойме 1 при
движении по часовой стрелке,
обоих направлениях вращения. На
рис. 184 изображена двойная муфта
двустороннего действия с двумя па-
рами роликов (см. также схему на
рис. 157, в). На рис. 185 показана
реверсивная муфта с ручным упра-
влением. Ролики 2, расположенные
на плоских гранях звездочки 1,
удерживаются относительно друг
друга сепаратором 3. В прямоуголь-
ных пазах звездочки помещены две
скользящие шпонки, цилиндричес-
кие хвостовики которых входят в
спиральные канавки сепаратора.
За счет перемещения шпонок в
призматических пазах на звездочке
в ту или иную сторону вдоль оси
вала достигается относительный
поворот сепаратора и звездочки и
Вилка ведет звездочку при
Рис. 185. Реверсивная муфта с се-
параторными пружинами
происходит заклинивание муфты.
На рис. 186 показана реверсивная муфта с гидравлическим управ-
лением. Реверс этой муфты достигается с помощью жидкости, посту-
пающей под известным давлением через канал b (Ь') в полость а (а').
Действуя на поршеньки-вкладыши 1 (или 5) жидкость перемещает
261
их и ролики в более широкую часть клина, преодолевая сопротив-
ление пружины 7. Таким образом, если в широкую часть клина пере-
мещен ролик 8, то заклиниваться будет ролик 6. При этом могут
Рис. 186. Реверсивная муфта с гидравлическим
управлением
быть ведущими: звездочка 4, вращаясь против часовой стрелки,
и обойма 9 — по стрелке. Одновременное перемещение группы
роликов 8 (или 6) достигается тем, что поршеньки-вкладыши 1
(или 5) соединены с шайбой 2 (или 3).
Рис. 187. Муфта для передачи
больших крутящих моментов
Рис. 188. Кинематическая схема им-
пульсивной бесступенчатой передачи
На рис. 187 показана муфта, передающая крутящий момент
М = 75 000 кгс -м. В этой муфте восемь рядов эксцентриковых роли-
ков общим числом 432, масса муфты 1370 кг.
262
На рис. 188 изображена кинематическая схема зубчато-рычаж-
ной импульсивной бесступенчатой передачи, примененной в токар-
ном станке.
Механизм состоит из пяти ведущих механизмов /—V и ведомого
вала с центральной шестерней г2. В каждый ведущий механизм вхо-
дит шестерня с коромыслом OtB и звеном ВА. Кривошип О А —
общий для всех пяти механизмов; он вращается вместе с валом при-
водного электродвигателя. Коромысла OtB приводят в движение по-
средством муфты свободного хода шестерни гъ которые передают
движение шестерне г2, сидящей на ведомом валу. В каждый данный
момент ведущей является только одна из пяти шестерен гг, и именно
та, которая, вращаясь по часовой стрелке (как и кривошип), имеет
Рис. 189. Клиновая муфта НАМИ
наибольшую угловую скорость. Из схемы видно, что наибольшую
линейную скорость имеет точка В механизма /, соответственно угло-
вую скорость — шестерня того же механизма. За счег плавного
изменения длины кривошипа ОА достигается бесступенчатое измене-
ние угловой скорости ведомого вала в диапазоне от 0 до 1000 об/мин.
Следует отметить, что рассмотренная импульсивная передача не
обеспечивает равномерного вращения ведомому валу: степень нерав-
номерности тем больше, чем больше моменты инерции ведомых
масс и чем меньше частота вращения шестерни — вала г2.
НАМИ предложил конструкцию клиновой муфты, схема которой
изображена на рис. 189, а. То, что в роликовой обгонной муфте мы
называли звездочкой, здесь имеет вид ступицы /, снабженной тор-
цевыми зубьями. На ступицы 1 свободно насажена шестерня (внеш-
няя обойма) 4 с внутренней конической поверхностью, с углом
конуса 2р.
Шестерня 4 может сцепляться с центральным клином 3, имеющим
с одной стороны коническую поверхность, а с другой — торцевые
зубья. Для ликвидации возможности «присоса» клина 3 к ступице 1
263
имеется распорная пружина 2, развивающая усилие около 0,5—
1 кгс.
Торцевые зубья центрального клина 3 и ступицы / являются
зеркальным изображением друг друга и представляют собой при-
тертые друг к другу винтовые поверхности с углом подъема винто-
вой линии а, (рис. 189, б, в).
Если к внешней обойме 4 приложен какой-то момент, то при тро-
гании с места ступицы 1 ее торцевые зубья (при соответствующем
их направлении и угле а) нажмут в осевом направлении на клин 3,
заставив взаимодействовать детали 4 и 3 подобно конической муфте
сцепления. Смещению детали 1 вправо по отношению к детали 4
препятствует кольцо 5.
Основная идея устройства центрального клина 3 с углом конуса
2р заключается в увеличении силы трения, так как вместо коэффи-
циента трения между клином и внешней обоймой /2 получаем при-
веденный коэффициент трения
с ___, fs
'пр sin Р ’
При этом соответственно получим условие
fz_________________________________f
ИЛИ
, _ f2 — fl sin Р
tgw-C о т г f-.
s sinp + fi/s
Коэффициенты трения и /2 — коэффициенты трения скольжения
и при одинаковых материалах деталей 1 п 5
h = f2 = fc.
После подстановки получим
tg«'C
fc (1 — sin Р)
f с + Sin р
Условие же сохранения заклиненного состояния будет:
или
tga
f ] fc
с sin р
1 —f
sin р
tga=sS
/с (1 + sin P)
sin p — f*
Сравнивая последние два неравенства, видим, что решающим,
как и прежде, является условие обеспечения процесс?! заклини-
вания.
Глава V
ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЕ МУФТЫ
1. Общие сведения
Предохранительные муфты служат для предохранения эле-
ментов машин от воздействия перегрузок; они разъединяют валы
при возрастании крутящего момента выше допустимого зна-
чения.
Наличие предохранительной муфты в кинематической цепи
позволяет более строго определить расчетные параметры при проек-
тировании машин, что приводит к снижению запасов прочности
и веса машин.
Вопросы классификации предохранительных устройств и воз-
можных перегрузок подробно освещены в работе В. К. Тепинкичиева
[58]. Л. Б. Эрлих [50] рекомендует классификацию по роду силы,
используемой в процессе срабатывания предохранителя. По этому
признаку различают предохранительные муфты, срабатывания ко-
торых определяется: разрушением определенных деталей (срезные
штифты, шпонки); силами упругости пружин (шариковые, ролико-
вые, кулачковые); силами трения (фрикционные).
Требования, предъявляемые к предохранительным муфтам:
а) точность срабатывания, характеризуемая способностью разъе-
динять кинематическую цепь всегда при одном и том же заданном
крутящем моменте;
б) возможность регулирования величины предельного крутя-
щего момента;
в) способность автоматически восстанавливать свою работо-
способность после срабатывания.
Для сравнительной оценки различных предохранительных муфт
можно пользоваться характеристиками, подробно исследованными
в работах В. К. Тепинкичиева [581.
Коэффициент превышения номинальной нагрузки упн показы-
вает, насколько полно используются возможности машины и в каком
интервале нагрузок должно срабатывать предохранительное устрой-
ство, чтобы полностью передать номинальную нагрузку (рис. 190)
[58]
/Ид
265
где Мн — номинальный момент муфты, т. е. наибольшая величина
момента, потребная для работы машины; Л4Д — допускаемый наи-
больший момент, определяемый слабым звеном машины.
Интервал нагрузок, внутри которого должна срабатывать муфта,
Мд-Л4н = Л4н(Тп.в-1). (1)
Надежная защита машины обеспечивается, если при перегрузке
крутящий момент, достигая своего допустимого значения, вызывает
срабатывание предохранительной муфты.
Предохранительная
Пашина нусрта
Рис. 190. Поле срабатывания предо-
хранительной муфты
Рис. 191. Изменение крутящего мо-
мента при срабатывании предохрани-
тельных муфт
Величина интервала нагрузок, внутри которого должна сраба-
тывать муфта (рпс. 190),
ДМпр==(Мпр + бМпр)-М0, (2)
где Л4пр — предельная величина крутящего момента, при котором
заканчивается срабатывание муфты; Л40 — крутящий момент, при
котором начинается срабатывание муфты; б — относительная по-
грешность срабатывания.
Запишем уравнение (2) в виде
АМпр = Л4пр(14-6-Тч) = Л1прТпр, (3)
где Тпр =1+6 — уп — относительная величина поля срабаты-
вания предохранительного устройства; уч = ---------коэффициент
*"np
чувствительности предохранительной муфты.
Имея ввиду, что
Л4пр + 6Л1пр = Mnp (1 +6) — Л'1Д = Л4нуп-н,
можно написать
n',a 1 + 6 1+6’
(4)
(5)
На основании уравнений (1) и (3) имеем
Л4В (Тп.н О А^прТпр-
266
Относительная величина интервала срабатывания предохрани-
тельной муфты из условия непревышения нагрузки, допускаемой
слабым звеном машины
Из условия (6) следует, что
Мпр = ₽нЛ1„,
где
¥пр
Обычно принимают |3И = 1,25.
Коэффициент, характеризующий действие муфты при ее сраба-
тывании (рис. 191),
где Л4Д с — крутящий момент, установившийся после срабаты-
вания муфты.
Величина этого коэффициента зависит от принципа работы
муфты:
а) в муфтах с автоматическим восстановлением соединения без
прекращения передачи момента при проскальзывании (рис. 191, а)
v -i-
ГД. С- f >
/о
где f — коэффициент трения движения; f0 — коэффициент трения
покоя;
б) в муфтах с автоматическим восстановлением соединения после
поворота на один или целое число шагов кулачков (рис. 191, б)
Тд.С > 1 >
в) в муфтах, прекращающих поток энергии после срабатывания
Мд.с = 0 и Уд.с = 0.
Точность ограничения нагрузки муфтой характеризуется коэф-
фициентом точности
где ТИтах и A4min — наибольший и наименьший крутящий моменты,
при которых срабатывает муфта.
Обычно у1Ч 1, чем ближе утч к единице, тем надежнее работает
муфта, тем выше ее качество.
В муфтах с разрушающимися деталями у1Ч > 1 вследствие откло-
нений в размерах и механических свойствах материала разрушаю-
щихся деталей.
В сухих дисковых фрикционных муфтах 2,5 в масляных
Ттч 1,5 из-за непостоянства сил трения.
267
В пружинно-кулачковых муфтах утч « 1,25 -5- 1,5 из-за непо-
стоянства жесткости пружин и сил трения.
Уменьшить утч фрикционных муфт можно путем добавления
отжимного устройства (см. рис. 204).
Время действия предохранительной муфты Тя считается от на-
чала срабатывания до момента начала снижения нагрузки [58]
где Тяв — время, по истечении которого наступает аварийное
состояние машины; k — коэффициент безопасности (/?min = 2-5-3).
Зная номинальный момент Мн и коэффициент его превышения
упн, задавшись желательным значением относительной погрешности
срабатывания, по формуле (4) определяют величину Л4пр, при кото-
ром заканчивается срабатывание. После этого по формуле (6) находят
допустимую величину поля срабатывания у„р и по ней подбирают
предохранительное устройство.
Значения упр для некоторых муфт приведены в приложении
[58]. Следует отметить, что место расположения предохранительной
муфты значительно влияет на точность и надежность ее срабатыва-
ния. Ее целесообразно располагать в непосредственной близости
от места приложения нагрузки, если это не приводит к значитель-
ному усложнению конструкции.
2. Муфты с разрушающимся элементом
Предохранительные элементы этих муфт чаще всего работают на
срез и выполняются в форме цилиндрических штифтов (гладких или
с проточкой по месту разрушения) или в виде призматических шпо-
нок. Эти муфты отличаются простотой конструкции, что и обусловило
их широкое распространение, несмотря на ряд присущих им недо-
статков:
1) невысокая точность срабатывания;
2) постепенное снижение прочности предохранительного эле-
мента вследствие накопления усталостных повреждений;
3) снижение точности срабатывания при увеличении числа пре-
дохранительных элементов;
4) дополнительная нагрузка на валы и опоры при наличии одного
предохранительного элемента;
5) необходимость замены предохранительного элемента после
срабатывания муфты.
Муфты с разрушающимся элементом применяются в машинах
с редкими случайными перегрузками.
На рис. 192 представлена муфта со срезным штифтом по нормали
станкостроения Р95-1. Основные размеры приведены в табл. 51 и 52.
Обе полумуфты расположены на валу /. Полумуфта 2 соединяется
с валом шпонкой, полумуфта 6 насажена свободно на валу, соеди-
няясь шпонкой с деталью, сидящей на ее удлиненной ступице.
268
Полумуфты соединяются гладким цилиндрическим штифтом 4, рас-
положенным во втулках 3 и 5. Для увеличения долговечности втулки
3 и 5 изготовляются из стали 40Х с последующей термообработкой
до твердости HRC 50—60. При перегрузке муфты штифт срезается.
Во избежание повреждения торцов полумуфт заусенцем срезанного
Рис. 192. Предохранительная муфта со срезным штифтом
штифта на них предусмотрены кольцевые канавки шириной f
и глубиной g. Для облегчения замены разрушившегося штифта на
наружной поверхности полумуфт наносятся риски, при совмещении
которых совпадают оси отверстий втулок 3 и 5.
Вместо гладких штифтов применяются штифты с проточкой.
Они обладают более устойчивыми характеристиками по сравнению
с гладкими стержнями, и проще удаляются после разрушения штиф-
та, так как заусенец не выступает за рамки диаметра штифта.
Штифты изготовляются из сталей У8А, У10А или 40, 45, 50.
269
Таблица 51
Размеры (в мм) элементов срезных муфт по нормали Р95-1 (рис. 192, а)
Срезывающая сила (мини- мальная) в кгс d dt Ofc А В а b С е f &
68 127 1,5 2 MI6 5 10 22 16 10 12 11 5 8 1
284 519 809 3 4 5 М20 8 15 30 25 12 18 17 8 10 1,5
1176 2059 3236 6 8 10 МЗО 12 25 50 45 22 28 26 19 16 2
5 491 8 335 12 944 13 16 20 М48 18 40 75 64 33 42 39 25 28 3
Таблица 52
Размеры (в мм) элементов срезных муфт, нормализованных СКБ-3
(рис. 192, б)
Срезывающая сила в кгс “ъ d da D R L I M rip В КГ-СМ
68 25 3,03
68 28 1,5 45 100 35 70 25 3,03
127 28 5,0
127 30 2 5,0
284 35 3 15,5
284 40 3 60 125 45 100 30 15,5
519 40 4 27,0
519 45 4 27,0
809 45 5 43,0
1176 50 6 82,5
1176 55 6 82,5
2059 55 8 75 160 57,5 140 35 130,0
2059 60 8 130,0
3236 60 10 205,0
270
Величина крутящего момента, ограничиваемого муфтой,
Л4пр = ДХ0ов.рЯ, (7)
где F — площадь поперечного сечения штифта 4 (или шпонки);
R — радиус расположения опасного сечения предохранительного
элемента; —коэффициент пропорциональности; овр—
°в.р
предел прочности при растяжении материала предохранительного
элемента; твср — предел прочности при срезе.
На величину Ко влияют механические свойства материала
и в меньшей мере — размеры. Значения /Со в зависимости от отно-
сительного удлинения материала при растяжении приведены
в табл. 53.
Таблица 53
Значение коэффициента Кв для штифтов |58]
Диаметры штифтов в мм Гладкие штифты Штифты с V-образной канавкой
Л6 = 12 ~ 20% = 22 -4- 30% & = 24 4- 25% = 29,5 4-31,4%
2—3 0,78-0,80 0,80—0,81
4—5 0,68—0,72 0,75—0,76 0,86-0,95 0,92—1,06
6—8 0,68—0,72 0,75—0,78 0,86—0,95 0,92-1,10
Примечание. Данные получены при испытании штифтов из сталей ма-
рок У8А, У10А, 4Б и 50.
Как показали исследования [58], коэффициент чувствительности
муфт со срезающимся штифтом уч = 0,7 4- 0,85, а для стальных
срезных шпонок уч = 0 7 4- 0,8.
Значения Ко> приведенные в табл. 53, характерны для кратко-
временного действия нагрузки. При длительной работе в условиях
статического нагружения и особенно при переменной нагрузке
значения Ко отличаются от приведенных в табл. 53.
3. Пружинно-кулачковые муфты
Эти муфты имеют широкое применение при небольших скоростях,
незначительных крутящих моментах и маховых массах соединяемых
частей.
Все муфты указанного типа сконструированы по одному принци-
пу — их кулачки замыкаются с помощью пружин, поставленных
с предварительным натяжением.
На рис. 193, а представлена конструкция кулачковой предохра-
нительной муфты, разработанная СКБ-3. Муфта монтируется на од-
ном валу и состоит из полумуфт 1 и 3, имеющих торцевые кулачки,
271
Исполнительные размеры (в мм) кулачковых предохранительных муфт (рис. 193, а)
© S S -

К « S' m 0,6 1,0 1,3 СО О Ю »-0О1О1 04 О О CO'^'iO
к

S S
о
£ «
£ со 0-1
te in со
S 0-1 ю
№ К »*—н т .
Щ к
сЗ К
ай
3
04 со
3 Ю »*—и V—'
X X X
со |.о со
3 1О СО 1~-—
3 р 35 X ю 55 X

2U; S х X 100 х юо О X
О ю ю
gX ю со
X X X
хр ю
Ю 03 о со 1
о о о со

О- ю о ю
43 ю со
43 ю 30 40
43 ю о О
q о со 100
ю о о
1> щ 04 со 4Г
о X 3 ^43 21 X 26 X 36 X
ч СИ X а с'1' X X X
<О <О со
пр ужины сжатия, стаканаР,упор-
ного подшипника 4 и винта 5.
Зубчатое колесо (на рис. 193, а
не показано) устанавливается
на полумуфте 1 на шпонке и сое-
диняется с валом через торцевые
кулачки, полумуфту 3 и шлицы.
Полумуфта 3 может свободно
перемещаться вдоль вала и под-
жиматься к полумуфте 1 пружи-
ной с силой, регулируемой вин-
том 5. На рис. 193, б показаны
вид с торца на полумуфту и раз-
вертка кулачков. В табл. 54
приведены основные размеры и
характеристики пружинно-ку-
лачковой муфты.
На рис. 194 показана
предохранительная кулачковая
муфта по ГОСТ 15620—70
(исполнение 1 — со шпонкой;
исполнение 2 — со шлицами),
а в табл. 55, приведены основ-
ные размеры и характеристики
муфты по рис. 194.
В сельскохозяйственном ма-
шиностроении широко приме-
няются так называемые сигналь-
ные предохранительные муфты,
конструкции которых предста-
влены на рис. 195, а [56].
Диски 2 и 3, снабженные
волнообразными выступами (рис.
195, б), расположенными на ко-
нической поверхности, удержи-
ваются каждый тремя выступаю-
щими пальцами 6 и 8 в упорной
шайбе 5 и в цепной звездочке 7.
Упорная шайба крепится на ва-
лу 4 шпонкой 9 и штифтом 1.
При перегрузке муфты выступы
скользят друг по другу, созда-
вая шум, сигнализирующий пе-
регрузку.
Кулачки обычно имеют трапе-
цеидальную или (реже) треуголь-
ную форму (рис. 196, в, г).
Рабочие поверхности кулачков
272
Рис. 193. Кулачковая предохранительная муфта
L (справ.)
Рис. 194. Кулачковая предохранительная муфта по ГОСТ 15620—70
Рис. 195. Сигнальная предохранительная муфта
10 Поляков В. С.
273
274
Таблица 55
Размеры (в мм) и параметры муфт предохранительных кулачковых (рис. 194)
Обозначение муфты исполнения D (спр.) d (пред, откл. по Д) Посадочные отверстия ^3 (пред, откл. по Н) L (спр.) 1 Пределы регулиро- вания крутящего момента в кгс-м
Исполнение 1 Исполнение 2
1 2 b (пред, откл. по Д3) d + ti (пред, откл. по Дэ) dt (пред. ОТКЛ. по Д) d2 (пред, откл. по Д5) Ь1 Число зубьев Z
1-42 X 12 2-42 X 11 42 12 4 13,8 14 11 3 6 36 70 14 0,25—0,34
1-42 X 14 14 5 16,3 0,40—0,55
1-52 X 16 2-52 X 13 52 16 18,3 16 13 3,5 45 80 18 0,63—0,85
1-52 X 18 18 6 20,8 — 1,00—1,35
1-65Х20 2-65 X 18 65 20 22,8 22 18 5 55 95 22 1,60—2,10
1-65x22 22 8 24,8 - — ! — 2,50—3,30
1-80Х25 2-80 X 26 80 25 28,3 32 26 . 6 65 НО 30 4,00—5,30
1-80Х28 28 31,3 6,30—8,40
1-95Х32 2-95 X 32 95 32 10 35,3 38 32 6 8 75 130 36 10—13,1
1-95X36 36 39,3 -
1-110x40 2-11'0x42 НО 40 12 43,3 48 42 8 85 150 45 16—21,6
1-110x45 45 14 48,8
1-125Х50 2-125x46 125 50 53,8 54 46 9 100 170 55 25—33,7
Пример условного обозначения муфты наружным диаметром D — 42 мм и диаметром расточки под вал d — 12 мм, исполнения 1:
Муфта 1-42)0 2 ГОСТ 15620—70.
То же, диаметром расточки под шлицевой вал d2 — И мм, исполнения 2: Муфта 2-42y.ll ГОСТ 15620—70.
выполняются винтовыми или плоскими. Первые обусловливают бла-
гоприятные условия работы муфты (лучше контакт рабочих поверх-
ностей, выше точность срабатывания), однако сложнее в изготов-
лении. Плоские поверхности проще в изготовлении, однако такие
кулачки соприкасаются по плоскости до начала выключения муфты.
В процессе выключения будет иметь место точечный контакт, что
приводит к повышенному давлению и изменению соотношения сил.
Рабочие поверхности кулачков должны обладать достаточной
твердостью, износостойкостью и способностью сопротивляться
ударным нагрузкам. Кулачки изготовляются из стали 20Х с по-
следующей цементацией и закалкой до твердости HRC 56-58 или
из стали 40Х с последующей закалкой до той же твердости.
Рис. 196. Профили и расположение кулачков
Число кулачков рекомендуется делать нечетным. Это позволяет
упростить процесс изготовления и повысить точность. При больших
нагрузках принимают г = 3 -е 15.
При одинаковом шаге расположения кулачков на полумуфтах
(рис. 196, а, в) каждый кулачок полумуфты может войти в зацеп-
ление с любым кулачком на другой полумуфте. Неточность изго-
товления в этом случае сильно влияет на характер распределения
нагрузки между кулачками и, в конечном счете, на точность сраба-
тывания. Для повышения точности срабатывания муфты рекомен-
дуется шаг расположения кулачков и их размеры делать неодина-
ковыми (рис. 196, б), что обусловит зацепление лишь одинаковой
пары кулачков и повысит точность срабатывания муфты.
Муфты с неодинаковым шагом расположения кулачков требуют
более длинных ступиц (во избежание их заклинивания на валах)
от действия неуравновешенных окружных сил.
Критериями работоспособности кулачковых муфт являются проч-
ность и долговечность кулачков по контактным напряжениям
и по изгибу.
10*
2/5
При определении потребной силы нажатия пружины различают
два случая.
1. При кратковременных перегрузках силы трения на кулачках
и в шлицевом или шпоночном соединении препятствуют размыканию
муфты. Сила сжатия пружины определяется из условия равновесия
подвижной полумуфты (рис. 193, а).
/’np = P[tg(a-<p)—~f], (8)
где Р — окружная сила на кулачках; d — диаметр вала, на кото-
ром помещается подвижная полумуфта; — угол трения на ку-
лачках (обычно <р = 5 -н 6°); f — коэффициент трения в шлицевом
или шпоночном соединении (/ 0,15); с/.-—угол наклона поверх-
ности кулачка в град; D — средний диаметр для кулачков с винто-
вой рабочей поверхностью (Оср) или наружный диаметр для кулач-
ков с плоской рабочей поверхностью.
2. При длительных перегрузках силы трения снимаются вслед-
ствие колебаний. В этом случае
г> 2Л4лп ,
^up = -^itga,
где 7Идл — расчетный крутящий момент при длительной перегрузке.
Сила сжатия пружины не должна сильно меняться в начале и в
конце срабатывания муфты. Это обеспечивается пружинами малой
жесткости.
4. Пружинно-шариковые муфты
В пружинно-шариковых муфтах трение скольжения на кулачках
частично заменено трением качения на шариках; эти муфты проще
в изготовлении. Однако они отличаются малой долговечностью при
передаче больших нагрузок вследствие быстрого износа каналов
в местах соприкосновения их с шариками, поэтому их следует при-
менять лишь в легких приводах.
На рис. 197 представлены возможные виды сопряжений шариков
с рабочими поверхностями второй полумуфты.
Процесс выключения шариковых муфт протекает различно
в зависимости от вида сопряжений.
Условие равновесия подвижной полумуфты для сопряжения ша-
рика с шариком или шарика с тороидальной поверхностью
(рис. 197, г) аналогично выражению (8) для пружинно-кулачковых
муфт
^np = -P[tg(a-<p)--^f |,
где a — угол наклона касательной в точке касания шариков с опор-
ной поверхностью; <р — угол трения между шариками и опор-
ной поверхностью второй полумуфты. Остальные обозначения
см. выше.
276
Из рис. 197, а видно, что в процессе срабатывания муфты угол
давления а изменяется по закону
dla — h
sin а =-А----,
dm
где dm — диаметр шарика; h — расстояние, на которое выступает
шарик из полумуфты.
Рис. 197. Виды сопряжений шариков с рабочими поверхно-
стями:
а — с шариком; б — с призматическим пазом; в — с кони-
ческой поверхностью; г — с тороидальной поверхностью
Из последних двух формул следует, что величина окружной
2Л1кр
силы на муфте Р = —р— зависит главным образом от взаимного
расположения шариков, определяемого углом а. В процессе сра-
батывания муфты расстояние h увеличивается, сила сжатия пру-
жины возрастает, а угол а убывает. При этом сила Р, определяющая
величину крутящего момента, передаваемого муфтой, резко убы-
вает. Таким образом, не требуется дополнительного возрастания
нагрузки для полного выключения муфты (как у кулачковых муфт),
что сказывается на повышении точности срабатывания шариковых
муфт.
277
По диаметру шарика
Рис. 198. Предохранительная шариковая муфта
Муфты, у которых шарики контактируют с коническими отвер-
стиями или коническими призматическими канавками (рис. 197, б, в),
Рис. 199. Шариковая предохранительная муфта по ГОСТ 15621—70
имеют постоянный угол а и срабатывают подобно кулачковым
муфтам.
Для пружинно-шариковых муфт,
вания перемещаются шарики, а не
выражение (8) получает вид
Pnp = P[tg(a-<p)-fl, (9)
где ф — угол трения между ша-
риками и сопряженной поверхно-
стью полумуфты; f — коэффициент
трения между шариками и стен-
ками отверстий при их осевом пе-
ремещении.
Пружинно-шариковые предо-
хранительные муфты удовлетвори-
тельно работают, если нормальная
сила в месте контакта Ри не пре-
вышает значения, зависящего от
у которых в процессе срабаты-
полумуфта (рис. 197, б, в, г),
Рис. 200. Шариковая предохрани-
тельная муфта
неравномерности распределения нагрузки между шариками при
допустимом давлении на шарики Ро = 3 -106 кгс/см2:
в мм .... 11 12 14 16 20 24 28 32
Рн в кгс . . . . 16,0 18,0 20,0 22,0 28,0 34,0 40,0 50,0
На рис. 198 представлена шариковая предохранительная муфта,
состоящая из зубчатого колеса 1, имеющего на торце кулачки,
корпуса 2, в отверстиях которого располагаются шарики и пру-
жины. Зубчатое колесо соединяется с валом через кулачки, шарики,
корпус и шпонку. Сила действия пружины на шарик может изме-
няться благодаря осевому смещению правой части корпуса 2.
279
Число шариков, необходимых для передачи заданной окружной
силы:
На рис. 199 показана предохранительная шариковая муфта по
ГОСТ 15621—70, а в табл. 56 приведены основные размеры и харак-
теристики. На рис. 200 приведена конструкция шариковой муфты.
5. Фрикционные муфты
Фрикционные муфты применяются при частых кратковре-
менных перегрузках главным образом при нагрузках ударного
действия.
Форма трущихся поверхностей, материалы дисков и другие тре-
бования остаются такими же, как в обычных фрикционных муфтах
(см. выше).
Усилие пружины фрикционных предохранительных муфт опре-
деляется по максимальному крутящему моменту Мт&х, передавае-
мому муфтой, по формулам, выведенным ранее для фрикционных
муфт.
Усилие пружины Qnp для конусных муфт
QnP
для дисковых муфт
2/И /sin а \
-/^(-r+cosa);
Л _2Мп,ах
DcpM
III).
(обозначения см. в гл.
Наибольшие допускаемые удельные давления для рабочих по-
верхностей предохранительных муфт и средние значения коэффи-
циентов трения приведены в табл. 57.
Точность срабатывания муфт в значительной мере зависит от
стабилизации коэффициента трения.
Результаты исследования В. К. Тепинкичиева показывают зави-
симость коэффициента трения от многих факторов, в числе которых
скорость нарастания нагрузки, удельное давление, режим работы
муфты, предшествующий выключению ее, состояние трущихся
поверхностей, их микрогеометрия и др.
На рис. 201 показана предохранительная фрикционная муфта
по ГОСТ 15622—70, а в табл. 58 приведены основные параметры
и размеры.
На рис. 202 представлена конструкция предохранительной фрик-
ционной муфты (Гидростальпроект).
Фланец полумуфты 8 с обшивкой из ферродо 7 зажат
усилием пружины 4 между фланцем полумуфты 1 и нажимным
диском 6.
280
Таблица 56
Размеры (в мм) и параметры муфт предохранительных шариковых (рис. 199)
Обозначение муфты исполнения D (спр.) d (пред, откл. по А) Посадочные отверстия Число зубьев Z d^ (пред, откл. по И) L (спр.) 1 Пределы регулиро- вания крутящего момента в кгс«м
Исполнение 1 Исполнение 2
1 2 ъ (пред, откл. по Лз) d + G (пред, откл. по ЛБ) dr (пред, откл. по Л) ^2 (пред, откл. по Л5) bi (пред. откл. по Лз)
1-45 X 12 2-45 X 11 45 12 4 13,8 14 11 3 6 36 70 14 0,25—-0,34
1-45 X 14 14 5 16,3 0,40—0,55
1-60 X 16 2-60 X 13 60 16 18,3 16 13 3,5 45 80 18 0,63—0,85
1-60 X 18 - 18 20,8 1,00—1,35
1-75 X 20 2-75 X 18 75 20 6 22,8 22 18 5 55 95 22 1,60-2,10
1-75 X 22 22 24,8 - 2,50—3,30
1-90x25 2-90 X 26 90 25 8 28,3 32 26 6 65 ПО 30 4,00—5,30
1-90Х 28 - 28 31,3 - 6,30—8,40
1-105x32 2-105x32 105 32 10 35,3 38 32 6 8 75 130 36 10—13,1
1-105x36 — 36 39,3 -
1-120x40 2-120Х42 120 40 12 43,3 48 42 8 85 150 45 16-21,6
1-120x45 45 14 48,8 -
1-140x50 2-140Х46 140 50 53,8 54 46 9 100 170 55 25—33,7
Пример условного обозначения муфты наружным диаметром D—45 мм и диаметром расточки под вал d = 12 мм, исполнения 1:
Муфта 1-45^12 ГОСТ 15621—70к
То же, диаметром расточки под шлицевой вал = И мм, исполнения 2: Муфта 2-45x11 ГОСТ 15621—70
281
Таблица 57
Наибольшее удельное давление, допускаемое на рабочих
поверхностях предохранительных муфт и среднее значение
коэффициента трения 158]
Конусные муфты Дисковые муфты
Материал трущихся поверхностей Удельное давление р в ксс/мм2 Коэффи- циент статиче- ского трения Fo Удельное давление р в кгс/мм2 Коэффи- циент статиче- ского трения f0
Со смазкой Закаленная сталь по зака- ленной стали Чугун по чугуну или по за- каленной стали Без смазки Чугун по закаленной стали Прессованный асбест ферродо по стали или чугуну Текстолит по стали или чу- гуну 0,10—0,12 0,03—0,04 0,03—0,04 0,04—0,06 0,15 0,2 0,2 0,06—0,08 0,06—0,08 0,03—0,04 0,1 0,15 0,3
Полумуфта I соединена с нажимным диском 6 скользящей шпон-
кой 9, помещенной в шпоночную канавку на диске бив прорезь
полумуфты 1.
Регулирование муфты на предельный момент производится за-
тяжкой болтов 2. Винтами 5 к муфте крепится кожух 3.
Вид А
Рис. 201. Предохранительная фрикционная муфта по ГОСТ 15622—70
На рис. 203, а показана предохранительная фрикционная муфта
в сочетании с зубчатой муфтой конструкции НКМЗ, рассчитанная
на предельный момент в 400 кгс -м. Диски (рис. 203, б) выполнены
из стали 45 и снабжены смазочными канавками. Торцы дисков под-
вергаются поверхностной закалке IIRC 36 — 40.
282
Таблица 58
Размеры в (мм) муфт предохранительных фрикционных (рис. 201)
Обозначение муфты исполнения D (спр.) d (пред, откл. по Л) Посадочные отверстия ds (пред, откл. по Н) L (спр.) 1 Пределы регулиро- вания 1 крутящего момента в кгс-м
Исполнение 1 Исполнение 2
1 2 Ъ (пред, откл. по Л3) -V- tj (пред, откл. по Л5) di (пред, откл. по Л) d3 (пред, откл. по Лб) (пред, откл. по Л3) Число зубьев 2
1-50 X 12 2-50 х Н 50 12 4 13,8 14 11 3 6 22 65 , 12 0,25—0,34
1-55Х 14 2-55 X 11 55 14 5 16,3 25 70 14 0,40—0,55
1-60 X 16 2-60 X 13 60 16 18,3 16 13 3,5 28 75 16 0,63—0,85
1-65 X 18 2-65 X 16 65 18 6 20,8 20 16 4 30 80 18 1,00—1,35
1-80 X 20 2-80 X 18 80 20 22,8 22 18 5 32 90 । 20 1,60—2,10
1-90 X 22 2-90 X 21 90 22 24,8 25 21 36 100 22 2,50—3,30
1-100Х25 2-100x26 100 25 8 28,3 32 26 6 40 НО 25 4,00—5,30
1-110x28 2-110x26 НО 28 31,3 45 120 30 6,30—8.40
1-120x32 2-120x32 120 32 10 35,3 38 32 7 8 55 140 38 10—13.1
1-120x36 2-120x36 36 39,3 42 36
1-135Х40 1-135x42 135 40 12 43,3 48 42 8 70 160 48 16—21,6
1-135x45 45 14 48,3
1-150 X 50 2-150Х46 150 50 53,8 54 46 9 90 180 60 26—33,7
Пример условного обозначения муфты наружным диаметром D— 60 мм и диаметром расточки под вал d = 12 мм, исполнения 1:
Муфта 1-50x12 ГОСТ 15622—.70
То же, диаметром расточки под шлицевой вал D = 11 мм, исполнения 2: Муфта 2-50'^11 ГОСТ 15622—70.
283
Рис. 202. Предохранительная фрикционная муфта Гидростальпроекта
На рис. 204, а изображена фрикционная предохранительная
муфта с малоизменяющимся предельным крутящим моментом [21].
Рис. 203. Зубчатая муфта с предохранительным многодисковым фрик-
ционом
Муфга состоит из двух полумуфт — правой и левой. Правая по-
лумуфта имеет два диска: упорный 3, жестко связанный с валом 8
(или составляющий с ним одно целое), и нажимный 5, скользящий
по валу 8. Между дисками 3 и 5 помещен диск 4, зажатый между
285
ними пружиной 6 и соединенный шлицами с левой полумуфтой 2.
Между нажимным и упорным дисками в гнездах помещается три ша-
рика I. Сила нажатия пружины 6 регулируется гайкой 7.
При работе муфты нажимный и упорный диски сместятся отно-
сительно друг друга и придут в соприкосновение с шариками
(рис. 204, б), что произойдет при крутящем моменте, значительно
меньшем, чем предельный.
После того как шарики вступят в работу, они принимают участие
в передаче половины передаваемого момента (для муфты с двумя
поверхностями трения). Рост пере- .
Рис. 204. Фрикционная предохранительная муфта конструкции Н. Д. Вернера
к росту продольной реакции шарика Р и снижению силы сжатия
дисков Q:
Q=P„-P,
где Рп — сила сжатия пружины.
Предельный момент, передаваемый муфтой (при двух поверх-
ностях трения):
Мпр = 2(ЖР = 2f/?cp (Рп - Р),
где / — коэффициент трения.
Учитывая, что момент, передаваемый шариками, равен половине
общего момента, получим
отсюда
р_ л,пр tga
Г — 2г
После подстановки этого значения Р в предыдущее выражение
получим
1 пр r+Pcpftga-
286
Рассматривая это выражение, видим, что 7Ипр зависит от f в мень-
шей степени, чем в обычной дисковой фрикционной предохрани-
тельной муфте.
Л1уфта Н. Д. Вернера может выполняться и с большим, нежели
два, числом дисков.
Для этой муфты момент срабатывания [34]
44пр = Рц'ср^/пр,
где Рп — сила пружины; гср— средний радиус фрикционных поверх-
ностей дисков; z — число пар трущихся поверхностей; /пр = . ? —
приведенный коэффициент трения.
Гср
Здесь с = r0 — tg а — характеристика
муфты; г и а — см. рис. 204.
Зависимость /пр от f показана на
рис. 205, из которой видно, что
с ростом параметра с уменьшаются
/Г1р и М'р. При этом 7Ипр становится
менее чувствительным к изменению/.
Уменьшение момента срабатыва-
ния муфты в этом случае характери-
зуется отношением
1
Л'пр f 1+cf’
Рис. 205. Изменение /пр в зави-
симости от f для муфт с отжим-
ным устройством
а уменьшение коэффициента точности — отношением
Ттч 1 ~ЬС/min
Утч I Ч”Д max
Рассмотрим обычную предохранительную дисковую муфту со
следующими данными: /т1п = 0,15/таХ = 0,3- Если пренебречь
другими факторами, влияющими на точность срабатывания муфты, то
М f
__ max __'max _ n
— м ~~T~ ~~
min 'min
Применив отжимное устройство с характеристикой с = 4,
получим (рис. 205) [34]
Ъч = у •
}+cfmin __
1 + cf max
l-J-4-0,15
9. —______!_
z 1+4-0,3
1,45;
Ттч
Утч
1,45
0,72.
Более подробно о предохранительных муфтах с повышенной
точностью срабатывания изложено в работе Я. И. Есипенко и др. *.
* Я. И. Есипенко, А. 3. Паламаренко, М. К- Афанасьев.
Муфты повышенной точности ограничения нагрузки. Киев, «Техника», 1972. 168 с.
287
6. Муфта со стопорами
Муфта (рис. 206) состоит из дух полумуфт: ведущей 5 и ведомой 8.
Корпус 6 прикреплен болтами 5 к ведущей полумуфте 3.
Рис. 206. Предохранительная муфта со стопорами
На полумуфте 3 и корпусе 6 укреплены осп 4 с рычажками 10.
Рычажки 10 косыми вырезками опираются на призмы 9, закреплен-
ные в пол у муфте 8.
Крутящий момент передается силами, возникающими на рабочих
поверхностях призм 9 и рычажков 10.
288
Вследствие того что призмы имеют скошенные грани, они дейст-
вуют на рычажки с силой, стремящейся сбросить головку рычажка
с призмы. Рычажок удерживается на призме благодаря имеющемуся
в нем пружинному стопору. Стопор состоит из двух стаканов:
наружного 7 и внутреннего 2 и пружины /, их распирающей.
Наружный стакан стопора помещается в головке рычажка 10. Оба
стакана стопора имеют конические концы, входящие в конические
выемки в полумуфте 3 и корпусе 6.
Таким образом, муфта сработает только тогда, когда сила, стал-
кивающая рычажок с призмы, будет достаточной для того, чтобы
преодолеть силу сопротивления стопора и вытолкнуть его стаканчики
из конических гнезд.
После устранения причин перегрузки стопоры вновь вводятся
вручную в свои гнезда через окна в муфте.
Если обозначить через N — передаваемую мощность в л. с.;
п — частоту вращения вала в об/мин; k — коэффициент запаса;
а — половину угла заострения призмы зуба; р — угол трения;
z — число призм иа полумуфте; R — радиус приложения окружной
силы к призмам; Р — окружную силу, то сила, сбрасывающая ры-
чажок, определится из зависимости:
Qi = 71 620 k tg (а - р) = Р tg (а - р) *.
Рис. 207. Пружинно-роликовая муфта погрузочной машины
Сила, сжимающая пружину стопора,
Q2 = Qrk tg (ос! - pj),
где Kj — половина угла заострения стопора; р! — угол трения
в стопоре.
289
7. Пружинно-роликовая муфта погрузочной машины
(завод «Красный металлист»)
На валу на шпонках насажено ведомое водило 2 (рис. 207),
на обоих концах которого закреплены шарнирно рычаги 5 и упорные
стаканы S, в которые упираются пружины 3. Второй конец пружины
упирается в гайку 10, навинченную на шток 9. Шток шарнирно
крепится к длинному плечу рычага 5. На рычагах поставлены оси 7
с надетыми на них роликами 6, которые под воздействием пружин 3
постоянно прижимаются к внутренней поверхности обода звездочки 4
(свободно сидящей на валу) и упираются в скосы двух упорных
планок 1, благодаря чему и осуществляется передача крутящего
момента от звездочки 4 водилу 2 и через него валу. С возрастанием
крутящего момента ролики будут накатываться на скосы планок /,
сжимая при этом пружины.
Когда момент будет равен предельному значению, на которое
настроена муфта, вершины планок перекатятся через ролики, при
этом будет слышно прошелкивание муфты, являющееся сигналом
наличия перегрузки и срабатывания муфты.
Настройка муфты на предельный момент производится поджа-
тием (или ослаблением) пружин 3 с помощью гаек 10,
Глава VI
ЦЕНТРОБЕЖНЫЕ МУФТЫ
Центробежные муфты предназначаются для автоматического
включения (или выключения) ведомого вала при достижении веду-
щим валом определенной частоты вращения.
Путем выбора типа муфты и соответствующим подбором ее пара-
метров можно получить заранее заданную характеристику пускового
периода привода.
Применение центробежных муфт в установках с прерывистым
режимом работы (частый пуск и остановка) позволяет значительно
сократить длительность потребления пускового тока, превышающего
номинальный ток в 4—8 раз, и тем самым предохранить электро-
двигатель от перегрева и снизить расход электроэнергии.
При включении электродвигателей с короткозамкнутым ротором
почти мгновенно возникает крутящий момент, в 2—2,5 раза превы-
шающий номинальный крутящий момент двигателя. В этих случаях
применение центробежных муфт с замедляющими устройствами
позволяет избежать аварий и повышает долговечность наиболее
напряженных деталей машин.
При всем разнообразии конструкций центробежных муфт общей
чертой их, кроме автоматичности действия, является наличие фрик-
ционных элементов (диски, колодки, ленты).
Центробежные муфты могут быть разделены на два типа: не-
постоянного и постоянного действия.
Схема муфты первого типа показана на рис. 208, а.
В полумуфте 1 ведущего вала под действием центробежной силы
в радиальном направлении передвигаются ползуны 2 и оказывают
давление на внутреннюю поверхность обода ведомой полумуфты <?;
пружина 4 связывает оба ползуна и противодействует центробежной
силе.
Крутящий момент, который может передать такая муфта, будет
Л4кр = (2С - F) fR = - F) fR ,
где С—™-----центробежная сила; т — масса одного ползуна;
v — окружная скорость центра тяжести ползуна; г — расстояние от
центра тяжести ползуна до оси вращения; f — коэффициент трения;
F — сила пружины.
29;
Включение муфты наступит при скорости v, определяемой усло-
вием 2С F, т. е. при

Применением муфты такого типа обеспечивают возможность
разгона двигателя под малой нагрузкой, так как муфта включает
Рис. 208. Схемы центробежных муфт
ведомый вал полностью лишь по достижении заранее заданной час-
тоты вращения.
В муфтах второго типа (рис. 208, б) сила трения создается не цент-
робежной силой, а постоянным давлением пружин.
Крутящий момент, передаваемый муфтой, будет
Мкр = 2 (F— С) fR.
С увеличением скорости крутящий момент уменьшается, и по
достижении заранее заданной частоты вращения (когда С станет
равным F) муфта выключается.
1. Муфта с незакрепленными колодками
На рис. 209 [9] представлена простейшая конструкция центро-
бежной муфты с четырьмя колодками. Колодки 3 свободно располо-
жены между спицами крестовины 1, насаживаемой на ведущий вал.
Барабан 2 муфты закреплен на ведомом валу, крестовина 1 пере-
дает вращение колодкам, которые благодаря возникающим центро-
бежным силам и трению на поверхности контакта, увлекают за собой
барабан 2 и связанный с ним вал. Колодка в зависимости от размеров
муфты и величины передаваемого крутящего момента могут быть
изготовлены из металла или дерева. Величина крутящего момента,
которая может быть передана муфтой, находится по формуле
Мкр =--------- кгс-см,
(1)
292
где г — число колодок; ф — коэффициент формы колодок; f — коэф-
фициент трения между колодками и ведомым барабаном муфты;
G — масса колодки муфты в кг; R — внутренний радиус барабана
в см (рис. 210); п — частота вращения вала электродвигателя в мо-
мент сцепления центробежной
муфты в об/мин;
3 (1 —kj) arcsin -g-
Рис 209. Муфта с незакрепленными
колодками
» ^2 р •
Здесь г — радиус кривизны
нерабочей поверхности колодки
в см; I — длина колодок по
хорде в см (рис. 210);
Gn2tyR
кгс/см2,
Рис. 210. Форма колодки
где h — высота колодки (размер в плоскости, перпендикулярной
плоскости чертежа) в см.
Значения коэффициента трения f и допускаемых удельных давле-
ний приведены в табл. 34 и 37.
Расчет муфт состоит в выборе размеров R, г и I, обеспечивающих
получение допустимых величин р и определение ширины, удовлетво-
ряющей требуемой величине Л4кр.
Описанная конструкция центробежной муфты находит примене-
ние в приводе к центрифуге.
На рис. 211 изображена аналогичная конструкция муфты, при-
меняемая в токарно-винторезных станках [27].
Муфта состоит из ведущей звездочки 2, посаженной на вал
электродвигателя на шпонке, полого цилиндра 1 со ступицей,
сидящего на ведомом валу, сегментов 3 с пластинками ферродо 5
и двух шайб 4, закрепленных винтами на звездочке и удерживающих
сегменты от выпадания.
293
Рис. 211. Центробежная муфта токарно-винторезного станка
2. Двухколодочная центробежная муфта
На рис. 212 дано схематическое изображение двухколодочной
центробежной муфты. Число колодок в зависимости от размеров
муфты может быть и больше. Муфта передает крутящий момент бла-
годаря силам трения, возникающим между внутренней поверхностью
шкива 2 и фрикционными накладками 4 колодок 3. Последние могут
свободно поворачиваться на пальцах 5. Прижатие колодок к шкиву
осуществляется центробежными силами, возникающими при враще-
нии ведущей траверсы 1. Колодки муфты могут быть выполнены пус-
тотелыми, и величина передаваемого муфтой момента может изме-
няться в зависимости от количества дроби, насыпанной в колодку
(см. пробки на колодках рис. 212 и штриховую линию на поперечном
разрезе колодки).
Центробежную муфту целесообразно устанавливать на быстро-
ходном валу, так как величина передаваемого муфтой момента при
прочих равных условиях пропорциональна квадрату угловой ско-
рости.
При расчете усилий на поверхности контакта накладок 4
(рис. 212) [78] и шкива 2 полагаем, что контактное давление пропор-
ционально радиальной деформации накладки в данной точке.
Такое допущение с достаточной для практики точностью отра-
жает фактическую зависимость между давлением и деформациями,
возникающими в накладках.
Пусть во время работы муфты колодка под влиянием центробеж-
ной силы повернется на некоторый малый угол 6 вокруг оси О
(рис. 213). При этом, произвольная точка d на поверхности накладки
переместится в положение d', точка b займет положение Ь', с — с
и т. д.
Обозначим
/ OdA = а; 0d =!.
Тогда, учитывая малость угла е, получим следующее выражение
для радиальной деформации накладки:
d'e — d'd sin а = /6 sin а.
Из треугольника OAd находим
— I sin а = a sin ср,
sin <р sm а ’ v’
следовательно,
d'e = /6 sin а = a(J sin <р.
Так как давление р пропорционально деформации d'e, то
p==Ac6sin<p, (1)
где k — коэффициент пропорциональности.
295
Рис. 212. Схема двухколодочной центробежной муфты
Наибольшей величины давление достигает при (sin ф)тах:
Ртах = koB (Sin ф ) max* (2)
Решая совместно уравнения (1) и (2), получим
Ртах
(sin(P)max
sin ф.
(3)
Изменение р в функции ф представлено на рис. 214 при большом
угле обхвата и на рис. 215 — при малом.
Р =
Для вывода уравнений, определяющих основные параметры муф-
ты, напишем одно из условий равновесия колодки. Если пренебречь
трением в пальце, то окажется, что колодка находится под действием
сил: реактивных давлений на колодку со стороны шкива, центро-
бежных и трения.
Уравнение суммы моментов этих сил относительно оси О пово-
рота колодки будет
= (4)
где Мр — момент сил давления на колодку; Мс — момент сил
центробежных; Mt — момент сил трения.
В зависимости от направления вращения колодок относительно
шкива силы трения будут либо увеличивать прижатие колодок,
либо, наоборот, уменьшать его.
Более медленный (плавный) пуск привода получится, если мо-
мент сил трения Mt будет противодействовать моменту центробеж-
ных сил трения Л4С. Этому случаю соответствует направление вра-
тения колодок, указанное на рпс. 216, п знак минус перед членом
в уравнении (4). Более жесткий пуск (и больший момент, пере-
даваемый муфтой) получится при обратном вращении колодок.
Рис. 214. Изменение удельного да-
вления при большом угле обхвата
Рис. 215. Изменение удельного да-
вления при малом угле обхвата
Крутящий момент Л4кр передаваемый муфтой, должен быть равен
сумме моментов сил трения относительно оси вращения муфты, т. е.
Л4Кр = MKi, (5)
где Л1К — момент сил трения, действующих на одну колодку, отно-
сительно оси вращения муфты; i — число колодок.
Рис. 216. Схема сил, действующих на колодку
Определим связь моментов, входящих в уравнения (4) и (5),
с параметрами муфты.
Выразим момент сил давлением Мр относительно оси О поворота
колодки.
298
Согласно равенству (3) и схеме на рис. 216 для элементарной
площадки brd([> имеем
dMD = -т-.^ n>,JX— sin wbrdqia sin m = ,Р.П'ЛХ,-sin2 wdm,
p (sin40max
где b — ширина накладки.
Интегрируя это выражение, получаем
<Р2 .
С • 2 , “^шах ч
\ Sin2 фйф = -Г-7-.-г---X
' т 4 (яп ЧР) max
X (2<р2 - 2фх — s i п 2<р2 + 5(024)!). (6)
Рта^
Р (аистах
ЧТ
Момент сил трения Mt относительно оси О для той же элементар-
ной площади (рис. 216)
dMt = pbrdtpf (г — a cos ф),
где f — коэффициент трения накладки о шкив.
dMt = (Sin^max Shl <Р (Г ~ а C°S Ф) rf<P’
Интегрируя в пределах от <рх до ф2, получим
fcrfPrnax I а 1
М, = (Sin<p)m. ' I r (cos ЧР1- cos ЧР2) + + (sin2 Ф1 — sin2 ф2) |. (7)
Момент центробежных сил 7ИС (рис. 217) для элементарной массы
dMc = dmpaPa sin р,
где со — конечная угловая скорость вращения муфты.
Элементарная масса
dm^dpdy
в
где у — удельный вес материала колодки.
Интегрируя, находим момент центробежных сил относительно
оси О
г* Ра
p2cfp sin pdp = (г® — г®) (cos рх — cos р2). (8)
о Р,
Момент Мк сил трения, действующих на одну колодку, относи-
тельно оси муфты (рис. 217)
dMK = pbrdqfr = sin фс/ср;
(*2 bfr2p
Л4К = dMK = (sjn (cos ф! - cos ф2). (9)
<j\ max
299
Подставив полученные выражения для Л1Р, Л1/( Л1с из формул
(6)—(8) в уравнение (4) и решив его относительно ртах, получим
_ 4yco2(sin <рП1ах) (rt— г3,) (cos рх — cos (С)
3gr j (2<j>2 —2<j’i—sin2<p2+ sin 2q>, ± 4/) X
( f 1 1 I
X j - (cos q, — cos 2 (sin2 q’l — sin2<p2)> .
(10)
Знак плюс перед коэффициентом 4f в знаменателе дроби соответ-
ствует направлению вращения колодок, указанному на рис. 216,
знак минус — противоположному направлению.
Рис. 217. Схемы действия центробежных сил
Если принять <р2 = 180° — <рп 02 = 180° — [ф, что соответствует
симметричному расположению колодки относительно вертикальной
оси (см. рис. 213 и 216), то формула (10) может быть значительно
упрощена.
В этом случае
4 уси2 (г5 — Г,) COS р!
Ртах / г
3gr ( л — 2<<1 + sin 2qt ± 4/ — cos щ
\ a
(Юа)
Соответственно изменится и формула (7)
MK = 2bfr2pmax COS фр
(9а)
Общий порядок определения главных параметров колодочной
центробежной муфты может быть таков:
1) по заданному моменту Л1кр определяется Мк, т. е. момент,
который должен передаваться одной колодкой (формула (5)1;
зон
2) выбрав по конструктивным соображениям размеры г, г,,
г2, Ф1» Фз» Рн а (обычное = 0,75 -т- 0,9г), находят по формуле (10)
или (10а) величину максимального давления р,пах. Значения f
принимают по табл. 34. Если полученное ртах превосходит допусти-
мое удельное давление для принятых материалов (табл. 37), необ-
ходимо путем изменения размеров муфты добиться уменьшения
Ртах до допустимой величины. Так же следует поступить и в том
случае, если полученное значение ртах окажется значительно меньше
допустимой величины по табл. 37;
3) подставив принятое значение г в формулу (9) или (9а), опре-
деляют необходимую ширину колодки Ь. Возможен, конечно, и дру-
гой порядок расчета. Однако и в этом случае он должен быть выпол-
нен по формулам (5), (9), (10) или (5), (9а), (Юа) с учетом данных
указанных в п. 2.
В формулах (9), (9а), (10) целесообразно принять следующие
единицы измерения: линейные размеры муфты — в см, у — в кгс/см3,
со — в рад'с, углы ср1э <р2 — в рад, g = 981 см/с2. Тогда рп,ах выра-
зится в кгс/см2, а Л4К — в кгс -см.
Рассмотрим пример расчета двухколодочной центробежной муфты
при следующих исходных данных:
А1кр = 830 кгс -см; п = 970 об/мин;
ЛН 1 АЛ 1
(о = ЗО = 1ООс-
По формуле (5) находим
Мк~ g- = 415 кгс-см.
По конструктивным соображениям принимаем:
г=10см; -£-=1,25; <р1 = 0,52 (30°); <р3 == 180° — сР1;
Р1 = 25°; р2=180° — Pi; г1 = 5см; г2 = 9,4 см.
Полагая, что колодки изготовлены из чугуна, находим у =»
= 0,0073 кг/см3; f = 0,3 (накладки из ферродо).
Давление ртах определяем по формуле (10а). Считая, что направ-
ление вращения колодок соответствует знаку плюс перед коэффи-
циентом 4[ в знаменателе дроби, найдем
4-0,00 73. 1002(9,43 — 5,03) 0,906 . ч/ 2
Ртах-- 3.981 . Ю(л —2-0,52 + 0,866+4-0,3. 1,25-0,866) ~ 1,Ь кгс'см >
чго вполне допустимо (табл. 37) для накладок из ферродо.
По формуле (9а) находим
415 = 26-0,3- 100- 1,5-0,866 = 786; 6 = * =5,3 см.
/о
301
3. Центробежные муфты с замедляющими устройствами
Особенности устройства муфты, изображенной на рис. 218,
заключается в следующем: к ведущей ступице 1 муфты при помощи
пластин 5 присоединены три колодки 7 с накладками 6. Опорами
пальцев 9, соединяющих колодки со ступицей, являются комбини-
рованные втулки 8, 2, 3; основа 8 — резиновая, обкладки 2 и 3 —
металлические.
Такая конструкция обеспечивает бесшумность работы муфты;
шарниры не требуют смазки, так как поворот пластин на малые
углы происходит за счет кручения резиновой основы, кроме того,
Рис. 218. Трехколодочная центробежная муфта
наличие резиновых втулок способствует затуханию вибраций деталей
муфты, возникающих в период пуска, а также при неравномерной
нагрузке.
Муфта может быть собрана так, что между накладками колодок
и цилиндрической поверхностью ведомого барабана 10 будет зазор
при неподвижной муфте. Можно соответствующей сборкой также
обеспечить предварительный контакт между колодками и барабаном.
В этом случае и в начальный период работы муфты она будет пере-
давать какой-то минимальный момент.
Назначение пружин 4 состоит в том, чтобы сцепление между
накладками и ведомым барабаном происходило с некоторым замед-
лением относительно момента пуска.
Эта муфта, так же как и изображенная на рис. 212, передает
различные максимальные крутящие моменты в зависимости от
направления вращения. Проекция силы тяги S (рис. 219)
302
на горизонтальную ось равна и противоположна по направлению
силе трения Т
S sin б = T.
Вертикальная составляющая сила S будет
sB=s cose.
или, так как S
Т
sin 6 ’
sB = Tctge.
Кроме вертикальной составляющей силы тяги S, на колодку дей-
ствует центробежная сила С. Таким образом, суммарная сила, при-
жимающая колодку, будет равна
C±7ctg6,
а полное значение силы трения
T = f(c±Tdge),
где f — фактически реализуемый
коэффициент трения накладки о
барабан.
Произведя некоторые преобра-
зования, получим
/(C±Tctg6)-T = 0;
Т f
С l±fctg6-
Рис. 219. Схема действия сил
Отношение силы трения Т к центробежной силе С обозначим че-
рез /к
f =_________'-----
'к 1 ± f ctg О
или
f =_____1___
/к 1—fctge
(И)
при вращении колодок относительно ведомого барабана против ча-
совой стрелки и
?к== l+/ctg6
при вращении колодок относительно ведомого барабана по часовой
стрелке.
Очевидно, что по формуле (12) величина коэффициента [к меньше,
чем в формуле (11).
Величина фактически реализуемого коэффициента трения f ко-
леблется от 0,2 до предельного значения 0,6—0,7. Что же касается
коэффициента /к, то его величина может достигнуть весьма
высоких значений: она зависит от значений [ и ctg 6. В частности,
303
fK равен бесконечности, если f и 6 имеют попарно следующие
значения:
/ = 0-1 0-2 0-3 0-4 0-5 0-6
ес = 5 — 7 11 -3 16-7 21 -8 26 — 6 31
Если значение коэффициента /к бесконечно велико, это означает,
что муфта может передать крутящий момент любой величины при
самых небольших силах нажатия колодок; в этом случае величина
крутящего момента должна быть ограничена соображениями проч-
ности муфты.
Приводимые ниже конструкции муфт имеют более совершенное
замедляющее устройство и обеспечивают более плавное нарастание
Рис. 221. Многодисковая центро-
бежная муфта
Рис. 220. Центробежная муф-
та с кольцевой пружиной
крутящего момента, чем рассмотренные выше. Эти муфты были
предложены для привода ленточных конвейеров от электро-
двигателей с короткозамкнутым ротором в условиях горных раз-
работок.
Лента этих конвейеров не допускает натяжений, превышающих
номинальные более чем в 1,5 раза, которые имели бы место в момент
пуска при непосредственном присоединении двигателя.
На рис. 220 представлена схема такой муфты с гидравлическим
замедлителем. Муфта состоит из ведомого шкива 1 и ведущей полу-
муфты 7, в радиальных отверстиях которой помещаются колодки 5
с фрикционными накладками 4. В выключенном положении, при
невращающейся муфте, колодки стягиваются к центру охватываю-
щей их пружиной 3. Колодки имеют цилиндрическую часть, в кото-
рой могут перемещаться поршни 6. В цилиндр колодки заливается
масло, которое при перемещении поршня перетекает через зазоры
и калиброванные отверстия в поршне из одной полости цилиндра
в другую.
304
В начале пуска поршень и колодка удерживаются в исходном
положении пружинами 2 и 3, и трения между накладками 4 и шки-
вом / не происходит. По мере возрастания угловой скорости поршень
под действием центробежной силы начинает перемещаться от центра
к периферии, вытесняя масло.
Включение муфты, т. е. фрикционное замыкание колодок с рабо-
чей цилиндрической поверхностью ведомого шкива, произойдет
тогда, когда центробежная сила увеличится настолько, что, преодо-
левая сопротивление пружины 3, раздвинет колодки. Время пере-
мещения поршней зависит от скорости перетекания масла и может
быть подобрано таким образом, что включение муфты будет проис-
ходить после того, как обороты ведущего вала достигнут номиналь-
ной величины.
На рис. 221 представлена другая схема конструкции центробеж-
ной муфты с гидравлическими замедлителями. Эта муфта является
многодисковой фрикционной муфтой, включаемой под действием
центробежных сил.
Муфта состоит из ведущей части 1, ведомой части 2, ведущих 3
и ведомых 4 дисков, рычагов 9 с грузами, втулки 8, включающих
стержней 11 с пружинами 10, поршня замедлителя 6 со штоком 7
и пружиной 5.
В процессе разгона ведущей части муфты, рычаги 9, под дейст-
вием центробежных сил, стремятся повернуться и передвинуть
втулку 8 в осевом направлении влево. При этом, втулка перемещает
поршни гидравлического замедлителя. Таким образом осуществ-
ляется плавное включение муфты.
При остановке привода рычаги 9, втулка 8, стержни 11, поршни 6
приводятся в исходное положение под действием пружин 5 п 10.
Регулирование времени включения производится дросселем.
4. Другие разновидности центробежных муфт
На рис. 222 изображена схема двухколодочной муфты с регули-
руемыми пружинами.
При наличии пружины формула (8) примет вид
Мс = (/" - г?) (cos Pi - cos p2) - FL,
где F — усилие пружины; L — плечо (рис. 222).
График включения такой муфты показан на рис. 223.
На рис. 224 показана центробежная муфта, которая может быть
применена для привода двух механизмов с различными скоростями
от двухскоростного двигателя.
Включение того или иного механизма производится муфтой авто-
матически, в зависимости от скорости ведущего вала. Муфта устроена
следующим образом. На ведущем валу 1 при помощи шпонки закреп-
лены диски 3, 10. Шкивы 2 и 4 установлены на валу свободно и вра-
щаются на антифрикционных втулках 7 (ограничение перемещения
шкивов в осевом направлении на чертеже не показано). У шкивов
11 Поляков В. С.
305
йа внутренней цилиндрической поверхности ободов имеются зубья,
с которыми могут сцепляться собачки 8, 13, 15 и 17, вращающиеся
на осях 5 и 11, закрепленных на диске 3. Пружины 6 и 9, собранные
с различным предварительным натяжением, удерживают собачки
от зацепления со шкивами при неподвижном вале.
Воздушные амортизаторы 14 и 16, соединенные с собачками
штифтами, замедляют движение собачек к зубьям шкивов. Сопротив-
ление движению зависит от величины выходного отверстия для воз-
духа в крышках 12 и 18 амортизаторов.
Одновременное включение обоих шкивов невозможно из-за
наличия на концах собачек блокирующих выступов (крючков).
При вращении вала с меньшей скоростью собачка 13, преодолев
сопротивление амортизатора и пружины 9, войдет в сцепление со
Рис. 222. Схема двухколо-
дочной муфты с регулируе-
мыми пружинами
Рис. 223. График включения двух-
колодочной муфты с регулируемыми
пружинами
шкивом 2. Включению собачки 17 препятствует сила пружины 6,
превышающая центробежную силу.
Если после остановки вал вращать с большей скоростью, то
с зубьями шкива 4 сцепится собачка 17. Собачка 13 отстает от собачки
17 вследствие большого сопротивления амортизатора. Включиться
позднее она не сможет из-за блокирующих выступов на концах
собачек.
Недостатком муфты является то, что включение происходит
с ударом и для переключения механизмов необходима остановка
ведущего вала.
На рис. 225 представлена пусковая центробежная муфта с метал-
лическим порошком в качестве рабочего тела [691. Ведущей частью
муфты является состоящий из двух половин корпус 2, жестко свя-
занный с втулкой 1, сидящей на ведущем валу. Ведомая часть выпол-
нена в виде зубчатого диска 3, ступица которого свободно сидит
на втулке 1. Внутрь корпуса засыпан гранулированный металли-
ческий порошок с добавкой графита. При отсутствии вращения поро-
шок располагается в нижней части корпуса. При разгоне ведущих
ЗС6
частей порошок разбрасывается по периферии корпуса и увлекает
во вращение зубчатый диск. При достижении определенной угловой
скорости образуется кольцеобразный слой уплотненного порошка,
связывающий ведущую и ведомую части в одно целое так,
что передача заданного крутящего момента осуществляется без
заметного скольжения. Последнее имеет место только в период раз-
гона. Оно может вновь начаться при достижении передаваемым
моментом значений, превосходящих на 20—100% пусковой момент
муфты. В силу этого муфту можно рассматривать как предохра-
нительную, защищающую приводимый агрегат от перегрузок.
Передаваемый муфтой момент в значительной степени зависит
от количества порошка и величины его зерен.
В муфте, показанной на рис. 226, в качестве рабочего тела
используется хорошо обработанная шарообразная стальная дробь.
Здесь передача крутящего момента от ведущей полумуфты (ко-
жуха) 1 к ведомой (ротору) 2 осуществляется за счет сил трения,
возникающих между дробью и ротором.
Длительность пускового периода и величина передаваемого
крутящего момента определяется количеством дроби, помещаемой
11*
307
308
Рис. 225. Муфта с металлическим порошком
Рис. 226. Муфта со стальной
дробью
в кожухе. Как и в предыдущей конструкции, при перегрузке на
20—100% ротор будет пробуксовывать относительно кожуха. Муфта
предназначена для реверсивных приводов с большими инерцион-
ными и ударными нагрузками.
Роль порошка или дроби в рассмотренных конструкциях муфт
в значительной мере аналогична роли жидкости в гидромуфтах,
но в данном случае не требуется такой плотности соединений, как
в последних, и, кроме того, такие муфты могут применяться при
высоких температурах.
5. Процесс сцепления муфты
Введем следующие обозначения:
Л4Д — крутящий момент двигателя, приведенный к муфте;
Л4С — момент сил сопротивления, приведенный к муфте;
Л4Т—суммарный момент сил трения между колодками и бара-
баном муфты;
Д — приведенный момент инерции ведущей части системы,
включая половину муфты;
J2 — приведенный момент инерции ведомой части системы,
включая другую половину муфты;
— угловая скорость ведущей части муфты;
со., — угловая скорость ведомой части муфты.
Процесс сцепления муфты состоит из нескольких периодов.
1. От начала пуска двигателя до начала касания колодок с по-
верхностью ведомой части (только для муфт с замедляющими устрой-
ствами). Момент сил трения колодок в общем случае может быть
представлен формулой
Л4Г = /?1Ю, —/?2, (13)
где kx и k2 — постоянные зависящие от конструкции, фрикционных
свойств и размеров муфты. В частном случае может быть /г, = 0.
Начало касания колодок определяется из уравнения (13)
/ejGj'i _! — k2 = 0,
откуда угловая скорость, при которой происходит первоначальное
касание колодок, равна
К-
До достижения угловой скорости со1 4 происходит лишь уско-
рение ведущей части, определяемое уравнением
я , j da.
Отсюда время от начала пуска до указанного момента равно
Oil
((j. du
о
309
2. От начала касания колодок до достижения равенства Л4Т =
= Л4С. В течение этого периода ведомая половина муфты остается
неподвижной. Имеет место лишь ускорение двигателя и ведущей
части муфты. Совершаемая при этом на поверхности контакта
муфты работа сил трения переходит в тепло.
Уравнение движения ведущей части имеет вид
(15)
Длительность этого периода определяется выражением
C0l„i
Я «Эй?- <|6)
01-1
где __ _______
3. От начала движения ведомой части муфты до достижения ею
скорости ведущей части.
Момент Л4Т становится больше, чем Мс и продолжает возрастать,
оставаясь все время больше Л4С. Ведомая часть муфты получает
разгон. К концу периода скорость ведомой половины муфты стано-
вится равной скорости ведущей. В течение всего периода продол-
жается выделение тепла на трущихся поверхностях муфты.
Для ведомой части имеем
MT-Mc = J2d“2. (17)
Интегрируя уравнения (15) и (17), получаем
С01—з (й2-ч
Ji Дд'щТ/ ji Л1ДДДС- (18>
coi 2 0
Приняв t3 /3, из этих уравнений найдем (аналитически или
графически) значение 3 угловой скорости муфты при
сцеплении. По найденному значению <0(„3 определяем длительность
третьего периода Л.
4. От момента полного сцепления муфты до начала установив-
шегося движения системы.
В течение этого периода движение всей системы продолжает
ускоряться. В конце периода наступает равенство движущего момен-
та и момента сил сопротивления (Л4Д = Мс), и угловая скорость полу-
чает постоянное значение.
Для этого периода имеем следующее уравнение движения:
/Ид-Мс = (Л+/2)^,
310
откуда длительность периода равна
и,у
<0( -з
(19)
где соу — угловая скорость установившегося движения.
Общее время сцепления муфты равно
/ ~ ^1 +12 +13 +14.
Вследствие сложности зависимостей, входящих в уравнения
движения, решение уравнений (14), (16), (18) и (19) аналитическим
путем в большинстве случаев представляет большие трудности,
Рис. 227. График моментов в центробежных муфтах
а получающиеся формулы имеют громоздкий вид и неудобны для
вычислений *, Наиболее простым методом решения этих уравнений
являются графическое интегрирование. При решении этим методом
уравнений (18) следует иметь в виду, что значение <о1_3 = «2_3
соответствует точке пересечения графиков, изображаемых указан-
ными выражениями. Полученные зависимости вида t = / (w) позво-
лят решить ряд других задач, связанных с работой муфты. Так, если
для привода применяется электродвигатель, интересно установить
зависимость между током i двигателя и временем. Если известна
зависимость i = <р (coj, то при помощи полученного указанным выше
путем графика t = [ (со) может быть построен график i = ф (/)
и графически взят интеграл служащий для расчета эквивалент-
о
ного тока, допустимого по условиям нагрева двигателя.
* Аналитическое решение указанных уравнении для отдельных случаев
приведено в работах Е. М. Гутьяра 116] и Ashcraft и Bhoft I/O].
311
Зависимости (16) и (18) позволят получить в виде графиков
или формул зависимости со( = Д (/) и = f2 (t), при помощи кото-
рых на основе формулы (13) может быть найдена зависимость Мт =
= ср(/). Зная эти три функции, можно найти работу, затраченную
на трение колодок
i t t ~t
Лт = 2 $ Л-I, ((й1-и.,)Л= 3 3 Ф (^И/1 (0 — /2 ]dl,
б б
/О
и определить количество выделившегося тепла 4 = 427-
Изложенная методика позволяет также в случае необходимости
произвести анализ нескольких муфт с различными параметрами
и k2 и выбрать для применения наиболее подходящую для данных
условий работы. Однако в большинстве случаев при выборе целе-
сообразной конструкции муфты можно ограничиться указаниями,
приведенными в начале настоящей главы. При этом следует допол-
нительно учесть полученные на основании специальных исследова-
ний 1701 сведения о выборе кривой моментов сил трения Л1 , = f (со)
(рис. 227). Установлено, что эта кривая должна быть образована
таким образом, чтобы точка ее пересечения с кривой моментов
двигателя Л1;( находилась бы сразу же после максимального значе-
ния момента Л1Д (точка А, рис. 227). Указанное необходимо учесть
при расчете муфт по методике, изложенной в предыдущих парагра-
фах. Момент Л4кр = Мкг_/ и расчетная угловая скорость со должны
соответствовать точке А на кривой моментов Л1Д.
Глава VII
КОМБИНИРОВАННЫЕ И СПЕЦИАЛЬНЫЕ МУФТЫ
1. Упругая зубчатая муфта УЗТМ [141
На рис. 228 показана упругая зубчатая муфта инж. П. К. Гедыка
(УЗТМ). Она представляет собой сочетание зубчатой муфты с упру-
гой втулочно-пальцевой. Таким образом, эта муфта наряду с нечув-
ствительностью к смещениям осей соединяемых валов осуществляет
плавную передачу крутящего момента.
Рис. 228. Упругая зубчатая муфта П. К- Гедыка
Муфта состоит из втулок 1 и 8, зубья которых находятся в посто-
янном зацеплении с зубьями охватывающих обойм 2 и 7, скреплен-
ных вместе с пальцами 6.
Обойма 2 имеет во фланце внутреннюю кольцевую проточку,
в которую входит диск а обоймы 7. Бурт б обоймы 2 имеет форму
звездочки с внутренними зубьями, в центре которых расположены
отверстия для резиновых колец 5.
Диск а имеет форму звездочки с наружными зубьями, в центре
которых расположены отверстия под пальцы 6.
313
При сборке центровка осуществляется при помощи буртика
обоймы 7, при этом зубья диска а необходимо расположить между
зубьями бурта б, ввести диск в кольцевую проточку фланца и, по-
вернув его, совместить отверстия.
Через отверстия в резиновых кольцах 5 и диска а заводятся
пальцы 6 и затягиваются гайками 4. При такой конструкции пальцы
работают на изгиб, как балка на двух опорах, поэтому распределе-
ние сил, действующих на пальцы, здесь несколько выгоднее, чем
в муфтах по нормали МН 2096—64, где пальцы работают на изгиб
как балка, заделанная одним концом.
Кольцо 3 из маслостойкой резины служит для удержания смазки
от вытекания в местах разъема обойм.
2. Упругая центробежная муфта
инж. Т. Г. Рыбчевского [21]
Эта муфта (рис. 229) состоит из двух чашеобразных полумуфт 2
и 3, из которых полумуфта 2 является ведущей, и резиновой ленты 1,
свободно облегающей внутреннюю поверхность муфты. Если вес
Рис. 229. Упругая центробежная
муфта Т. Г. Рыбчевского
1 пог. м ленты шириной b (поме-
щающейся в одной полумуфте)
q кг, то при вращении полумуфты 2
с лентой длиной 2л/?, с частотой
вращения п об/мин лента будет
прижиматься к внутренней поверх-
ности полумуфты с силой
G ~ R ~ g \ 30 ; ' '
где g — ускорение силы тяжести
в м с2; R — радиус средней ци-
линдрической поверхности рези-
новой ленты в м.
Подставляя числовые значения,
получим
С 0,007qn2R2.
При прижатии ленты к полумуфтам возникает сила трения [С,
которая должна быть не меньше окружного усилия Р, т. е.
P^fC,
где f — коэффициент трения.
Предельный момент, передаваемый муфтой в кгс -м
М=/С/? = 0,007(7//г2/?3.
314
С другой стороны, имеем
Л1КР = 716,2 N- 1,36,
где N — мощность в кВт.
Приравнивая правые части обоих равенств, будем иметь
0,007qfn2R3 = 716,2- 1,36 ~.
Средний диаметр резиновой ленты D = 2R, тогда из полученного
равенства можно найти величину D
104 V?.
п I fq
Для пары резина — чугун [ = 0,6. Для определения q конструк-
тивно задаются размером b (рис. 229). В табл. 59 приведены основ-
ные параметры муфты пнж. Т. Г. Рыбчевского при f = 0,6.
Рис. 230. Упругая центробежная муфта с двумя рези-
новыми лентами
Рассматриваемая муфта проста по конструкции, дешева в изго-
товлении и обладает способностью компенсировать погрешности
монтажа соединяемых валов.
Укажем на способ увеличения момента передаваемого полумуф-
той путем применения двух резиновых лент, облегающих полумуфты
по двум различным диаметрам (рис. 230). В этом случае мощ-
ность, передаваемая муфтой, может быть найдена из табл. 59
как сумма мощностей, передаваемых каждой лентой в отдель-
ности.
315
Таблица 59
Размеры муфт Рыбчевского (по рис. 229)
/V в кВт <7 — 0,5 кг<м п = 3000 об'МИп <7 = 0,5 КГ/М п = 1500 об. мин <7 = 0,5 кг/м п = 1000 об/мин <7 — 2 кг/м п = 3000 об/мин <7=2 кг/м п= 1500 об/мин <7 = 2 кг/м 1000 об/мин <7 = 2 кг/м п =720 об 'мин
1 52 107 163 32 67 102 135
2 65 135 206 41 85 129 170
4 82 170 259 51 107 162 215
6 93 195 296 58 122 186 246
8 104 214 326 65 134 204 270
10 111 231 3.52 70 14.5 220 292
12 118 245 374 74 154 234 309
15 127 264 402 80 166 252 334
17 138 276 420 83 173 263 346
20 140 291 443 87 182 277 367
25 152 313 477 94 196 300 396
30 160 333 .507 97 208 317 420
40 177 367 559 107 230 350 463
.50 190 395 600 115 247 376 500
3. Самовыключающаяся упругая муфта
На рис. 231 представлена комбинированная муфта И. М. Шара-
пова, являющаяся одновременно и предохранительной, и упругой.
Она представляет собой две полумуфты 3 и 7, из которых одна 7
снабжена шестью пальцами 5 с упругими кольцами 9, а в расточку
другой полумуфты свободно вставлено предохранительное устрой-
ство, удерживаемое кольцом 4.
Предохранительное устройство состоит из диска 2, сухаря 8,
пружины 6, винта пружины 1. Сухарь при нормальной работе
входит в паз в полумуфте 3. Крутящий момент, таким образом,
передается с полумуфты 3 на диск 2, а затем посредством шести
упругих пальцев, входящих в отверстия корпуса, на полумуфту 7.
При перегрузке сухарь отжимается косым скосом полумуфты 3
и стопорится в этом положении стопором 10.
Для включения муфты сухарь ставят напротив паза в полумуф-
те 3 и оттягивают стопор.
4. Упруго-предохранительная муфта «Эльси»
На рис. 232 показана упруго-предохранительная муфта «Эльси»,
конструкция которой аналогична муфте «Карделис» (см. рис. 56).
Муфта снабжена коническим фрикционным механизмом.
Кроме предохранительных свойств она обладает всеми положи-
тельными качествами муфты «Карделис» и выполняется в р 13личных
конструктивных вариантах, например в сочетании с маховиком,
шкивом ременной передачи и т. п.
316
д
Рис. 231. Самовыключающаяся у вручая муфга
Рис. 232. Упруго-предохранительная муфта «Эльси»
В табл. 60 даны размеры этой муфты.
Таблица 60
Размеры (в мм) муфт «Эльси» по рис. 232
'v С п А? , кр в кгс • м «max в об мин. D dn L Z1 В G в кг GD* в кгс • м2
0,19 136 2350 330 112 60 90 60 175 210 40 3,06
0,26 186 20(0 370 125 70 100 65 195 265 60 3,56
0,34 243 1800 415 140 80 ПО 75 220 295 80 6,98
0,51 365 1500 470 160 90 125 80 245 330 115 13,26
0,72 515 1430 530 180 100 110 85 270 365 155 22,10
1,06 737 1290 590 200 НО 160 100 310 420 225 39,40
1,50 1,075 1150 660 225 125 180 115 350 475 305 8.2,10
2,06 1,475 1030 740 250 140 200 120 390 520 440 119,6
2,88 2060 950 830 280 160 225 125 425 575 600 216
4,05 2900 810 940 315 180 250 130 465 630 850 306
5,73 4100 715 1060 355 200 280 130 505 690 1260 814
8,64 6180 640 1190 400 225 315 135 555 765 1780 1309
12,15 8700 575 1320 450 250 355 150 625 860 2450 2154
16,40 11 7.50 510 1480 500 280 400 138 680 938 3550 3861
Муфта хорошо зарекомендовала себя в приводах металлурги-
ческого оборудования и дробильных машин.
Коэффициент динамичности С выбирается по табл. 17.
5. Упруго-центробежная муфта
Представленная на рис. 233 конструкция является сочетанием
центробежной муфты и упругой муфты с торообразной оболочкой.
Рис. 233. Упруго-центробежная муфта с резиновой оболочкой
Центробежная муфта состоит из ступицы /, корпуса 2 из легкого
металла с ребрами охлаждения 7. На внутренней поверхности кор-
пуса имеются ребра, обеспечивающие лучшее сцепление с рабочей
318
смесью. Деталь 3 упругой муфты соединена винтами 4 с деталью 5,
к которой крепится диск 6 с лопастями. Внутренняя полость запол-
няется рабочей смесью из крошки стальной проволоки с графитом.
По мере разгона рабочая смесь увле-
кает во вращение диск 6 и через де-
таль 5 и муфту — ведомый вал.
Вепог-тия
Ведущая
Рис. 234. Упруго-центробежная муфта с резино-
вым диском
На рис. 234 представлена такая же центробежная муфта в соче-
тании с упругой муфтой с резиновым диском.
6. Комбинированная упругая разобщительная муфта
На Коломенском тепловозостроительном заводе им. В. В. Куйбы-
шева разработана конструкция муфты (рис. 235), сочетающей свой-
ства шинно-пневматической муфты и упругой муфты с торообразной
оболочкой.
В предлагаемой конструкции момент передается с ведущей полу-
муфты /, через баллон 2 на ведомый барабан 3 шинно-пневматиче-
ской муфты. Ступица ведомого барабана не имеет жесткой связи
с ведомым валом 4, а соединяется с ним посредством двух рези-
нокордпых торообразных оболочек 6. Мощность, передаваемая
ведомому валу, раздваивается, — через каждый торообразный эле-
мент 6 передается приблизительно половина мощности, что позво-
ляет уменьшить габариты резпнокордных элементов. Введение
в конструкцию муфты плавающей опоры 5, обеспечивает возмож-
ность компенсации всевозможных смещений осей соединяемых
валов, а также уравновешивание осевых сил, возникающих в торо-
образных оболочках при вращении, без передачи их па валы.
7. Муфта высокой податливости
На Коломенском тепловозостроительном заводе им. В. В. Куйбы-
шева разработана конструкция муфты, показанная на рис. 23G.
Применение двух последовательно расположенных муфт с торо-
образной оболочкой дает возможность практически в два раза уве-
319
Рис. 235. Комбинированная упругая разобщительная муфта
320
321
Рис. 237. Упруго-предохранительная муфта
личить крутильную податливость муфты без изменения нагрузочной
способности. Кроме того, наличие плавающей опоры у комбиниро-
ванной муфты обеспечивает разгрузку соединяемых валов и их опор
от осевых сил, возникающих в каждой отдельной торообразной
оболочке.
8. Упруго-предохранительные муфты
На рис. 237 показана упругая муфта с торообразной оболочкой
в сочетании с фрикционной предохранительной муфтой, конструк-
ция которой ясна из рисунка.
Рис. 238. Упруго-предохранительная муфта с фрикционными
дисками, расположенными внутри оболочки
В табл. 61 даны размеры и передаваемые моменты указанной
муфты.
На рис. 238 изображен другой вариант конструкции такой же
муфты, а в табл. 62 — ее размеры.
322
Размеры (в мм) упруго-предохранительных муфт (рис. 237)
Таблица 61
Л1 , в кр КГС-М D L d dj нанб. наиб. ^3 1 О /г ^3 0 к ^6
номин. наиб.
3 6 136 125 147 15 25 30 45 35 99 15 40 40 51 18
5 10 178 125 179 22 35 35 60 47 107 15 53 47 51 35
10 25 210 210 212 34 50 50 80 59 127 15 67 58 58 38
25 55 263 210 254 45 60 60 95 67 155 15 77 65 76 44
40 90 310 270 282 50 70 70 115 75 172 20 92 75 79 48
90 200 402 320 315 65 90 90 175 95 181 20 113 80 84 50
Таблица 62
Размеры (в мм) упруго-предохранительных муфт (рис. 238)
Л1, в кгс-м Кр D L d наиб. d> нанб 1 1± ^2 ^3
номин. наиб.
250 320 450 280 но 180 но 143 125 70
500 750 550 360 140 210 130 181 150 120
1000 1500 700 450 180 270 160 232 185 150
32?
324
Рис. 239. Предохранительная фрикционная муфта
9. Предохранительная фрикционная муфта П. К. Гедыка
(Уралмашзавод)
Предохранительная фрикционная муфта (рис. 239) устанавли-
вается между двигателем и приводимым в движение механизмом.
Ее назначение — предохранение двигателя от перегрузок, которые
могут возникнуть в процессе работы.
Указанная муфта состоит из двух полумуфт: ведущей 1 и ведо-
мой 7. Предохранительное фрикционное устройство смонтировано
в полумуфте 7. Ведущий диск <3 соединен с полумуфтой / пальцами 2
с резиновыми кольцами 4. Диск <3 с помощью шпонки 5 соединен
с двойным конусом 12.
Двойной конус 12 изготовляется из бронзы, поэтому (с целью
экономии цветного металла) детали 12 и <3 выполнены раздельно
друг от друга.
Двойной конус охватывается с двух сторон нажимным конусом 10
и упорным 11. Упорный конус крепится в полумуфте 7 с помощью
сухаря и соединен нажимным конусом выступом, который входит
в паз на нажимном конусе. Последний соединен с полумуфтой 7
скользящей шпонкой 6. Силовое замыкание осуществляется пружи-
нами 8, помещенными в стаканах 9, посредством которых произ-
водится регулирование натяга пружины.
Для возможной смены резиновых колец 4 в полумуфте 7 и на-
жимном конусе 10 предусмотрены окна.
Смазка муфты производится двумя пружинными масленками.
После монтажа регулировки муфты нажимные стаканы 9 стопо-
рятся проволокой. В момент срабатывания муфты происходит
проскальзывание двойного конуса 12 относительно конусов 10 и 11.
Материалы: двойной конус изготовляется из Бр. ОЦН 10-2-1,5,
нажимной и упорный конусы — из стали 40Х с термообработкой
до НВ 290—300.
Размеры муфт Гедыка приведены в табл. 63.
10. Муфта необратимая
Разновидностью роликовой фрикционной муфты является муфта,
схема которой изображена на рис. 240.
Подобная муфта, не являющаяся обгонной или муфтой свобод-
ного хода, носит название необратимой, она нашла применение
в механизмах точной механики, однако использование ее не исклю-
чено и в узлах общего машиностроения.
Схема действия муфты следующая: ведущая вилка <3, вращаясь
в любую сторону, вступает в контакт с парой роликов (/—1 или 2—2),
ведет фигурную деталь 6, а вместе с ней и ведомый вал 5.
Если же действием какого-то внешнего момента сообщить вра-
щение в ту или иную сторону валу 5, то соответствующая пара
роликов (/—1 или 2—2) заклинится между впадинами детали 6
и внутренней поверхностью тормозного барабана 4, тем самым затор-
мозив вал.
325
326
Таблица 63
Размеры (в мм) предохранительных муфт Гедыка (рис. 239)
D йА dt В 1 L Dr К С i Ч исло паль- цев Номиналь- ный крутящий момент в кгом GD в кгс-м2 Масса в кг
общая В том числе цветного металла
200 35 60 85 62 100 160 ПО 40 3 2,5 4 5; 7; 5; 12 0,338 15,2 1,53
250 40 75 90 82 100 190 140 40 3 2,5 6 15; 20 0,79 21 2,75
300 50 90 90 85 но 240 175 55 4 3 4 25 1,82 38 3,2
400 70 120 120 115 150 295 210 70 5 4 6 50; 75; 100 8,19 100 10,2
500 80 160 200 145 200 365 265 82 6 4 6 150; 200 26,5 196 21,6
600 100 185 200 175 260 445 325 105 7,5 4 6 350; 500 73 358 48
700 ПО 200 250 175 270 500 380 105 7,5 5 6 600 133,5 427 65,3
760 125 230 270 210 290 570 450 105 7,5 5 8 675; 900 194 568 70
Момент на ведущем валу будет равен
~~ Л
где Л4вед — момент, приложенный к ведомому валу; ц — к. п. д.,
обусловленный потерями в опорах ведомой части муфты; Mf =
Рис. 240. Необратимая муфта
= 2FR — момент трения двух роликов о внутреннюю поверх-
ность барабана.
Сила трения
„ М’пруж
Здесь / — коэффициент трения скольжения; Р — усилие пружин;
а — угол заклинивания.
II. Фрикционная муфта с механизмом обгона
На рис. 241 показана муфта, служащая для предотвращения
ударов в зацеплении при включении двигателя. При вращении веду-
щего вала 7 по направлению движения часовой стрелки стальные
шарики J0, помещенные в приводной втулке 6, имеющей форму
храповика, двигаются вдоль закаленных плоских пластинок 9.
Во время этого движения шарики касаются двух закаленных поверх-
ностей 5 и создаваемое храповиком радиальное давление на шарики
передается через эти поверхности на фрикционные диски 3 и 4.
Величина радиального усилия как раз достаточна для того, чтобы
327
Рис. 241. Фрикционная муфта с механизмом обгона
Рис. 242. Муфта с уплотняющей диафрагмой
Рис. 243. Привод с двумя муфтами
329
перенести большую часть передаваемой мощности на фрикционные
диски, а через шарики проходит лишь мощность, необходимая для
создания этого рабочего давления. Так, автоматически включается
в работу втулка 2, насаженная при помощи шпонки на ведущий вал.
На шлицы этой втулки надеты три ведущих диска 4. Ведомые диски 3
большого диаметра и при помощи шести стягивающих болтов 8
скреплены с ведомым фланцем муфты /.
Износ дисков автоматически компенсируется увеличением хода
шариков.
Для улучшения коэффициента трения и получения большей стой-
кости применяются диски с наплавленной бронзой поверхностью.
12. Муфта с уплотняющей диафрагмой
На рис. 242 представлена муфта для соединения концов валов,
расположенных в сосудах с различными внутренними давлениями,
без нарушения герметичности.
Муфта состоит из ведущей полумуфты 1 и ведомой 2, закреплен-
ных на кривошипных валах; шатунный вал 3 жестко и герметично
соединен с эластичной мембраной 5, которая соединена герметично
со стаканами сосудов 4. Оси валов полумуфт 1, 2 и шатунного вала 3
пересекаются в одной точке. Соединение может быть применено
в перископах.
13. Привод с двумя муфтами
На рис. 243 показан привод золотников дизеля завода «Русский
дизель», в котором передача вращения от вала 2 к валу 9 осуществля-
ется при помощи предохранительной кулачковой муфты в сочетании
с упругой муфтой со спиральными пружинами.
Шестерня 1 через пальцы 3 и кулачковую муфту (полу-
муфты 4 и 5) передает вращение валу 2. Последний соединен
с валом 9 упругой муфтой (полумуфты 6 и 7) со спиральными
пружинами 8.
Приложение
Значения коэффициента режима k
Наименование машин Род двигателя Особые случаи
Турбо- машина Электро- двигатель Поршне- вой дви гатель
Динамомашины 1 — 1,5 1—2 1,5—2,5 —
Центробежные насосы 1,25 2-3 3—5 —
Воздуходувки 1 — 1,5 1,25 -2,0 2,25—3,5 —
Поршневые насосы простого действия (число цилиндров 3) — 2,0-3,5 5—6 —
Поршневые насосы двойного действия (число цилиндров 2) — 1,75—3,0 4—5 —
Деревообделочные станки, ре- менные или цепные транспортеры — 1,5-2,0 — —
Текстильные машины — — — 1,5—2,0
Поршневые компрессоры Прокатные станы: 1,5 2,25—3,5 4 —
муфта между двигателем и маховиком — — — 2,5
муфта между маховиком и станом — — — 5-6
муфта между двигателем и станом — — — 4
рольганги — — — 4
Металлорежущие станки — 1,25-2,5 — —
Станки с приводом от трансмис- сии — — — 1,5
Реверсивная передача у стро- гального станка Мельницы-дробилки: — — 3
муфта между двигателем и передачей — — — 2,5
муфта между передачей и ма- шиной — — — 4
Краны, подъемники, элеваторы — 3—5 — —
Автомобили — — 1,2-1,5
Список литературы
1. Алексеевский Г. В., Леринман С. М. Управление буровыми
установками Уралмашзавода. Свердловск, Гостоптехиздат, 1956. 236 с.
2. А ч е р к а н Н. С. Расчет и конструирование металлорежущих станков.
М., Машгиз, 1944. 477 с.
3. Детали машин. Под ред. Н. С. Ачеркана. М., Машгиз, 1953, т. 2. 560 с.
4. Б а д ь я н III. Н. Многодисковая фрикционная муфта с тормозом для
вертикальных валов. — «Труды ИТЭИН», М., 1956, 16 с.
5. Бензель м ан Р. Д., Цыпкин Б. В., П е р е л ь Л. Я. Под-
шипники качения. Справочник. М., «Машиностроение», 1967. 563 с.
6. Базанов А. Ф., Буланов А. А. Экспериментальное исследова-
ние фрикционной вальцованной ленты. — «Механизация строительства», 1953,
№ 4, с. 3—8.
7. Б и д е р м а н В. Л., Гуслицер Р. Л., Захаров С. П. и др.
Автомобильные шины. М., Госхимиздат, 1963. 383 с.
8. Б о р и с о в С. М. Пневмокамерные фрикционные муфты. М., «Машино-
строение», 1971. 183 с.
9. Бортковский К. А. Как подобрать вес колодки центробежной
муфты привода центрифуги. — «Сахарная промышленность», 1956, № 5, с. 17—21.
10. Б ы х о в с к и й М. Л. К вопросу о динамике машин с электроприводом
СТММ. —«Труды ин-та машиноведения», М., 1959, т. 18, вып. 71, с. 43—59.
11. В е й ц В. Л., Доброславский В. Л. Расчет станочных приво-
дов при периодической нагрузке. — «Станки и инструмент», 1961, № 3, с. 20—25.
12. Воробьева Т. М. Электромагнитные муфты. М., Госэиергоиздат,
1960, 207 с.
13. Г а п о я и Д. Т. Фрикционы автоматических коробок передач. М.,
«Машиностроение», 1966. 106 с.
14. Г е д ы к П. К. Муфты новых и улучшенных конструкций. — В кн.:
Конструирование машин и оборудования. Москва—Свердловск, Машгиз, 1952.
57—76 с.
15. Г е д ы к П. К. Элестичная муфта с пружинами. — В кн.: Конструирова-
ние машин и оборудования. Москва — Свердловск, Машгиз, 1952, с. 78—81.
16. Г у т ь я р Е. М. К теории и расчету центробежных муфт. — «Труды
МИМЭСХ». М., Машгиз, 1956, т. 2, с. 123—130.
17. Давыдов Б. Л. Расчет цепных муфт.—«Труды ХГИ». Харьков,
1955, т. 2, с. 95—102.
18. Д м и т р и е в В. А. Детали машин. Л., «Судостроение», 1970. 790 с.
19. 3 и л ь б е р м а н А. С. К расчету муфт Бибби. — «Советское котло-
турбостроение», 1936, № 8, с. 17—21.
20. И в а н о в М. Н. Детали машин. М., «Высшая школа», 1967. 430 с.
21. И в а и о в Е. А. Некоторые новые конструкции компенсационно-упру-
гих и предохранительных муфт приводов. — «Вестник машиностроения», 1953,
Ns 6, с 32—39.
22. И в а н о в Е. А. Муфты приводов. М., Машгиз, 1954. 348 с.
23. К о в а л ь с к и й Б. С. Напряжение на площадке местного сжатия
при учете сил трения. — «Известия АН СССР», 1942, № 9, с. 89—97.
24. Кармадонов А. Ф. Соединительные устройства валов. М., Машгиз,
1962. 87 с.
25. К у л и к о в Н. К. Механизмы свободного хода. М., НАМИ, 1954,
вып. 75. 68 с.
332
26. Л у к и н М. Г. Муфты сцепные и упругие. М., ОНТИ, 1935. 284 с.
27. Мазин Я. Л. Центробежная фрикционная муфта к токарно-винто-
резным станкам. — «Станки и инструмент», 1957, № 12, с. 36.
28. Мальцев В. Ф. Роликовые механизмы свободного хода. М., «Машино-
строение», 1968. 415 с.
29. Малых Л. И. Исследование работы конусных предохранительных
муфт при различных температурах. Автореф. дисс. на соискание ученой степени
канд, техн. наук. М., ЦНИИТмаш, 1955. 19 с.
30. Михайлов Ю. К., Поляков В. С. Вопросы расчета пальце-
вых муфт с резиновым диском. — «Труды ЛПИ». Л., «Машиностроение», 1970,
№ 314, с. 42—50.
31. М и х а й л о в Ю. К. Вопросы расчета и проектирования пальцевых
муфт с дисками. Автореф. дисс. на соискание ученой степени канд. техн. наук.
ЛПИ, 1968. 15 с.
32. М о г и л е в с к и й В. Г. Электромагнитные порошковые муфты и
тормоза. М. — Л., «Энергия», 1964. 104 с.
33. Муфты цепные однорядные. МН 2091—61 — МН 2092—61. М., Стандарт-
гиз, 1962. 16 с.
34. Н и б е р г Н. Я. В кн.: Детали машин. Справочник. Под ред. Н. С. Ачер-
кана. Т. I. М., «Машиностроение», 1968, с. 279—333.
35. Петров Ф. П., Барбаш И. Д., Щербак В. Т. Упругая муфта
со змеевидной пружиной. — «Изобретения, промышленные образцы, товарные
знаки», 1967, № 15. Авт. свид. № 199589.
36. П и л и п е н к о М. Н. Механизмы свободного хода. Л., «Машинострое-
ние», 1966. 288 с.
37. П и н ч у к М. С. Переходные процессы в асинхронных двигателях
при периодической нагрузке. — «Электричество», 1957, № 9, с. 27—30.
38. П о б е д и и И. С. К расчету фрикционных муфт в тяжелом машино-
строении. — «Вестник машиностроения», 1949, № 2, с. 14—20.
39. Поляков В. С., Виленский Б. А. О выборе линейных упругих
муфт. — «Труды ЛПИ». Л., «Машиностроение», 1967, № 285, с. 85—91.
40. Поляков В. С., Виленский Б. А. Выбор упругой муфты для
агрегата с электроприводом. — «Изв. вузов. Машиностроение», 1968, с. 227—230.
41. Поляков В. С., Михайлов Ю. К. К вопросу определения
крутильной жесткости и нагрузочной способности полужестких муфт. — «Труды
ЛПИ». Л., «Машиностроение», 1968, № 299, с. 230—236.
42. П о л я к о в В. С., М и х а й л о в Ю. К- Определение компенсацион-
ной способности муфты с промежуточными дисками. — «Труды ЛПИ». Л., «Ма-
шиностроение», 1967, № 285, с. 12—19.
43. П о н о м а р е в С. Д., Б и д е р м а н В. Л., Лихарев К. К. и др.
Расчеты на прочность в машиностроении. Т. 2. М., Машгиз, 1960. 974 с.
44. П о т у р а е в В. Н. Резиновые и резинометаллические детали машин.
М., «Машиностроение», 1966. 299 с.
45. Р е ш е т о в Д. Н. Детали машин. М., Машгиз, 1963. 723 с.
46. Решетов Д. Н., Р я х о в с к и й О. А. К расчету муфт с торо-
образным резинокордным упругим элементом. — «Вестник машиностроения»,
1965, № 4, с. 20—25.
47. Резина — конструкционный материал современного машиностроения.
Сборник. М., «Химия», 1967. 318 с.
48. С о к о л о в Ю. Н. Тепловой расчет фрикционных дисковых муфт
и тормозов. — «Станки и инструмент», 1957, № 1, с. 15—16.
49. Справочник машиностроителя. М., Машгиз, 1951, т. 3. 1098 с.
50. Справочник машиностроителя. Т. 4. Предохранители от перегрузки.
М., Машгиз, 1955. 851 с.
51. Станкостроение за границей. Эластичные соединительные муфты. М.,
ЦБТИ, 1950, вып. 4. 47 с.
52. С у л ь к и н А. Г. К расчету упругой муфты со змеевидными пружи-
нами. — «Вестник машиностроения», 1948, № 11, с. 12—19.
53. С у л ь к и н А. Г. Методика расчета упругой муфты со змеевидными
пружинами. — «Вестник машиностроения», 1962, № 5, с. 34—40.
333
54. Т а т у р О. Н. Электромагнитные порошковые муфты. М., ЦБТИ,
1963. 39 с.
55. Т а т у р О. Н. Конструкции управляемых муфт за рубежом. М., 1963.
132 с.
56. Теория, конструкции и производство сельскохозяйственных машин.
Т. 5. М., Машгиз, 1940. 646 с.
57. Т е п и н к и ч и е в В. К. Исследование кулачковых предохранитель-
ных муфт. — «Станки и инструмент», 1950, № 10, с. 24—28.
58. Т е п и н к и ч и е в В. К. Предохранительные устройства от перегрузки
станков. М., «Машиностроение», 1968. 110 с.
59. Т е р с к и х В. П. Расчеты крутильных колебаний силовых установок.
М.—Л., Машгиз, 1953, т. 1, 2, 3.
60. Филимонов А. А. Уточненный расчет буксования фрикционных
муфт. — «Труды Новочеркасского политехнического ин-та», 1957, т. 39, с. 41—48.
61. X а бе нс кий Н. Я. Электромагнитные порошковые муфты. М.,
«Машиностроение», 1968. 131 с.
62. X о в а н о в И. М., Наумов В. Н. Процесс заклинивания роли-
ковой муфты обгона. — «Изв. вузов. Машиностроение», 1970, № 1, с. 91—94.
63. Ч е р и а в с к и й С. А., Ицкович Г. М., Киселев В. А. и др.
Проектирование механических передач. М., Машгиз, 1963. 799 с.
64. Ч у д а к о в Е. А. Трансмиссии сельскохозяйственных тракторов.
М., Машгиз, 1949. 104 с.
65. Щ е р б а к В. Т. Вопросы расчета и проектирования линейных муфт
со змеевидными пружинами. Дисс. на соискание ученой степени канд. техн,
наук. Л ПИ, 1971. 201 с.
66. ЭСМ. М., Машгиз, 1948, т. 2. 891 с.
67. ЭНИМС. Табличные расчеты деталей станков. М., Машгиз, 1953, вып. 2.
212 с.
68. А 1 t m a n n F. G. Drehfedernde Kupplungen. — «VDI», В. 80, 1936, N 9.
69. А 1 t m a n n F. G. Antriebselemente und mechanische Getriebe. —
«VDI», B. 95, 1953, N 19.
70. Ashcraft und Bhoft. — «Maschinenbau und Warrnenritschaft», 10 Jg., 1955,
N 7.
71. Ausgleich von Wellenverbagerungen.—«Maschine und Werkzeug», 1968,
N 24.
72. В a r i f f i M. F. Pivoted Centrifugal Friction dutches. — «Product
Engineering», vol. 19, 1948, N 2.
73. В e n z W Zur Berechnung drehelastischer Kupplungen. — «MTZ»,
1941, N 1.
74. Die Bowez-Kupplung. — «Maschine», 1961, N 4.
75. Flexible power transmission coupling. — «Mater. Design. Engn», 1965, N 5.
76. Gagne A. F. Selecting Flexible Couplings. — «Machine Design», vol. 21,
1949, N 4.
77. G a n g e A. F. — «Product Engineering», vol. 24, N 12, 1953.
78. G r a b n e r R. Ausbildung und Anwendung fon klemmzallen — freu-
laufen im Werkzeugmaschinenbau. — «Werkstatt und Betrieb», 1953, N 12.
79. Miller Robert A. Flexible Coupling for staffs, патент США, кл. 64—9,
N 2918809, 29. 12. 59.
80. P a m p e 1. Kupplungen, Berlin, 1958.
81. Pinnekamp W. Der Schaltvorgang erner druckluftbetatigten Rei-
bungskupplung. — «Maschinenmarkt», 1966, 72, N 27.
82. W i n t e r R. Zur Entwicklung drehelastischer Kupplungen. — «Tech-
nik», 1952, N 4.
Оглавление
Предисловие..................................................... 3
Глава I. Глухие муфты ......................... 5
1. Втулочные муфты........................................ —
2. Фланцевые муфты (поперечно-свертные) . ............... 7
3. Продольно-свертные муфты................................ 9
Глава II. Подвижные муфты ..................................... 11
А. Жесткие подвижные муфты.............................. 12
1. Зубчатые муфты.......................................... —
2. Крестово-кулисные муфты . . . . .............. ..... 19
3. Цепные муфты........................................... 23
4. Муфта, допускающая продольные смещения валов........... 25
5. Шариковая муфта....................................... 26
6. Муфта с гофрами........................................ 27
Б. Упругие муфты........................................ 28
7. Основные свойства упругих муфт.......................... —
8. Муфты с металлическими упругими звеньями............... 51
9. Муфты с неметаллическими упругими звеньями ............ 89
Глава III. Сцепные муфты ................................. ... 138
А. Кулачковые муфты.................................... —
Б. Фрикционные муфты ...... ............. 142
1. Общие сведения.......................................... —
2. Процессы сцепления и расцепления..................... 145
3. Выбор фрикционных материалов................... ..... 152
4. Основные типы муфт и их расчет....................... 155
5. Механизмы включения и регулирования муфт.............. 170
6. Конструкции муфт...................................... 176
В. Пневматические муфты................................. 192
1. Шинно-пневматические муфты............................ 193
2. Пневмокамерные муфты................................. 205
3. Муфта «Pneumaflex»................................... 210
Г. Электромагнитные порошковые муфты..................... 214
1. Общие сведения.......................................... —
2. Материалы............................................. 218
3. Характеристики порошковых муфт........................ 219
4. Расчет электромагнитных порошковых муфт.............. 221
Глава IV. Муфты свободного хода .................. 225
1. Общие сведения.......................................... —
2. Некоторые теоретические сведения..................... 230
3. Расчет на контактную прочность........................ 237
4. Геометрические формы и параметры муфт и их детален. Влияние
погрешностей и отклонений............................... 241
5. Материалы. Смазка..................................... 249
6. Описание некоторых конструкций муфт................... 250
335
Глава V. Предохранительные муфты...............................265
1. Общие сведения........................................—
2. Муфты с разрушающимся элементом...................... 268
3. Пружинно-кулачковые муфты ............................271
4. Пружинно-шариковые муфты..............................276
5. Фрикционные муфты ....................................280
6. Муфта со стопорами ...................................288
7. Пружинно-роликовая муфта погрузочной машины (завод «Крас-
ный металлист»)..........................................290
Глава VI. Центробежные муфты ..................................291
1. Муфта с незакрепленными колодками.....................292
2. Двухколодочная центробежная муфта.....................295
3. Центробежные муфты с замедляющими устройствами........302
4. Другие разновидности центробежных муфт................305
5. Процесс сцепления муфты . ............................309
Глава VII. Комбинированные и специальные муфты.................313
1. Упругая зубчатая муфта УЗТМ...........................—
2. Упругая центробежная муфта инж. Т. Г. Рыбчевского.....314
3. Самовыключающаяся упругая муфта.......................316
4. Упруго-предохранительная муфта «Эльси»................—
5. Упруго-центробежная муфта........:....................318
6. Комбинированная упругая разобщительная муфта..........319
7. Муфта высокой податливости............................—
8. Упруго-предохранительные муфты........................322
9. Предохранительная фрикционная муфта П. К. Гедыка (Урал-
машзавод) ...............................................325
10. Муфта необратимая.....................................—
11. Фрикционная муфта с механизмом обгона.................327
12. Муфта с уплотняющей диафрагмой........................330
13. Привод с двумя муфтами................................—
Приложение.....................................................331
Список литературы..............................................332
Владимир Сергеевич Поляков
Иосиф Давидович Барбаш
МУФТЫ
Конструкции и расчет
Редактор издательства Н. 3. Симоновский
Переплет художника С. С. Венедиктова
Технический редактор В. Ф. Костина
Корректоры Л. Ф. Борисова и 3. П. Смоленцева
Сдано в производство 24/IV 1973 г. Подписано к печати 20/VIII 1973 г. М-44900
Формат бумаги 60 X90'/ie. Бумага машинно-меловаиная № 2. Печ. л. 21,0. Уч-изд. л. 19.8.
Тираж 30 000 экз. Зак. № 732. Цена 1 р. 28 к.
Ленинградское отделение издательства «МАШИНОСТРОЕНИЕ»
191065, Ленинград, ул. Дзержинского, 10
Ордена Трудового Красного Знамени Ленинградская типография № 1 «Печатный Двор»
имени А. М. Горького Союзполиграфпрома при Государственном комитете Совета Ми-
нистров СССР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли, Ленинград,
Гатчинская ул., 26