Муфти

Муфта з’єднує два вали або вал із установленою на ньому деталлю для передавання крутного моменту. Крім основної функції, муфта може компенсувати малі зміщення, змінювати крутильну жорсткість, вмикати привод або захищати його від перевантаження.

Розрахунковий момент

Номінальний момент:

$$T=\frac{9550P}{n}.$$

Для вибору муфти:

$$T_d=K_AT,$$

де \(K_A\) враховує нерівномірність двигуна, характер робочої машини, частоту пусків, реверси й удари. Додатково перевіряють піковий момент, швидкість і допустиму кількість циклів.

Глухі муфти

Втулкові та фланцеві муфти жорстко з’єднують добре співвісні вали. Вони прості й мають високу крутильну жорсткість, але практично не компенсують перекосів. У фланцевій муфті момент може передаватися тертям від затягування болтів або зрізом посадкових болтів.

Якщо \(z\) болтів на діаметрі \(D_b\) безпосередньо передають момент, сила на один болт:

$$F_b=\frac{2T_d}{zD_b}.$$

Для однієї площини зрізу:

$$\tau_b=\frac{4F_b}{\pi d_b^2}\le[\tau].$$

Жорсткі компенсувальні муфти

Зубчасті, ланцюгові, кулачково-дискові та інші рухомі з’єднання допускають невеликі осьові, радіальні або кутові зміщення завдяки ковзанню чи перекочуванню деталей. Компенсація супроводжується контактними силами, спрацюванням і додатковим навантаженням валів.

Пружні муфти

Еластомерні втулки, зірочки, гумові оболонки або металеві пружні елементи деформуються під моментом. Крутильна жорсткість:

$$k_\varphi=\frac{dT}{d\varphi}.$$

У лінійному наближенні \(T=k_\varphi\varphi\). Для двомасової системи власна частота крутильних коливань:

$$\omega_0=\sqrt{k_\varphi\left(\frac{1}{J_1}+\frac{1}{J_2}\right)}.$$

Муфту вибирають так, щоб робочі збуджувальні частоти не збігалися з резонансом. Демпфування еластомеру зменшує амплітуду, але спричиняє нагрівання.

Фрикційні керовані муфти

Пакет дисків передає момент силами тертя. Для \(z_f\) робочих поверхонь і осьової сили притискання \(F_a\):

$$T=z_f\mu F_aR_m.$$

За припущення рівномірного спрацювання:

$$R_m=\frac{r_o+r_i}{2},$$

а за рівномірного тиску:

$$R_m=\frac{2}{3}\frac{r_o^3-r_i^3}{r_o^2-r_i^2}.$$

Під час вмикання виділяється тепло від ковзання. Перевіряють питому роботу тертя, температуру та частоту включень.

Запобіжні та самокеровані муфти

• фрикційна запобіжна проковзує після досягнення заданого моменту;
• зі зрізним штифтом розриває дешевий змінний елемент;
• кулачкова кулькова розчіплюється за перевищення сили;
• обгінна передає момент лише в одному напрямку відносного обертання;
• відцентрова вмикається після досягнення заданої частоти.

Момент спрацювання запобіжної муфти має бути вищим за нормальний робочий, але нижчим за небезпечний для привода:

$$T_{work,max}<T_{set}<T_{damage}.$$

Види неспіввісності

• осьове зміщення - зміна відстані між торцями валів;
• радіальне - паралельне зміщення осей;
• кутове - осі утворюють малий кут;
• комбіноване - одночасна дія кількох відхилень.

Допустимі значення беруть із каталогу. Навіть компенсувальна муфта створює реакції, тому попереднє центрування агрегатів обов’язкове.

Балансування та швидкість

Неврівноваженість муфти створює відцентрову силу:

$$F_u=me\omega^2.$$

Для швидкохідних приводів контролюють клас балансування, биття посадок і рівномірність кріплення. Захисний кожух потрібний для безпеки та утримання мастила в зубчастих або ланцюгових муфтах.

Типові відмови

• втома болтів, пальців або пружних елементів;
• спрацювання зубців, кулачків і шарнірів;
• перегрів і старіння еластомеру;
• перегрів фрикційних дисків;
• ослаблення посадок і кріплення;
• перевантаження підшипників через неспіввісність.

Послідовність вибору

1. Визначити \(T_d\), піковий момент, частоту й циклічність.
2. Оцінити потрібну компенсацію зміщень і крутильну жорсткість.
3. Вибрати функціональний тип муфти.
4. Перевірити міцність, нагрівання, ресурс і швидкість.
5. Узгодити отвори, шпонки або шліци, посадки й габарити.
6. Передбачити центрування, балансування, захист і обслуговування.