Детали машин

Муфты автоматические, или самоуправляемые

Эти муфты предназначаются для автоматического разъединения валов в тех случаях, когда параметры работы машины становятся недопустимыми по тем или иным показателям. Классификация автоматических муфт представлена схемой на с. 367. Вышеизло­женные требования (см. сцепные муфты) к строгой соосности полу­муфт (валов) в полной мере относятся ко всем самоуправляемым муфтам.

Муфты предохранительные. Эти муфты служат для защиты машин от перегрузки. Любая фрикционная муфта, отрегулирован­ная на передачу предельного момента, выполняет функции предохранительной. Специальные предохранительные фрикцион­ные муфты не имеют механизма управления, а силы нажатия в них обычно обеспечиваются постоянно действующими пружинами. Рас­чет таких муфт аналогичен расчету фрикционных управляемых муфт.

Другим представителем предохранительных муфт является муф­та со специальным разрушающимся элементом. Схема од­ного из многочисленных вариантов конструкции таких муфт изоб­ражена на рис. 17.33. Здесь вращающий момент между полумуф­тами 1 и 4 передается через штифт 3, который срезается при перегрузке. Для восстановления работы муфты штифт заменяют. Закаленные втулки 2 облегчают замену штифтов, предотвращают смятие более слабого материала полумуфт штифтом и тем самым приближают действительные условия среза штифта к расчетным:

ZDtnd2 „ КТ=——[т], КЛ-4

Где z — число штифтов; Кг — коэффициент неравномерности рас­пределения нагрузки по штифтам.

Практически z принимают равным 1 или 2; Kz— 1 при z=l; К2= 1,2 при z=2.

Жесткое соединение полумуфт штифтом не может компенсиро­вать вредного влияния их несоосности на штифт, условия работы которого становятся неопределенными. Поэтому необходима стро­гая центровка полумуфт.

Допускаемое напряжение [т] принимают равным пределу про­чности материала на срез. Например, для закаленных штифтов из стали Ст5 [т]=420 МПа.

На рис. 17.34 изображена кулачковая предохранительная муфта. Здесь полумуфты 1 и 3 зацепляются кулачками 2, имеющи­ми трапецеидальный профиль с углом а.

Chr действия окружной силы Ft В зацеплении возникает осевая сила Fa=Fttg а, которая стремится раз­двинуть полумуфты и вывести их из зацепления. Этому противодейству­ют сила пружины F и сила трения на кулачках и в шлицевом (шпоночном) соединении. С учетом этих сил усло­вия равновесия полумуфты 2 можно записать в виде Рис. 17.33

(17.47)[40]

Где а — угол заострения кулачка; р — угол трения в зацеплении кулачков (6...8°);/2 — коэффициент трения в шлицевом соединении (-0,15).

В соответствии с силой F подбирают пружину. Прочность кулач­ков рассчитывают так же, как и в обычных кулачковых муфтах (см. § 17.6).

Недостатком предохранительных кулачковых муфт являются удары кулачков при перегрузках, сопровождающиеся большим шу­мом. Поэтому такие муфты не рекомендуют применять при высо­кой частоте вращения.

Муфты центробежные. Эти муфты автоматически соединяют валы только тогда, когда угловая скорость превысит некоторую заданную величину. Таким образом, эти муфты являются самоуп­равляемыми по угловой скорости. Центробежные муфты использу­ют для автоматического включения и выключения исполнительного механизма с помощью регулировки угловой скорости двигателя; разгона машин с большими маховыми массами при двигателе с малым пусковым моментом; повышения плавности пуска; выклю­чения при перегрузках (бензопила), когда бензодвигатель сбавляет обороты и может заглохнуть, и т. п.

Схема одной из центробежных муфт изображена на рис. 17.35. Центробежная сила прижимает колодку 3 к барабану полумуфты 2. Этому препятствует сила F, возникающая от прогиба пружины 4. Величину силы урегулируют винтом 5. Соприкасание между колод­кой и барабаном возможно при условии

F^F^Mrco2, (17.48)

Где т — масса колодки; г — расстояние центра тяжести колодки от оси вращения; со — угловая скорость полумуфты 1. Формула

]±? ( ? Профиль кулачков г-

^ ---------- J—

Рис. 17.34

Рис. 17.35

(17.48) позволяет определить необходимую силу пружины по за­данной угловой скорости ш0, до которой полумуфта 1 вращается свободно.

Для передачи вращающего момента необходима угловая ско­рость о)ь которую определяют по условию

КТ< 0,5 СFn - F)fzD = 0,5mrDzf(col - ш§), (17.49)

Где Z — число колодок; /— коэффициент трения.

В диапазоне между сох и со0 муфта пробуксовывает и постепен­но разгоняет ведомый вал. Сила пружины в данном случае (рис. 17.35)

F=4&EJy/l2, (17.50)

Где у — стрела прогиба; /=6А3/12 — осевой момент инерции пло­щади поперечного сечения; Ъ — ширина, А — толщина пружины.

Работоспособность колодок рассчитывают по давлению [р] на поверхности трения так же, как и в других фрикционных муфтах.

Муфты свободного хода. Эти муфты передают вращающий мо­мент только в одном заданном направлении. Их применяют в стан­ках, автомобилях, мотоциклах, велосипедах и т. д. В велосипедах, например, они передают вращающий момент от педалей на колесо и в то же время позволяют колесу свободно катиться при неподвиж­ных педалях.

Простейшим представителем муфт свободного хода является устройство с храповиком. Вследствие шума на холостом ходу и рез­кого ударного включения муфты с храповиком применяют срав­нительно мало и только при низких скоростях.

Бесшумную работу обеспечивают фрикционные роликовые или шариковые муфты. Схема одной из таких муфт, встроенных в со­единение шестерни с валом, изображена на рис. 17.36. Если шестер­ня 1 вращается по часовой стрелке, то ролик 5 закатывается в узкую часть паза и здесь заклинивается. Образуется жесткое соединение

Шестерни с валом через ролик 5 и обойму 2. При вращении шестер­ни в противоположном направлении ролик выходит в широкую часть паза и шестерня оказывается разъединенной с валом. В этом направлении она может вращаться свободно. Толкатель 4, име­ющий слабую пружину 3, выполняет вспомогательную роль. Он удерживает ролик в постоянном соприкасании с обоймой.

При передаче вращающего момента Т на ролик действуют нормальные силы Fn и силы трения F (по условию симметрии, Fx = =F2=F И Fnl=Fn2=Fn). Силы Fn стремятся вытолкнуть ролик из паза в направлении биссектрисы угла а. Этому препятствуют силы трения F=Fjf. Для того чтобы ролик не выскакивал из паза, должно быть

2Fcos (а/2) ^ 2Fn Sin (а/2) или 2F/Cos (а/2) ^ 2Fn Sin (а/2). После преобразования получим

Tg(A/2)</"=Tgp, A<2P. (17.51)

Геометрически

B+d/2 2b+d

(17.52)

D/2—d/2 D-d

По уравнениям (17.51) и (17.52) рассчитывают диаметр ролика D. По условиям равновесия обоймы 2,

КТ=F^ z=Fn^ztg (a/2), 2 2

Где z — число роликов; коэффициент трения выражен через Tg (A/2).

Прочность ролика и рабочих поверхностей деталей 1 и 2 рас­считывают по контактным напряжениям (при /х=0,3):

<хя=0,418 V^Np/(/Pnp) < [Ы

Где / — длина ролика. 400

Для деталей, изготовленных из материалов с одинаковым моду­лем упругости, В случае плоской поверхности детали

IPnp=<//2.

При этом, учитывая равенство (17.53) и принимая по малости угла Tg (а/2) «а/2, получаем

(7Я=0,418 у/ HKTEfcDdlzci) < [Ы (17.54)

В муфтах обычно применяют стандартные ролики роликопод­шипников (45...50 HRC), а рабочие поверхности деталей цементиру­ют (60 HRC, стали типа ШХ15, ШХ12). При этом допускают [<тя] = 1200...1500 МПа.

Формула (17.54) позволяет отметить, что уменьшение угла а приводит к увеличению напряжений ан. Это следует учитывать при выполнении условия (17.51).

На практике установлено, что определение угла а при р, вычис­ленном по обычным величинам коэффициента трения, приводит к завышенным результатам. Это можно объяснить тем, что в усло­виях эксплуатации муфты всегда возможны удары и вибрации, понижающие фактический коэффициент трения. Для указанных ма­териалов практически принимают а«7...8°.