Сцепные самодействующие муфты

Самодействующими называют муфты, автоматически выполняющие одну из следующих функций:

- передачу крутящего момента только в одном направлении (обгонные муфты);

- ограничение передаваемой нагрузки (предохранительные муфты);

- включение и выключение передачи в зависимости от заданной скорости (центробежные муфты).

Рис. 186. Обгонная муфта

Обгонная муфта (муфта свободного хода, рис. 186) передаёт крутящий момент за счёт заклинивания между полумуфтами промежуточных тел. Термин «обгонные» отражает тот факт, что муфты допускают более быстрое вращение ведомого вала (обгон), если ведомый получает более быстрое вращение от другой кинематической цепи.

Наибольшее распространение получили обгонные муфты с роликами, способные передавать значительные крутящие моменты при высоких скоростях вращения и любом числе включений. Недостатком обгонных муфт является строгая соосность валов, повышенная точность изготовления, невозможность регулирования.

В автомобиле роликовая обгонная муфта применяется в приводе вращения маховика двигателя (бендикс стартера), в комплексном гидротрансформаторе АКПП грузовых автомобилей и автобусов. Недостатком роликовой муфты является необходимость применения пружин (витых или пластинчатых), которые значительно уменьшают количество поджимных роликов, следовательно, увеличивают габариты муфты.

Рис. 187. Сухарик обгонной муфты

Этого недостатка лишена обгонная муфта с сухариками, которая широко применяется в АКПП (рис. 187). Для нормальной работы такой муфты необходимо выполнение условия .

а) б)

Рис. 188. Центробежная муфта:

а) - расчётная схема: 1 - ведомая полумуфта; 2 - колодки; 3 - ось;

б) - колодочная муфта, встроенная в шкив ремённой передачи

Центробежная муфта (рис. 188) служит для автоматического плавного соединения или разъединения агрегатов при достижении ведущей полумуфтой заданной угловой скорости. На ведущей полумуфте (рис. 188, а, на схеме не показано) установлены колодки 2 с осью поворота 3, сцеплённые пружинами. По мере разгона ведущей полумуфты центробежные силы F _ц, преодолевая силу пружин F _пр, плавно прижимают колодки к рабочей поверхности ведомой полумуфты 1, создавая силу трения F _тр. Для того чтобы крутящий момент Т _кр передавался муфтой без проскальзывания, необходимо, чтобы крутящий момент был равен моменту сил трения:

, (16.15)

где R _тр - радиус трения;

f - коэффициент трения;

z - число колодок.

Учитывая, что радиальная сила F_R, действующая на одну колодку

, получим:

, (16.16)

где m - масса одной колодки.

Предохранительные муфты ограничивают максимальное значение передаваемого момента и предохраняют от поломки элементы машины при случайных перегрузках. По конструкции они аналогичны сцепным муфтам, отличие заключается в отсутствии механизма управления и в постоянном поджатии ведомой полумуфты.

Рис. 189. Предохранительная муфта с разрушающимся элементом:

1 - ведущая полумуфта; 2 - пробка; 3 - штифт; 4 - ведомая полумуфта

Наиболее простым вариантом является муфта с разрушающимися элементами, в качестве которых применяют срезные штифты (рис. 189). Такие муфты применяют при редких, случайных нагрузках. Штифты выполняют из среднеуглеродистой стали с канавкой в месте разрушения. Штифты устанавливают во втулки, закалённые до высокой твёрдости, во избежание их повреждений при срезании штифта. Штифты должны быть расположены в удобном для их замены месте.

К числу предохранительных муфт с неразрушающимся элементом относят пружинно - фрикционные и пружинно - кулачковые муфты.

Рис. 190. Пружинно - фрикционная предохранительная муфта:

1 - ведущий вал; 2 - ведомая полумуфта; 3 - фрикционные диски;

4 - пружина; 5 - регулировочная гайка

Любая фрикционная муфта, отрегулированная на передачу предельного момента, выполняет функцию предохранительной. В таких муфтах сила сцепления на поверхностях трения создаётся при помощи цилиндрических витых пружин (рис. 190). Величину передаваемого крутящего момента регулируют с помощью гайки 5.

Фрикционные муфты используют, как правило, при кратковременных нагрузках, так как при продолжительном проскальзывании фрикционных дисков сила прижатия пружины F _пр, расходуемая на трение, вызывает интенсивное выделение тепла и износ фрикционных дисков.

Рис. 191. Пружинно - кулачковая предохранительная муфта:

1 - ведущая полумуфта; 2 - подшипник скольжения;

3 - ведомая полумуфта; 4 - подвижная втулка; 5 - пружина;

6 - упорный стакан; 7 - регулировочная гайка

Пружинно - кулачковые муфты применяют только при небольших скоростях и моментах, так как при их перегрузках происходят удары кулачков, сопровождающихся смятием кулачков. Работоспособность муфт определяется материалом кулачков, смятие которых зависит от напряжения смятия на поверхности. Рекомендуемый материал кулачковых муфт - легированная сталь 20Х и 20ХН с последующей цементацией и закалкой.

Стандартная пружинно - кулачковая предохранительная муфта состоит из ведущей 1 и ведомой 3 полумуфт, разделённых подшипником скольжения 2 (рис. 191). Передача момента осуществляется посредством кулачков, сформированных на торцевых поверхностях ведомой полумуфты и подвижной втулки 4, установленной на шлицы ведущей полумуфты. Кулачки трапецеидальной (реже треугольной) формы втулки 4 входят в зацепление с кулачками полумуфты 3 под действием пружин 5, и передают движение с ведущего элемента на ведомый. Регулировка осевого прижатия пружины осуществляется с помощью упорного стакана 6 и регулировочной гайки 7.

При передаче крутящего момента на боковых рабочих поверхностях кулачков возникает осевая сила F_а, уравновешенная силой прижатия пружины F _пр. При определённом уровне нагрузки осевая сила F_а превысит силу прижатия пружины F _пр и силу трения, возникающую на сопряжённых поверхностях кулачков. В этот момент кулачки выходят из зацепления, и ведущая полумуфта свободно проворачивается на один или несколько угловых шагов кулачков до снижения нагрузки в силовой цепи.

Список литературы

1. Рощин Г. И. Детали машин и основы конструирования: учебник для бакалавров / Г. И. Рощин, Е. А. Самойлова. - М.: Изд. Юрайт, 2013. - 200 с.

2. Решетов Д. Детали машин: учебник для студентов машиностроительных и механических специальностей вузов. - Изд. 4-е, перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1989. - 496 с.

3. Хруничева Т. В. Детали машин: типовые расчёты на прочность: учебное пособие. - М.: Изд. «ФОРУМ»: ИНФРА - М, 2009. - 224 с.

4. Анурьев В. И. Справочник конструктора - машиностроителя: В 3-х т., Изд. 8-е, перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 2001.

5. Гузенков П. Г. Детали машин: учебное пособие для вузов. - Изд. 3-е, перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 1982. - 351 с.

6. http://www.detalmach.ru/Detalmachlekcii2.pdf

7. http://www.booksgid.com/loadbook/36069