Как сделать кулачковую муфту

slon0505 › Блог › КУЛАЧКОВАЯ КОРОБКА ПЕРЕДАЧ(Cеквентальный механизм)

Созданная на основе выпускаемого в Омске комплекта шестерен, такая коробка передач для ВАЗ-2108 имеет несравненно более высокий КПД. Жесткий и безотказный механизм включения, простые шестерни вместо привычных косозубых — в такой КП нет потерь на трение, не «вылетают» передачи. Но главное — в принципе ее действия. После того как автомобиль тронулся с места, оперировать сцеплением для переключения передач вовсе необязательно, достаточно лишь ослабить усилие на педали газа. Само же переключение происходит всего в одной плоскости: рычаг к себе — передача выше, рычаг от себя — передача ниже. А теперь подробнее. Кулачковая коробка отличается от обычной в первую очередь тем что у неё муфты включения передач представляют собой не венец с множеством мелких зубцов, а несколько крупных кулачков (как правило, 5-7) которые входят в зацепление с такими же на шестерне с приличным зазором по ширине (это сделано для возможности мгновенного включения любой передачи) и конечно же никаких синхронизаторов. Этот же принцип используется на большинстве мотоциклетных коробок. Преимущества очевидны — в любой момент можно включить любую передачу даже без сцепления. Недостатки тоже есть — большие ударные нагрузки на двигатель, трансмиссию, привода, гранаты которые часто приводят к поломкам даже тех деталей, о которых раньше и не думали.

Зубья на шестернях делают, как правило, прямые, для того чтобы снять осевые нагрузки с валов. Это так же незначительно повышает КПД коробки (меньше трение в зацеплениях шестерён), а так же проще и дещевле в изготовлении. Как всегда есть и обратная сторона медали — меньшая несущая способность шестерён (у косозубых длиннее зуб и лучшее распределение нагрузок), что приводит к уменьшению передаваемого момента и надёжности. Поэтому их делают как можно мощнее (в хорошем исполнении шестерни выглядят как от коробки ЗИЛ-130). А о звуках, которые издаёт такой агрегат, речь никто даже не ведет.

Очень часто тюнингисты задают вопросы: а может поставить кулачковую коробку на свой автомобиль? Кулачковую коробку надо ставить только для использования в гоночных целях, т.к. те преимущества, которые она дает, не компенсируют её недостатков (при использовании в повседневной езде). К тому же эта коробка требует постоянной профилактики и смен масла из-за довольно быстрого износа и появления металлических частиц в масле, которые ведут к ещё большему износу.

У кулачковых КПП есть два типа механизма переключения: поисковый и секвентальный. При установке поискового механизма можно использовать в основном стандартные детали (пусть даже и доработанные). Секвентальный — это сложный, точный и дорогой механизм, который позволяет переключать передачи только на одну ступень за один раз — вниз или вверх.Cеквентальный механизм позволяет переключать передачи на одну ступень вверх или вниз, как на мотоцикле. Рычаг переключения двигается только вперёд-назад, на дисплей выводится номер включённой передачи.
Вилками переключения передач управляет специальный вал, который имеет борозды волнообразной формы. С каждым толчком рычага он крутится на определённый градус, а форма борозд способствует продвижению вилки в нейтральное положение, или на включение какой либо передачи.
Для переключения передач в секвентальных КПП можно использовать пневмо, или электро-привод рычага, расположив кнопку привода для удобства — на руле, или использовать подрулевой переключатель. Опять-таки это актуально только при гоночной езде когда некогда думать какая передача у тебя включена (у секвентальной коробки на щиток приборов выводится табло, показывающее какая передача в данный момент включена). К тому же в гоночном автомобиле сильно трясёт (а на наших трассах часто колбасит) и просто иногда трудно попасть в нужную передачу (при использовании поискового механизма). Но при обычной езде это не только не нужно, но и просто неудобно, т.к. всё время приходится переключаться через несколько ступеней.

Кулачковые коробки делают многие фирмы, специализирующиеся на гоночном оборудовании. Принципиально они все одинаковые. Различаются качеством ипользуемых материалов, небольщими конструктивными особенностями, тщательностью изготовления и ценой. Из известных и более менее качественных : Sadev, Gemini, Heuwland. Но все они безумно дорогие. Попытки найти компромисс между ценой и качеством часто оборачивается большими потерями (имеется большой опыт).

Три с половиной секунды… Многие водители, которые никуда не торопятся и берегут коробку передач, примерно столько же времени тратят на одно лишь переключение с первой на вторую. При испытаниях, когда переключение производится максимально быстро, почти ударом, но все же так, чтобы не повредить синхронизаторы, оно занимает примерно 0,5-0,6 с. Под временем переключения мы понимаем промежуток от начала выключения сцепления до его обратного включения. А вот спортивная кулачковая коробка передач, в которой синхронизаторов нет, и переключение происходит без выжима сцепления, позволяет сменить передачу почти втрое быстрее — примерно за 0,18-0,20 с. Неудивительно, что кулачковые КПП, несмотря на их малый ресурс и высокую стоимость, так популярны в гонках. Особенно если учесть, что выигрыш на каждом переключении составляет даже не 0,4 с, как можно было бы подумать, а гораздо больше. Ведь чем быстрее происходит переключение, тем меньше падают обороты двигателя, а следовательно, интенсивнее продолжается разгон. Опыт наших замеров показывает, что стоит при разгоне до 100 км/ч допустить малейшую оплошность — например, включить передачу недостаточно быстро — как результат ухудшается сразу на секунду-полторы. Особенно это актуально для турбомоторов, которые работают в узком диапазоне оборотов и за время переключения нередко успевают «свалиться» в турбояму. Преимущества кулачковых КПП очевидны. Но одно обстоятельство затрудняет их применение на дорожных машинах. Отсутствие синхронизаторов требует от водителя очень точных действий при переключениях. Без правильно выполненной перегазовки понижающая передача либо вообще не включится, либо включится с жестким ударом. В общем, нужно обладать твердыми спортивными навыками, чтобы ездить по городу с кулачковой КПП, но и в этом случае вряд ли такая езда доставит много удовольствия.

Понятно, чтобы ездить на „кулачке“, одних только денег мало, нужно еще и уметь ей пользоваться. Да и шумит такая трансмиссия сильно — примерно как серийная без масла. Впрочем, бывают кулачковые коробки, которые не требуют специальных „гоночных“ навыков (правда, на отечественные машины их, к сожалению, не ставят). Подобная система под фирменным названием SGSM разработана московской фирмой „Спортмобиль“ специально для автомобилей Mitsubishi Lanсer Evolution. Создана она на основе хьюландовской секвентальной коробки, которую часто ставят на полноприводные раллийные автомобили. А соль московской конструкции — в хитро организованном управлении двигателем: микропроцессорный „мозг“ фирмы Motec во время переключения передач независимо от водителя регулирует обороты двигателя. Причем делает это таким образом, что включение кулачковых муфт в коробке, несмотря на „замкнутое“ сцепление, происходит безо всяких толчков и ударов.

Источник

Кулачковая муфта — конструкция, классификация, подбор

Изготовим по чертежу

Бесплатно доставим до
транспортной компании


Всегда в наличии на складе муфты кулачковые всех типоразмеров,

а так же комплектующие:

Классификация муфт

В зависимости от конструкции муфты различаются по функциональному назначению и принципу действу. Различают следующие виды муфт: механические, гидравлические, электрические и др. Широко применяемые муфты стандартизованы.
Основная паспортная характеристика муфты — значение вращающего момента, на передачу которого она рассчитана. Ниже рассматриваются только наиболее распространенные в машиностроении механические муфты.

По характеру соединения валов муфты подразделяют на неуправляемые (постоянные), управляемые и самоуправляемые (автоматические).

Расчёт

Работоспособность кулачковых муфт определяется износом кулачков, зависящим от напряжений смятия на поверхностях соприкосновения. Эти напряжения рассчитывают приблизительно, исходя из допущения, что нагрузка распределяется равномерно между кулачками:

где: z — число кулачков полумуфты;

K — динамический коэффициент нагрузки. σсм = 90…120 МПа — при включении без относительного вращения; σсм = 50…70 МПа — при включении на малых оборотах; σсм = 35…45 МПа — при включении на больших скоростях.

Для уменьшения изнашивания поверхность кулачков должна иметь высокую твёрдость, которая достигается поверхностной термообработкой или цементацией. Применение последней сохраняет вязкость сердцевины, которая повышает ударную вязкость кулачков. Муфты с цементацией кулачков изготовляют из сталей 15Х, 20Х, при поверхностной закалке — из сталей 40Х, 30ХН.

Описание муфты кулачковой

Муфта кулачковая общемашиностроительного применения предназначена для передачи крутящего момента путем соединения (геометрического замыкания) соосных валов. Кулачковая муфта относится к типу сцепных управляемых муфт. Проще говоря, муфта предназначена для присоединения электродвигателя к приборным механизмам. Соединяет валы, приобретающие в рабочем процессе незначительные перекосы и смещения осей. Упругий элемент (венец) позволяет компенсировать незначительные осевые, радиальные и угловые смещения.

Борьба с вибрацией

В конструкциях некоторых муфт между кулачками расположен эластичный материал (рис. 2). Эластичный материал выполняет роль демпфера, и позволяет сглаживать вибрации и защищать детали от перегрузок и повреждений. Чем выше демпфирующие свойства такой муфты, тем меньшим пределом прочности при кручении она обладает.

Преимущества кулачковой муфты

Особенности конструкции кулачковой муфты обеспечивают работу ее несущих элементов на сжатие, что значительно увеличивает допустимые эксплуатационные нагрузки на узел в целом. Специальный профиль кулачков и упругий материал зубчатого венца позволяют компенсировать незначительное смещение валов (возникающее при монтаже или тепловом расширении в процессе работы), а также обеспечивают эффективное гашение крутильных колебаний. Кулачковая муфта способна передавать значительный крутящий момент, отличаясь при этом компактностью, малым весом и низким моментом инерции. Кулачковая муфта гарантирует передачу мощности с погашением крутильных колебаний и со смягчением ударов, которые появляются в результате неравномерной работы двигателя.

Условия транспортировки и хранения

Конструкция

Рис. 1 Муфта кулачковая 1-ступица, 2 — зубчатый венец.

Муфта кулачковая (рис. 1) представляет собой две полумуфты (деталь 1 на рис. 1), с внутренних сторон оснащенные кулачками. Профиль кулачка может иметь треугольную или трапециевидную форму. В пространство между кулачками устанавливается специальный эвольвентный зубчатый венец (деталь 2 на рис. 1), посредством которого кулачки входят во взаимное зацепление при замыкании полумуфт в рабочем положении.
При необходимости передачи движения в обе стороны две полумуфты закрепляются на валах и остаются неподвижными, а вращение им придает подвижная полумуфта, которая может перемещаться по шлицам или шпонке к одной из неподвижных. В зависимости от направления вращения подвижная полумуфта будет придавать движение одной из неподвижных полумуфт.

Литература

Комплектность поставки

Таблица 1: Комплектация кулачковой муфты

При приемке муфты следует проверить перечень поставки согласно приведенной таблице (обозначение деталей представлено на рис. 1)

Материал изготовления

Для изготовления кулачковой муфты применяется сталь с пределом прочности на разрыв не ниже 220•104 Па.
По желанию заказчика возможен индивидуальный расчет и изготовление муфты из иных материалов (с пределом прочности не ниже 220•104 Па).
Варианты исполнения и подбор кулачковой муфты
Для обеспечения безаварийной работы и длительного срока службы муфты важно правильно определить ее параметры. Подобрать нужную муфту – исходя из конкретных нагрузок и габаритных размеров оборудования заказчика помогут наши специалисты.
При использовании муфты кулачковой в составе силовых приводов, подверженных крутильным колебаниям (дизельные двигатели, насосы, поршневые компрессоры, электрогенераторы и т.п.), необходимо произвести расчет исходя из номинального крутящего момента и размера вала с целью обеспечения долговечности и безотказной работы узла.
Наша компания без труда выполнит для вас подобный расчет и определит необходимые параметры кулачковой муфты.

Рис.2 Муфта кулачковая 1-ступица, 2 — зубчатый венец

Таблица 1:: Подбор муфты кулачковой по параметрам

*- 1a — короткое исполнение, 1b-длинное исполнение.

Источник

Кулачковая муфта: конструкция, классификация, подбор

Муфта – устройство, предназначенное для соединения концов валов или для соединения валов с расположенными на них деталями. Основное назначение: передача вращающего момента без изменения его модуля и направления.

Функции, выполняемые муфтами: предохранение механизма от перегрузок, компенсирование несоосности валов, разъединение или соединение валов во время работы и др.

В зависимости от конструкции муфты различаются по функциональному назначению и принципу действу. Различают следующие виды муфт: механические, гидравлические, электрические и др. Широко применяемые муфты стандартизованы. Основная паспортная характеристика муфты — значение вращающего момента, на передачу которого она рассчитана. Ниже рассматриваются только наиболее распространенные в машиностроении механические муфты. По характеру соединения валов муфты подразделяют на неуправляемые (постоянные), управляемые и самоуправляемые (автоматические). Муфта глухая образует жесткое и неподвижное соединение валов. Они не компенсируют ошибки изготовления и монтажа, требуют точной центровки валов. Применяются обычно глухие муфты для тихоходных валов. Втулочная муфта – самая простая из глухих муфт, состоит из соединительной втулки со штифтами (рис. 7.1, а) или шпонками (рис. 7.1, б). Основное их достоинство – простота конструкции. Применяют их при относительно небольших нагрузках на валах диаметрами до 60…70 мм.

а) б)

Рuс. 7.1. Втулочные муфты со: а – штифтами; б – шпонками Муфта фланцевая – наиболее распространенная (рис. 7.2), состоит из двух полумуфт 2, соединенных болтами 1. Болты ставят через один: с зазором (вариант I) и без зазора под развертку (вариант II). Центрирование полумуфт в этом случае осуществляют болтами, установленными без зазора, которые рассчитывают на срез. Установка болтов без зазора позволяет получить муфты меньших габаритов и поэтому более распространена. Рис. 7.2. Фланцевая муфтa Фланцевые муфты применяют для соединения валов диаметром до 200 мм и более. Достоинствами таких муфт являются простота конструкции и сравнительно небольшие габариты. Жесткая компенсирующая муфта. За счет подвижности деталей такие муфты компенсируют радиальные, угловые и осевые смещения валов, вызванные неточностями их изготовления, монтажа и упругими деформациями. Это позволяет уменьшить нагрузки на валы и подшипники. Недостаток жестких компенсирующих муфт – отсутствие упругодемпфирующих элементов, смягчающих толчки и удары. Наибольшее распространение получили кулачково-дисковая и зубчатая. Кулачково-дисковая муфта (рис. 7.3) состоит из двух полумуфт 1 и 3, соединенных промежуточным диском 2. При работе диск перемещается по пазам полyмуфт, и тем самым компенсируются несоосность соединяемых валов (радиальные смещения – до 0,04d, угловые – до 30′). Скольжение выступов в пазах сопровождается их износом. Интенсивность износа возрастает с увеличением несоосности и частоты вращения. Для уменьшения износа поверхности трения муфты периодически смазывают и не допускают на них больших напряжений смятия. Рис. 7.3. Кулачково-дисковая муфтa Из условия износостойкости кулачково-дисковых мyфт рассчитывают давление на боковых поверхностях выступов и пазов: где Тр – расчетный вращающий момент; h – рабочая высота выступа; D, d – соответственно наружный и внутренний диаметры; [p] – допускаемое давление: при термически необработанных, хорошо смазываемых поверхностях или при закаленных поверхностях трения [p] = 15…30 МПа. Детали кулачково-дисковых муфт изготовляют из сталей Ст5 (поковка) или 25Л (литье). Для тяжелонагруженных муфт применяют легированные стали типа 15Х, 20Х с цементацией рабочих поверхностей. Зубчатая муфта (рис. 7.4, а) состоит из двух полумуфт 1 и 3 с наружными зубьями эвольвентного профиля и разъемной обоймы 2 с внутренними зубьями. Передача вращающего момента осуществляется большим числом одновременно работающих зубьев, что обеспечивает высокую нагрузочную способность и малые габариты муфты. Рuс. 7.4. Зубчатая муфта Для компенсации смещений деталей предусматривают торцевой зазор δ. Для ослабления вредного влияния кромочного контакта применяют зубья бочкообразной формы (рис. 7.4, б), а соединение выполнено с увеличенными зазорами. Зубчатые муфты допускают угловое смещение валов (рис. 7.4, в) Δα max = 1,5°, радиальное Δr = 0,2…0,6 мм, осевое (на рисунке не показано) – 1…8 мм. Детали зубчатых муфт изготовляют из углеродистых сталей типа 45, 40Х, 45Л коваными или литыми. Для повышения износостойкости зубья полумуфт подвергают термической обработке до твердости не ниже 40НRC, а зубья обойм – не ниже 35HRC.

Упругие компенсирующие муфты применяются не только для компенсации смещения валов, но и для снижения динамичности нагрузок и амортизации колебаний, возникающих при работе передач машин.

Муфта упругая втулочно-пальцевая (рис. 7.5) состоит из двух полумуфт 1, соединенных пальцами 2, на которые для смягчения ударов надеты гофрированные резиновые втулки. Такие муфты в силу простоты конструкции получили широкое применение в приводах от электродвигателей для валов диаметрами 9…160 мм при вращающих моментах 6,3…16000 Нм. Рuс. 7.5. Упругая втулочно-пальцевая муфтa Толщина резиновых втулок невелика, и поэтому амортизирующая способность муфты незначительна. Они допускают радиальное смещение валов до 0,6 мм, продольное – до 5 мм, угловое – до 1°. Для ограничения износа среднее контактное давление пальца на втулку находят по формуле: где z = 6 – число пальцев; Dm – диаметр окружности расположения осей пальцев; dп – диаметр пальцев; l – длина упругого элемента; [p] ≈ 2 МПа – допускаемое давление для резиновых втулок. Муфта со змеевидными пружинами (рис. 7.6) состоит из двух полyмуфт 1 с зубьями специальной формы, между которыми свободно расположены секции змеевидной пружины 3 прямоугольного сечения. Кожух 2, состоящий из двух половин, служит резервуаром для пластичного смазочного материала и предохраняет пружину от выпадения. Рuс. 7.6. Муфтa со змеевидными пружинами Муфта используется для передачи больших вращающих моментов, обладает хорошими эксплуатационными качествами, имеет небольшие габариты, но сравнительно дорогостоящая. В зависимости от размеров муфты могут компенсировать радиальные смещения валов 0,5…3 мм, осевые – 4…20 мм и угловые до 1°15′. Материалы полумуфт – сталь 45, стальное литье 45Л; пружин – пружинные стали 65Г, 60С2. Расчет муфты предусматривает проверку прочности пружины при изгибе методами сопротивления материалов.

Управляемые (сцепные) муфты

Позволяют соединять и разъединять валы без остановки двигателя. По конструкции управляемые муфты можно разделить на кулачковые, зубчатые, основанные на зацеплении, и фрикционные, основанные на трении. Кулачковые и зубчатые муфты имеют весьма небольшие габариты и массу, не допускают проскальзывания. Однако их включение на ходу сопровождается ударами. Фрикционные муфты позволяют плавно соединять ведущий и ведомые валы под нагрузкой при любой скорости их вращения, предохраняют механизмы от внезапных перегрузок. Управляемые муфты требуют точной соосности соединяемых вaлов. Кулачковая муфта (рис. 7.7) состоит из двух полумуфт 1 и 2, имеющих на сцепляемых торцах выступы – кулачки. При включении муфты кулачки одной полумуфты входят во впадины другой, создавая жесткое соединение. Рис. 7.7. Кулачковая муфтa Включение кулачковой муфты во избежание ударов производят при остановленном двигателе или с малыми скоростями (до 1 м/с). Полумуфты чаще всего располагают на одном валу, что обеспечивает хорошую их соосность. При выключенной муфте зубчатое колесо свободно вращается на подшипнике скольжения 3. Если муфта включена, вращающий момент от зубчатого колеса передается через кулачки и шлицы на вал. Для устранения ударов и шума при включении муфты применяют специальные соединительные устройства – синхронизаторы. Кулачковые муфты изготовляют из сталей 20, 15Х, 20Х с последующей цементацией или сталей 40Х, 30ХН с последующей объемной закалкой. Размеры муфт принимают конструктивно, а затем выполняют проверочный расчет кулачков на износостойкость и прочность. Фрикционные сцепные муфты передают вращающий момент между полумуфтами за счет сил трения на рабочих поверхностях (рис. 7.8).

Рuс. 7.8. Фрикционные муфты: а – однодисковая; б – многодисковая; в – конусная В начальный период касания полумуфт происходит относительное проскальзывание их рабочих поверхностей (смазанных или сухих), и тем самым обеспечивается плавность включения муфты. При установившемся движении проскальзывание не происходит, а при перегрузке муфта пробуксовывает, что предохраняет машину от поломок. Фрикционные муфты должны обладать надежностью сцепления, высокой износостойкостью и теплостойкостью контактирующих поверхностей. Материал трущихся деталей (накладок) выбирается в зависимости от среднего контактного напряжения (давления): где Fa – осевая сила; Т – вращающий момент; k = 1,3…1,5 – коэффициент запаса сцепления; Dm – средний диаметр контакта; f – коэффициент сцепления (трения покоя); z – число пар поверхностей трения; А = πDmb – площадь поверхности трения; b – ширина поверхности трения; [p] – допускаемое контактное напряжение. По формуле (7.3) может быть рассчитан вращающий момент, который может передавать фрикционная муфта. Для увеличения передаваемого вращающего момента можно увеличить число пар поверхностей трения. Многодисковые фрикционные муфты имеют небольшие габариты и не требуют большого усилия для их включения. Предохранительную муфту срабатывают, когда вращающий момент превышает некоторую установленную величину. При достижении вращающим моментом предельной величины под действием осевых усилий, обусловленных формой впадин полумуфты, шарики смещаются в осевом направлении (преодолевая сопротивление пружины) и размыкают муфту с последующим прощелкиванием.

Муфта обгона (мyфты свободного хода) предназначены для передачи вращающего момента только в одном направлении.

Наибольшее распространение получили фрикционные обгонные мyфты, передающие вращающий момент за счет заклинивания между полумуфтами промежуточных тел (в основном роликов).

Такие муфты бесшумны, компактны, могут работать при высокой частоте вращения. Их изготовляют для вaлов диаметром 10…90 мм и передачи момента до 750…800 Нм.

Обгонные роликовые муфты (рис. 7.9) применяют в приводах агрегатов двигателя самолета (например, в приводах стартер-генераторов) и в приводах несущих винтов вертолетов; при отказе одного двигателя движение винта не тормозится, так как обгонная муфта позволяет зубчатым колесам вращаться. При отказе обоих двигателей обгонные муфты не препятствуют вращению несущего винта в режиме авторотации. Рис. 7.9. Обгонная муфтa Пусковую (центробежную) муфту используют для плавного пуска приводов грузоподъемных машин конвейеров и т.п. Они позволяют электродвигателю легко разогнаться и по достижении им определенной скорости начать плавный разгон рабочего органа. Одновременно пусковые мyфты выполняют и предохранительные функции. Распространены колодочные и дисковые центробежные фрикционные муфты. Центробежную муфту устанавливают на вал электродвигателя. При наличии ременной передачи от электродвигателя к рабочему органу наружную ведомую часть муфты конструируют в виде шкива.

Кулачковая муфта

В машиностроении применяются разные способы соединения и разъединения валов.

В тех случаях, когда нужно передавать большой крутящий момент, а соединение/разъединение требуется редко, значительными преимуществами обладает кулачковая муфта. Устройства могут применяться, если скорости вращения соединяемых валов близки между собой или они остановлены. При работе необходимо обеспечить строгую соосность валов.

Конструкция

Конструкция кулачковых муфт может отличаться в зависимости от их вида, но все они имеют следующие основные части:

В разъединенном состоянии полумуфты разведены в стороны, валы имеют возможность вращаться независимо друг от друга. На их торцах выточены кулачки в форме треугольников или трапеций, служащие для зацепления с зубцами звездочки. кулачки

Между полумуфтами располагается зубчатый венец, его зубья выполнены в виде эвольвенты.

Когда необходимо провести соединение, подвижная полумуфта пододвигается к неподвижной. Их кулачки входят в зацепление, звездочка проворачивается на небольшой угол и занимает место между кулачками, обеспечивая плотный контакт между ними. Валы соединяются и готовы к передаче крутящего момента.

Звездочку для кулачковой муфты делают из упругого эластичного материала. Она служит для того, чтобы гасить динамические нагрузки, возникающие при включении муфты и при дальнейшем вращении.

Кулачки полумуфт и зубцы звездочки рассчитаны таким образом, чтобы заполнять весь объем зоны зацепления, превращая конструкцию в практически цельную деталь.

Это необходимо для передачи больших крутящим моментов и большой мощности без потерь энергии на соударения, трение и вибрацию.

Профиль кулачков и зубца имеет форму эвольвенты. Это исключает кромочное давление кулачков друг на друга при несовпадении их углового положения и обеспечивает плавное вхождение в зацепление

Для минимизации вибраций во время работы поверхности полумуфт и звездочки должны быть выполнены с высокой точностью и тщательно обработаны.

Подключение/отключение кулачковой муфты при высокой относительной осевой скорости вращения (свыше 1 метра в секунду) приводит к сильным ударам и повреждению устройства. Категорически недопустимо отсоединять муфту, находящуюся под рабочей нагрузкой.

По типу привода, передвигающего подвижную полумуфту, упругие кулачковые муфты со звездочкой подразделяются на:

В зависимости от использованного профиля кулачков муфты со звездочкой разделяют на:

Особняком стоит конструкция, разработанная для соединения валов, оси которых параллельны, но не совпадают. Кулачково-дисковая муфта была разработана Джоном Олдэмом в начале XIX века. В механизме работают три диска.

Два из них находятся на ведущем и ведомом валу, а третий размещен между ними, соединяясь с каждым через шлицевой выступ на поверхности. Выступы и пазы с разных сторон среднего диска размещены перпендикулярно друг другу.

Средний диск, скользя в пазах, движется вокруг собственного центра вращения, находящегося посередине между осями ведущего и ведомого валов. Он совершает для оборота за один оборот ведущего вала. Угловые скорости и число оборотов валов совпадает.

Такие устройства значительно компактнее, чем карданные передачи.

Комплектность поставки

Обычно в базовый комплект поставки промышленной кулачковой муфты с механическим приводом входят две полумуфты, зубчатый венец в сборе, упаковка и документация.

Часто в отгрузочных документах полумуфты называют ступицами.

В качестве дополнительной опции предлагается установочный винт, облегчающий монтаж устройства на оборудование. Если кулачковая муфта оснащена электромагнитным или гидравлическим приводом, добавляется монтажная схема для подключения к гидравлике или электрической схеме агрегата.

На заводе изготовителе муфту собирают и испытывают на тестовом стенде, о результатах делают отметку в отгрузочном паспорте изделия.

Материал изготовления

Подбор кулачково-дисковой муфты

Подбор модели для конкретного привода осуществляют исходя из его основных параметров:

Если валы параллельны, но не соосны, выбор делается в пользу кулачково-дисковой муфты.

Инженер-машиностроитель анализирует эти параметры в комплексе и подбирает из всего многообразия представленных на рынке моделей наиболее подходящую к условиям применения.

Обязательно учитывается репутация фирмы-производителя. Приобретение недорогих устройств от безымянных изготовителей может привести к поломке не только муфты, но и всего агрегата, разлету осколков, повреждению техники и травмам персонала.

Условия транспортировки и хранения

Обычно муфты хранят и перевозят в разобранном и упакованном виде. Если же по условиям поставки требуется доставка устройства в собранном виде- следует принять меры к защите его от воздействий внешней среды, как механических, так и химических.

Рекомендованные условия хранения — комнатная температура и относительная влажность воздуха до 60%.

Укладывать на стеллажи нужно в один ряд, не допуская воздействия нагревательных приборов, солнечного света и агрессивных сред на упругие элементы.

Особенности монтажа и эксплуатации

При правильном расчете и подборе кулачковой муфты проблем с ее установкой не возникает.

Для упрощения посадки ступиц на валы рекомендовано подвергать их ограниченному нагреву в муфельной или индукционной печи. Важно убедиться, что упругий элемент в нагреве не участвует, и устанавливать его в ступицы, только убедившись в их остывании. Осевое крепление выполняется монтажным винтом и шайбой.

Правила эксплуатации изложены в паспорте изделия. Основные из них следующие:

Сточенные или сбитые в ходе эксплуатации кулачки подвергают наплавке с последующей шлифовкой в расчете на то, что их геометрия будет полностью восстановлена и они будут входить в полноценное соприкосновение.

Если требуется ограничить предельную передаваемую мощность, используют кулачковую предохранительную муфту.

При превышении допустимого уровня давление на кулачки преодолевает прижимную силу пружин, и муфта выходит из зацепления. Слышатся характерные щелчки, вращение необходимо немедленно остановить.

Продолжительная работа в таком режиме приведет к повреждению элементов устройства или к полному выходу его из строя.

Область применения кулачковых муфт

Ответственные и высоконагруженные устройства применяют везде, где требуется передавать по валу высокие моменты вращения или высокие угловые скорости. Муфты позволяют оперативно подключать и отключать ведомый вал от ведущего.

Они востребованы в таких областях, как:

Во многих случаях, когда необходимо обеспечить ограничение предельной мощности, используют предохранительные кулачковые муфты. Они применяются также там, где необходимо исключить передачу момента вращения в обратном направлении.

Кулачковые муфты с механическим приводом применяются большей частью в небольших станках настольного класса. Более сложные и масштабные агрегаты снабжаются гидравлическим или электромагнитным приводом и управляются от централизованной системы автоматики.

Жесткие кулачковые муфты используются в случае небольших оборотов и высоких передаваемых мощностей. При средних и высоких оборотах применяют устройства с упругим демпфирующим элементом.

Преимущества

Недостатком устройства являются необходимость останавливать вращение или снижать обороты для минимума для присоединения. Еще один минус — валы должны быть абсолютно соосны.

Лекция 11

6.7. Механические муфты. Назначение и классификация муфт

Приводными
муфтами (обычно просто муфтами) называются
устройства, служащие для кинематической
и силовой связи валов в приводах машин
и механизмов.

Муфты передают с одного
вала на другой вращающий момент без
изменения его величины и направления,
а
также компенсируют монтажные неточности
и деформации геометрических осей валов,
разъединяют и соединяют валы без
остановки двигателя, предохраняют
машину от поломок в аварийных режимах,
в некоторых случаях поглощают толчки
и вибрации, ограничивают частоту вращения
и т. д.

4.
прочие
(все
муфты, не входящие в первые три класса).

Классы
муфт (кроме четвертого) подразделяют
на группы
(механические,
гидродинамические, электромагнитные),
подгруппы
(жесткие,
компенсирующие, упругие, предохранительные,
обгонные и др.), виды
(фрикционные,
с разрушаемым элементом и др.) и
конструктивные
исполнения (кулачковые,
шариковые, зубчатые, фланцевые,
втулочно-пальцевые и многие другие).

В
общем случае муфта состоит из ведущей
и ведомой полумуфт и соединительных
элементов. В механических муфтах в
качестве соединительного элемента
используют твердые (жесткие или упругие)
тела. В гидродинамических муфтах функции
соединительного элемента выполняет
жидкость, в электромагнитных —
электромагнитное поле.

Широко
применяемые мyфты стандартизованы.
Основная паспортная характеристика
мyфты — значение вращающего момента, на
передачу которого она рассчитана.

Будем
рассматривать только наиболее
распространенные в машиностроении
механические мyфmы. По характеру соединения
валов мyфты подразделяют на неуправляемые
(постоянные), управляемые и самоуправляемые
(автоматические).

Виды муфт

Муфта
глухая
образует жесткое и неподвижное соединение
валов. Они не компенсируют ошибки
изготовления и монтажа, требуют точной
центровки валов. Применяются обычно
глухие мyфmы для тихоходных валов.

Втулочная
муфта
– самая простая из глухих мyфт, cостоит
из соединительной втулки со штифтами
(рис. 7.1, а) или шпонками (рис. 7.1, б). Основное
их достоинство – простота конструкции.
Применяют их при относительно небольших
нагрузках на валах диаметрами до 60…70
мм.

а)
б) Рuс. 7.1. Втулочные мyфmы с: а – штифтами;
б – шпонками

Муфта
фланцевая
– наиболее распространенная (рис. 7.2),
состоит из двух полумуфт 2, соединенных
болтами 1. Болты ставят через один: с
зазором (вариант I) и без зазора под
развертку (вариант II).

Центрирование
полумуфт в этом случае осуществляют
болтами, установленными без зазора,
которые рассчитывают на срез. Установка
болтов без зазора позволяет получить
мyфmы меньших габаритов и поэтому более
распространена.

gxzk/img-C90JiD.jpg» width=»283″>
Рис.
7.2. Фланцевая мyфтa

Фланцевые
мyфты применяют для соединения валов
диаметром до 200 мм и более. Достоинствами
таких мyфт являются простота конструкции
и сравнительно небольшие габариты.

Жесткая
компенсирующая мyфта.
За счет подвижности деталей такие мyфmы
компенсируют радиальные, угловые и
осевые смещения валов, вызванные
неточностями их изготовления, монтажа
и упругими деформациями. Это позволяет
уменьшить нагрузки на вaлы и подшипники.

Недостаток
жестких компенсирующих мyфт – отсутствие
упругодемпфирующих элементов, смягчающих
толчки и удары. Наибольшее распространение
получили кулачково-дисковая и зубчатая.

Кулачково-дисковая
муфта
(рис. 7.3) состоит из двух полумуфт 1 и 3,
соединенных промежуточным диском 2. При
работе диск перемещается по пазам
полyмуфт, и тем самым компенсируются
несоосность соединяемых валов (радиальные
смещения – до 0,04d, угловые – до 30′).

Скольжение
выступов в пазах сопровождается их
износом. Интенсивность износа возрастает
с увеличением несоосности и частоты
вращения. Для уменьшения износа
поверхности трения мyфmы периодически
смазывают и не допускают на них больших
напряжений смятия.

Из
условия износостойкости кулачково-дисковых
мyфт рассчитывают давление на боковых
поверхностях выступов и пазов:

где
Тр – расчетный вращающий момент; h –
рабочая высота выступа; D, d – соответственно
наружный и внутренний диаметры; [p] –
допускаемое давление: при термически
необработанных, хорошо смазываемых
поверхностях или при закаленных
поверхностях трения [p] = 15…30 МПа. Детали
кулачково-дисковых мyфт изготовляют из
сталей Ст5 (поковка) или 25Л (литье). Для
тяжелонагруженных мyфт применяют
легированные стали типа 15Х, 20Х с
цементацией рабочих поверхностей.

Зубчатая
муфта
(рис. 7.4, а) состоит из двух полумуфт 1 и
3 с наружными зубьями эвольвентного
профиля и разъемной обоймы 2 с внутренними
зубьями.

Передача вращающего момента
осуществляется большим числом одновременно
работающих зубьев, что обеспечивает
высокую нагрузочную способность и малые
габариты мyфты.

gxzk/img-0LmY4A.jpg» width=»443″>
Рuс.
7.4. Зубчатая мyфта

Для
компенсации смещений деталей
предусматривают торцевой зазор δ. Для
ослабления вредного влияния кромочного
контакта применяют зубья бочкообразной
формы (рис. 7.4, б), а соединение выполнено
с увеличенными зазорами. Зубчатые мyфты
допускают угловое смещение валов (рис.
7.

4, в) Δα max = 1,5°, радиальное Δr = 0,2…0,6 мм,
осевое (на рисунке не показано) – 1…8
мм.Детали зубчатых мyфт изготовляют из
углеродистых сталей типа 45, 40Х, 45Л
коваными или литыми.

Для повышения
износостойкости зубья полумуфт подвергают
термической обработке до твердости не
ниже 40НRC, а зубья обойм – не ниже 35HRC.

Упругие
компенсирующие муфты
применяются не только для компенсации
смещения валов, но и для снижения
динамичности нагрузок и амортизации
колебаний, возникающих при работе
передач машин.

где
z = 6 – число пальцев; Dm – диаметр окружности
расположения осей пальцев; dп – диаметр
пальцев; l – длина упругого элемента;[p]
≈ 2 МПа – допускаемое давление для
резиновых втулок.

Муфта
со змеевидными пружинами
(рис. 7.6) состоит из двух полyмуфт 1 с
зубьями специальной формы, между которыми
свободно расположены секции змеевидной
пружины 3 прямоугольного сечения.

Кожух
2, состоящий из двух половин, служит
резервуаром для пластичного смазочного
материала и предохраняет пружину от
выпадения.
Рuс.
7.6.

Мyфтa со змеевидными пружинами

Мyфта
используется для передачи больших
вращающих моментов, обладает хорошими
эксплуатационными качествами, имеет
небольшие габариты, но сравнительно
дорогостоящая.

В зависимости от размеров
мyфты могут компенсировать радиальные
смещения валов 0,5…3 мм, осевые – 4…20 мм
и угловые до 1°15′. Материалы полумуфт –
сталь 45, стальное литье 45Л; пружин –
пружинные стали 65Г, 60С2.

Расчет мyфты
предусматривает проверку прочности
пружины при изгибе методами сопротивления
материалов.

Управляемые
(сцепные) муфты
Позволяют соединять и разъединять валы
без остановки двигателя. По конструкции
управляемые муфты можно разделить на
кулачковые, зубчатые, основанные на
зацеплении, и фрикционные, основанные
на трении.

Кулачковые и зубчатые муфты
имеют весьма небольшие габариты и массу,
не допускают проскальзывания. Однако
их включение на ходу сопровождается
ударами.

Фрикционные муфты позволяют
плавно соединять ведущий и ведомые валы
под нагрузкой при любой скорости их
вращения, предохраняют механизмы от
внезапных перегрузок. Управляемые муфты
требуют точной соосности соединяемых
вaлов.

Кулачковая
муфта (рис. 7.7) состоит из двух полумуфт
1 и 2, имеющих на сцепляемых торцах выступы
– кулачки. При включении муфты кулачки
одной полумуфты входят во впадины
другой, создавая жесткое соединение.

Включение кулачковой мyфты во избежание
ударов производят при остановленном
двигателе или с малыми скоростями (до
1 м/с). Полумуфты чаще всего располагают
на одном валу, что обеспечивает хорошую
их соосность. При выключенной мyфте
зубчатое колесо свободно вращается на
подшипнике скольжения 3.

Если муфта
включена, вращающий момент от зубчатого
колеса передается через кулачки и шлицы
на вaл. Для устранения ударов и шума при
включении мyфты применяют специальные
соединительные устройства – синхронизаторы.

Кулачковые мyфты изготовляют из сталей
20, 15Х, 20Х с последующей цементацией или
сталей 40Х, 30ХН с последующей объемной
закалкой. Размеры мyфт принимают
конструктивно, а затем выполняют
проверочный расчет кулачков на
износостойкость и прочность.

Фрикционные
сцепные муфты передают вращающий момент
между полумуфтами за счет сил трения
на рабочих поверхностях (рис. 7.8).

а
– однодисковая; б – многодисковая; в –
конусная

В
начальный период касания полумуфт
происходит относительное проскальзывание
их рабочих поверхностей (смазанных или
сухих), и тем самым обеспечивается
плавность включения мyфты.

При
установившемся движении проскальзывание
не происходит, а при перегрузке муфта
пробуксовывает, что предохраняет машину
от поломок. Фрикционные мyфты должны
обладать надежностью сцепления, высокой
износостойкостью и теплостойкостью
контактирующих поверхностей.

Материал
трущихся деталей (накладок) выбирается
в зависимости от среднего контактного
напряжения (давления):

где
Fa – осевая сила; Т – вращающий момент;
k = 1,3…1,5 – коэффициент запаса сцепления;
Dm – средний диаметр контакта; f –
коэффициент сцепления (трения покоя);
z – число пар поверхностей трения; А =
πDmb – площадь поверхности трения; b –
ширина поверхности трения; [p] – допускаемое
контактное напряжение.

По
формуле (7.3) может быть рассчитан вращающий
момент, который может передавать
фрикционная муфта. Для увеличения
передаваемого вращающего момента можно
увеличить число пар поверхностей трения. Многодисковые фрикционные мyфты имеют
небольшие габариты и не требуют большого
усилия для их включения.

Самоуправляемые
автоматические муфты
выполняют автоматически одну из следующих
функций: ограничение передаваемой
нагрузки – предохранительные муфты;
передачу нагрузки (момента) только в
одном направлении – муфта обгона;
включение и выключение при заданной
скорости – центробежные мyфты.

Предохранительные
муфты срабатывают, когда вращающий
момент превышает некоторую установленную
величину. При достижении вращающим
моментом предельной величины под
действием осевых усилий, обусловленных
формой впадин полумуфты, шарики смещаются
в осевом направлении (преодолевая
сопротивление пружины) и размыкают
мyфту с последующим прощелкиванием.

Муфта
обгона (мyфты свободного хода)
предназначены для передачи вращающего
момента только в одном направлении.

Наибольшее распространение получили
фрикционные обгонные мyфты, передающие
вращающий момент за счет заклинивания
между полумуфтами промежуточных тел
(в основном роликов).

Такие мyфты бесшумны,
компактны, могут работать при высокой
частоте вращения. Их изготовляют для
вaлов диаметром 10…90 мм и передачи момента
до 750…800 Нм.

Пусковую
(центробежную) муфту используют для
плавного пуска приводов грузоподъемных
машин конвейеров и т.п. Они позволяют
электродвигателю легко разогнаться и
по достижении им определенной скорости
начать плавный разгон рабочего органа.

Одновременно пусковые мyфты выполняют
и предохранительные функции. Распространены
колодочные и дисковые центробежные
фрикционные мyфты. Центробежную муфту
устанавливают на вал электродвигателя.

При наличии ременной передачи от
электродвигателя к рабочему органу
наружную ведомую часть мyфты конструируют
в виде шкива.

Муфта кулачковая

Муфта кулачковая общемашиностроительного применения предназначена для передачи крутящего момента путем соединения (геометрического замыкания) соосных валов. Кулачковая муфта относится к типу сцепных управляемых муфт.

Проще говоря, муфта предназначена для присоединения электродвигателя к приборным механизмам. Соединяет валы, приобретающие в рабочем процессе незначительные перекосы и смещения осей.

Упругий элемент (венец) позволяет компенсировать незначительные осевые, радиальные и угловые смещения.

Преимущества

Особенности конструкции кулачковой муфты обеспечивают работу ее несущих элементов на сжатие, что значительно увеличивает допустимые эксплуатационные нагрузки на узел в целом.

Специальный профиль кулачков и упругий материал зубчатого венца позволяют компенсировать незначительное смещение валов (возникающее при монтаже или тепловом расширении в процессе работы), а также обеспечивают эффективное гашение крутильных колебаний.

Кулачковая муфта способна передавать значительный крутящий момент, отличаясь при этом компактностью, малым весом и низким моментом инерции. Кулачковая муфта гарантирует передачу мощности с погашением крутильных колебаний и со смягчением ударов, которые появляются в результате неравномерной работы двигателя.

Конструкция

Муфта кулачковая (рис. 1) представляет собой две полумуфты (деталь 1 на рис. 1), с внутренних сторон оснащенные кулачками. Профиль кулачка может иметь треугольную или трапециевидную форму. В пространство между кулачками устанавливается специальный эвольвентный зубчатый венец (деталь 2 на рис. 1), посредством которого кулачки входят во взаимное зацепление при замыкании полумуфт в рабочем положении. При необходимости передачи движения в обе стороны две полумуфты закрепляются на валах и остаются неподвижными, а вращение им придает подвижная полумуфта, которая может перемещаться по шлицам или шпонке к одной из неподвижных. В зависимости от направления вращения подвижная полумуфта будет придавать движение одной из неподвижных полумуфт.

Комплектность поставки

Таблица 1: Комплектация кулачковой муфты

При приемке муфты следует проверить перечень поставки согласно приведенной таблице (обозначение деталей представлено на рис. 1)

Материал изготовления

Для изготовления кулачковой муфты применяется сталь с пределом прочности на разрыв не ниже 220•104 Па. По желанию заказчика возможен индивидуальный расчет и изготовление муфты из иных материалов (с пределом прочности не ниже 220•104 Па).

Варианты исполнения и подбор кулачковой муфты

Для обеспечения безаварийной работы и длительного срока службы муфты важно правильно определить ее параметры. Подобрать нужную муфту – исходя из конкретных нагрузок и габаритных размеров оборудования заказчика помогут наши специалисты.

При использовании муфты кулачковой в составе силовых приводов, подверженных крутильным колебаниям (дизельные двигатели, насосы, поршневые компрессоры, электрогенераторы и т.п.

), необходимо произвести расчет исходя из номинального крутящего момента и размера вала с целью обеспечения долговечности и безотказной работы узла.

Наша компания без труда выполнит для вас подобный расчет и определит необходимые параметры кулачковой муфты.

Таблица 2: Подбор муфты кулачковой по параметрам

*- 1a — короткое исполнение, 1b-длинное исполнение.

Условия транспортировки и хранения

Транспортировку муфты рекомендуется производить в разобранном виде.

По желанию клиента возможна транспортировка в собранном виде без упаковки – в этом случае следует обеспечить защиту деталей муфты от коррозии, ударов и механических повреждений, а также исключить контакт упругого элемента с агрессивными веществами (такими как масло, бензин, растворители, кислоты, щелочи и т.д.).

Хранить муфты следует при температуре воздуха не выше 20°С и относительной влажности не более 65%. Необходимо обеспечить защиту муфт от воздействия прямых солнечных лучей, нагревательных приборов и контакта упругого элемента с агрессивными химическими веществами. Рекомендуется хранить муфты на стеллажах, уложенные в один ряд.

Особенности монтажа и эксплуатации

Верхний рабочий предел температуры ограничен с целью обеспечения длительной безотказной работы упругого элемента (зубчатого венца). Для максимально эффективной работы муфты и минимального износа требуется соблюдение строгой соосности соединяемых валов. Включение может производиться на тихом ходу при скорости вращения не более 100 оборотов в минуту.

Более высокая скорость может привести к преждевременному износу детали. Допускается выключение на ходу.

Если в процессе эксплуатации произошло повреждение кулачков муфты или на их углах образовались скосы, необходимо произвести ремонт наплавкой металла и последующей обработкой. При работе кулачки полумуфт должны полностью входить в зацепление.

Область применения кулачковых муфт

Указанные выше преимущества определяют чрезвычайно широкий спектр промышленного применения кулачковых муфт, начиная от малонагруженных ленточных конвейеров, центробежных компрессоров и насосов, электродвигателей и генераторных установок, разнообразных станков, мешалок, и заканчивая тяжелыми мельницами, дробилками и подъемниками. Некоторые типы кулачковых муфт применяются в высокофорсированных коробках передач спортивных и гоночных автомобилей.

История создания и развития смесителей

Гражданское проектирование
Азот и тара для его хранения

Гусеница ЧТЗ и ее особенности

Нитриловые перчатки для медицины
Бульдозер Б10М и его особенности

Трактор Т-130 и Трактор Т-170, особенности и характеристики

Соединительные муфы, их предназначение и особенности
Смесовая пряжа для перчаток хб с пвх

Английский язык для детей в Челябинске, логопед

Бульдозеры производства ДСТ-Урал
Лучший бульдозер — бульдозер Б10

Пластиковые окна в Челябинске

Натяжные потолки в Челябинске
Продвижение сайтов в Челябинске

Источник