Кратко опишите принцип действия муфты со срезными штифтами

Обновлено: 05.07.2024

Рабочий процесс многих машин и механизмов имеет динамический характер, сопровождающийся кратковременными (пиковыми) повышениями нагрузки. Кроме того, увеличение нагрузки может быть вызвано нештатными ситуациями в работе машины: прекращением подачи смазки, забиванием рабочих органов, заеданием и др. Расчет механизмов по таким максимальным нагрузкам привел бы к ненужному утяжелению и удорожанию машины. Поэтому часто проектирование ведется исходя из номинальных нагрузок, а для предотвращения поломок деталей при перегрузках применяют предохранительные устройства. Функции предохранительного звена могут выполнять и элементы привода, допускающие проскальзывание. Так, в гидроприводах перегрузки предотвращаются предохранительными клапанами.

При передаче крутящего момента между валами для защиты от перегрузок применяются предохранительные (перегрузочные) муфты. Иногда их еще называют муфтами предельного момента. Их устанавливают в машинах ударного действия; в машинах, обрабатывающих неоднородную среду; в автоматических машинах и устройствах; в ответвляющихся цепях кинематических цепей машин, передающих небольшую часть мощности приводного двигателя (приводы подачи металлорежущих станков). Поскольку предохранительные муфты не могут устранить возникающие несоосности валов, нередко их комбинируют с компенсирующими муфтами.

Предохранительные муфты по принципу действия разделяются на: муфты с разрушающимся элементом (не рассматриваются); фрикционные (рис. 1, а); пружинно-кулачковые (рис. 1, б); магнитные (рис. 1, в). Пружинно-кулачковые муфты имеют ряд разновидностей, в которых кулачки заменены шариками или роликами.

Фрикционные муфты (рис. 1, а) являются простейшими по конструкции. Они применяются при частых кратковременных перегрузках, главным образом ударного действия.

Фрикционная муфта (рис. 2) состоит из ступицы 1, подвижного нажимного диска 2, фрикционных накладок 3 (не содержащих асбеста!), регулировочной гайки 4, стопорного винта 5, тарельчатых пружин 6, подшипника скольжения (втулки) 7, датчика вращения 8 (опционально), стопорного винта 9. Между фрикционными накладками устанавливаются либо стандартизованные звездочки или шкивы, либо фланец. Принцип работы такой муфты прост: тарельчатые пружины через нажимное кольцо создают осевое усилие, прижимая фрикционные накладки к ступице и фланцу (звездочке). При превышении действующим моментом момента трения, фланец (звездочка) прокручивается по втулке, являющейся подшипником скольжения. Изменяя количество и взаимное расположение тарельчатых пружин, производители получают муфты с различным передаваемым моментом. Применение датчика вращения позволяет контролировать время проскальзывания муфты и снижает риск ее повреждения.

При действии перегрузки (рис. 3) муфта проскальзывает, и вращение выходного вала прекращается. Соединение валов восстанавливается автоматически без прекращения передачи момента при проскальзывании.

Вместо подшипника скольжения в муфтах нередко устанавливают игольчатый подшипник. Применение подшипника качения оправдано при частых срабатываниях муфты, при высоких скоростях скольжения, при больших радиальных нагрузках и при высоких требованиях к точности взаимного расположения вала и приводного элемента (например, при установке зубчатого колеса).

Производители (фирмы KTR, Mayr, Ringspann) предлагают муфты с диапазоном передаваемого крутящего момента T=2…50 000 Нм при диаметре вала d=20…200 мм соответственно. Важным параметром является максимально допустимая относительная скорость проскальзывания n_s, мин -1 . С ростом размеров муфты скорость уменьшается. Так, для муфты с диаметром вала d=20 мм допустимая скорость скольжения в течение t_S=1 с может достигать n_S= 8 500 мин -1 , а для d=200 мм снижается до n_S=700 мин -1 .

Пружинно-кулачковые предохранительные муфты (рис. 1, б) отличаются от фрикционных муфт повышенной точностью срабатывания, т.к. упругие свойства пружин более стабильны, чем коэффициент трения фрикционных элементов. Преимуществом пружинно-кулачковых муфт специальных конструкций является также отсутствие мертвого хода и высокая крутильная жесткость, что очень важно в приводах с обратной связью (сервоприводах). Однако, при высоких скоростях такие муфты не применяются, т.к. подвергаются многократным перегрузкам вследствие повторных самовключений. Мак-симальные передаваемые моменты у этих муфт также ниже, чем у фрикционных.

Пружинно-кулачковые муфты делятся на кулачковые (рис. 4, а), шариковые (рис. 4, б) и кулачково-роликовые (рис. 4, в). В кулачковых муфтах рабочие поверхности кулачков делают не плоскими, а выполненными по винтовой линии. Обработка таких поверхностей технологически сложна. Поэтому наибольшее распространение получили шариковые муфты, которые легче изготавливать. В них кулачки заменены шариками, а трение скольжения частично заменено трением качения. В кулачково-роликовых муфтах используются радиально установленные ролики, сопрягающиеся с ответными пазами.

Пружинно-шариковая муфта (рис. 5) состоит из ступицы 1, подвижного нажимного диска 2, обоймы с шариками 3, регулировочной гайки 4, тарельчатых пружин 5, упорного игольчатого подшипника 6, подшипника скольжения 7 и выходного фланца 8. Принцип работы такой муфты следующий: тарельчатые пружины через нажимное кольцо создают осевое усилие, прижимая шарики к гнездам в ступице и фланцу (рис. 4, б); при превышении действующим моментом допустимой величины шарики выходят из гнезд и передача вращения прекращается.

В отличие от фрикционных пружинно-шариковые муфты имеют различные варианты восстановления соединения валов (рис. 6). При срабатывании муфты, представленной на рис. 5, прекращается вращение выходного вала, однако, на него передается остаточный крутящий момент (рис. 6, а). Включение муфты происходит автоматически после прекращения действия перегрузки и поворота полумуфт на целое число угловых шагов шариков.

Если в конструкцию муфты между подвижным диском и пружинным блоком добавить запорный механизм (рис. 7), замыкающий подвижную полумуфту при срабатывании, то восстановление вращения возможно только вручную или внешним исполнительным механизмом. Диаграмма муфты с подобным механизмом представлена на рис. 6, б.

В некоторых конструкциях, например, в подъемных машинах, прерывание передачи крутящего момента недопустимо, а при перегрузке необходима сигнализация. Тогда в базовую конструкцию муфты (рис. 5) вводят ограничитель хода подвижного диска (рис. 8, а). При срабатывании муфты подвижный диск отходит от неподвижного до упора в ограничитель. Муфта выдерживает 4-х кратное превышение нагрузки от номинального значения. При перемещении срабатывает бесконтактный (рис. 8, б) или контактный датчик. Диаграмма работы такой муфты представлена на рис 6, в. Необходимо отметить, что датчик срабатывания может быть установлен и в другие типы муфт, генерируя сигнал о срабатывании.

В конструкциях некоторых машин и агрегатов необходимо выдерживать точное взаимное угловое положение ведущего и ведомого звеньев. По признаку взаимного углового положения валов муфты делятся на храповые и синхронные. Муфта, изображенная на рис. 5, имеет храповое исполнение.

В муфте храпового исполнения после прекращения действия перегрузки шарики занимают следующую свободную позицию, а, следовательно, взаимное положение валов произвольное.

На рис. 9 представлена кулачково-роликовая пружинная муфта, восстанавливающая соединение только при повороте полумуфт на 360° (45°, 60°, 90° или 180°). Это муфта синхронного действия. Принцип работы аналогичен рассмотренной пружинно-шариковой муфте. Строго определенное взаимное положение валов достигается неравномерным угловым положением кулачков и ответных роликов (рис. 4, в). Синхронное исполнение могут иметь также пружинно-шариковые муфты (рис. 11, б, 12, б, 13, б).

Производители пружинно-шариковых (кулачковых) муфт (фирмы KTR, Mayr, Ringspann) предлагают муфты с диапазоном передаваемого крутящего момента T=2,5…6 000 Нм при диаметре вала d=20…150 мм соответственно. Для муфты с диаметром вала d=20 мм допустимая скорость скольжения в течение t_S=1 с составляет n_S= 4 300 мин -1 , а для d=150 мм снижается до n S =600 мин -1 .

В современных машинах широкое распространение получили системы с датчиком обратной связи (сервоприводы). Чаще всего датчик обратной связи устанавливается на двигателе (серводвигателе), а перемещения приводимого механизма отслеживают по числу оборотов двигателя. Например, именно на этом принципе работает большинство станков с ЧПУ. Однако, если элементы, расположенные в кинематической цепи после двигателя (муфты, редукторы и т.д.) имеют малую крутильную жесткость и (или) мертвый ход, то при реверсе нагрузки в системе подсчета перемещения возникает несоответствие между числом оборотов вала двигателя (с учетом передаточных отношений) и реальным значениями.

Для решения этой проблемы производители предлагают предохранительные муфты с отсутствием мертвого хода (рис. 11, 12, 13). Отсутствие люфта достигается за счет повышения точности изготовления элементов муфты, и, прежде всего, узла передачи момента. Равномерное распределение нагрузки между шариками обеспечивает высокую крутильную жесткость. На рис. 10, а представлена сравнительная зависимость между крутящим моментом и углом закручивания стандартной муфты и муфты с отсутствием люфта.

Для прецизионных муфт часто подбирают такую тарельчатую пружину, чтобы рабочий диапазон хода приходился на нисходящую ветвь диаграммы усилий пружины (рис. 10, б). Это позволяет увеличить скорость и точность срабатывания муфты.

По конструкции и принципу работы муфты с отсутствием мертвого хода аналогичны описанным выше пружинно-шариковым муфтам. На рис. 11 – 13 представлены муфты фирм Mayr, KTR и R+W с узлами передачи крутящего момента. Муфты имеют как храповое, так и синхронное исполнения; исполнения с запорным механизмом; исполнения без прерывания передачи момента с генераций электрического сигнала; могут быть оборудованы датчиком срабатывания.

Рассмотрим оригинальные конструкторские решения, отличающие беззазорные муфты различных производителей. Помимо требований к точности и отсутствию люфта в сервоприводах стремятся уменьшить массовый момент инерции (массу) приводимых частей. Уменьшение массы позволяет снизить требования к мощности дорогостоящего серводвигателя. В конструкции муфты Syntex фирмы KTR (рис. 12) крутящий момент передается через специальную тарельчатую пружину, имеющую посадочные места для шариков. Совмещение функций нажимной пружины и подвижного фланца снижает массу узла передачи момента. С другой стороны, технология изготовления специальной тарельчатой пружины усложняется.

Почти во всех муфтах для повышения точности хода выходного фланца и уменьшения общих габаритов узла подшипник скольжения меняется на подшипник качения. В конструкции муфт фирмы R+W (рис. 13) применяются интегрированные подшипники. Это позволяет уменьшить массу подшипникового узла и размеры выходного фланца. Однако усложняется технология производства муфты (необходимость выполнения дорожек качения, сложность сборки и т.д.)

Кроме шпоночного соединения в муфтах широко применяются фрикционные зажимные ступицы (рис. 11 – 13). Их применение облегчает сборку при гарантированном отсутствии зазоров в соединении муфта – вал. О типах зажимных муфт и особенностях их применения мы уже писали (РИТМ №8, 2008 г.)

Предохранительные муфты не компенсируют несоосность валов. Для этого существуют компенсирующие муфты. При необходимости установки в механизме двух типов муфт можно приобрести комбинированную муфту (рис. 14). В компенсирующей части такой муфты применяются муфты: упругие с эластомерной звездочкой (рис. 14, а, б), сильфонные (рис. 14, в), зубчатые, дисковые.

Производители пружинно-шариковых муфт с отсутствием мертвого хода предлагают муфты с диапазоном передаваемого крутящего момента T=15…2 800 Нм при диаметре вала d=4…100 мм соответственно. Для муфты с диаметром вала d=4 мм допустимая скорость скольжения составляет n_S= 4 000 мин -1 , а для d=100 мм снижается до n_S=250 мин -1 .

Длительное скольжение во фрикционных муфтах привело бы к большому износу поверхностей трения. Поэтому в случаях необходимости длительного скольжения применяют муфты, основанные на использовании в качестве передаточного звена жидкости или сил магнитного взаимодействия. На рис. 1, в представлена магнитная муфта на постоянных магнитах. Муфта состоит из ступицы с постоянными магнитами; выходного фланца, опирающегося на подшипник качения; гильзы с магнитом, навинченной на выходной фланец, стопорного винта. Ввинчивая или вывинчивая гильзу, можно изменять передаваемый момент. В муфте отсутствуют трущиеся элементы.

Диаграмма работы муфты представлена на рис. 15. Как видно из рисунка, на выходной вал всегда действует постоянный момент, а обороты выходного вала при перегрузке падают. При проскальзывании муфты выделяется тепло. Допустимое время и скорость скольжения зависят от теплового режима муфты.

Фирма Mayr, представленная на нашем рынке, предлагает магнитные муфты с диапазоном передаваемого крутящего момента T=0,1…6 Нм при диаметре вала d=10…38 мм соответственно. Для муфты с диаметром вала d=10 мм допустимая скорость скольжения составляет n_S= 4 000 мин -1 , а для d=38 мм снижается до n_S=3000 мин -1 . Область применения таких муфт ограничена (тестовое оборудование, управляющие механизмы и т.д.).

Установка муфт

В кинематической цепи предохранительную муфту рекомендуется располагать непосредственно на вале, приводящем в действие исполнительный механизм (рис. 16). В этом случае от перегрузок защищены все механизмы в цепи.

Однако, в большинстве случаев крутящий момент на исполнительном механизме существенно выше, чем на двигателе. Соответственно, растет габарит и цена муфты. На рис. 16, б показано альтернативное размещение муфты. При этом редуктор должен выдержать пиковые перегрузки.

Очень часто предохранительные муфты комбинируют со шкивом (звездочкой) ременных (цепных) передач или компенсирующей муфтой. При конструировании узла с предохранительной муфтой следует помнить, что не все муфты предполагают установку элементов трансмиссий непосредственно на выходной фланец. На рис. 17, а представлена установка предохранительной муфты на выходном валу электродвигателя со шкивом ременной передачи. Шкив установлен на отдельный подшипник качения. На рис. 17, б представлено исполнение предохранительной муфты с длинной ступицей, предназначенной для установки пары подшипников звездочки трехрядной цепи.

В случае комбинированной муфты, представленной на рис. 17, в, ведущая полумуфта компенсирующей части устанавливается на игольчатый подшипник. Муфты на рис. 2 и 17, г позволяют установить звездочку или шкив зубчатой ременной передачи без дополнительных опор.

Последовательность расчета

На рис. 18 под цифрой 1 представлен график реально действующего момента в произвольном механизме. Цифрой 2 обозначена граница максимального значения этого момента. Номинальный момент муфты T_N, Нм рекомендуется принимать на 30…50% больше, чем максимальный момент, возникающий при работе (обозначен цифрой 3).

Предохранительные муфты защищают ведомые механизмы приборов от перегрузок или повышенных скоростей. Предохранительные муфты располагают как можно ближе к месту возможного возникновения перегрузки.

Основным способом классификации данного типа устройств является их принцип действия. Существует четыре основных вида муфт:

· С разрушающим элементом.

· Пружинно-кулачковые. Имеют ряд разновидностей с шариками и роликами вместо кулачков.

Наиболее распространенными являются фрикционные и пружинно-кулачковые муфты.

Предохранительные муфты с разрушающимся элементом выполняют со специальным предохранительным элементом в форме штифта или шпонки из среднеуглеродистой улучшенной стали, прочность которых рассчитана на строго определенный вращающий момент. В случае перегрузки штифт срезается и муфта выключается.

Рисунок 16 – Муфта со срезным штифтом

Эти муфты просты по конструкции, имеют малые размеры и высокую несущую способность. Недостатком их является остановка машины для замены разрушившегося элемента после срабатывания муфты.

Применяют в приводах, работающих с редкими случайными перегрузками.

Фрикционные предохранительные муфты автоматически восстанавливают работоспособность машины после прекращения действия перегрузки.

Их применяют при частых кратковременных перегрузках и значительных скоростях. Вращающий момент передается силами трения. Конструкция этих муфт аналогична конструкции сцепных фрикционных муфт.

Рисунок 17- Фрикционные предохранительные муфты

Преимущества: нет динамических нагрузок, шума при включении

могут служить предохранительным звеном (проскальзывание при пиковых нагрузках) позволяют включение привода на ходу под нагрузкой за счет проскальзывания рабочих поверхностей.

Пружинно-кулачковая предохранительная муфта по конструкции аналогична сцепной кулачковой, только подвижная в осевом направлении полумуфта прижимается к неподвижной не механизмом управления, а постоянно действующей пружиной с регулируемой силой.

Кулачки выполняют трапецеидального профиля небольшой высоты с углом наклона рабочих граней 45. 60°. При перегрузке сумма осевых составляющих сил Fa на гранях кулачков становится больше прижимной силы пружины и муфта многократно прощелкивает кулачками, подавая звуковой сигнал о перегрузке.

Пружинно-кулачковые предохранительные муфты имеют высокую точность срабатывания благодаря упругим свойствам пружин. Также преимуществом является отсутствие мертвого хода и высокий показатель крутильной жесткости. Недостатком является скоростное ограничение — пружинно-кулачковые муфты при высоких скоростях подвергаются многократным перегрузкам из-за повторных самовключений.

Имеют ряд разновидностей с шариками и роликами вместо кулачков.

Рисунок 19- Шариковая/роликовая предохранительная муфта

· С разрушающим элементом.

· Пружинно-кулачковые. Имеют ряд разновидностей с шариками и роликами вместо кулачков.

Наиболее распространенными являются фрикционные и пружинно-кулачковые муфты.

Рисунок 16 – Муфта со срезным штифтом

Применяют в приводах, работающих с редкими случайными перегрузками.

Рисунок 17- Фрикционные предохранительные муфты

Преимущества: нет динамических нагрузок, шума при включении

Предохранительная муфта со срезными штифтами, содержащая вал, полумуфты, кольцевой центрирующий бурт, предохранительную втулку, два штифта, расположенные во втулках и размещенные диаметрально противоположно друг другу. С целью повышения надежности штифты с двух сторон снабжены наружной резьбой, на которой установлены гайки, центрирующий бурт выполнен ступенчатым и сопрягается с предохранительной втулкой с цилиндрическим зазором, полумуфта, которой принадлежит центрующий бурт, сопрягается с валом шлицевым соединением с возможностью осевого перемещения, кроме того, в плоскости, перпендикулярной плоскости осей штифтов, в полумуфтах выполнены соосные отверстия в которых установлены упорные и дистанционные шайбы, стянутые между собой болтовым соединением, причем, болты в плоскости разъема полумуфт снабжены кольцевыми канавками. По крайней мере одна из упорных шайб имеет коническое отверстие; наружные цилиндрические поверхности втулок, поверхности предохранительной втулки, гаек, упорных и дистанционных шайб, сопрягающиеся с полумуфтами, диэлектрически изолированы. Такая конструкция муфты обеспечивает надежность центровки полумуфт при работе и предотвращает разрушение центрирующих поверхностей при срезании предохранительных штифтов и болтов. Электроизоляция муфты предотвращает прохождение блуждающих токов и связанное с ним явление электрохимической коррозии. Все это повышает надежность работы муфты в целом. 2 з.п.ф., 3 ил.

Полезная модель относится к машиностроению, а именно к предохранительным муфтам с разрушающимся элементом.

Известна комбинированная муфта (Ряховский О.А., Иванов С.С. Справочник по муфтам.- Л.: Политехника, 1991, с.369, рис.8.7), предохранительная часть которой содержит полумуфты, соединенные двумя предохранительными штифтами. Цилиндрическими посадочными поверхностями полумуфты сопрягаются между собой через бронзовые втулки.

Бронзовые втулки в данной конструкции выполняют двойную функцию: центрируют полумуфты и работают как подшипник скольжения при срезании штифтов с последующим проворотом полумуфт друг относительно друга. Недостаток данной конструкции в том, что износ втулок при проворачивании нарушает центровку и в конечном итоге снижает надежность работы муфты.

Известна также предохранительная муфта (Поляков B.C., Барбаш И.Д., Ряховский О.А. Справочник по муфтам/Под ред. B.C.Полякова. 2-е изд., испр. и доп.-Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1979, с.248, рис.VII.3), содержащая вал, полумуфты, кольцевой центрирующий бурт, предохранительную втулку, два штифта, расположенные во втулках и размещенные диаметрально противоположно друг другу.

Недостатком данной конструкции является возможность разрушения сопрягающихся поверхностей торцев втулок и центрирующих полумуфт от взаимного трения при срезании штифтов. При этом нарушается центровка и снижается надежность работы муфты в целом. Кроме того, данная конструкция не позволяет сделать муфту электроизолированной.

Технической задачей заявляемого технического решения является устранение указанных недостатков посредством обеспечения сопряжения центрирующих поверхностей при передаче муфтой крутящего момента и их рассоединении при срезании штифтов, улучшения центрирования полумуфт дополнительной их стяжкой в плоскости, перпендикулярной плоскости осей штифтов, а также обеспечения электроизоляции муфты.

Технический результат достигается тем, что штифты с двух сторон снабжены наружной резьбой, на которой установлены гайки, центрирующий бурт выполнен ступенчатым и сопрягается с предохранительной втулкой с цилиндрическим зазором, полумуфта, которой принадлежит центрирующий бурт, сопрягается с валом шлицевым соединением с возможностью осевого перемещения, кроме того, в плоскости, перпендикулярной плоскости осей штифтов, полумуфты снабжены упорными и дистанционными шайбами, стянутыми болтовым соединением, причем, болты в плоскости разъема полумуфт снабжены кольцевыми канавками, а одна из упорных шайб имеет коническое отверстие. Кроме того, наружные цилиндрические поверхности втулок, поверхности предохранительной втулки, гаек, упорных и дистанционных шайб, сопрягающиеся с полумуфтами, диэлектрически изолированы.

Таким образом, предохранительная муфта обладает следующими существенными отличительными признаками:

- штифты с двух сторон снабжены наружной резьбой, на которой установлены гайки;

- центрирующий бурт выполнен ступенчатым и сопрягается с предохранительной втулкой с цилиндрическим зазором;

- полумуфта, которой принадлежит центрирующий бурт, сопрягается с валом шлицевым соединением с возможностью осевого перемещения;

- в плоскости, перпендикулярной плоскости осей штифтов, в полумуфтах выполнены соосные отверстия, в которых установлены упорные и дистанционные шайбы, стянутые между собой болтовым соединением, причем, болты в плоскости разъема полумуфт снабжены кольцевыми канавками;

- по крайней мере одна из упорных шайб имеет коническое отверстие;

- наружные цилиндрические поверхности втулок, поверхности предохранительной втулки, гаек, упорных и дистанционных шайб, сопрягающиеся с полумуфтами, диэлектрически изолированы.

Перечисленные выше существенные отличительные признаки необходимы и достаточны для решения поставленной технической задачи, а именно, повышения надежности и электрической изоляции муфты:

- центрирующий бурт, выполненный ступенчатым и сопрягающийся с предохранительной втулкой с цилиндрическим зазором обеспечивает сопряжение центрирующих поверхностей при передаче муфтой крутящего момента и их рассоединение при срезании штифтов;

- сопряжение полумуфты, которой принадлежит бурт, с валом шлицевым соединением с возможностью осевого перемещения позволяет рассоединять центрирующие поверхности;

- снабжение полумуфт в плоскости, перпендикулярной плоскости осей штифтов, установленными в соосных отверстиях упорными и дистанционными шайбами, стянутыми болтовым соединением, а также снабжение болтов в плоскости разъема полумуфт кольцевыми канавками, обеспечивает надежность центровки полумуфт при передаче муфтой крутящего момента и их рассоединение при срезании штифтов;

- выполнение конического отверстия по крайней мере в одной из упорных шайб сообщает степень свободы стягивающим болтам для обеспечения их разрыва именно в зоне расположения кольцевых канавок, а также для предотвращения увеличения момента, при котором срезаются штифты предохранительные;

- выполнение диэлектрической изоляции на наружных цилиндрических поверхностях втулок, поверхностях предохранительных втулок, гаек, упорных и дистанционных шайб, сопрягающихся с полумуфтами, обеспечивает электрическую изоляцию муфты.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 показан продольный разрез муфты предохранительной, на фиг.2 показан фрагмент В муфты, на фиг.3 показан фрагмент сечения муфты в плоскости перпендикулярной плоскости осей штифтов.

Предохранительная муфта содержит вал 1, полумуфты 3 и 4, кольцевой центрирующий бурт 5, предохранительную втулку 8, два штифта 10, расположенные во втулках 9, 12 и размещенные диаметрально противоположно друг другу. Штифты с двух сторон снабжены наружной резьбой, на которой установлены гайки 11, центрирующий бурт выполнен ступенчатым с предохранительным 6 и центрирующим 7 поясками и сопрягается с предохранительной втулкой 8 с цилиндрическим зазором, полумуфта 3 сопрягается с валом 1 шлицевым соединением 2 с возможностью осевого перемещения. В плоскости, перпендикулярной плоскости осей штифтов, полумуфты снабжены упорными 13 и 16 и дистанционными 14 шайбами, стянутыми болтом 15. Болты в плоскости разъема полумуфт снабжены кольцевыми канавками 17. Упорная шайба 16 имеет коническое отверстие. Наружные цилиндрические поверхности втулок 9, 12, поверхности предохранительной втулки 8, гаек 11, упорных и дистанционных шайб 13, 14, 16, сопрягающиеся с полумуфтами, диэлектрически изолированы нанесением покрытия А.

Предохранительная муфта работает следующим образом. Крутящий момент от вала 1 через шлицевое соединение 2 передается полумуфте 3. Полумуфта центрируется с полумуфтой 4 посредством сопряжения центрирующего бурта 6 своим центрирующим пояском 7 с защитной втулкой 8. Крутящий момент от полумуфты 3 к полумуфте 4 передается двумя штифтами предохранительными 10, установленными во втулках 9 и 12. С целью устранения взаимного перекоса полумуфты стянуты между собой в осевом направлении в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. В одной плоскости полумуфты стянуты гайками 11, навинченными на штифтах предохранительных до упора в торцы полумуфт. В другой плоскости полумуфты стянуты через шайбы упорные 13, 16 болтами 15. Зазор между полумуфтами выставляется посредством шайб дистанционных 14. Электроизоляция между полумуфтами 3, 4 обеспечивается диэлектрическим покрытием А. Когда крутящий момент превышает допустимый, штифты предохранительные 10 начинают срезаться. При этом происходит разрушение болтов 15 в зоне канавок 17. Степень свободы, необходимая для разрушения болтов обеспечивается наличием по крайней мере одного конического отверстия в шайбе упорной 16. Причем, за счет указанной степени свободы болта 15, сначала разрушаются штифты 10, а затем болты 15, что обеспечивает допустимый срезной момент. После разрушения штифтов предохранительных 10 и болтов 15 полумуфты 3, 4 начинают проворачиваться друг относительно друга. При этом, после первого проворота за счет соударения втулок 9 и 12 своими торцами, полумуфта 3 перемещается по шлицевому соединению влево, защитная втулка 8 сходит с центрирующего пояска 7 центрирующего бурта 5, сопрягается с предохранительным пояском 6 и начинает выполнять свою предохранительную функцию до останова муфты.

Такая конструкция муфты обеспечивает надежность центровки полумуфт при работе и предотвращает разрушение центрирующих поверхностей при срезании штифтов предохранительных 10 и болтов 15. Электроизоляция муфты предотвращает прохождение блуждающих токов и связанное с ним явление электрохимической коррозии. Все это повышает надежность работы муфты в целом.

1. Предохранительная муфта со срезными штифтами, содержащая вал, полумуфты, кольцевой центрирующий бурт, предохранительную втулку, два штифта, расположенные во втулках и размещенные диаметрально противоположно друг другу, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности, штифты с двух сторон снабжены наружной резьбой, на которой установлены гайки, центрирующий бурт выполнен ступенчатым и сопрягается с предохранительной втулкой с цилиндрическим зазором, а полумуфта, которой принадлежит центрующий бурт, сопрягается с валом шлицевым соединением с возможностью осевого перемещения, кроме того, в плоскости, перпендикулярной плоскости осей штифтов, в полумуфтах выполнены соосные отверстия, в которых установлены упорные и дистанционные шайбы, стянутые между собой болтовым соединением, причем болты в плоскости разъема полумуфт снабжены кольцевыми канавками.

2. Муфта по п.1, отличающаяся тем, что по крайней мере одна из упорных шайб имеет коническое отверстие.

3. Муфта по п.1, отличающаяся тем, что наружные цилиндрические поверхности втулок, поверхности предохранительной втулки, гаек, упорных и дистанционных шайб, сопрягающиеся с полумуфтами, диэлектрически изолированы.

Распространенные динамические машины могут для передачи вращения и другого усилия. При этом часто наблюдается ситуация, когда устройство испытывает кратковременные пиковые перегрузки. В большинстве случаев подобная проблема возникает по причине износа или неисправности основных элементов конструкции. Изменение конструктивных элементов для снижения вероятности возникновения перегрузки в большинстве случаев становится причиной увеличения размеров. Наиболее простым решением можно назвать установку предохранительной муфты, которая может проскальзывать в случае возникновения перегрузки. Рассмотрим все подробности устройства подробнее.

Особенности и применение предохранительных муфт

Рассматриваемая предохранительная муфта используется для передачи момента силы с учетом возможности перегрузки при определенных ситуациях. Область применения устройства следующая:

Автоматизированные системы. Проводя расчет предохранительной муфты многие уделяют внимание тому, что обрыв соединения происходит сразу после превышения нормы передаваемого усилия. При этом не требуются дополнительные датчики, подобное срабатывание обеспечивается конструктивными особенностями.
Устройства, работающие с разнородной средой.
Техника ударного типа. Сегодня она получила весьма широкое распространение, к примеру, в строительной сфере.
Создание кинематических схем, которые связаны с передачей вращения от электрического двигателя к исполнительному органу.

Учитывая конструкцию муфты можно сказать, что она может использоваться для передачи момента между различными устройствами. При этом механизм может существенно отличаться, все зависит от конкретного случая.

Типы предохранительных муфт

Распространенные предохранительные муфты валов классифицируются в зависимости от принципа действия. Выделяют четыре различных типа муфты:

Фрикционные.
С разрушающимся на момент эксплуатации элементом.
Пружинно-кулачковые.
Магнитные.

Все типы устройств характеризуются своими определенными особенностями, которые должны учитываться. При изготовлении применяются самые различные материалы, большинство характеризуется высокой степенью защиты от воздействия окружающей среды.

Фрикционные

Наиболее простой конструкцией характеризуется фрикционная предохранительная муфта. Она зачастую устанавливается в случае, когда есть вероятность возникновения перегрузки в течение короткого периода при ударном воздействии.Среди особенностей применения отметим:

Предохранительный механизм распространен в сочетании с шкивами, фланцам и звездочками.
Передаваемый момент связан с местоположением предохранительного элемента и количества используемых пружин.

Выделяют довольно большое количество вариантов исполнения подобного механизма, классический представлен сочетанием следующих элементов:

Ступица.
Втулка.
Накладки с фрикционными свойствами.
Стопорные винты.
Пружины тарельчатого типа.
Диск нажимного типа, который передвигается.
Датчики вращения, которые устанавливаются в особых случаях.

За счет установки датчиков есть возможность проводит регулировку момента проскальзывания. За счет этого существенно снижается степень повреждения механизма. При нормальной работе проскальзывание завершается автоматически, а сам механизм продолжает функционировать.

В некоторых случаях проводится замена ступицы на специальный подшипник игольчатого типа. Подобная модификация рассчитана на большие осевые нагрузки. Диапазон момента силы варьирует в пределе от 2 до 50 000 Нм, диаметр валов доходит до 200 мм. При этом скорость скольжения существенно снижается за счет увеличения диаметральных размеров.

Пружинно-кулачковые

Довольно большое распространение получила предохранительная муфта пружинно-кулачкового типа. Это связано с тем, что они обеспечивают высокую точность срабатывания за счет установки упругой пружины. Особенностями назовем следующие моменты:

При возникновении пикового момента устройство срабатывает с большей вероятностью, чем обычный фрикционный вариант исполнения.
Достоинством можно назвать отсутствие мертвого хода. Этот момент можно назвать наиболее важным в случае передачи вращения при работе следящего привода.

Существенным недостатком можно назвать только ограничения по скорости работы. Из-за большого количества оборотов устройство начинает быстро изнашиваться. При этом со временем происходит падение показателя максимального крутящего момента.

Рассматриваемая муфта бывает следующего типа:

Кулачковые.
Шариковые.
Кулачково-роликовые.

Кулачки довольно сложны в изготовлении, поэтому чаще всего встречаются шариковые варианты исполнения. При этом степень износа снижается за счет скольжения. Кулачково-роликовый вариант исполнения характеризуется тем, что ролики устанавливаются радиально. При слишком высоком передаваемом усилии шарики вылетают из гнезд.

Особенности эксплуатации пружинно-кулачкового устройства

Для того чтобы обеспечить длительную эксплуатацию устройства следует рассмотреть особенности его эксплуатации. Среди особенностей предохранительной муфты отметим следующее:

Восстановление контакта валов проводится в случае прекращения воздействия перегрузки. После этого вращение в стандартном режиме продолжается.
В некоторых случаях есть возможность возвратить работоспособность механизма за счет специального механизма или вручную. Как правило, запорный механизм устанавливается между подвижным диском и специальным пружинным блоком.

Довольно большое распространение также получили варианты исполнения муфты, которые отвечают за появление сигнализации о возникновении перегрузки. Примером можно назвать ситуацию, когда останавливать вращение устройства запрещается, но в случае перегрузки нужно предпринять меры по снижению степени износа основных элементов.

Шариковые муфты

Стальные шарики используются при создании самых различных механизмов, в том числе предохранительных муфт. Подобный вариант исполнения входит в число специальных устройств. Особенности этого варианта исполнения заключаются в следующем:

В качестве основного элемента выступают шарики, которые фиксируются при помощи пружины. Они изготавливаются из коррозионностойкого материала с повышенным показателем износостойкости.
Под шарики создаются специальные углубления в стальном диске. При этом они выполнены таким образом, чтобы шарик не менял своего положения при определенном диапазоне нагрузок.
На момент проскальзывания шарики движутся по специальным канавкам и попадают в следующие отверстия. За счет этого появляется вибрация, которая является существенным недостатком подобной муфты. Если нагрузка снижается, то шарик попадает в нишу и происходит фиксация. Стоит учитывать, что зацепление и отключение происходит резко.
Есть возможность проводить регулировку крутящего момента при помощи специальной гайки. Она соединена с плунжером, который оказывает воздействие на натяжение пружин.

Слишком высокая нагрузка становится причиной воздействия кромок дика на шарики, после чего они смещаются. В результате этого устройство начинает работать как трещотка, что можно назвать особенностью конструкции.

Шариковая предохранительная на сегодняшний день получила весьма широкое распространение. Это можно связать с тем, что шарики при проскальзывании не сильно изнашиваются, за счет чего существенно увеличивается эксплуатационный срок. Кроме этого, нет необходимости проводить добавление смазывающей жидкости для снижения степени износа.

Специальные муфты

Довольно широкое распространение предохранительных элементов определило появление особых вариантов исполнения, которые характеризуются определенными эксплуатационными характеристиками. Специальные предохранительные муфты устанавливаются в случае, когда обычные варианты исполнения не подходят. Классическая конструкция представлена:

Двумя элементами, которые входят в непосредственное соединение.
Специальной промежуточной части. Она обеспечивает зацепление и расцепление в случае превышения максимального допустимого показателя момента.
При изготовлении основных и вспомогательных частей могут применяться различные материалы, которые обеспечивают требуемые эксплуатационные свойства.

Сегодня многие производители проводят выпуск специальных муфт под заказа покупателя. Классификация может проводится по диаметральным и линейным размерам, принципу действия и многим другим моментам.

В заключение отметим, что предохранительные устройства сегодня получили весьма широкое распространение. Они устанавливаются в транспортных средствах и станках, многих других механизмах. Распространенная проблема заключается в перегреве рабочей поверхности, поэтому многие варианты исполнения не могут служить в течение длительного периода. В большинстве случаев обслуживание предусматривает добавление смазывающего вещества, которое снижает трение и отводит излишки температуры, приводящих к повышению пластичности материала и снижению его износостойкости.

Читайте также: