Муфты: определение, виды, назначение, классификация

материал предоставил СИДОРОВ Александр Владимирович

Муфта

– устройство, предназначенное для соединения друг с другом концов валов и свободно сидящих на них деталей для передачи крутящего момента. Муфты служат для соединения двух валов, расположенных на одной оси или под углом друг к другу. Муфта передаёт механическую энергию без изменения её величины (при условии равномерного вращения валов).

Муфты классифицируют:

по видам управления: управляемые – сцепные, автоматические;
неуправляемые – постоянно действующие;

по группам (механические):

жёсткие (глухие) муфты: втулочные (по ГОСТ 24246-96);

фланцевые (по ГОСТ 20761-96);

продольно-свёртные (по ГОСТ 23106-78);

компенсирующие муфты – компенсируют радиальные, осевые и угловые смещения валов:

шарнирные муфты – угловое смещение до 45° (по ГОСТ 5147-97);

зубчатые;

цепные (по ГОСТ 20742-93);

упругие муфты – компенсация динамических нагрузок:

муфты с торообразной оболочкой (по ГОСТ 20884-93);

втулочно-пальцевые (по ГОСТ 21424-93);

муфты со звёздочкой (по ГОСТ 14084-93);

сцепные муфты – соединение или разъединение валов или валов с установленными на них деталями:

муфты кулачково-дисковые (по ГОСТ 20720-93);

кулачковые муфты;

фрикционные;

центробежные;

самоуправляемые (автоматические) муфты:

обгонные муфты – передача вращения только в одном направлении;

центробежные – ограничение частоты вращения;

предохранительные муфты – ограничение передаваемого момента (с разрушающимся элементом и автоматические);

гидравлические (гидродинамические);

электромагнитные и магнитные.

В жёсткой фланцевой муфте применяется болтовое соединение фланцев (рисунок 1).

Рисунок 1 – Жёсткая фланцевая муфта

Во втулочной муфте применяется жёсткая втулка, соосно соединяющая друг с другом два вала (рисунок 2) [].

Рисунок 2 – Втулочная муфта

Гидравлическая муфта

– устройство, в котором валы не имеют жёсткой механической связи, а передача механической энергии происходит под действием потока рабочей жидкости (масла) от насосного колеса к турбинному колесу. Особенность гидравлической муфты в том, что она ограничивает максимальный момент, сглаживает пульсации, устраняет перегрузку двигателя при пуске и разгоне.

Электромагнитная и магнитная муфта

– валы также не имеют жёсткой механической связи и, кроме того, она позволяет передавать механическую энергию через герметическую стенку абсолютно без утечек. Одно из применений – в центробежных насосах для перекачки опасных жидкостей.

Что такое муфта

Что такое муфта? Это механизм для соединения приводных валов или трубопроводов.

Для чего нужна муфта? Основная задача:

механической — соединить два вала для передачи вращения;
соединительной — соединить два участка трубопровода для создания единой герметичной трубы.

Механические муфты выполняют и другие вспомогательные функции, такие, как ограничение предельной мощности на валу, предотвращение реверсивного вращения и некоторые другие.

КПД муфты определяется ее конструкцией. Наибольшими значениями этого параметра обладают жесткие конструкции, передающие энергию без потерь.

Фрикционные и упругие разновидности допускают потерю от 2 до 15 % энергии.

Муфта со змеевидной пружиной.

Из муфт с металлическими упругими элементами наиболее распространена муфта со змеевидной пружиной (рис. 2). Она состоит из двух полумуфт с зубьями специальной формы, во впадинах между которыми помещается змееобразно изогнутая пружина, разделенная на несколько частей. Зубья и пружина закрываются снаружи кожухом, состоящим из двух половин, соединяемых между собой болтами (рис. 2, а) или резьбой (рис. 2, б). Кожух служит резервуаром для смазки и защищает муфту от пыли. Упругие муфты со змеевидной пружиной различают двух видов: линейные и нелинейные. Конструктивно муфты обоих этих видов различаются лишь очертаниями рабочих поверхностей боковых сторон зубьев. Рабочие поверхности зубьев линейных муфт очерчиваются двумя прямыми линиями, образующими тупой угол (рис. 2, в), вершина которого служит опорой для пружины. Расстояние 2а между точками контакта пружины с зубьями постоянно и не зависит от нагрузки пружины. Рабочие поверхности зубьев нелинейных муфт очерчиваются дугами окружностей, центры которых обычно располагаются в плоскости внешних торцов зубьев (рис. 2, г). С увеличением нагрузки пружина, изгибаясь, вступает в контакт с зубьями По всевозрастающей длине. При этом уменьшается длина 2а ее активной части и жесткость пружины увеличивается. Преимущественное применение имеют линейные муфты, как наиболее совершенные. При отсутствии колебаний применяют нелинейные муфты, так как зубья этих муфт более простые. Материал полумуфт — сталь 45 или стальное литье 45Л. Пружины изготовляют из пружинной стали 65Г, 60С2 и др. Половины кожуха отливают из чугуна СЧ15, СЧ18.
Рис. 2

Виды муфтовых соединений

Механические муфты имеют много подвидов. Все они относятся к постоянным разъемным соединениям.

Жесткие

Для крупных конструкций, например, гребных валов, они служат для постоянного соединения раздельно изготавливаемых и перевозимых секций в единое целое на судоверфи. Здесь используются жесткие соединения, фланцевые или втулочные с фиксирующим элементом.

Фланцевая муфта представляет собой фланец, выточенный или приваренный на торце вала. в отверстия фланца пропускаются болты или шпильки, которыми он притягивается к ответному фланцу на другой секции вала.

Все муфтовые соединения требуют строгой соосности сопрягаемых валов. При ее нарушении возникают напряжения изгиба и радиальные биения, деформирующие и разрушающие соединение.

Исключением служит кулачково-дисковый механизм. Он была разработана Джоном Олдэмом в начале XIX века специально для параллельных, но не соосных валов.

Упругие

Если в ходе работы на валу возникают вибрация и динамические нагрузки, для их поглощения используют упругие муфты. Они имеют эластичный компонент для поглощения энергии. В фланцевых -это полимерные втулки, надетые на болты или шпильки. В кулачковых упругий элемент выполняют в виде эластичного зубчатого колеса из плотных пластмасс.

Сцепные

Служат для периодического подключения и отключения ведомого вала от ведущего. В них одна часть муфты зафиксирована на одном валу, а вторая скользит вдоль другого вала, входя в зацепление я первой и выходя из него. По конструкции средин них различают:

Зубчатые. В зацепление входят зубцы или кулачки.
Фрикционные. Зацепление осуществляется за счет трения. Различают дисковые и конические муфты. Прижим осуществляется пружиной. Такие механизмы могут соединяться при вращающихся с разной скоростью валах, их используют для работы сцепления в транспортных средствах и ручных строительных механизмах с бензоприводом.
Магнитные. Валы соединяются силой притяжения мощных постоянных магнитов такое соединение не требует физического контакта, поэтому вращение может предаваться через мембрану или стенку немагнитного сосуда на границе двух сред, например, газа и жидкости. Такие приводы используются для перемешивания жидкостей в пищевом и фармацевтическом производстве.
Гидродинамические. Движение передается рабочей жидкостью от ведущей крыльчатки к ведомой. Крыльчатки вращаются в общей рабочей камере, но не соприкасаются. Лучше остальных гасят колебания и удары. Используется в автомобильных трансмиссиях.
Электромагнитные. действуют аналогично, но силу зацепления обеспечивает электромагнит.

Виды муфт расположены в списке по мере убывания КПД.

Безрезьбовое компрессионное зажимное соединение gebo

Зажимные фитинги системы Gebo не так давно появились на рынке, но уже завоевали заслуженную популярность там, где требуется соединить две стальных трубы. Они позволяют обойтись без трудоемких операций по сварке или нарезке резьбы, не всегда возможных из-за особенностей места установки. Так, например, если стык приходится на труднодоступное место, в нем невозможно нарезать резьбу. Или в месте стыка расположены легковоспламеняющиеся материалы. Еще один вариант- ремонт газовых труб после утечки. Сварку нельзя начать до полного проветривания помещения.

Фитинг Gebo представляет собой металлический корпус, с одного конца которого установлено зажимное приспособление. На корпусе нарезана резьба, на нее навинчивается гайка. Под гайкой расположено зажимное кольцо с коническим сечением, прижимное кольцо и прокладка из эластичного материала. Фитинг просто надевается на конец стальной трубы, Гайка завинчивается и кольца обжимают прокладку. Она плотно прижимается к поверхности трубы, надежно герметизируя соединение.

Муфты для ремонта

Служат для ремонта трубопроводов. используется два основных вида таких приспособлений:

Стыковые. В месте неисправности вырезается кусок трубы, и вместо него вставляется ремонтная муфта. С двух сторон она имеет соединения: резьбовые, фланцевые или сварные. Ответные части соединений устанавливаются или формируются на концах трубопровода.
Обжимные. Представляют собой хомут, надеваемый на поврежденный участок трубы. Под хомут подкладывается (или является его частью) слой уплотняющего упругого материала. Хомут затягивается, прижимая уплотняющий материал к повреждению и герметизируя его.

Обжимные служат средством оперативного, временного ремонта. Они не должны использоваться на постоянной основе. Могут устанавливаться только на жестких трубах (сталь, пластик) и подлежат замене на исправный участок трубы при первой возможности.

Стыковые применяются для постоянного ремонта жестких трубопроводов.

Для гибких шлангов малого давления (например, для садового полива или дренажного насоса) они могут использоваться и на постоянной основе. Используют их также и для сращивания кусков шланга.

Муфта с торообразной оболочкой.

В машиностроении применяют целый ряд упругих муфт, в которых упругие резиновые элементы работают на кручение и сдвиг. К таким муфтам относятся, например, муфты с упругими оболочками. Муфта с торообразной оболочкой (рис, 1, в; ГОСТ 20884—82) состоит из двух полумуфт, упругой оболочки, по форме напоминающей автомобильную шину, и двух колец, которые с помощью винтов закрепляют оболочку на полумуфтах. Достоинства муфты: способность компенсировать значительные неточности установки соединяемых валов, легкость сборки, разборки и замены упругого элемента. Муфты с упругими оболочками имеют перспективы широкого применения в отечественном машиностроении.

По сравнению с муфтами с неметаллическими упругими элементами муфты с металлическими упругими элементами более долговечны, имеют меньшие габариты, но дороже. Их применяют в основном для передачи больших моментов.

Классификация муфт

По способу своего функционирования муфты подразделяются на

механические;
электрические;
гидравлические;
магнитные.

По возможности управления различают:

постоянного зацепления;
управляемые.

Управляемые муфты позволяют временно рассоединять валы с остановкой вращения или без таковой. По типу привода они подразделяются на:

Механические. В качестве привода используется мускульная сила человека.
Пневматические.
Гидравлические. Требуют наличия на станке или механизме системы гидравлики.
Электромагнитные. Наиболее современные, легко интегрируются в цифровые системы управления.
Самоуправляемые. По достижении определенного условия (скорости вращения, крутящего момента или самопроизвольного реверса) срабатываем механизм, временно или постоянно расцепляющий валы. Служат в качестве предохранительных устройств. Из-за сложности конструкции, изготовления и обслуживания вытесняются автоматизированными системами с датчиками и электроприводом.

По упругости сцепки различают

жесткие, осуществляют постоянное зацепление;
компенсирующие, способны работать в условиях неполной соосности валов;
упругие (компрессионные муфты), компенсируют крутильные или продольные колебания и удары, передаваемые от источника энергии;
сцепные, управляемые механизмы для коммутации валов, к ним относятся кулачково- дисковые и фрикционные муфты.

В сложных случаях применяют комбинированные муфты, соединяющие в себе несколько классификационных признаков.

Муфта упругая со звездочкой.

Муфта упругая со звездочкой (рис. 1, б; ГОСТ 14084-76) состоит из двух полумуфт с двумя или тремя торцовыми кулачками трапецеидального сечения каждая. Кулачки входят в соответствующие впадины промежуточного между полумуфтами упругого элемента — звездочки, изготовленной из резины. Данная муфта компактна и надежна в эксплуатации. Материал полумуфт — сталь Ст3. Размеры муфты принимают по ГОСТу в зависимости от расчетного крутящего момента Tк вычисляемого по формуле. Лучи (зубья) звездочки проверяют расчетом на смятие. Допускаемое напряжение на смятие для звездочки [σсм]=2..10 МПа при n=1750…100 мин-1.

Распространенные ошибки установки

В электрике применяются так называемые термоусадочные муфты, используемые для электро- и гидроизоляции концов и стыков электрических проводов и кабелей. Они представляют собой отрезки трубок из специального пластика, сильно уменьшающегося в размерах при нагревании и обжимающего конец или стык провода до его полной герметизации.

Распространенными ошибками при их монтаже являются:

неправильное цветовое обозначение фаз или контактов
наличие воздушных пустот после усадки;
перегрев муфты, ведущий к ее повреждению или разрыву;
неправильный выбор начального диаметра муфты и нарушение герметичности из-за неполного обжатия.

Тщательное соблюдение технологии и простая внимательность при работе позволяет избежать досадных оплошностей