Как правильно выбрать муфту для валов

В настоящее время в машиностроении применяют большое количество муфт, различающихся по принципу действия и управления, назначению и конструкции. 

Также у муфт для валов существует множество дополнительных  функций, например, их используют:

• для включения и выключения исполнительного механизма при непрерывно работающем двигателе (управляемые муфты);
• для предохранения машины от перегрузки (предохранительные муфты);
• для компенсации вредного влияния несоосности валов, связанной с особенностью монтажа (компенсирующие муфты);
• для уменьшения динамических нагрузок (упругие муфты).

Базовые элементы муфты:

• ведущий и ведомый валы;
• ведущая и ведомая полумуфты;
• дополнительные детали или конструктивные элементы, выполненные за одно целое с полумуфтами.

 При сборке механизмов вначале устанавливается приводимый механизм, а затем электродвигатель. Вал двигателя присоединяют, центруя, присоединяют редутор и промежуточно используют муфты.

 Муфты приводов характеризуются следующими параметрами:

• вращающим моментом Т, Н*м или мощностью, передаваемой при определенной частоте вращения.
• диаметрами соединяемых валов, изменяемыми в определенной диапазоне. Оптимально, когда диаметры валов равны. Размер подбирают по большему.
• габаритными размерами
• массой и моментом инерции (эти величины необходимы при динамическом исследовании привода)
• предельной частотой вращения, определяемой прочностью вращающихся деталей под действием центробежных сил, износостойкостью, нагревом рабочим элементов или другими критериями. 

Для долговременной работы муфты необходимо ее правильно выбрать. Большинство муфт стандартизировано. В связи с этим задача подбора сводится к выбору типоразмера муфты из имеющихся в стандартах. 

Необходимо учитывать, что на детали муфты действуют следующие нагрузки: 

а) полезный передаваемый момент, соответствующий номинальной мощности привода;

б) инерциальные нагрузки в период неустановившегося движения машины;

в) ударные и вибрационные нагрузки при установившемся и неустановившихся движениях машины;

г) нагрузки от вынужденной деформации упругих элементов муфты.

Тип муфты должен соответствовать  условиям работы узла, монтажа и другим конкретным требованиям, предъявляемым к приводу.

 После выбора муфты необходима проверка ее слабых элементов, вспомогательных частей конструкции. Номинальный крутящий момент муфты должен быть выше максимального крутящего момента двигателя. Иначе могут произойти поломки, трещины, разрушения составных частей, течь смазывающих материалов и масла. 

Основной характеристикой при подборе муфты является вращающий момент и соответствующий диаметр вала.

 В некоторых случаях вращающий момент задают в виде мощности при определенной частоте вращения.

 Коэффициент режима работы муфты:

Общие коэффициенты:

В приводах от электродвигателя принимают: при спокойной работе и небольших разгоняемых массах (приводы конвейеров, испытательных установок и др.)

К = 1,15....1,4

 при переменной нагрузке и средних разгоняемых массах (металлорежущие станки, поршневые компрессоры и др.)

 К = 1,5.....2

 при ударной нагрузке и больших разгоняемых массах (прокатные станы, молоты и др.)

 К = 2,5....3

 Диаметры посадочных отверстий муфты согласуют с диаметрами концов соединяемых валов, которые могут быть различными при одном и том же вращающем моменте, вследствие применения разных материалов и различной нагруженности изгибающими моментами.

Также в расчете могут использоваться другие коэффициенты:

• коэффициенты безопасности;
• коэффициенты условия работы;
• коэффициент углового смещения.

Те, что используются в расчетах приведены в каталогах.

 Также работа муфт сопровождается потерями, КПД муфт обычно принимают равным 0, 985....0,995

 На рисунке привидены виды смещений валов:

Для долговременной работы муфты необходимо ее правильно выбрать:

Номинальный крутящий момент муфты должен быть выше максимального крутящего момента двигателя. 

Иначе могут произойти поломки, трещины, разрушения составных частей, течь смазывающих материалов и масла. 

 Базовая классификация муфт по основному типу работы:

1. Постоянные соединительные муфты, которые не допускают расцепления валов в процессе работы машины.

2. Управляемые или сцепные муфты, позволяющие соединять или разъединять валы путем воздействия на муфты через систему управления. 

3. Автоматически срабатывающие (самоуправляемые) - соединяющие и разъединяющие валы в процессе работы машины автоматически в зависимости от пройденного пути (однооборотные муфты); 

скорости вращения валов (центробежные муфты), 

направления передачи момента (муфты обгона), 

величины вращающегося момента (муфты предельного момента). 

4. Предохранительные муфты, разьединяющие валы при нарушении нормальных условий работы машины (оборудования), когда передаваемый момент превосходит предельно допустимый (предохранительные муфты предельного момента) или скорость вращения  превысит допустимую (предохранительные центробежные муфты).

 По конструкции и возможности компенсации погрешностей:

 По своим конструкциям и возможностям компенсации погрешностей установки валов муфты подразделяются на следующие группы:

- глухие муфты. Эти муфты не обеспечивают  компенсации погрешностей и требуют высокой точности установки валов. К ним относятся втулочные и фланцевые муфты. 

- компенсирующие или подвижные муфты. К ним относятся зубчатые муфты, муфты Ольдгейма, шарнирные муфты и др. Они обеспечивают компенсацию погрешностей установки в осевом и радиальном направлениях и перекос валов.

- упругие муфты. К ним относятся втулочные-пальцевые муфты, тороидальные муфты и муфты с упругими элементами в виде различных пластин. Они обеспечивают прежде всего компенсацию перекоса валов.

- предохранительные муфты используют для защиты машины от перегрузки. Любая фрикционная муфта, отрегулированная на передачу предельного момента, выполняет функции предохранительной. 

 Специальные предохранительные фрикционные муфты не имеют механизма управления, а силы нажатия в них обычно обеспечивают постоянно действующими пружинами. 

Другим примером предохранительных муфт является муфта со специальным разрушающимся элементом. Есть множество вариантов подобной конструкции

- сцепные или управляемые муфты. К ним относятся кулачковые, фрикционные, и прочие муфты. 

Они разделяются на нормально замкнутые и нормально разомкнутые и предназначены для выключения и включения в работу механизма.

- обгонные муфты. К ним относятся роликовые обгонные муфты и храповые и предназначены, прежде всего, для согласования скоростей движения валов.

 Общая схема выбора муфт

 1.Проанализировать общие условия работы оборудования, где будет использоваться изделие. 

2. Определение требуемого вращающего момента

3. Определение диаметров валов,

4. Определенение несоосностей, а также возможных внешних воздействий,

определение особенностей монтажа

5. Окончательный выбор типа муфты, с учетом коэфициентов безопасности

Разрушения муфт

Виды разрушений муфт зависят, прежде всего, от конструкции. Основными видами разрушений является поломка или износ отдельных элементов конструкции. 

В муфтах, работающих со смазкой трущихся поверхностей, изменение вязкости смазки вызывает изменение величины момента трения.

Износ электромагнитных муфт проверяется по периметру зубьев, по толщине диска, по износу щеток.