Муфта — это устройство, используемое для соединения двух валов вместе на их концах с целью передачи мощности. Основное назначение муфт — соединение двух частей вращающегося оборудования, допуская при этом некоторую степень несоосности или конечного перемещения или и то, и другое. В более общем контексте муфта также может быть механическим устройством, которое служит для соединения концов смежных деталей или объектов. [1] Муфты обычно не допускают разъединения валов во время работы, однако существуют муфты ограничения крутящего момента , которые могут проскальзывать или разъединяться при превышении некоторого предела крутящего момента. Выбор, установка и обслуживание муфт могут привести к сокращению времени и стоимости обслуживания.
Соединительные муфты валов используются в машинах для различных целей. Основная функция — передача мощности с одного конца на другой (например: передача мощности от двигателя к насосу через муфту).
Другие распространенные варианты использования:
Балочная муфта, также известная как винтовая муфта, представляет собой гибкую муфту для передачи крутящего момента между двумя валами, допуская при этом угловое смещение, параллельное смещение и даже осевое движение одного вала относительно другого. Эта конструкция использует цельный кусок материала и становится гибкой за счет удаления материала по спиральной траектории, в результате чего получается изогнутая гибкая балка винтовой формы. Поскольку она изготовлена из цельного куска материала, балочная муфта не имеет люфта, характерного для некоторых многокомпонентных муфт. Еще одним преимуществом полностью обработанной муфты является возможность включения функций в конечный продукт при сохранении целостности единой детали.
Изменения в шаге спиральной балки обеспечивают изменения в возможностях смещения, а также других эксплуатационных характеристиках, таких как крутящий момент и крутильная жесткость. Возможно даже иметь несколько запусков в пределах одной спирали.
Материал, используемый для изготовления балочной муфты, также влияет на ее производительность и пригодность для определенных применений, таких как пищевая, медицинская и аэрокосмическая промышленность. Материалы, как правило, алюминиевый сплав и нержавеющая сталь, но они также могут быть изготовлены из ацеталя , мартенситной стали и титана . Наиболее распространенными применениями являются присоединение вращающихся энкодеров к валам и управление движением для робототехники .
Балочные муфты могут быть известны под разными названиями в зависимости от отрасли. Эти названия включают гибкую муфту, гибкую балочную муфту, гибкую валовую муфту, изгиб, винтовую муфту и валовую муфту.
Основным преимуществом использования гибкой балочной муфты для соединения двух вращающихся валов является снижение вибрации и реактивных нагрузок, что в свою очередь снижает общий износ оборудования и продлевает срок его службы.
Фланцевое соединение со втулочно-пальцевым соединением используется для слегка неточного выравнивания двух валов.
Это модифицированная форма фланцевого соединения защищенного типа. Этот тип соединения имеет штифты и работает с соединительными болтами. Резиновые или кожаные втулки используются поверх штифтов. Муфта имеет две половины, отличающиеся по конструкции. Штифты жестко закреплены гайками на одном фланце и удерживаются свободно на другом фланце. Это соединение используется для соединения валов, которые имеют небольшое параллельное смещение, угловое смещение или осевое смещение. В этом соединении резиновая втулка поглощает удары и вибрацию во время работы. Этот тип соединения в основном используется для соединения электродвигателей и машин.
Существуют различные типы муфт равных угловых скоростей (CV): шарнир Рцеппа , двойной карданный шарнир и муфта Томпсона .
В этой муфте муфта или втулка сделаны из двух половинок чугуна, и они соединены с помощью шпилек или болтов из мягкой стали. Преимущества этой муфты в том, что сборка или разборка муфты возможна без изменения положения вала. Эта муфта используется для передачи большой мощности на умеренной скорости.
Мембранные муфты передают крутящий момент от внешнего диаметра гибкой пластины к внутреннему диаметру, через катушку или проставку, а затем от внутреннего к внешнему диаметру. Деформация пластины или ряда пластин от внутреннего к внешнему диаметру обеспечивает несоосность.
Дисковые муфты передают крутящий момент от ведущего болта к ведомому по касательной на общей окружности болтов. Крутящий момент передается между болтами через ряд тонких дисков из нержавеющей стали, собранных в пакет. Несоосность достигается за счет деформации материала между болтами.
Упругая муфта передает крутящий момент или другую нагрузку посредством упругого компонента. Одним из примеров является муфта, используемая для соединения оснастки для виндсерфинга (паруса, мачты и компонентов) с доской для виндсерфинга. [2] В терминологии виндсерфинга ее обычно называют «универсальным шарниром», но современные конструкции обычно основаны на прочном гибком материале и технически лучше описываются как упругая муфта. Они могут иметь форму сухожилия или песочных часов и изготавливаться из прочного и долговечного эластичного материала. В этом применении муфта не передает крутящий момент, а вместо этого передает мощность паруса на доску, создавая тягу (некоторая часть мощности паруса также передается через тело райдера). [ необходима цитата ]
Гибкие муфты обычно используются для передачи крутящего момента от одного вала к другому, когда два вала слегка не выровнены. Они могут выдерживать различные степени несоосности до 1,5° и некоторую параллельную несоосность. Они также могут использоваться для гашения вибрации или снижения шума. В приложениях с вращающимися валами гибкая муфта может защитить компоненты ведущего и ведомого вала (например, подшипники) от вредного воздействия таких условий, как несоосность валов, вибрация, ударные нагрузки и тепловое расширение валов или других компонентов.
Сначала гибкие муфты разделяются на две основные группы: металлические и эластомерные. Металлические типы используют свободно установленные детали, которые катятся или скользят друг по другу или, с другой стороны, неподвижные детали, которые изгибаются, чтобы компенсировать несоосность. Эластомерные типы, с другой стороны, получают гибкость от упругих, неподвижных, эластичных или пластиковых элементов, передающих крутящий момент между металлическими ступицами.
Зубчатая муфта — это механическое устройство для передачи крутящего момента между двумя валами, которые не являются коллинеарными . Она состоит из гибкого шарнира, закрепленного на каждом валу. Два шарнира соединены третьим валом, называемым шпинделем.
Каждое соединение состоит из пары внутренних/внешних шестерен с передаточным отношением 1:1 . Боковые поверхности зубьев и внешний диаметр внешней шестерни имеют корончатую форму, что позволяет осуществлять угловое смещение между двумя шестернями. Механически шестерни эквивалентны вращающимся шлицам с измененными профилями. Их называют шестернями из-за относительно большого размера зубьев.
Зубчатые муфты и универсальные шарниры используются в схожих приложениях. Зубчатые муфты имеют более высокую плотность крутящего момента , чем универсальные шарниры, разработанные для установки в заданном пространстве, в то время как универсальные шарниры вызывают меньшие вибрации . Ограничение по плотности крутящего момента в универсальных шарнирах обусловлено ограниченными поперечными сечениями крестовины и ярма. Зубья шестерен в зубчатой муфте имеют высокий люфт , что позволяет допускать угловое смещение. Избыточный люфт может способствовать вибрации. [ необходима цитата ]
Зубчатые муфты, как правило, ограничены угловыми несоосностями, т. е. углом шпинделя относительно осей соединенных валов, в 4–5°. [ необходима ссылка ] Универсальные шарниры способны выдерживать более высокие несоосности.
Одношарнирные зубчатые муфты также используются для соединения двух номинально соосных валов. В этом применении устройство называется гибким зубчатым соединением или гибкой муфтой . Одношарнирное соединение допускает незначительные несоосности, такие как ошибки установки и изменения в выравнивании валов из-за условий эксплуатации. Эти типы зубчатых муфт обычно ограничены угловыми несоосностями в 1/4–1/2°. [ необходима цитата ]
Сетчатая муфта состоит из двух валовых ступиц, металлической сетчатой пружины и комплекта разъемной крышки. Крутящий момент передается между двумя валовыми ступицами муфты через металлический сетчатый пружинный элемент.
Подобно металлическим зубчатым и дисковым муфтам, решетчатые муфты имеют высокую плотность крутящего момента . Преимущество решетчатых муфт по сравнению с зубчатыми или дисковыми муфтами заключается в способности пружинных элементов решетчатой муфты поглощать и распределять энергию удара пиковой нагрузки с течением времени. Это снижает величину пиковых нагрузок и обеспечивает некоторую способность гашения вибрации. Отрицательным моментом конструкции решетчатой муфты является то, что она, как правило, очень ограничена в своей способности компенсировать несоосность. [3]
Высокоэластичные муфты устанавливаются в тех случаях, когда могут возникнуть проблемы с резонансом или крутильными колебаниями, поскольку они предназначены для устранения проблем с крутильными колебаниями и компенсации ударных воздействий.
Они используются в установках, где системам требуется высокий уровень крутильной гибкости и способности к несоосности. Этот тип муфты обеспечивает эффективное демпфирование крутильных колебаний и высокую способность к смещению, что защищает привод. Конструкция высокогибких упругих муфт упрощает сборку. Эти муфты также компенсируют смещения вала (радиальные, осевые и угловые), а крутящий момент передается на сдвиг. [4] В зависимости от размера и жесткости муфты гибкая часть может быть однорядной или многорядной. [5]
В шарнирах Хирта используются конические зубья на двух концах вала, соединенные вместе для передачи крутящего момента.
Кулачковая муфта также известна как паук или муфта Лавджоя.
Магнитная муфта использует магнитные силы для передачи мощности с одного вала на другой без какого-либо контакта. Это обеспечивает полное разделение среды. Она может обеспечить возможность герметичного разделения двух областей, продолжая при этом передавать механическую мощность с одной на другую, что делает эти муфты идеальными для применений, где предотвращение перекрестного загрязнения имеет важное значение.
Муфта Олдхэма имеет три диска, один соединен с входом, один соединен с выходом, и средний диск, который соединен с первыми двумя с помощью гребня и паза . Гребень и паз с одной стороны перпендикулярны гребню и пазу с другой. Средний диск вращается вокруг своего центра с той же скоростью, что и входной и выходной валы. Его центр описывает круговую орбиту, дважды за оборот, вокруг средней точки между входным и выходным валами. Часто для уменьшения люфта механизма используются пружины . Преимуществом этого типа муфты по сравнению с двумя универсальными шарнирами является ее компактный размер. Муфта названа в честь Джона Олдхэма, который изобрел ее в Ирландии в 1821 году для решения проблемы в конструкции колесного парохода .
Соединения Rag Joints обычно используются в автомобильных рулевых тягах и трансмиссиях . При использовании в трансмиссии их иногда называют giubos .
Жесткие муфты используются, когда требуется точное выравнивание валов; любое смещение валов повлияет на производительность муфты, а также на ее срок службы, поскольку жесткие муфты не способны компенсировать смещение. Из-за этого их применение ограничено, и они обычно используются в приложениях, включающих вертикальные приводы.
Зажимные или компрессионные жесткие муфты состоят из двух частей и соединяются вокруг валов, образуя муфту. Они обеспечивают большую гибкость, чем муфтовые модели, и могут использоваться на валах, которые зафиксированы на месте. Они, как правило, достаточно велики, чтобы винты могли проходить через муфту и во вторую половину, обеспечивая надежное удержание. Фланцевые жесткие муфты предназначены для тяжелых грузов или промышленного оборудования. Они состоят из коротких муфт, окруженных перпендикулярным фланцем. Одна муфта размещается на каждом валу, так что два фланца выстраиваются лицом к лицу. Затем во фланцы можно установить ряд винтов или болтов, чтобы удерживать их вместе. Благодаря своему размеру и долговечности фланцевые узлы можно использовать для выравнивания валов перед их соединением.
Втулочная муфта состоит из трубы , отверстие которой обработано до требуемого допуска в зависимости от размера вала. В зависимости от использования муфты в отверстии делается шпоночный паз для передачи крутящего момента с помощью ключа. Для фиксации муфты в нужном положении предусмотрены два резьбовых отверстия.
Втулочные муфты также известны как муфты с коробкой . В этом случае концы валов соединяются вместе и упираются друг в друга, которые охватываются муфтой или втулкой .
Утопленные шпонки с клиновой головкой удерживают два вала и втулку вместе (это самый простой тип муфты). Она сделана из чугуна и очень проста в проектировании и изготовлении. Она состоит из полой трубы, внутренний диаметр которой такой же, как диаметр валов. Полая труба устанавливается на два или более концов валов с помощью утопленной шпонки с конической головкой. Шпонка и втулка полезны для передачи мощности с одного вала на другой вал.
Конусный замок — это форма устройства для блокировки вала без ключа [6] , которое не требует удаления какого-либо материала с вала. Основная идея похожа на зажимное соединение, но момент вращения находится ближе к центру вала. [7] Альтернативное устройство соединения традиционному параллельному ключу , конический замок устраняет возможность люфта из-за изношенных шпоночных пазов. [8] [9] [10] Он более надежен, чем использование ключа, поскольку для обслуживания требуется только один инструмент, а самоцентрирующееся сбалансированное вращение означает, что он служит дольше, чем шпоночное соединение, но недостатком является его более высокая стоимость. [11]
Гибкая муфта, изготовленная из двух встречно-закрученных пружин с шарикоподшипником в центре, что позволяет передавать крутящий момент от входного вала к выходному. Не требует смазки для стабильной работы, так как не имеет внутренних компонентов. [12]
Техническое обслуживание муфт требует регулярного планового осмотра каждой муфты. Оно состоит из:
Однако даже при надлежащем обслуживании муфты могут выйти из строя. К основным причинам выхода из строя, помимо обслуживания, относятся:
Внешние признаки, указывающие на потенциальный отказ муфты, включают:
Муфты обычно балансируются на заводе перед отправкой, но иногда они выходят из равновесия в процессе эксплуатации. Балансировка может быть сложной и дорогой и обычно выполняется только тогда, когда эксплуатационные допуски таковы, что усилия и расходы оправданы. Величина дисбаланса муфты, которую может допустить любая система, диктуется характеристиками конкретных подключенных машин и может быть определена путем детального анализа или опыта. [13]
Изучите техническое обслуживание муфты и явные признаки отказа, чтобы максимально продлить срок службы муфты и обеспечить надежную работу системы
_-_Angular_Misalignment.jpg/1280px-Helical_U-Joint_(Beam_Style_Coupling)_-_Angular_Misalignment.jpg)
