Момент трения

M_mp=fQR_ср,

где f – коэффициент трения скольжения; Q – осевая сила; R_cp=(D+D₁)/4 – средний радиус рабочей поверхности дисков.

Осевая сила, необходимая для включения муфты,

Q ≥ 4KT/f(D+D₁).

Для уменьшения силы Q можно увеличить коэффициент трения f, для чего один диск облицовывают накладкой из фрикционного материала, например металлокерамики или асбофрикционного материала. Такие муфты работают всухую. Диски делают из стали или чугуна.

Фрикционные тела муфт, работающих со смазкой, чаще всего изготовляют из закаленной стали или один диск делают из чугуна либо облицовывают текстолитом или металлокерамикой.

Диски фрикционных муфт проверяют на износостойкость по условию

р=40Q/p(D₂–D₁²) ≤ [р],

где [р] – допускаемое давление на рабочей поверхности муфты; например, для пары из закаленной стали со смазкой [р]=0,6...0,8 МПа; для прессованного асбеста по стали или чугуну всухую [р]=0,2...0,3 МПа.

Чтобы износ дисков был достаточно равномерным, обычно принимают D ≤ (1,5...2)D₁. Коэффициент трения, например: для пары закаленная сталь по закаленной стали со смазкой f=0,06; для пары прессованный асбест по стали или чугуну всухую f=0,3.

Для уменьшения осевой силы нажатия Q и увеличения передаваемого крутящего момента широко применяют многодисковые фрикционные муфты (рис. 162), имеющие несколько пар поверхностей трения. В этой муфте имеется две группы дисков: наружные, соединенные шлицами или зубьями с полумуфтой 1, и внутренние, соединенные таким же способом с другой полумуфтой. На правый крайний диск действует сила нажатия Q, передаваемая от механизма управления с помощью отводки 3 и качающегося рычага 2. Изображенная муфта имеет шесть пар трущихся поверхностей, поэтому нагрузочная способность этой муфты в шесть раз больше, чем у муфты, изображенной выше на рис. 161, а, при одинаковых диаметрах и прочих равных условиях.

Рис. 162

Заметим, что число пар трущихся поверхностей всегда на единицу меньше суммарного числа ведущих и ведомых дисков.

При одинаковом крутящем моменте и силе нажатия радиальные габаритные размеры многодисковой муфты значительно меньше, чем у муфты с одной парой поверхностей трения; многодисковые муфты имеют хорошую плавность включения, но плохую расцепляемость. В автомобилях широко применяют дисковые фрикционные муфты с двумя поверхностями трения (муфта состоит из одного диска и двух полумуфт), имеющие сравнительно хорошую расцепляемость; в тракторах находят широкое применение многодисковые муфты.

К подгруппе синхронных управляемых муфт относятся кулачковые и зубчатые муфты. У кулачковых муфт на торцах полумуфт имеются выступы (кулачки, см. рис. 163, а). Для включения и выключения муфты одна из полумуфт перемещается в осевом направлении с помощью механизма управления. Для реверсивных механизмов применяют кулачки симметричного профиля, для нереверсивных – несимметричные. Включение кулачковых муфт всегда сопровождается ударами, поэтому такие муфты не рекомендуются для включения под нагрузкой и при больших относительных скоростях вращения валов.

Зубчатые муфты могут иметь внутренние зубья на одной и наружные – на второй полумуфте; в других конструкциях обе полумуфты имеют наружные зубья, а переключение производится с помощью подвижной обоймы с внутренними зубьями. Для устранения ударов при включении в зубчатых муфтах применяют синхронизаторы (например, в коробках скоростей автомобилей), которые выравнивают угловые скорости валов перед их соединением.

Рис. 163

К классу самодействующих муфт относятся муфты предохранительные, обгонные и центробежные.

К стандартизованным предохранительным муфтам общего назначения относятся (рис. 163): а – кулачковая, б – шариковая; кроме того, стандартизована предохранительная фрикционная многодисковая муфта. Эти муфты предназначены для предохранения привода при передаче вращающего момента от 4 до 400 Н·м в любом пространственном положении; диаметры валов от 8 до 48 мм, допускаемая частота вращения до 1600 мин^–1 и зависит от диаметра вала.

Во избежание случайных выключений предохранительные муфты рассчитывают по предельному крутящему моменту, превышающему расчетный момент на 25%, т. е.

T_np=1,25T_p.

При достижении предельного крутящего момента происходит размыкание полумуфт. Регулировка муфт осуществляется гайкой со стопорной шайбой.

В предохранительной дисковой муфте с разрушаемым элементом (рис. 164) при перегрузке штифт 3 срезается кромками стальных закаленных втулок 4, установленных в полумуфтах 1 и 2. Для возобновления работы машины вывинчивают пробку и срезанный штифт заменяют новым. Иногда в муфте ставится два срезных штифта. Усилие F, срезающее штифт, равно

F=T_np/r,

где Т_пр – предельный вращающий момент; r – расстояние от оси вала до оси штифта. Диаметр d_ш штифта определяется из расчета его на срез.

Обгонная муфта (рис. 165) может передавать крутящий момент только в одном направлении (в данном случае по часовой стрелке). Муфта состоит из обоймы 1, звездочки 2, роликов или шариков 3 и толкателя 4 со слабой пружиной, удерживающего ролик в постоянном соприкосновении с обоймой. При вращении звездочки по часовой стрелке под действием сил трения ролики увлекаются в сторону сужения паза и заклиниваются, в результате чего образуется жесткое соединение звездочки с обоймой. При вращении звездочки против часовой стрелки (или если обойма начнет вращаться по

Рис. 164

Рис. 165

часовой стрелке с большей угловой скоростью, чем звездочка) произойдет автоматическое размыкание кинематической цепи привода.

Фрикционные обгонные муфты бесшумны и могут работать при больших частотах вращения. Их применяют в автомобилях, мотоциклах, велосипедах, станках и др. В велосипеде обгонная муфта позволяет колесу свободно катиться по дороге при неподвижных педалях и передавать на колесо вращающий момент при вращающихся педалях, поэтому ее называют муфтой свободного хода.

Центробежные муфты применяют для автоматического соединения и разъединения валов при достижении определенной частоты вращения. Источник усилий в них – центробежные силы.

На практике нередко применяют комбинированные муфты, например сочетания упругих муфт с предохранительными или управляемыми.

Расчет муфт. Стандартные и нормализованные муфты на практике подбирают по каталогам в зависимости от диаметра соединяемых валов и расчетного крутящего момента T_p по условию:

T_p=KT ≤ T_н,

где K – коэффициент перегрузки, учитывающий режим работы и ответственность конструкции; Т – наибольший длительно

действующий крутящий момент; T_н – номинальный вращающий момент, указанный в каталоге.

Для приводов от электродвигателя можно принимать: при спокойной нагрузке K=1,0...1,5; при переменной нагрузке K=1,5...2; при ударной и реверсивной нагрузке K=2,5...3 и более. Для фрикционных муфт вместо коэффициента перегрузки вводится коэффициент запаса сцепления k=1,25...1,5.

В ответственных конструкциях выполняют проверочный расчет работоспособности отдельных элементов выбранной муфты по расчетному или предельному (для предохранительных муфт) крутящему моменту. Расчетные формулы приводятся в справочной литературе.