Муфта — это элемент кинематической системы станка, который соединяет валы и передает крутящий момент. Также они гасят вибрации и компенсируют несоосность. Есть множество видов муфт, и в этой статье мы расскажем про самые распространенные и то, по каким критериям их стоит выбирать.
Что такое муфта простыми словами
Муфта — это соединяющий элемент между валами. Она может быть как маленькой (пара сантиметров), так и большой (15-20 см) и чаще всего сделана из алюминия или чугуна. Основная функция муфты заключается в передаче крутящего момента.
В процессе работы станка возникают вибрации, динамические нагрузки и смещения валов, которые невозможно полностью устранить конструктивно. Для компенсации этих факторов и обеспечения стабильной работы используются муфты, выполняющие следующие функции:
Функции муфт
- Поглощение вибраций и смягчение колебаний от динамических нагрузок;
- Компенсация смещений вала по оси, радиусу или углу;
- Гарантия плавного пуска и остановки движущихся компонентов;
- Защита от перегрузок и аварий;
- Предохранение от изменения направления вращения;
- Управление машиной. Некоторые муфты совмещают и эту функцию со всеми предыдущими, так как им дается возможность управлять машинными операциями по короткому разобщению и соединению кинематической цепи. Используется в случаях, когда в работе очень много коротких пусков и остановок.
Как работает муфта
Муфты насаживаются на валы. Концы валов должны быть на небольшом расстоянии друг от друга или и вовсе прилегать вплотную. Расположены же эти валы на одной оси, являясь продолжением друг друга.
Состоит муфта из трех частей:
- двух полумуфт - ведущей и ведомой;
- и соединительного или упругого элемента. В частности, упругий элемент поглощает кинетическую энергию и превращает ее в потенциальную и тепловую.
Строение муфты
Основные виды муфт и их особенности
Муфты классифицируются по нескольким ключевым признакам в зависимости от условий работы и требований к передаче крутящего момента. При этом один и тот же тип муфты может одновременно относиться к нескольким категориям — например, быть компенсирующим и упругим.
На практике чаще всего муфты различают по характеру передачи крутящего момента, способности компенсировать несоосность валов и функциональному назначению. Ниже рассмотрены основные группы муфт и их особенности.
Жесткие и гибкие муфты
Передавать крутящий момент муфты могут двумя способами: жестким и гибким.
- Жесткие муфты. Используются, когда нужно передать с максимальной точностью скорость от одного вала к другому. Однако жесткие муфты не предназначены для компенсации сильных несоосностей или погрешностей в работе.
- Гибкие муфты. Эти, наоборот, в первую очередь нужны для исправления дефектов во время процесса передачи. Они забирают на себя вибрации и удары. Но могут иметь не самую высокую точность.
Компенсирующие
Один из главных параметров выбора муфты из всех перечисленных типов — это ее способности работы с несоосностью. Знание видов и величины несоосности ваших валов поможет правильно подобрать муфту.
Виды несоосности валов:
- Радиальная. Это отклонения от оси в перпендикулярном к ней направлении. Они появляются из-за износа или изначальных неточностей проектирования.
- Угловая. Так называются случаи, когда один вал подходит к другому под углом, например, в 15 или 45 градусов.
- Осевая. Это смещение по самой оси вращения, которое может возникнуть в результате теплового расширения.
Также бывают ситуации, когда несоосность отсутствует.
Предохранительные муфты
Один из главных плюсов этого типа муфт в том, что она предохраняет машину от перегрузок, так как просто не может передать больший крутящий момент, чем заложенная в ней сила трения.
Гидравлические муфты
В этих муфтах используется вязкая жидкость (масло) для передачи крутящего момента. Ее устройство позволяет плавно передавать энергию от двигателя и ограничить максимальную силу крутящего момента: муфта не передаст больше, чем может, и поэтому защитит от перегрузок.
Конструктивные типы муфт и области применения
Кулачковая муфта
Эта муфта из типа упругих, что означает, что у нее есть эластичный,
упругий элемент из полиуретана. Полумуфты же здесь представляют собой
ступицы, и они работают по кулачковому механизму, откуда и название
этого типа.
Благодаря эластичному элементу эта муфта успешно компенсирует
смещения и поглощает вибрации и удары.
Кулачковые муфты могут двигаться по часовой стрелке и против.
Применение кулачковой муфты
- Работа вакуумных насосов, гидравлических машин, лазерных станков с ЧПУ;
- Работа ворот, транспорта;
- Различные предметы мебели и интерьера, вроде поворачивающегося стола;
- Испытательные постройки.
Также существуют подвиды кулачковой: претенциозно-кулачковые и серво-муфты
Они имеют высокую точность и часто используются в установках с ШВП (шарико-винтовой парой).
Втулочная
Это муфта жесткого типа. Она состоит из двух частей, цилиндрической
втулки и соединительных элементов (болтов или шпонок). Сама втулка крепится на валы и надежно фиксирует их.
Это одна из самых простых по строению муфт, имеют небольшую
цену и вес.
Так как это жесткая муфта, она не гибкая и требовательна к соосности
валов. Справляться с угловым или радиальным отклонениями она
не может. Но при этом она отлично подходит, когда нужно работать при высоких нагрузках с большим крутящим моментом.
Применение втулочной муфты
- Валы в машинах и механизмах, турбинах;
- Валы в генераторах в сфере энергетики;
- Коробка передач у автомобиля или двигательные узлы машины, трактора и другой более тяжелой техники.
Зубчатая
Это жесткая компенсирующая муфта, то есть она может работать
со всеми видами несоосности.
Есть два типа этих муфт: М3 и М3П. В первом случае это классический
тип соединения валов, а во втором — используется еще один
промежуточный вал для соединения основных.
Состоит муфта из полумуфт с внешними зубьями, двух обойм с
внутренними зубьями, соединительных элементов и уплотнения. Также внутри муфты обязательно есть смазка. Уплотнительный элемент же нужен для того, чтобы защищать механизм муфты от внешних воздействий (пыли, грязи и ударов).
Передача крутящего момента происходит благодаря сцеплению зубьев и обойм. Компенсировать несоосности же можно благодаря зазору, что имеется между зубьями.
Зубчатые муфты маленькие и надежные. Они используются в тяжелых условиях эксплуатации, так как имеют большую несущую способность
Применение зубчатой муфты
- Редукторы и двигатели;
- Насосы, компрессоры и генераторы энергии;
- Прессы и станки в металлообрабатывающей промышленности;
- Дробилки, подъемники и конвейеры;
- Буровое оборудование.
Цепные муфты
Это тоже жесткая компенсирующая муфта, и она может работать даже
с комбинированными несоосностями.
Цепная муфта состоит из двух полумуфт, которые соединены цепью. Цепь может быть однорядной или двухрядной. Двухрядная намного
лучше компенсирует смещения.
Механизм передачи крутящего момента тут происходит через зубья ведущей полумуфты, с которой он переходит на цепь и затем на
ведомую полумуфту. Благодаря расстоянию между цепью и зубьями
система и может быть компенсирующей. Но при этом она становится уязвима к динамическим нагрузкам или реверсивным передачам.
Применение цепной муфты
- Однорядная: насосы, вентиляторы, компрессоры, станки, конвейеры.
- Двухрядная: прокатное и дробильное оборудование, краны и подъемники, станки в металлообрабатывающей промышленности.
Фрикционные
Есть несколько видов этих муфт: дисковые, конусные и цилиндрический. Но самое большое распространение получили
дисковые. Они имеют более сложное строение, чем предыдущие
муфты, так как работают на силе трения.
Фрикционная дисковая муфта состоит из барабана, дисков, поршней
и пружины. Диски разделяются на абразивные и стальные, где первые передают и усиливают крутящий момент с помощью силы трения,
а вторые стабилизирует энергию. Поршень и пружина же приводят
диски в движение.
Дисковые муфты позволяют соединять даже не синхронизированные валы. Но нужно быть осторожным, так как это может привести к излишнему проскальзыванию и потере крутящего момента, если разница слишком велика
Применение фрикционной муфты
Так как фрикционные муфты на любой скорости помогают достичь плавного сцепления, они активно используются в транспорте:
- Автомобили;
- Мотоциклы;
- Велосипеды;
- А также в узлах различных станков.
Мембранные
Эта муфта выбирается, когда нужна точная и гибкая работа. Она
включает в себя две алюминиевые полумуфты и диск. Диск этот из нержавеющей стали, тонкий и легко гнется. Благодаря этому мягкому промежуточному диску мембранная муфта может хорошо поглощать несоосности, что делает ее очень отзывчивой на любые смещения.
Работа этой муфты бесшумная, она намного медленнее
изнашивается, чем, например, дисковая фрикционная.
Может вращаться по часовой стрелке и против. Переносит
ударные нагрузки.
Применение мембранной муфты
Быстрая реакция, жесткость, но при этом и гибкость являются причинами, по которым эту муфту часто выбирают для:
- ЧПУ-оборудования (СО2 лазерных станков или металлорежущих машин);
- Робототехники;
- Испытательного оборудования;
- Упаковочных машин и т.д.
Такие муфты Wattsan устанавливает в свои СО2 лазерные станки для исправной работы валов
Как выбрать муфту
Крутящий момент
Это первый параметр, который нужно рассматривать. У каждой муфты есть номинальный и максимальный крутящий момент, с которым она может работать. У муфт российских производителей есть установленные ГОСТ значения. Например, большинство втулочных муфт имеют номинальный крутящий момент до 12500 Н·м (ньютон-метры).
| Тип муфты | Номинальный крутящий момент, Н·м |
|---|---|
| Втулочные | до 12 500 |
| Фланцевые | до 40 000 |
| Продольно-свертные | до 12 500 |
| Зубчатые | до 63 000 |
| Цепные | до 16 000 |
| Кулачково-дисковые | до 16 000 |
| Дисковые полужесткие | до 6 300 |
| Шарнирные | 10-35 |
Длина валов и диаметр муфты
Необходимо проверить параметры валов оборудования, чтобы обеспечить корректное сопряжение муфты с валами. Опять же, у некоторых муфт есть пределы допустимых значений.
| Тип муфты | Диаметр соединяемых валов, мм |
|---|---|
| Втулочные | 6 - 105 |
| Фланцевые | 11 - 250 |
| Продольно-свертные | 25 - 130 |
| Зубчатые | 40 - 200 |
| Цепные | 20 - 180 |
| Кулачково-дисковые | 16 - 150 |
| Дисковые полужесткие | 11 - 130 |
| Шарнирные | 8 - 42 |
Допустимое смещение осей
Как могли заметить в разделе с типами муфт, некоторые из них могут переносить определенные смещения или даже комбинированные, а какие-то не могут.
Необходимо перед покупкой удостовериться, как именно установлены ваши валы и нужна ли вам упругая или жесткая муфта
Скорость вращения муфты
Есть муфты, которые предназначены для работы на высоких или низких скоростях, а есть те, что универсальны и работают со всеми (например, фрикционные). Проверьте значение скорости вращения у вашего вала и подберите нужную муфту.
Смазка муфты
Муфты нуждаются в смазке, и частота их обслуживания зависит от самой муфты и ее устройства. Если ваше оборудование сконструировано так, что подобраться к валу с муфтой проблематично, то лучше подберите такую, которую не нужно будет часто смазывать.
Преимущества использования качественных муфт
- Минимизация вибраций, отсутствие люфтов. На муфтах лучше не экономить, чтобы не получить поломку оборудования или некачественный результат работы оборудования, так как этот элемент отвечает за плавность передачи крутящего момента.
- Увеличение срока службы оборудования. Хорошая муфта будет забирать на себя вибрации, иногда даже удары, чтобы валы функционировали исправно. Это в общем повышает жизнеспособность и долговечность всей системы.
- Повышение точности и стабильность работы. Оборудование с качественными муфтами может работать на пике своих возможностей.
Заключение
Муфта является одним из ключевых элементов механической цепи по передаче крутящего момента. Есть множество типов муфт, и от правильного подбора зависит, насколько точно и эффективно будет работать ваше оборудование. Подбирать муфту нужно на основе параметров вашего станка и его ЧПУ приводов.
Частые вопросы
-
Для чего нужна полумуфта?
Полумуфта является один из компонентов самой муфты. Обычно их две, и есть ведущая и ведомая полумуфты, где первая передает крутящий момент на вторую.
-
Муфта вала: для чего она нужна
Муфта вала помогает передать крутящий момент на следующий элемент системы: либо на другой вал, либо на движущийся элемент, что приходит в движение как раз благодаря первичному валу и муфте.
-
Что такое обгонная муфта?
Обгонная муфта — это тип механической муфты, который передает крутящий момент только в одном направлении и автоматически размыкается при обратном вращении или превышении скорости ведомого вала. Такая муфта позволяет одному валу «обгонять» другой без передачи усилия. Обгонные муфты применяются для защиты приводов от обратного хода, в пусковых механизмах, редукторах, конвейерах и станочном оборудовании.