Что такое муфта

Элементы представлены множеством видов, различных по конструкции, характеристикам, особенностям и принципам функционирования. Подробный разбор поможет понять спецификации, понять, какие механизмы оптимально соответствуют той или иной приводной системе, комплексу передачи механической энергии.

Основные функции

С тем, что такое муфта, все понятно, теперь нужно разобраться, какие функции она выполняет. Список основных задач выглядит следующим образом:

1. Передача энергии. В основном, речь идет о передаче вращающего момента от вала, непосредственно соединенного с двигателем, на ведомый элемент подъемного механизма, компрессора или другого устройства.

2. Поглощение вибрационных, ударных нагрузок. Муфта делает всю систему более безопасной, долговечной, защищенной от перегрузок и ненормативных рабочих режимов. Она принимает на себя возможные удары и вибрации, даже выраженные, защищает дорогостоящее оборудование от выхода из строя.

3. Компенсация перекосов, вызванных ошибками при установке или естественным старением компонентов в процессе использования. Муфтой можно устранить одну из главных проблем систем передачи механического усилия – несовпадение осей валов, из-за чего снижается КПД, появляются дополнительные нагрузки, негативно сказывающиеся на сроке службы устройств. При правильном монтаже деталь устраняет не только осевые, но также угловые и параллельные отклонения.

4. Защита от перегрева. Приводные системы, функционирование которых сопряжено с образованием больших объемов тепловой энергии, обязательно нужно комплектовать муфтой. Причина негативного явления не имеет особого значения, она может заключаться в высокой мощности, плотном механическом взаимодействии, отсутствии обдува и эффективной смазки. Перегрев может спровоцировать деформации валов, вывести механизмы из строя раньше времени. Муфта в такой ситуации становится переходным звеном, где тепло эффективно рассеивается, его прямая передача между валами отсутствует.

5. Наращивание длины валов. Если изначальная длина валов ведущего и ведомого устройств не позволяет механически соединить их, допустимо наращивание муфтой. На прочности, надежности, эффективности работы решение не сказывается.

6. Защита от чрезмерных механических нагрузок. Для этого применяются такие муфты, как предохранительные. Принцип действия предполагает, что в нормальном режиме они выполняют главную задачу, передают крутящий момент без потерь, но в критической ситуации, когда интенсивность механического воздействия возрастает, возникает риск повреждения валов, происходит разъединение, что защищает от аварии и необходимости сложного ремонта.

Области эксплуатации

Муфта – универсальная деталь. Корректный учет всех конструктивных и технических особенностей позволит выбрать элемент, на 100% подходящий для использования в следующих сферах и устройствах:

• Жилищно-коммунальные, производственные, коммерческие инженерные сети, водопроводы отопления, ХВС и ГВС, комплексы вентиляции.

• Микроклиматическая техника, кондиционеры.

• Производственные, промышленные станки широкого спектра, от мощных буровых установок, систем металлообработки, до компактного ткацкого, печатного оборудования.

• Компрессоры, насосы.

• Конвейерные ленты.

• Упаковочное оборудование.

• Различные транспортные средства, от легковых автомобилей до локомотивов, самолетов, морских лайнеров.

Классификация: общие моменты

Чтобы правильно подобрать муфту, нужно учесть все ее характеристики. Несмотря на то, что детали имеют, в целом, идентичный принцип действия, в их конструкции имеются серьезные отличия, влияющие на принципы монтажа, спецификацию и прочее. Например, с точки зрения особенностей управления они представлены тремя видами:

1. Постоянного контакта. Такую муфту невозможно временно отключить, она всегда обеспечивает механическое взаимодействие валов.

2. Управляемые. В данной ситуации становится возможной временная расстыковка, при этом прекращение вращения не является обязательным. Их конструкция сформирована полумуфтами, механизмы представлены асинхронными и синхронными классами. Детали второго типа активируются в ситуации, когда полумуфты вращаются с одной скоростью, либо с незначительным ее расхождением. Для асинхронных устройств столь жесткие ограничения не актуальны, они функционируют даже при значительной скоростной разнице. Алгоритмы управления в подобных муфтах реализованы по различным методикам, возможно использование специальных порошков или жидкостей с магнитными свойствами, электрических магнитов или стандартных механических схем.

3. Автоматические. Муфта активируется самостоятельно, при смене рабочего режима. Механизмы представлены обгонными, центробежными, предохранительными классами. При сборке первых используются полумуфты, стыковка и разъединение которых происходит при смене направления движения или достижения определенной разницы в скорости. Предохранительная муфта – защитный механизм, при критической нагрузке разрывающий механический контакт, а центробежная – срабатывает в том случае, если достигается выраженная центробежная сила во время смещений.

С точки зрения назначения доступны следующие виды:

• Соединительные. Функция, как можно понять из названия – обеспечение механической связи компонентов приводного комплекса.

• Пусковые. Установит пусковую муфту необходимо для того, чтобы добиться максимально плавного запуска конвейера, грузоподъемного механизма или другого устройства, нуждающегося в максимальной защите от чрезмерных механических воздействий, ударных или вибрационных. Муфта гарантирует легкий запуск привода, при выходе ведущего вала на необходимые обороты начинается разгон вторичного, ведомого, элемента.

• Стыковые. Используются при проведении ремонтно-восстановительных работ, позволяют восстановить целостность системы.

• Обжимные. По назначению аналогичны предыдущим муфтам, но монтируются методом обжима, с конструктивной точки зрения напоминают хомуты.

• Компенсационные. Муфта помогает нивелировать негативные последствия перекосов, восстановить четкую и прочную стыковку валов, сместившихся с изначальных осей.

• Предохранительные. Такие устройства исключают повреждение основных компонентов системы чрезмерными нагрузками. Если крутящий момент выходит за нормативные лимиты, происходит автоматический разрыв контакта.

Третий вариант классификации базируется на особенностях стыковки и привода, методике, в соответствии с которой активируется ведомый вал:

1. Механические. Усилие развивается вручную, либо за счет мотора.

2. Гидравлические. За передачу крутящего момента отвечает специальная жидкость, как правило – масло определенной вязкости.

3. Электромагнитные. Муфта изготовлена из сплава с определенными ферромагнитными показателями, состоит из ведомого и ведущего блоков. За подачу усилия отвечает внешний источник, а за его передачу – прямой механический контакт или трение, интенсивность которого определяется электромагнитом.

4. Пневматические. В муфте используется энергия сжатого воздуха или специального газа. Конструкция достаточно сложна, состоит из множества деталей, пружин, подшипников, накладок, обеспечивающих необходимый коэффициент трения, колес и валов.

Жесткие муфты

При классификации нельзя забывать и о конструктивных особенностях. Первая на очереди в разборе – жесткая муфта, исключающая даже минимальное смещение относительно вылов. Подобной муфтой пользуются в том случае, если необходимо с предельной точностью выровнять и позиционировать их относительно друг друга. К этой категории относятся компрессионные, фланцевые изделия, объединенные особенностью, указанной выше.

Валы, соединенные жесткой муфтой, начинают работать как единый механизм, что идеально соответствует, например, насосам и компрессорам. Практика показывает, что устройства лучше всего подходят для систем с огромным крутящим моментом, например, высокопроизводительных станков, турбин электростанций и других энергетических объектов.

Гибкие муфты

Гибкая муфта, в отличие от предыдущей, допускает некоторое смещение соединенных валов относительно друг друга, что способствует компенсации вибрационных и ударных нагрузок. Если работа системы сопряжена с такими нагрузками, стоит пользоваться именно гибкими муфтами, устранение продольных и поперечных колебаний положительно отразится на сроке службы, снизит вероятность аварии, увеличит интервалы между сервисными, профилактическими обслуживаниями, исключит деформации и повреждения основных элементов приводной системы.

Втулочные муфты

Муфта комплектуется втулкой, диаметр которой идентичен соединяемым валам, что способствует не просто надежности, но скорости установки. Для монтажа используется несколько методов, при помощи резьбы, шпонок, шлицев, штифтов.

Разъемные муфты

Такие детали сформированы парой полумуфт, соединенных при помощи болтов или шпилек. Главное достоинство разборной схемы – максимальная простота монтажа и снятия, удается обойтись без значительного смещения валов относительно друг друга. Провести установку удается даже на крайне ограниченном пространстве без вреда для надежности.

Фланцевые муфты

Конструктивное исполнение полумуфт – фланцы, размещаемые на концах сопрягаемых валов. Половины скрепляются при помощи болтов, для которых заранее предусмотрены посадочные отверстия по диаметру, что способствует прочности, равномерному распределению нагрузки, направленной на разрыв.

Фланцевая муфта принадлежит к жесткому классу, представлена несколькими подкатегориями, среди которых стандартные, ориентированные на обычные эксплуатационные условия, не сопряженные с дополнительными нагрузками, и специализированные. Например, на кораблях необходимо пользоваться морскими муфтами, изготовленные из металла с повышенной коррозионной стойкостью, способного долгое время контактировать с соленой морской водой без разрушения.

Зубчатые муфты

Внешне зубчатая муфта похожа на фланцевую, но является не жесткой, а гибкой, за счет чего удается надежно соединить валы с изначальным небольшим расхождением по осям. Муфтой можно компенсировать смещения по осям, доходящие до 3 градусов, по плоскостям – до 0.5 миллиметра.

В муфте предусмотрены шестерни, за счет которых и происходит передача энергии. Подобной муфтой можно пользоваться даже в наиболее нагруженных системах, работающих с огромным крутящим моментом, главное – использовать устройства с соответствующим запасом прочности, проводить их регулярное обслуживание, смазку, способствующую уменьшению силы трения и препятствующую перегреву.

Муфты Олдхема

Такие муфты ориентированы на стыковку деталей механизмов, расположенных с некоторым боковым смещением относительно друг друга. Конструкция сформирована парой фланцев, предназначенных для установки на концы соединяемых валов, и центральным диском с выступами на гранях. Данные выступы размещены под 90-градусным углом, идеально совпадают с пазами фланцев.

Муфта получает энергию на шпонку первого фланца, далее она поступает на центральный диск, второй фланец и, в итоге, оказывается на валу ведомого устройства, что обеспечивает его работоспособность. Муфтами Олдхема оснащаются системы, в которых детали размещены с некоторым зазором по высоте. Центральный диск подвижен, что позволяет компенсировать не только эти зазоры, но и вибрации, смещения, возникающие в процессе работы системы.

Мембранные муфты

Такие устройства позволяют с высокой эффективностью компенсировать осевые, угловые, параллельные отклонения. Конструктивно муфта предполагает наличие пары диафрагм и разделяющего их промежуточного элемента. Сама же диафрагма – это металлическая мембрана или гибкая пластина, обеспечивающая контакт между фланцами валов и промежуточной детали.

Муфтами изначально комплектовались вертолеты, но постепенно их область применения была значительно расширена, они востребованы при сборке турбовинтовых самолетов, высокопроизводительных компрессоров, турбин электростанций.

Кулачковые муфты

На муфте предусмотрены втулки, способные смещаться относительно друг друга, и кулачки определенной конфигурации, благодаря которым достигается зацеп. При стыковке кулачки перемещаются в крестовины, изготовленные из цветного сплава, не подверженного коррозии, к примеру, меди, или полимерного материала. Полимерную муфту лучше использовать в приводных системах, работа которых сопряжена с вибрациями, предполагает вероятность ударной нагрузки. Эластичный материал нивелирует, гасит подобные воздействия, защищает от разрушения и деформаций.

Основные назначения устройств – механизмы, функционирование которых сопряжено с угловыми смещениями, где присутствует потребность в управлении движением при одновременной передачи малого или среднего крутящего момента. Муфта в полной мере подходит для насосов, компрессоров и подобного оборудования.

Балочные муфты

Муфта оптимально подходит для оснащения систем невысокой мощности, где вращение деталей не сопряжено со значительными скоростями. На муфте применяется цилиндрическая схема, предусмотрены нарезы, расположение которых напоминает винт. Конфигурация нарезов различна, что позволяет адаптировать муфту к конкретной системе, учесть выраженность ее осевых и других смещений, эффективно компенсировать их без разрыва механической связи, снижения КПД.

Выраженные нагрузки способны спровоцировать скручивание, так что муфтой нужно комплектовать исключительно системы, где таковые отсутствуют. Пример – роботизированные станки и сервоприводы, где важна не мощность усилия, а точность его передачи.

Гидравлические муфты

Муфта передает усилие посредством специальной жидкости, как правило, масла. В муфте также используется рабочее колесо, соединенное с ведущим валом, и бегунок, установленный на ведомой детали. Все компоненты размещены внутри прочного герметичного корпуса, исключающего утечку жидкости, обеспечивающего защиту от внешних воздействий.

Вращение ведущего вала приводит в движение рабочее колесо, за счет которого начинает разгоняться масло, передающее энергию ведомому валу. Гидравлическими муфтами оснащаются автоматические автомобильные трансмиссии и другие устройства, работа которых сопряжена с различными нагрузками, как постоянно изменяющимися, так и стабильными.

Правила выбора

Для обеспечения долговечности всей системы необходимо правильно выбрать муфту, обратив внимание на следующие показатели:

• Крутящий момент. Его величина зависит от назначения и эксплуатационной области. Если муфта выполняет, главным образом, функции управления, то достаточно не самых больших значений, если же она необходима для передачи огромной мощности, потребуется значительный крутящий момент, слабая муфта попросту не выдержит нагрузок, быстро разрушится, потребует замены.

• Нагрузка. Компенсировать значительную механическую нагрузку удается только соответствующей муфтой, изготовленной из прочного металла, устойчивого к деформациям, сохраняющего изначальную конфигурацию и целостность структуры независимо от интенсивности эксплуатации.

• Габариты соединяемых валов. От этого показателя зависит, насколько крупными соединительными элементами укомплектована муфта.

• Точность позиционирования валов относительно друг друга, наличие смещений и отклонений. Для их компенсации нужно использовать соответствующую муфту, решить задачу позволят далеко не все исполнения.

• Сложность обслуживания. Чем проще муфта в обслуживании, тем ниже нагрузка на персонал, меньше вероятность ее поломки. Хорошо, если весь сервис сводится к тому, что муфту нужно только периодически смазывать.

Конечно, муфта должна соответствовать и специфическим эксплуатационным нагрузкам. Если предполагается передача значительного крутящего момента, от конструкции и материалов требуется соответствующий запас прочности, что исключит деформации и другие повреждения. К примеру, зубчатая муфта делается из сталей с повышенным содержанием углерода, используются технологии ковки или литья. Дополнительно зубцы такой детали проходят термическую закалку, увеличивающую их твердость до 40 и выше единиц HRC.

Детали, которые могут контактировать с агрессивными химическими жидкостями, морской водой, подвергаться воздействию экстремально высоких и низких температур, производятся из металлов с соответствующей коррозионной стойкостью, полимеров, не теряющих эластичность на холоде.

Для наиболее специфических условий рекомендуется использовать муфту, выпущенную в индивидуальном порядке, а не типовое изделие.