для чего служит фрикционная муфта
Фрикционная муфта: принцип работы, назначение и схема
Промышленные станки, различные конструкции инженерного назначения, а также транспортные средства зачастую нуждаются в передаче крутящего момента от одного вала к другому. На этом аспекте строится значительная часть внутренней функциональной схемы агрегата. И для выполнения подобной задачи нужен особый элемент, механизм, способный передать эту силу от одного источнику к требуемому валу, а также сохранить, увеличить КПД. Таким промежуточным звеном зачастую выступает фрикционная муфта, принцип работы, видовое разнообразие, основные конструкционные особенности и эффективность которой мы и рассмотрим в обзоре.
Общее устройство
В своем традиционном виде механизм состоит из нескольких основных элементов. Первый из них – барабан. Используется чашеобразная форма, но возможны и исключения. Другие обязательные составляющие – диски и подключаемая деталь. В базовых вариациях подключение к источнику осуществляется посредством вилки.
Барабан выступает в качестве контролируемой части, основную работу выполняют диски. И они тоже неоднородные, подразделяются на абразивные и стальные. Хотя, название в какой-то мере условное. Ведь первый вид также может состоять из стали, просто обладать поверх материала еще и специальным покрытием. Именно оно и становится центром устройства. Ведь абразивное покрытие создано для увеличения силы трения. А как раз она и передает вращательный момент, многократно усиливает его. Стальные же диски становятся неким амортизатором, который упорядочивает получаемую энергию, стабилизирует ее. В результате ход работы будет максимально плавным, исключаются рывки и излишний разгон в начале активной фазы. Соответственно, снижается степень износа и пустой расход энергии. Ведь фрикционные муфты предназначены для бережного отношения к валам.
Стоит уточнить, что диски иногда выполняются из жесткого пластика. Это не слишком положительно сказывается на общем эксплуатационном сроке. Логично предположить, что подобный материал быстрее выходит из строя. Но при этом разница оказывается не явно заметной, а ценовая категория устройства ощутимо изменяется.
Еще одними важными элементами стоит назвать поршень и пружину. Эти две детали служат для осуществления движения, целью которого и становится создание силы трения между дисками. Поршень подает давление на них, заставляет их вращаться, прессовать между собой. Как только оно исчерпает себя, в дело вступает пружина.
Принцип действия фрикционной муфты
Главным источником процесса становится жидкость. Именно она создает давление, которое позволяет дискам сжиматься между собой и передавать вращательный момент. В цепочке всегда присутствуют еще два элемента, ведущий и ведомый вал. Первый воздействует на второй. А вот вовремя сцепить их, передать импульс и разъединить снова – это и есть основная задача прибора.
Стоит понимать, что количественный фактор самих дисков напрямую отражает силу передаваемого момента. Не эффективность, а именно уровень давления. Выходит, что для повышения этого аспекта, если агрегат крупный и нуждается в серьезном крутящем моменте, стоит выбирать продукцию с максимальным количеством внутренних дисков. При этом во время разгона допустима пробуксовка. Это необходимо для сбрасывания напряжения, чтобы не возникло рывков на разгоне. Но если она возникает постоянно, значит, наличествует проблема: слишком крупный внутренний зазор между дисками. Он должен строго устанавливаться производителем. Отклонения ведут к неприятностям.
Конструкционные материалы
Давайте разберемся, из чего состоят детали:
Форма выпуска деталей
Почти все вариации на рынке представляют собой изделия пластинчатого типа. Это наиболее эффективная методика.
Отличия возникают в размерах. А точнее, в диаметре пластин. Но выбор тут обычно характеризуется требованием оборудования, к которому впоследствии и будет подсоединяться продукция.
Есть различия и в видах крепления абразива, который имеет серьезное значение в многодисковых изделиях. Самой эффективной вариацией считается заклепка.
В зависимости от формы, действие фрикционной муфты изменяется незначительно. Только если речь идет не о диаметре пластин, а об их количестве. Тут работает принцип: чем больше, тем мощнее. Поэтому, ориентироваться придется в любом случае на конкретное оборудование в цеху.
Видовое разнообразие
Различий множество. Существуют модели с разным количеством дисковых конструкций, с различной формой. Иногда они отличаются даже принципом подачи давления. Чтобы разобраться с тем, в пользу какой продукции отдать свое предпочтение, нужно понять их основные преимущества и недостатки. А также учесть сферу применения. Конечный выбор стоит формировать еще и исходя из ценового аспекта. Разберемся по порядку. Рассмотрим все варианты, которые предоставляет нам современный рынок.
Дисковые
Наиболее востребованный и популярный тип устройства фрикционной муфты. Идеальный выбор для станка ввиду высокой силы трения. Этот эффект достигается за счет крупного барабана. Есть модификации с «пальцами», в структуре применяется одна или сразу несколько стяжек.
К особенностям также допустимо отнести:
Конусные
В таком варианте обычно присутствует сразу определенное количество барабанов. И часто вилки у них несхожих параметров. Соединение между собой обеспечивает пластина. При этом основной задачей в эксплуатации становится привод. Выходит, это уже фрикционная муфта сцепления.
Цилиндрические
Это крупные устройства, поэтому их недопустимо использовать в транспортных средствах. Да и на производстве процесс реализуется с большой натяжкой. Поэтому оборудование подходит для строительных и схожих машин.
Главными плюсами логично назвать невысокую стойкость. Перегиб по оси обычно является слабым местом в этой сфере. Но только не с цилиндрическим модификациями, во многом благодаря размерам барабанов. Да и абразив в таком случае выполняется из стойких к морозам и высоким температурам материалов.
Многодисковые виды
Радиальные габариты – это больное место на производстве. Чтобы уменьшить их, производители используют разнообразные модификации. И это яркий пример такого выхода.
Типы с единственным барабаном
Небольшие изделия, эксплуатация производится при необходимости передачи малого усилия. Отличный вариант для малогабаритных станков. Главный положительный фактор заключается в экономии пространства. При этом есть и еще один основополагающий плюс. Это сниженное производство тепла. А значит, степень нагревания всех звеньев цепочки будет ничтожно малой. Особенно важно, если они не защищены от термического воздействия.
Типы с множественными барабанами
Назначение фрикционной муфты такого профиля лежит в иной плоскости. Передача усилия становится больше, плавность хода, соответственно, лучше. При этом снижается и давление на все основным узлы. А значит, возрастает срок эксплуатации. Жертвовать приходится местом. Ведь чем больше барабанов, тем крупнее размеры. Да и ценовой фактор также растет. Правда, зависимость от самой марки проявляется даже сильнее, чем от количества используемых деталей.
Втулочные
Выбор обладает массой логичных преимуществ. Ввиду небольшого приложения силы и давления они работают дольше. Да и вес у них значительно ниже. А также такие модели считаются более надежными, чем масса аналогов. Все это достигается за счет самой втулки, расположенной между пластинами. Она амортизирует движение, что и сказывается на плавности и безопасности работы.
Но без минусов здесь не обошлось. Все виды, классификация фрикционных муфт созданы для узких профилей. Ведь в своей сфере модели идеальны, а для других не подходят. Так и втулочные не используются для высоких оборотов. Ведь из-за амортизации прижимная сила становится меньше. И передать серьезный оборот просто физически невозможно.
Фланцевые
Небольшие перегородки, малый размер барабана. Легкое подключение к валу, минимальное количество внутренних деталей, поэтому и высокая надежность. Простой агрегат, который применяется в узком профиле. Однако из-за особенностей монтажа их можно установить не везде.
Шарнирные
В этом варианте чаще встречаются очень широкие перегородки. И они порой еще и снабжаются нарезами. Благодаря самим шарнирам снижается бесполезное трение внутри конструкции. А значит, растет эффективная работа. Да и срок службы также становится более приятным. Но минус тоже заметен – узкая специфика. Используется только в приводных агрегатах, да и то не всегда.
Кулачковые
Если выбирать продукцию для сцепления станка, то подойдет такая фрикционная муфта, схема у нее как раз подходящая для этой сферы. Используется фиксированный барабан конусовидной формы. Пластины могут отсутствовать. Мягкая фиксация позволяет барабану практически не ощущать терния. А значит, меньше стираться. Сам корпус держит очень сильное давление, что превосходно для мощных станков.
Варианты для приводов
Типовой имеет всего два диска с пластиной между ними. А также часто ставится шарнира для облегчения работы барабана. Модельный ряд тут самый разнообразный.
Градация зависит от следующих факторов:
По сути, все конструктивные аспекты построены так, чтобы сократить износ при постоянном прерывании поступления силы. Ведь привод может оборвать нагрузку в любой момент.
Втулочно–пальцевая
Направляющая деталь, которая также используется как предохранитель. Удобно то, что у нее широкий профиль. И применяется она не только на производстве. При этом ее разнообразие куда уже, чем у аналогов. А значит, выбор сокращается до минимума. Меньше мороки, ведь стандартные модели обычно точно подходят для нужных на производстве задач. Да и ассортимент таких изделий сейчас очень широк.
Фрикционная
Идеальный выбор, если усилия ведущего вала не контролируются, они в начале хода очень большие. И нужно их стабилизировать, не повредить ведомой элемент. Такие модели способны погасить начальный импульс, чтобы не допустить удара. Сразу с пробуксовкой запустить вращение, с периодом стабилизировать оборот, подстроить цепочку под один темп.
Применение
Устройство будет полезно во многих сферах. Станки на фабриках и заводах, транспорт, инженерные конструкции, специализированная техника. Главное понимать, что от выбора конкретной модели зависит практически все. И эффективность работы, и срок службы не только самой детали, но и связанных в цепочке валов. Именно поэтому работа фрикционной муфты безмерно важна. Уделите пристальное внимание характеристикам при просмотре ассортимента продавца.
Детали машин
Сцепные управляемые муфты
Сцепные управляемые муфты служат для быстрого соединения и разъединения вращающихся или неподвижных валов. Часто такие муфты используются для прерывания связи между валами или установленными на них деталями без остановки ведущего звена (входного вала). Они работают при строгой соосности валов. Сцепные муфты должны легко и быстро включаться в работу при небольшой управляющей силе и обеспечивают работу при частых переключениях.
По принципу работы сцепные управляемые муфты делят на кулачковые (с профильным замыканием) и фрикционные.
Кулачковые муфты
Сцепные управляемые муфты кулачкового типа (рис. 1) состоят из двух полумуфт с кулачками на торцовых поверхностях. При включении кулачки одной полумуфты входят во впадины другой, обеспечивая жесткое соединение входного и выходного звеньев. Для переключения муфты одну из полумуфт перемещают вдоль оси вала по шлицам, шпонке или другому направляющему элементу с помощью механизма управления муфтой.
Для уменьшения изнашивания деталей механизма управления подвижную полумуфту рекомендуется располагать на ведомом валу.
Для изготовления полумуфт сцепных кулачковых муфт используют стали марок 20Х или 20ХН. Для повышения износостойкости рабочие поверхности кулачков цементуют и закаливают до твердости Н = 54…60 HRC.
Основные элементы муфты – кулачки могут выполняться по различным профилям (рис. 2): прямоугольные (а), трапецеидальные (б), треугольные (в) соответственно для больших, средних и малых нагрузок.
Кулачки прямоугольного профиля трудны для включения, но не создают отжимающих сил при работе муфты. Остроугольные профили облегчают включение, но требуют осевой силы поджатия тем большей, чем большее отклонение от прямоугольного профиля.
Асимметричный профиль кулачков (рис. 2,г) применяют в нереверсивных механизмах для облегчения включения муфты.
Число кулачков принимают z = 3…60 в зависимости от величины вращающего момента Т и желаемого времени включения, которое тем больше, чем большее количество кулачков.
Кулачковые муфты просты в изготовлении и имеют малые габариты. Но они обладают существенным недостатком – невозможность включения на ходу при большой частоте вращения валов и при разной угловой скорости ведущего и ведомого звена, поскольку необходимо согласование положения профилей кулачков и впадин. Для предотвращения сильных ударов и повреждения кулачков включение кулачковой муфты осуществляют без нагрузки при разности окружных скоростей на кулачках не более 1 м/с.
Сцепные кулачковые муфты применяют при необязательной плавности включения в приводах, требующих совпадения угловых скоростей соединяемых валов (например, в металлорежущих станках), а также при передаче больших вращающих моментов, когда переключение производится редко.
Размеры муфт принимают конструктивно, а затем кулачки проверяют расчетом на износостойкость – по среднему давлению qm на рабочих поверхностях в предположении равномерной работы всех кулачков:
Фрикционные муфты
Сцепные управляемые фрикционные муфты (рис. 3) служат для плавного сцепления валов под нагрузкой на ходу при любых скоростях. Передачу вращающего момента осуществляют за счет сил трения на рабочих трущихся поверхностях муфты при их прижатии.
По форме поверхности трения фрикционные муфты (рис. 3) делят на дисковые (а), конусные (б) и цилиндрические (в).
В дисковых муфтах рабочими поверхностями служат плоские торцы дисков, на которые наносят фрикционный слой или крепят накладки из фрикционного материала. Чтобы давление qm равномерно распределялось по всей рабочей поверхности дисков, крайние внутренние диски изготавливают большей толщины (рис. 3, а и рис. 4 ).
Конструкцию дисковых фрикционных муфт часто выполняют по многодисковой схеме.
Цилиндрические шинно-пневматические муфты применяют в установках для бурения скважин, в экскаваторах и др.
По условиям смазывания бывают масляные (работающие в масляной ванне) и сухие фрикционные муфты. Масло служит для уменьшения изнашивания, предотвращения заедания, отвода теплоты, обеспечивает стабильность коэффициента трения.
Многодисковая фрикционная муфта
В случаях, когда необходимо уменьшить радиальные габариты фрикционных дисковых муфт, применяют их многодисковые конструкции. Применение нескольких дисков вместо одного позволяет получить одинаковую поверхность трения при меньших радиальных размерах муфты.
Такие многодисковые фрикционные муфты применяются, например, в конструкции сцепления большегрузных автомобилей КамАЗ, МАЗ и др.
Многодисковая фрикционная муфта (рис. 4) состоит из двух расположенных соосно полумуфт в виде корпуса 1 и втулки 3, дисков 4 и 5 и прижимного механизма 2. В продольные пазы внутренней поверхности корпуса входят зубья наружных (ведущих) дисков 4, а в пазы на наружной поверхности втулки – зубья внутренних (ведомых) дисков 5.
Между дисками под действием прижимной силы F возникают силы трения, обеспечивающие передачу вращающего момента.
Толщина дисков – 0,8…4,8 мм для масляных и 1,1…6,2 мм для сухих фрикционных муфт. Зазор между дисками выключенной муфты составляет 0,3…1,0 мм. Число наружных дисков масляных муфт не более 11 сухих – не более 4, так как прижимная сила F к последним дискам уменьшается вследствие трения зубьев дисков в пазах полумуфт.
Наружные и внутренние диски должны быть параллельными и строго соосными, поэтому их устанавливают на одной полумуфте.
Расчеты фрикционных муфт
Чтобы фрикционная муфта могла передавать вращение с ведущего вала на ведомый, момент сил трения между трущимися рабочими поверхностями муфты должен быть выше передаваемого вращающего момента. В противном случае муфта будет буксовать, и ведомый вал останется неподвижным.
Условие передачи муфтой требуемого момента Тр :
Необходимую прижимную силу дисков F вычисляют по формуле:
Среднее давление на трущихся поверхностях:
где [qm] – допускаемое давление.
Фрикционная муфта
Фрикцио́нная му́фта (устар. — фрикцио́н) — устройство передачи вращательного движения посредством силы трения скольжения.
Содержание
Принцип работы
По назначению фрикционные муфты могут быть сцепными и предохранительными.
Сцепная фрикционная муфта (муфта сцепления) предназначенная для разъединения и плавного соединения входного и выходного валов посредством трения.
Во время включения в работу сцепных фрикционных муфт крутящий момент на ведомом валу возрастает поступательно и пропорционально увеличению силы взаимного прижатия поверхностей трения. Это позволяет соединять валы под нагрузкой и со значительной начальной разницей их угловых скоростей. В процессе включения муфта пробуксовывает, а разгон ведомого вала осуществляется плавно без ударов.
Предохранительная муфта предназначена для разобщения входного и выходного валов в случае превышения предельной величины крутящего момента.
По типу трущихся поверхностей различают муфты дисковые, конусные, барабанные, барабанно-ленточные.
По способу создания сил трения различают муфты с пружинным, грузовым, центробежным, кулачковым, гидравлическим, пневматическим и электромагнитным нажимом.
По типу сил трения различают муфты сухого трения и муфты, работающие в масле.
Классификация фрикционных муфт
Фрикционные муфты по форме рабочих поверхностей бывают следующих видов:
На механических транспортных средствах применяется сцепление.
Фрикционная муфта гусеничного трактора
Служит для отсоединения одного из бортов при повороте.
Устройство
Принцип действия
При прямолинейном движении — пакет дисков прижат отжимным диском за счёт пружин и вращение передаётся от центральной передачи через фрикционную муфту на бортовой редуктор. При повороте — усилие от рычага управления передаётся через сервомеханизм на вилку выключения муфты. Вилка оттягивает выжимной подшипник и отжимной диск. Он отходит от пакета дисков и освобождает их, при этом сжимаются пружины. Ведущие диски начинают пробуксовывать относительно ведомых. Борт становится неведущим, а другой (ведущий) борт начинает заворачивать трактор.
См. также
Литература
 |
 |
 |
|
