Предохранительная муфта с разрушающимся элементом

Предохранительные муфты разъединяют валы при превышении величины вращающего момента, предохраняя механизм от перегрузки. Предохранительные муфты необходимо устанавливать: в машинах ударного действия; а машинах обрабатывающих неоднородную среду, в которой возможны твердые включения; в автоматических машинах и устройствах в связи с отсутствием непрерывного наблюдения за их работой.

Предохранительные муфты с разрушающимся элементом (рис. 8.12а) применяются при редких перегрузках. Разрушающиеся элементы выполняют в виде штифтов из среднеуглеродистой улучшенной стали, прочность которых рассчитана на строго определенный вращающий момент. В случае перегрузки штифт срезается.

Такие муфты компактны, их удобно располагать близко к источникам перегрузки. Недостатки: необходимость замены штифтов при каждом срабатывании муфты.

а	б
Рис. 8.12. Предохранительные муфты

Пружинно-шариковые предохранительные муфты (рис. 8.12б) широко применяют при небольших скоростях и передаваемых моментах. Они обеспечивают высокую точность срабатывания, имеют возможность регулировки силы сжатия пружин, и, следовательно, регулировки в небольшом диапазоне моментов. При перегрузках муфта прощелкивает. Сцепление автоматически восстанавливается после прекращения действия перегрузки.

Кроме перечисленных, применяются предохранительные муфты других типов: пружинно-кулачковые, фрикционные муфты и т.д.

Обгонные муфты

Обгонные муфты (муфты свободного хода) передают момент в одном направлении и допускают свободное относительное вращение в противоположном.

Роликовая обгонная муфта (рис. 8.13) состоит из звездочки, кольцевой обоймы, роликов, пружин и толкателей. При вращении звездочки по часовой стрелке, ролики закатываются в суживающиеся полости и заклиниваются между звездочкой и обоймой. При обратном вращении ролики выкатываются в широкую часть полостей и муфта расцепляется.

Достоинства роликовых обгонных муфт: отсутствие мертвых ходов при наличии некоторой угловой податливости, важной для смягчения ударов, и почти бесшумная работа.

Рис. 8.13. Роликовая обгонная муфта

Для тихоходных валов применяют также зубчато-храповые и кулачково-храповые муфты.

Центробежные муфты

Центробежные муфты автоматически включаются при достижении определенной частоты вращения и выключаются при падении частоты вращения. Такие муфты применяются для разгона механизмов и машин с малыми пусковыми моментами и облегчения пуска.

Центробежные муфты (рис. 8.14) представляют собой фрикционные муфты, у которых механизм управления заменен специальными грузами, которые, двигаясь по направляющим под действием центробежных сил, прижимается к поверхности и тем самым включает муфту.

Рис. 8.14. Центробежная муфта

Подбор муфт

Подбор муфты начинается с выбора типа муфты на основании анализа условий работы машины, путем сравнения эксплуатационных характеристик муфт, их стоимости, массы, габаритов, технологических возможностей для изготовления и т.д.

Параметрами для выбора типоразмера выбранного типа муфты служат расчетный вращающий момент , частота вращения валов n и номинальные диаметры соединяемых валов и .

Расчетный вращающий момент вычисляется по формуле:

где — номинальный вращающий момент;

— табличное значение максимального вращающего момента, передаваемого муфтой.

— коэффициент, учитывающий режим работы (ее динамическую составляющую): При спокойной работе и небольших разгоняемых при пуске массах k = 1,1…1,5; при неравномерной работе с толчками и средних разгоняемых массах k = 1,5…2,0; при ударной нагрузке и больших разгоняемых массах k = 2,5…3,0.

В таблице приведены рекомендованные значения коэффициента k для различных типов машин:

Тип машины
Транспортеры ленточные, испытательные машины	1,25 – 1,50
Транспортеры цепные, скребковые, винтовые	1,5 – 2,0
Вентиляторы, компрессоры, насосы центробежные	1,25 – 2,0
Компрессоры и насосы поршневые	2,0 – 3,0
Станки металлорежущие:
с непрерывным движением	1,25 – 1,5
с возвратно-поступательным движением	1,5 – 2,5
Деревообрабатывающие станки	1,5 – 2,0
Мельницы шаровые, дробилки, молоты, ножницы	2,0 – 3,0
Краны грузоподъемные, элеваторы	3,0 – 4,0
Примечание: В передачах от поршневых двигателей значения на 50–80% больше.

По таблицам справочников, из подходящих по условиям работы типов муфт, подбираются муфты по посадочному диаметру валов с минимальным значением вращающего момента муфты (но не меньше расчетного вращающего момента ). При этом скорость вращения валов не должна превышать максимальной скорости вращения муфты. Если соединяются валы разного диаметра, то подбор муфт идет по большему посадочному диаметру.

При выборе муфт можно столкнуться с ситуацией, когда по справочным таблицам невозможно подобрать муфту с диаметром посадочного отверстия, равным диаметру вала двигателя или редуктора. В этом случае предполагается, что муфта будет изготовлена по размерам из справочника, но с отверстием в одной из полумуфт по диаметру вала.

Список литературы

1. Подшипники качения. Сборник стандартов. В 2-х т. Т. 1. – М.: Изд-во стандартов, 1989 – 439 с.

2. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3-х т. Т. 2. – М.: «Машиностроение», 1980 – 559 с.

3. Бабкин А.И. Проектирование цилиндрических и конических зубчатых передач. Учебно-методическое пособие для курсового проектирования. – Северодвинск: РИО Севмашвтуза, 2006 – 70 с.

4. Бабкин А.И. Проектирование клиноременных передач. Учебно-методическое пособие для курсового проектирования. – Северодвинск: РИО Севмашвтуза, 2006 – 43 с.

5. Бабкин А.И. Проектирование цепных передач. Учебно-методическое пособие для курсового проектирования. – Северодвинск: РИО Севмашвтуза, 2006 – 23 с.

6. Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин – М.: Высшая школа, 2001 – 447 с.

7. Иванов М.Н. Детали машин – М.: Высшая школа, 1991 – 383 с.

8. Иосилевич Г.Б. Детали машин – М.: Машиностроение, 1988 – 368 с.

9. Курмаз Л.В., Скойбеда А.Т. Детали машин. Проектирование – Минск.: УП «Технопринт», 2002 – 290 с.

10.Решетов Д.Н. Детали машин – М.: Машиностроение, 1989 – 496 с.

11.Шейнблит А.Е. Курсовое проектирование деталей машин – Калининград.: Янтар. сказ, 2004 – 454 с.

12.Шелофаст В.В. Основы проектирования машин – М.: Изд-во АПМ, 2000 – 472 с.

Сидел я тут, читал истории Такезо о внедрении механической лебедки на его Крузилу… Да и решил все же пошерстить интернет по следующей теме…
Думаю информация будет интересна всем обладателям механических лебедок!

С момента установки мех лебедки не покидала меня бред. . одна мысль… А бывают ли такие механические лебедки с многоразовым не ломающимся предохранительным механизмом, защищающим от превышения предельного крутящего момента…

Этакие предохранительные муфты…

Предохранительная муфта — это муфта, которая кроме соединения валов при необходимости ограничивает передаваемый крутящий момент и защищает детали машин от поломок при перегрузках. Предохранительные муфты располагают как можно ближе к месту возможного возникновения перегрузки. Муфты работают при строгой соосности валов.
В общем основу основ можно понять из материала википедии:

Пружинно-кулачковая предохранительная муфта
В пружинно-кулачковой предохранительной муфте подвижную в осевом направлении полумуфту прижимают к неподвижной постоянно действующей пружиной с регулируемой силой прижатия. При перегрузке сумма осевых составляющих сил на гранях кулачков превышает прижимную силу пружины, и муфта срабатывает — отключает ведомый вал, многократно прощелкивает кулачками, подавая звуковой сигнал о перегрузке. Срабатывание муфты сопровождают значительные ударные нагрузки, поэтому эти муфты применяют для передачи небольших вращающих моментов при малых частотах вращения и малых маховых соединяемых массах.

(Об этом мы поговорим ниже)

Предохранительная фрикционная муфта

Фрикционные предохранительные муфты автоматически восстанавливают работоспособность машины после прекращения действия перегрузки, однако точность их невысока вследствие непостоянства коэффициента трения на рабочих поверхностях дисков. Их применяют при частых кратковременных перегрузках и значительных частотах вращения. Силу нажатия создают пружиной, отрегулированной на передачу предельного вращающего момента. При срабатывании муфта поглощает механическую энергию, преобразуя ее в тепловую, передача же вращающего момента не прекращается.

(Такую муфту можно изготовить из дифференциала повышенного трения, но много колхозить, трудно настроить, нет четкого сигнала о превышении момента)

Предохранительная муфта с разрушающимся элементом

Предохранительные муфты с разрушающимся элементом выполняют со специальным предохранительным элементом в форме штифта или шпонки, работающим на срез. Эти муфты просты по конструкции, имеют малые размеры и высокую несущую способность. Недостатком их является останов машины для замены разрушившегося элемента после срабатывания муфты. Применяют в приводах, работающих с редкими случайными перегрузками.

(ну с этим вариантом знаком каждый мехлебедчик)

Долго шерстил интернет, интересного мало… Делюсь с вами о результатах поисков!
Выяснил, что неплохой вариант предельной муфты установлен на тракторе МТЗ — на кардане переднего моста. Эта муфта весьма компактная, надежная, с возможностью регулировки по моменту срабатывания.

Умельцы ставят этот девайс на трансмиссию — сразу после раздатки. Каких-либо причин, для того что бы такую вещь не ставить на кардан мех. лебедки я не увидел. Единственное — вес около 18 кг, но для экспедиционника это ерунда. В общем, цена не велика, думаю заморочиться и сляпать такую систему!
есть еще более компактные муфты, но инфы нет(((

Буду благодарен, если кто то скажет какой крутящий момент срывает родной штифт, или на какой крутящий момент расчитана лебедка, дабы ориентироваться на крутящий момент муфты?

В общем, буду рад обсудить любую информацию по теме, возможных иных вариантах! Пишем, не стесняемся))

Эти муфты служат для ограничения передаваемого момента и предохранения частей механизмов от поломок при перегрузках, превышающих расчетные.

Втулочные муфты со срезным штифтом

Размеры муфты (рис. 7) принимают

Исходными данными являются:
1. Наибольший номинальный вращающий момент Т_ном, передаваемый муфтой, Н-мм.
2. Расчетный вращающий момент Т срабатывания муфты Н-мм, во избежание случайных включений муфты берут Т = 1,25 Т_ном
3. Радиус расположения поверхности среза r, мм.
4. Материал предохранительного штифта: среднеуглеродистые стали.
5. Временное сопротивление разрыву (в зависимости от марки стали штифта) s _в, МПа.
Для расчета из табл. 22 берут коэффициент пропорциональности К между пределами прочности на срез и на разрыв.
При проектированном расчете для выбора К предварительно задается d.
Расчетный предел прочности на срез штифта, МПа

Диаметр предохранительного штифта (проектировочный расчет), мм

Предельный вращающий момент, Н-мм, при котором происходит срез штифта (проверочный расчет),

Рис. 7. Предохранительная втулочная муфта со срезным штифтом

22. Коэффициент пропорциональности К

Диаметр штифта
d, мм

Штифт с V-образной канавкой

средней вязкости
( e = 12-17%)

вязкий
( e = 20-22%)

Значения K приведены для муфт с осевым расположением штифтов.
В муфтах с радиальным расположением штифта коэффициент K следует увеличивать на 5—10% .

23. Кулачковые, шариковые и фрикционные предохранительные муфты

Муфты общего назначения климатических исполнений У и Т категорий 1—3, климатических исполнений УХЛ и О категорий 4, по ГОСТ 15150—69 предназначены для предохранения привода при передаче вращающего момента от 4 до 400 Н-м в любом пространственном положении.
Допускаемое отношение моментов срабатывания T_макс/ Т_ном= 1,2.
Полумуфты изготавливают трех исполнений:
1- с цилиндрическим посадочным отверстием и шпоночным пазом по ГОСТ 23360-78;
2 — со шлицевым посадочным отверстием, соответствующим соединению средней серии по ГОСТ 1139—80;
3 — с эвольвентным шлицевым отверстием по ГОСТ 6033—80.

Предохранительная фрикционная
муфта по ГОСТ 15622-77

Предохранительная кулачковая муфта по ГОСТ 15620-93	Предохранительная шариковая муфта по ГОСТ 15621-77

Кулачковая и
шариковая муфта Кулачковая
муфта Шариковая
муфта Номинальный
врашаюищй
момент Т, Н-м d*
H7 l
h14 l1 b h
h11 t
H12 n,
c -1

Масса, кг, не более

d₁
К6 D L d₁
K6 D L d₁
K6 D L t
H12 n,
c -1 Масса, кг,
не более Исполнение Исполнение кулачковой шариковой 1 2 3 1 2 и 3

4 8
9
10 — — 20
20
23 — 12 3 3 1,8 27 0,31 0,48 32 36 63 36 45 67 — — — — — — 6,3 9
10
11 — — 20
23
23 — 14 4 4 2,5 21 0,48 0,60 38 48 42 48 75 32 50 75 2,5 90 0,64 10 11
12
14 —
—
14 —
12
14 23
30
30 —
25
25 16 5 5 3,0 17 0,83 0,91 48 56 75 50 56 80 38 80 3,0 42 0,68 16 12
14
16 —
14
16 12
14
15 30
30
40 25
25
28 18 0,87 1,05 80 90 83 0,75 25 6 6,0 3,5 13 1,55 1,80 56 71 85 65 71 100 45 65 90 3,5 25 1,10 40 1,74 2,00 105 120 70 95 1,20 63 8 7,0 4,0 10 2,42 2,50 65 85 110 70 80 55 85 120 4,0 17 2,00 100 10 8,0 5,0 8,0 4,85 4,80 80 100 140 85 95 150 65 95 125 5,0 17 3,60 160

7,25 6,80 125 160 100 190 70 100 150 13,0 3,80

250 32
36
—
40 32
—
38
— 32
35
38
40 80
80
80
100 58
58
58
82 42 12 7 9,70 11,5 90 140 180 100 125 220 120 160 10 5,00 400 —
40
—
45

38
—
42
— 38
40
42
45

80
110
110
110 58
82
82
82 48 14 9 5,5 5 15,5 19,6 105 180 190 100 155 260 90 145 180 5,5 7 7,60

*ГОСТы предусматривают 2-й ряд для исполнения 1 как менее предпочтительный.
ГОСТ 15622—77 предусматривает муфты с моментом Т до 16 000 Н-м. Для размера b предельные отклонения по ГОСТ23360-78.
n — допускаемая частота вращения.
По ГОСТ 15622-77 материал фрикционной пары при относительной скорости скольжения: до 3 м/с — сталь по стали; свыше 3 м/с — бронза по стали.
Допускаемое давление на фрикционных поверхностях — не более 0,6 МПа. Пружины — по ГОСТ 13766-86.
Пример условного обозначения предохранительной кулачковой муфты с номинальным вращающим моментом 63 Н-м, диаметром посадочного отверстия 25 мм, исполнения 1, климатического исполнения У и категории 3:

Муфта 63—25-УЗ ГОСТ 15620—93

То же, исполнения 2 с наружным диаметром шлицев d = 25 мм:

Муфта 63—6x21x25x5—УЗ ГОСТ 15620-93

То же, исполнения 3 с номинальным диаметром зубьев шлицев, d = 25 мм, модулем m = 1,5 мм:

Муфта 63—25×1,5—УЗ ГОСТ 15620-93

23.a Обозначение посадочных отверстий муфт с прямобочными шлицами по ГОСТ 1139-80

Обозначение
по ГОСТ 1139-80

Обозначение
по ГОСТ 1139-80

24. Элементы кулачковых предохранительных муфт

Основные размеры кулачковых предохранительных муфт те же, что и основные размеры кулачковых муфт (см. табл. 14).
Грань кулачка, расположенная под углом 30°, является рабочей.
Направление вращения валов — в одну сторону, согласно расположению граней.
Сила на кулачках:

	D	h	C	C1	K	f
	40	4	10,35	6,55	14,73	0,5
	45	4	11,22	7,44	16,03	0,5
	50	4	12,09	8,33	17,33	0,5
	55	4	13,39	9,66	18,63	0,5
	60	6	14,66	8,93	22,09	0,8
	70	6	16,83	11,17	24,70	0,8
	80	6	19,00	13,38	27,30	0,8
	90	6	21,17	15,59	29,90	0,8
	100	8	22,44	14,89	34,67	1,2
	110	8	24,61	17,11	37,36	1,2
	125	8	28,92	21,52	41,16	1,2
	140	10	32,38	23,05	47,23	1,5
	160	10	36,73	27,46	52,43	1,5

Диаметр муфты D, мм

Диаметр муфты D, мм

Степень вероятности включения без холостого хода:

Вероятность включения, % 70 67 64 Диаметр муфты D, мм 40-60 70-100 110-160

25. Дисковые муфты со срезным штифтом

Размеры, мм

Наименьшая
срезывающая сила
Р, Н

d d₁ f m l_-0,1 l₁ l₂ D₁ d₂ f r t=h n 700
1300

12000
21000
33000

Штифты цилиндрические по ГОСТ 3128—70; 1,5×18; 2×18; 3×18; 4×30; 5×30; 6×45; 8×45; 10×45.
Материал: втулок—сталь 40Х, твердость 49,5 HRС_э; пробок—сталь 30, твердость 36,5 HRС_э.

Предохранительные пружинно-кулачковые муфты (рис. 8) рассчитывают на контактную прочность и изгиб так же, как и сцепные кулачковые муфты.
Допускаемый вращающий момент по контактным напряжениям, Н-мм,

где D — средний диаметр кулачков, мм; обычно D выбирается в пределах 1,25-2,5 диаметра вала;
z — число кулачков; b — ширина кулачков, мм; h — высота кулачков, мм;
р — допускаемое номинальное давление, принимают равным 30 МПа.
Допускаемый вращающий момент по изгибу (определяют для кулачков с плоскими гранями при z >11)

T=(D z 1 b [ s _и] l 2 )/6h

где z 1 — расчетное число кулачков, равное 1/2—1/3 общего числа кулачков;
[ s _и] — допускаемое напряжение на изгиб, МПа, выбирают по пределу текучести с запасом не ниже 1,5;
l — толщина кулачков у основания, см; при беззазорном сцеплении:

где a — угол наклона рабочих граней, практически принимают не более 65°.
Потребную силу сжатия пружины Р_{пр, Н, для передачи вращающего момента определяют из следующих уравнений:}

(1) (2)

где Тр — расчетный вращающий момент, мм; Н-мм; T_р = 1,3 Тном (Тном — наибольший номинальный вращающий момент);
D — средний диаметр кулачков, мм;
a — угол наклона рабочих граней, градусы;
р₁ — угол трения между кулачками (для стали 5—6°);
f₂ — коэффициент трения в шлицевом (шпоночном) соединении (для стали 0,15— 0,16);
d — диаметр вала, мм.
Формула (1) не учитывает сил трения в кулачках и в шлицевом соединении, что соответствует работе муфты при длительной перегрузке. При мгновенных перегрузках предполагается действие сил трения и расчет ведут по формуле (2).
Для, надежности работы муфты кромки кулачков следует закруглять.

Рис. 8. Предохранительная пружинно-кулачковая муфта

26. Камни для перевода муфт
Размеры, мм