Введение

Механическое соединение между двумя объектами – механическое соединение между двумя объектами.

Муфта – это устройство, используемое для соединения двух валов на концах с целью передачи мощности. Основное назначение муфт – соединять два вращающихся элемента оборудования, допуская при этом некоторую степень несоосности или осевого перемещения, или и то, и другое. В более широком смысле, муфта может быть механическим устройством, служащим для соединения концов смежных деталей или объектов. Муфты обычно не предусматривают разъединение валов во время работы, однако существуют муфты, ограничивающие крутящий момент, которые могут проскальзывать или разъединяться при превышении определенного предела крутящего момента. Правильный выбор, установка и обслуживание муфт могут привести к сокращению времени и затрат на техническое обслуживание.

Луч

Сцепление с пучком, также известное как спиральное соединение, — это гибкое соединение для передачи крутящего момента между двумя валами, допускающее угловое смещение, параллельный сдвиг и даже осевое перемещение одного вала относительно другого. Эта конструкция выполнена из цельного куска материала и приобретает гибкость за счет удаления материала по спирали, в результате чего образуется изогнутый гибкий луч спиральной формы. Поскольку сцепление выполнено из цельного куска материала, оно не имеет люфта, характерного для некоторых многокомпонентных соединений. Еще одним преимуществом цельнообработанной конструкции является возможность интеграции дополнительных элементов в готовое изделие, сохраняя при этом его монолитность. Изменение шага спирального луча влияет на возможности компенсации смещений, а также на другие характеристики, такие как передаваемый крутящий момент и угловая жесткость. Возможно даже наличие нескольких спиралей в пределах одной спирали. Материал, используемый для изготовления сцепления с пучком, также влияет на его характеристики и пригодность для конкретных областей применения, таких как пищевая, медицинская промышленность и аэрокосмическая техника. Обычно используются алюминиевые и нержавеющие сплавы, но также возможно изготовление из ацеталя, мартенситной стали и титана. Наиболее распространенные области применения — подключение вращающихся энкодеров к валам и управление движением в робототехнике. Сцепления с пучком могут иметь различные названия в зависимости от отрасли. К ним относятся гибкое соединение, гибкое лучевое соединение, гибкое вальное соединение, гибкий элемент, спиральное соединение и вальное соединение. Основное преимущество использования гибкого сцепления с пучком для соединения двух вращающихся валов заключается в снижении вибрации и реактивных нагрузок, что, в свою очередь, уменьшает общий износ оборудования и продлевает срок его службы.

Фланцевая шина

Втулочно-пальцевая муфта используется для незначительного несоосности соединяемых валов. Это модифицированная форма фланцевой муфты защитного типа. Данный тип муфты имеет пальцы и работает с соединительными болтами. На пальцы устанавливаются резиновые или кожаные втулки. Муфта состоит из двух несимметричных половин. Пальцы жестко закреплены гайками на одном фланце и свободно установлены на другом. Эта муфта применяется для соединения валов с небольшим параллельным, угловым или осевым смещением. Резиновые втулки в этой муфте поглощают удары и вибрации во время работы. Этот тип муфты чаще всего используется для соединения электродвигателей и оборудования.

Постоянная скорость

Существуют различные типы шарниров равных угловых скоростей (CV): шарнир Rzeppa, двойной карданный шарнир и шарнир Thompson.

Клепка или разделитель

В этом типе муфты, муфта или втулка изготавливаются из двух половин чугуна, которые соединяются при помощи шпилек или болтов из мягкой стали. Преимуществом этой муфты является возможность её сборки или разборки без смещения вала. Эта муфта применяется для передачи больших мощностей при умеренных скоростях.

Диафрагма

Диафрагменные муфты передают крутящий момент от внешнего диаметра гибкой пластины к внутреннему диаметру через втулку или разделительную втулку, а затем от внутреннего к внешнему диаметру. Деформация пластины или серии пластин от внутреннего диаметра к внешнему диаметру компенсирует несоосность.

Диск

Дисковые муфты передают крутящий момент от ведущего вала к ведомому валу по касательной на общем округе болтов. Крутящий момент передается между болтами посредством серии тонких дисков из нержавеющей стали, собранных в пакет. Компенсация несоосности достигается за счет деформации материала между болтами.

Эластичный

Эластичная сцепка передает крутящий момент или другую нагрузку посредством эластичного элемента. Примером может служить сцепление, используемое для соединения оснастки виндсерфинга (паруса, мачты и компонентов) с доской для виндсерфинга. В терминологии виндсерфинга это обычно называют "карданным шарниром", однако современные конструкции чаще всего основаны на прочном гибком материале и точнее описываются как эластичная муфта. Они могут иметь форму сухожилия или песочных часов и изготавливаются из прочного и долговечного эластичного материала. В данном применении сцепка не передает крутящий момент, а передает усилие от паруса на доску, создавая тягу (часть усилия от паруса также передается через тело райдера).

Гибкий

Гибкие муфты обычно используются для передачи крутящего момента от одного вала к другому, когда валы имеют небольшое несоосность. Они могут компенсировать различные степени угловой несоосности до 1,5° и некоторую параллельную несоосность. Они также могут применяться для гашения вибраций или снижения шума. В вращающихся валах гибкая муфта может защитить ведущие и ведомые компоненты валов (например, подшипники) от негативного воздействия таких факторов, как несоосность валов, вибрация, ударные нагрузки и тепловое расширение валов или других компонентов. Гибкие муфты в первую очередь разделяются на две основные группы: металлические и эластомерные. Металлические муфты используют свободно подогнанные детали, которые катятся или скользят друг относительно друга, либо, с другой стороны, неподвижные детали, которые изгибаются для компенсации несоосности. Эластомерные муфты, в свою очередь, получают гибкость от упругих, неподвижных, эластичных или пластичных элементов, передающих крутящий момент между металлическими втулками.

Корабль

Зубчатая муфта – это механическое устройство для передачи крутящего момента между двумя не коллинеарными валами. Она состоит из гибкого соединения, закрепленного на каждом валу. Эти два соединения соединены третьим валом, называемым шпинделем. Каждое соединение состоит из пары внутренних и внешних зубчатых колес с передаточным отношением 1:1. Боковые поверхности зубов и внешний диаметр внешнего зубчатого колеса имеют выпуклую форму, чтобы обеспечить угловое смещение между двумя колесами. Механически, зубчатые колеса эквивалентны вращающимся шлицам с модифицированными профилями. Они называются зубчатыми колесами из-за относительно большого размера зубьев. Зубчатые муфты и карданные шарниры используются в схожих областях применения. Зубчатые муфты имеют более высокую плотность крутящего момента, чем карданные шарниры, рассчитанные на установку в заданном пространстве, в то время как карданные шарниры вызывают меньшие вибрации. Ограничение плотности крутящего момента в карданных шарнирах обусловлено ограниченным сечением крестовины и вилки. Зубья зубчатых колес в зубчатой муфте имеют большой люфт, чтобы допускать угловое рассогласование. Избыточный люфт может способствовать возникновению вибрации. Зубчатые муфты обычно ограничены угловым рассогласованием, то есть углом шпинделя относительно осей соединенных валов, в 4–5°. Карданные шарниры способны выдерживать большее рассогласование. Однозвенные зубчатые муфты также используются для соединения двух номинально коаксиальных валов. В этом случае устройство называется гибкой зубчатой или просто гибкой муфтой. Однозвенное соединение допускает незначительные рассогласования, такие как ошибки при установке и изменения в выравнивании валов из-за условий эксплуатации. Эти типы зубчатых муфт обычно ограничены угловым рассогласованием в 1/4–1/2°.

Сеть

Сетчатая муфта состоит из двух втулок вала, металлической сетчатой пружины и разъемного комплекта крышек. Крутящий момент передается между двумя втулками вала муфты через металлический элемент сетчатой пружины. Как и металлические зубчатые и дисковые муфты, сетчатые муфты обладают высокой удельной мощностью по крутящему моменту. Преимуществом сетчатых муфт по сравнению с зубчатыми или дисковыми является способность их сетчатых пружинных элементов поглощать и распределять энергию ударных нагрузок во времени. Это снижает величину пиковых нагрузок и обеспечивает некоторое демпфирование вибраций. Недостатком конструкции сетчатой муфты является ее ограниченная способность компенсировать несоосность.

Высокая гибкость

Высокогибкие муфты устанавливаются в случаях, когда существует риск резонанса или крутильных колебаний, поскольку они разработаны для устранения проблем с крутильными вибрациями и гашения ударных нагрузок. Они применяются в системах, требующих высокой гибкости на скручивание и способности компенсировать несоосность. Этот тип муфты обеспечивает эффективное демпфирование крутильных колебаний и обладает большой величиной допустимых смещений, что защищает привод. Конструкция высокогибких эластичных муфт упрощает монтаж. Эти муфты также компенсируют смещения вала (радиальные, осевые и угловые), а крутящий момент передается посредством сдвига. В зависимости от размера и жесткости муфты, гибкий элемент может быть одно- или многорядным.

Стыки для гирта

В шарнирах Хирта для передачи крутящего момента используются конические зубья на сопряженных концах двух валов.

Челюсть

Челюстное муфтовое соединение также известно как муфта "паук" или муфта Лавджоя.

Магнитные

Магнитная муфта использует магнитные силы для передачи мощности с одного вала на другой без какого-либо контакта. Это обеспечивает полную изоляцию сред. Она позволяет герметично разделять два пространства, при этом продолжая передавать механическую мощность, что делает такие муфты идеальными для применений, где предотвращение перекрестного загрязнения критически важно.

Олдхэм

У муфты Олдхэма три диска: один соединен с входным валом, один – с выходным, а средний диск соединен с первыми двумя посредством паза и выступа. Паз и выступ с одной стороны расположены перпендикулярно пазу и выступу с другой. Средний диск вращается вокруг своего центра с той же скоростью, что и входной и выходной валы. Его центр описывает круговую орбиту, совершая два оборота за один оборот валов, вокруг середины между входным и выходным валами. Часто для уменьшения люфта механизма используются пружины. Преимуществом этого типа муфты, по сравнению с двумя карданными шарнирами, является её компактный размер. Муфта названа в честь Джона Олдхэма, который изобрел её в Ирландии в 1821 году для решения проблемы в конструкции гребного парохода.

Смесь из ткани

Раг-соединения широко применяются в рулевом управлении и трансмиссиях автомобилей. При использовании в трансмиссии они иногда называются гибкими муфтами (гиубо).

Жесткий

Жесткие муфты используются, когда требуется точное выравнивание валов; любое отклонение от соосности валов повлияет на работу муфты, а также на срок ее службы, поскольку жесткие муфты не способны компенсировать несоосность. В связи с этим область их применения ограничена, и они обычно используются в приводах с вертикальным расположением. Зажимные или компрессионные жесткие муфты состоят из двух частей и устанавливаются вокруг валов, образуя гильзу. Они обладают большей гибкостью, чем муфты гильзового типа, и могут использоваться на валах, жестко закрепленных в пространстве. Как правило, они достаточно массивны, чтобы винты могли проходить сквозь всю муфту и вступать в резьбу во второй половине, обеспечивая надежное крепление. Фланцевые жесткие муфты предназначены для работы с большими нагрузками или в промышленном оборудовании. Они состоят из коротких гильз, окруженных перпендикулярными фланцами. По одной муфте устанавливается на каждый вал, чтобы фланцы соприкасались друг с другом. Затем в фланцы устанавливаются винты или болты для их соединения. Благодаря своим размерам и прочности, фланцевые муфты могут использоваться для предварительного выравнивания валов перед их соединением.

Рукав, коробка или муф

Рукавная муфта состоит из трубы, внутренний диаметр которой обработан до требуемой точности, исходя из размера вала. В зависимости от назначения муфты, во внутреннем диаметре выполняется шпоночный паз для передачи крутящего момента посредством шпонки. Для фиксации муфты предусмотрены два отверстия с резьбой. Рукавные муфты также известны как коробчатые муфты. В этом случае концы валов соединяются вплотную друг к другу и охватываются муфтой или рукавом. Клиновые шпонки с головкой удерживают вместе два вала и муфту (это самый простой тип муфты). Она изготавливается из чугуна и отличается простотой конструкции и изготовления. Она представляет собой полую трубу, внутренний диаметр которой соответствует диаметру валов. Полая труба надевается на два или более концов валов с помощью конической шпонки. Шпонка и муфта служат для передачи мощности с одного вала на другой.

Замок вала конический

Конический замок — это тип бесшпоночного устройства для фиксации вала, не требующий удаления материала с вала. Принцип его работы схож с муфтой-зажимом, но момент вращения прикладывается ближе к центру вала. Являясь альтернативой традиционному шпоночному соединению, конический замок исключает люфт, возникающий из-за износа шпоночных пазов. Он более надежен, чем использование шпонки, поскольку для обслуживания требуется только один инструмент, а самоцентрирующееся, сбалансированное вращение обеспечивает больший срок службы по сравнению с шпоночным соединением, однако его стоимость выше.

Двойная пружина

Гибкая муфта, изготовленная из двух встречно навитых пружин с шариковым подшипником в центре, обеспечивающая передачу крутящего момента от входного к выходному валу. Не требует смазки для непрерывной работы, поскольку не содержит внутренних компонентов.

Остаток

Соединения обычно балансируются на заводе перед отправкой, но в процессе эксплуатации они могут потерять баланс. Балансировка может быть сложной и дорогостоящей, и обычно проводится только тогда, когда рабочие допуски требуют этого, и затраченные усилия и расходы оправданы. Допустимый уровень дисбаланса соединения в любой системе определяется характеристиками конкретно подключенных машин и может быть установлен посредством детального анализа или практического опыта.