Обновлено Майком Санторой в мае 2015 года ||Муфты — это устройства, которые соединяют два вала для передачи крутящего момента от одного к другому, обычно на вращающемся оборудовании, таком как двигатели. Они должны быть сконструированы таким образом, чтобы допускать некоторое перемещение концов. Доступны два типа муфт — жесткие и гибкие. Гибкие муфты компенсируют несоосность, в то время как жесткие муфты работают там, где валы уже соосны.

В рамках этих двух обширных категорий существуют различные типы муфт. Жесткие муфты включают муфты типа втулки и муфты с зажимом или компрессионные муфты. Гибкие муфты включают сильфонные, кулачковые, муфты типа «Олдхэм», дисковые и балочные муфты.Некоторые из них представляют собой прецизионные муфты (с управлением движением), которые обеспечивают точную передачу скорости, углового позиционирования и крутящего момента.

Жесткие муфты они устойчивы к кручению и наиболее подходят, когда валы уже находятся в правильном положении. Одним из недостатков является то, что они подвержены вибрации и не могут работать на высоких оборотах. Большинство инженеров сходятся во мнении, что жесткие муфты требуют смещения параллельного вала значительно ниже тысячной доли дюйма.

Жесткие муфты типа втулок подходят для применения в условиях легкой и средней нагрузки. Цельная втулка, представляющая собой, по сути, трубу с внутренним диаметром, равным диаметру соединяемых ею валов, крепится к валу двумя установочными винтами. Они очень просты в использовании и обладают высоким крутящим моментом, жесткостью и нулевым люфтом.

Зажимные или компрессионные муфты состоят из двух частей, которые полностью обхватывают вал. Как и большинство конструкций муфт, они защищают вал от повреждений, обеспечивая при этом высокую прочность на кручение. Их преимуществом является конструкция из двух частей, которая позволяет легко снимать их для технического обслуживания.

Гибкие муфты используйте их там, где имеется небольшое смещение между валами. Они компенсируют смещение, но при этом передают крутящий момент.

Конечно, несоосность — боковая, осевая, угловая или перекошенная — приводит к снижению эффективности использования частоты вращения и крутящего момента двигателя. Несоосность также способствует преждевременному износу, включая поломку валов, отказ подшипников и чрезмерную вибрацию.

Гибкие муфты, как правило, являются наиболее податливыми компонентами в системах механического перемещения, поэтому их жесткость на кручение является критическим фактором для поддержания контроля положения груза. Многим пользователям серводвигателей требуется, чтобы вал запускался и останавливался несколько раз в секунду, что требует жесткой на кручение муфты, помогающей сократить время между циклами. Однако гибкие на кручение муфты обеспечивают максимальный крутящий момент при заданном размере корпуса. Гибкие на кручение муфты, естественно, лучше подходят для гашения вибраций, что необходимо как при непрерывном движении, так и при циклических нагрузках.

Напомним, что движение по осям станка может быть непрерывным или осуществляться по принципу «пуск-остановка». В последнем случае муфты помогают гасить вибрацию и сокращают время отладки системы, обеспечивая более высокую производительность. Напротив, при непрерывном движении преимущество больше за счет прочности на кручение, чем за счет демпфирования. В тех областях применения, где требуется точное управление движением (например, при упаковке, сканировании и инспекции), требуются муфты с нулевым зазором.

Сильфонные муфты превосходно справляется с задачами управления движением, требующими точного регулирования, несмотря на несоосность вала. Если в какой-либо области применения требуется точность, учитывайте факторы производительности, имеющие решающее значение для выбора сильфонной муфты, подходящей для данной задачи.

Они отличаются гибкостью и отсутствием люфта.

Обратите внимание, что существует разница между люфтом (который представляет собой настоящий механический зазор, например, между зубьями шестерни) и прогибом при кручении, или заводом, который в той или иной степени проявляется у всех компонентов. Большинство муфт имеют преднатяг для устранения люфта или, как сильфонная муфта, не имеют люфта по своей природе. Но все они имеют разный уровень жесткости на кручение, который часто используется в процессе выбора муфты для обеспечения гибкости в поперечном направлении. Сильфонные муфты обладают очень высокой жесткостью на кручение, выдерживают не так много перекосов, как другие, но и не создают больших реактивных нагрузок на валы и подшипники при их изгибе.

Основными преимуществами сильфонных муфт являются компенсация несоосности и точная передача скорости, позиционирования и крутящего момента. Сильфонные муфты известны своей исключительной жесткостью при кручении и гибкостью при осевом, угловом и параллельном смещении вала. Сильфонные муфты обычно изготавливаются из трубы из нержавеющей стали, подвергнутой гидроформовке для создания глубоких гофр, которые делают их гибкими при осевом, угловом и параллельном смещении вала. Сильфон поглощает любые незначительные смещения между монтажными поверхностями двух компонентов.

Сильфонные муфты также поглощают небольшие отклонения от допусков на перпендикулярность и концентричность между монтажными поверхностями двух подключаемых компонентов. Кроме того, сильфонные муфты, как правило, обладают самой высокой жесткостью на кручение из всех муфт, сопряженных с серводвигателями, и широко используются в приложениях, требующих высокоточного позиционирования.

Кулачковые муфты они оснащены двумя металлическими втулками и крестовиной, обычно изготовленной из эластомера, которые соединены друг с другом для поглощения вибрации и ударов. Эластомер доступен в различных вариантах твердости и температурных характеристик, поэтому крестовины можно подобрать для конкретных применений. Поскольку они не так жестки на кручение, как другие муфты, они лучше подходят для применения в условиях постоянного движения.

Они выпускаются двух типов: с прямыми кулачками и с изогнутыми кулачками с нулевым зазором. Поскольку точность передачи крутящего момента может быть проблемой, муфты с прямыми кулачками не используются в большинстве сервоприводов. С другой стороны, изогнутые кулачковые муфты уменьшают деформацию крестовины и воздействие центробежных сил при работе на высокой скорости (более 40 000 об/мин). Оба типа муфт легко справляются с осевым перемещением.

Если крестовина сломается, ведущие губки по-прежнему могут напрямую контактировать с ведомыми губками, что обеспечивает бесперебойную работу кулачковых муфт.

Муфты Oldham могут быть предварительно нагружены для устранения люфта и выдерживать любые виды перекосов в зависимости от материала диска. Они все чаще используются в качестве альтернативы прямым кулачковым соединениям на общепромышленном оборудовании, таком как насосы, клапаны, редукторы и конвейерные системы. Они универсальны, просты в использовании и установке и обеспечивают длительный срок службы при возникновении проблем с перекосом. Их конструкция из трех частей — двух ступиц и передающего крутящий момент центра — упрощает установку и демонтаж.

Муфты Oldham очень универсальны и могут быть изготовлены из различных материалов в соответствии с требованиями различных областей применения, например, если требуется нулевой зазор и снижение вибрации.

Они лучше всего подходят в тех случаях, когда возможно сильное смещение параллелей. А благодаря их трехкомпонентной конструкции осевое перемещение ограничено.

Дисковые муфты являются логичным выбором для серводвигателей и других сложных применений, поскольку они способны передавать высокий крутящий момент, работать на высоких /изменяющихся скоростях и выдерживать несоосность и нагрузки на систему.

Несмотря на то, что крутящий момент, несоосность и скорость вращения муфты необходимо оценивать в соответствии с требованиями системы, комплект дисков обычно является наиболее важным аспектом конструкции муфты, поскольку он влияет на все важные эксплуатационные характеристики муфты и системы, в которой она используется.

Наиболее распространенный тип дисковых муфт изготавливается из металла и может быть различной формы (с прямыми гранями, скругленными краями, квадратными и т.д.). В случае металлических дисковых муфт необходимо использовать конструкцию с двойным изгибом, чтобы избежать смещения параллельных валов. Металлические дисковые муфты с одинарным изгибом подходят для углового смещения, но не для параллельного соединения. Это может быть весьма полезным в случае, если пользователю необходимо подвесить груз между двумя одинарными гибкими муфтами, поскольку их боковая жесткость может выдержать вес промежуточного элемента.

Более подробную информацию о конструкции, отличной от Zero-Max Inc., смотрите на боковой панели ее CD-муфт.

Балочные или винтовые соединения почти всегда они изготавливаются из алюминия, но также доступны варианты из нержавеющей стали для использования в агрессивных средах и повышения крутящего момента и жесткости. Их цельная конструкция упрощает обслуживание. Благодаря отсутствию люфта они оснащены спиральными насечками, которые передают крутящий момент и могут выдерживать все виды смещений, угловых, параллельных или осевых перемещений. Параллельное перемещение является более сложной задачей для конструкции с одной балкой, поскольку она должна изгибаться в двух направлениях, что приводит к напряжению и, возможно, даже к поломке.

В этом стиле существуют две конструкции — с одной и несколькими балками. Одиночные балки лучше всего подходят для применений с низким крутящим моментом, где отсутствует параллельное смещение, в то время как конструкции с несколькими балками более жесткие, что обеспечивает более высокий максимальный крутящий момент.

При выборе муфты определите наиболее важную цель конструкции: обеспечить жесткость при кручении, демпфирование вибраций или учесть радиальное смещение? Также определите размер вала и требуемый крутящий момент, поскольку они определяют размер муфты. Кроме того, определите, какие соединительные материалы будут выдерживать условия эксплуатации — сталь, нержавеющая сталь, эластомеры или пластмассы. Эти технические характеристики помогут определить подходящие соединительные элементы для конкретного применения.

Большинство дисковых муфт имеют металлический корпус. Однако CD-муфта Zero-Max имеет дисковый корпус уникальной формы, изготовленный не из металла, а из специального композитного материала. Этот композитный материал является альтернативой металлическим дисковым муфтам. К его преимуществам относятся способность поглощать удары и вибрацию, способность к смещению, электрическая изоляция и устранение усталости и фреттинга, распространенных неисправностей металлических дисковых муфт. В то время как металлические дисковые муфты изначально могут быть дешевле, общая стоимость композитных дисковых муфт обычно будет ниже, поскольку они не требуют технического обслуживания и рассчитаны на длительный срок службы.

Возможность устранения несоосности является важнейшим аспектом гибкой дисковой муфты. Несоосность между соединяемыми валами часто возникает из-за производственных допусков, неправильного монтажа или из-за нагрузок на систему.

Необходимо проверить параллельность, угловое и осевое смещение соединяемых валов, чтобы определить, соответствует ли выбранная муфта поставленной задаче. Важно знать степень несоосности муфты, а также ее жесткость. Чем жестче соединение, тем большее смещение реактивной нагрузки будет передаваться на соединяемые элементы. Эти реактивные нагрузки негативно скажутся на сроке службы системы. Чтобы ограничить эти реактивные нагрузки, композитные дисковые муфты Zero-Max имеют меньшую жесткость в радиальном направлении, чем металлические дисковые муфты. Таким образом, они передают меньшие реактивные нагрузки на подключаемое оборудование и тем самым увеличивают срок службы подключаемых (и часто дорогостоящих) компонентов.

Степень несоосности, с которой может столкнуться система, как правило, определяет выбор между муфтой с одним изгибом (один комплект гибких дисков) и муфтой с двумя изгибами (два комплекта гибких дисков). Несмотря на более компактные размеры, чем двухгибкая муфта, одногибкая муфта обладает меньшей способностью к смещению и более высокими реактивными нагрузками.

Распространенное заблуждение заключается в том, что одноступенчатые дисковые муфты не выдерживают параллельного смещения. Хотя это справедливо для металлических дисковых муфт, конструкция набора дисков, используемого в CD-муфте Zero-Max, позволяет использовать CD-муфту single-flex с ограниченным параллельным смещением. Это позволяет разработчикам внедрять одногибкую дисковую муфту в конструкции, в которых может не хватать места для двухгибкой муфты.