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 конечное перемещение. Доступны два типа — жесткие и гибкие. Гибкие муфты компенсируют несоосность, в то время как жесткие муфты работают там, где валы уже выровнены.

В рамках этих двух широких категорий существует множество стилей соединения. Жесткие муфты включают муфты типа втулки и зажатые или компрессионные муфты. Гибкие муфты включают сильфонные, кулачковые, олдхэмовские, 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 являются жесткими на кручение и наиболее подходят, когда валы уже правильно выровнены. Одним из недостатков является то, что они подвержены вибрации и не могут работать на высоких скоростях. Большинство инженеров сходятся во мнении, что жесткие муфты требуют смещения параллельного вала значительно ниже тысячной доли дюйма.

Жесткие муфты в виде втулок подходят для применения в легких и средних условиях эксплуатации. Цельная втулка, представляющая собой, по сути, трубку с внутренним диаметром, таким же, как у валов, которые она соединяет вместе, снабжена двумя установочными винтами для крепления ее к валу. Они очень просты в использовании и обеспечивают высокую крутящую способность, жесткость и нулевой люфт.

Зажатые или компрессионные муфты состоит из двух частей, которые полностью оборачиваются вокруг стержня. Как и большинство конструкций муфт, это защищает вал от повреждений, обеспечивая при этом высокую удерживающую способность при кручении. Их преимуществом является конструкция из двух частей, которая позволяет легко демонтировать их для технического обслуживания.

Гибкие муфты устанавливайте там, где есть небольшое смещение между валами. Они компенсируют несоосность, сохраняя при этом передачу крутящего момента.

Конечно, несоосность — будь то боковая, осевая, угловая или перекошенная — приводит к менее эффективному использованию частоты вращения двигателя и крутящего момента. Несоосность также способствует преждевременному износу, включая поломки валов, вышедшие из строя подшипники и чрезмерную вибрацию.

Гибкие муфты, как правило, являются наиболее совместимыми компонентами в системах механического перемещения, поэтому их жесткость на кручение является критическим фактором для поддержания позиционного контроля над нагрузкой. Многим пользователям серводвигателей требуется, чтобы вал запускался и останавливался несколько раз в секунду, что требует жесткой на кручение муфты, помогающей сократить время установления между циклами. Однако гибкие на кручение муфты обеспечивают максимальную крутящую способность для данного размера кузова. Гибкие на кручение муфты, естественно, лучше подходят для гашения вибрации, что необходимо как при непрерывном движении, так и при циклических нагрузках.

Напомним, что движение по осям станка может быть непрерывным или с запуском и остановкой. В последнем случае муфты могут помочь снизить вибрацию и сократить время отстоя системы для повышения производительности. Напротив, приложения с непрерывным движением больше выигрывают от прочности на кручение, чем от возможностей демпфирования. Приложения для перемещения, требующие точного управления движением (например, упаковка, сканирование и инспекция), требуют муфт с нулевым люфтом.

Сильфонные муфты превосходен в приложениях для управления движением, где требуется точное управление, несмотря на несоосность вала. Если применение требует точности, поймите факторы производительности, имеющие решающее значение для выбора сильфонной муфты, подходящей для данной задачи.

Они гибкие, с нулевым люфтом.

Обратите внимание, что существует разница между люфтом (который является истинным механическим зазором, таким как тот, который находится между зубьями шестерни) и отклонением при кручении, или заводкой, которую в той или иной степени проявляют все компоненты. Большинство муфт предварительно нагружены для устранения люфта или изначально не имеют люфта, как сильфонная муфта. Но все они имеют разный уровень жесткости на кручение, которую часто заменяют поперечной гибкостью в процессе выбора муфты. Сильфонные муфты обладают очень высокой жесткостью на кручение, не выдерживают такого сильного смещения, как другие, но также не создают больших реактивных нагрузок на валы и подшипники при их изгибе.

Ключевые преимущества сильфонных муфт включают компенсацию несоосности и точную передачу скорости, позиционирования и крутящего момента. Сильфонные муфты известны своей исключительной жесткостью на кручение и гибкостью в борьбе с осевым, угловым и параллельным смещением вала. Сильфонные муфты обычно изготавливаются из трубы из нержавеющей стали, подвергнутой гидроформовке для создания глубоких гофр, которые делают их гибкими при осевых, угловых и параллельных смещениях вала. Сильфон поглощает любые незначительные перекосы между монтажными поверхностями двух компонентов.

Сильфонные муфты также допускают незначительные перекосы из-за допусков на перпендикулярность и концентричность между монтажными поверхностями двух соединяемых 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 оснащены двумя металлическими втулками и паутинной вставкой, обычно изготовленной из эластомера, которые соединены друг с другом для поглощения вибрации и ударов. Эластомер доступен с различными показателями твердости и температуры, поэтому пауки могут быть выбраны для конкретных применений. Поскольку они не такие жесткие на кручение, как другие муфты, они лучше подходят для применения при постоянном движении.

Они выпускаются двух типов: прямая челюсть и изогнутая челюсть с нулевым люфтом. Поскольку точность передачи крутящего момента может быть проблемой, прямые кулачковые муфты не используются в большинстве применений сервоприводов. Изогнутые кулачковые муфты, с другой стороны, уменьшают деформацию крестовины и воздействие центробежных сил при работе на высокой скорости (до 40 000+ оборотов в минуту). Оба типа легко справляются с осевым перемещением.

Если паук ломается, приводные губки все еще могут напрямую контактировать с ведомыми губками, сохраняя работоспособность, что делает кулачковые муфты безотказными конструкциями.

Муфты Олдхэма может быть предварительно нагружен для устранения люфта и может обрабатывать смещения всех типов в зависимости от материала диска. Они все чаще используются в качестве альтернативы прямым кулачковым соединениям на общепромышленном оборудовании, таком как насосы, клапаны, коробки передач и конвейерные системы. Они универсальны, просты в использовании и установке и обеспечивают длительный срок службы, когда возникает проблема несоосности. Их конструкция из трех частей — две ступицы и центр передачи крутящего момента — упрощает их установку и демонтаж.

Муфты Oldham очень универсальны и могут быть изготовлены из различных материалов для удовлетворения потребностей различных областей применения; например, если требуется нулевой люфт или снижение вибрации.

Они лучше всего подходят, когда параллельное смещение может быть большим. А из-за их трехкомпонентной конструкции осевое перемещение ограничено.

Дисковые муфты являются логичным выбором для серводвигателей и других требовательных применений из-за их способности передавать высокий крутящий момент, работать на высоких / изменяющихся скоростях и справляться с несоосностью и нагрузками на систему.

В то время как крутящий момент, несоосность и скоростные характеристики муфты необходимо оценивать в соответствии с требованиями системы, комплект дисков обычно является наиболее важным аспектом конструкции муфты, поскольку он влияет на все критические аспекты производительности муфты и системы, в которой она используется.

Наиболее распространенный тип дисковых муфт изготавливается из металла и может быть различной формы (с прямыми сторонами, зубчатыми краями, квадратными и т.д.). В случае металлических дисковых муфт необходимо использовать конструкции с двойным изгибом, если предполагается какое-либо смещение параллельного вала. Металлическая дисковая муфта с одинарным изгибом хороша для углового смещения, но не параллельна. Это может быть весьма выгодно в случае, если пользователю необходимо подвесить груз между двумя одинарными гибкими муфтами, поскольку их боковая жесткость может выдержать вес промежуточного компонента.

Для получения подробной информации о дизайне, отличающемся от Zero-Max Inc., смотрите боковую панель на его соединениях для компакт-дисков.

Балочные или винтовые муфты почти всегда изготавливаются из алюминия, но также доступны варианты из нержавеющей стали для использования в агрессивных средах и увеличения крутящего момента и жесткости. Их цельная конструкция делает их простыми в обслуживании. Обеспечивая нулевой люфт, они оснащены спиральными насечками, передающими крутящий момент, и могут выдерживать все типы смещений, угловых, параллельных или осевых перемещений. Параллельное движение является более сложной задачей для конструкции с одной балкой, поскольку она должна изгибаться в двух направлениях, что вызывает напряжение и, возможно, даже поломку.

В рамках этого стиля существуют две конструкции — одиночная и многолучевая. Одиночные балки лучше всего подходят для применений с низким крутящим моментом, где отсутствует параллельное смещение, в то время как многолучевые конструкции более жесткие, что обеспечивает более высокий максимальный крутящий момент.

При выборе муфты определите наиболее важную цель конструкции: должна ли она обеспечивать жесткость на кручение, гасить вибрацию или компенсировать радиальное смещение? Также определите размер вала и необходимый крутящий момент, поскольку они определяют размер муфты. Кроме того, определите соединительные материалы, которые будут выдерживать условия применения — сталь, нержавеющую сталь, эластомеры или пластмассы. Эти технические характеристики помогут определить подходящие муфты для конкретного применения.

Большинство дисковых муфт оснащены металлическим дисковым пакетом. Однако муфта для компакт-дисков Zero-Max имеет дисковую упаковку уникальной формы, изготовленную из специального композитного материала, а не из металла. Этот композитный материал является альтернативой металлическим дисковым соединениям. К преимуществам относятся его способность поглощать удары и вибрацию, способность к рассогласованию, электрическая изоляция и устранение усталости и трения, 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.

Способность компенсировать несоосность является критическим аспектом гибкой дисковой муфты. Несоосность между соединенными валами часто возникает из-за производственных допусков, неправильного монтажа или из-за нагрузок на систему.

Следует проверить параллельное, угловое и осевое смещение между соединенными валами, чтобы убедиться, что выбранная муфта соответствует поставленной задаче. Важно знать степень несоосности муфты, а также степень жесткости. Чем жестче муфта, тем большую несоосность реактивной нагрузки передадут соединяемые элементы. Эти реактивные нагрузки окажут негативное влияние на срок службы системы. Чтобы ограничить эти реактивные нагрузки, композитные дисковые муфты Zero-Max имеют меньшую радиальную жесткость, чем металлические дисковые муфты. Следовательно, они передают меньшие реактивные нагрузки на подключенное оборудование и тем самым увеличивают срок службы подключенных (и часто дорогостоящих) компонентов.

Величина несоосности, с которой может столкнуться система, обычно определяет выбор между муфтой с одним изгибом (один гибкий дисковый блок) и муфтой с двойным изгибом (два гибких дисковых блока). Несмотря на более компактные размеры, чем муфта с двойным изгибом, муфта с одним изгибом будет обладать меньшей несоосностью и более высокими нагрузками на реакцию.

Распространенным заблуждением является то, что одногибкие дисковые муфты не могут выдерживать параллельное смещение. Хотя это справедливо для металлических дисковых муфт, конструкция пакета дисков, используемого в CD-муфте Zero-Max, позволяет CD-муфте single-flex выдерживать ограниченное параллельное смещение. Это позволяет проектировщикам внедрять дисковую муфту с одним изгибом в конструкции, в которых может не хватить места для муфты с двойным изгибом.