Кулачковая муфта: назначение, конструкция, выбор, преимущества

Для передачи крутящего момента путем замыкания и размыкания соосных валов используется специальное приспособление – кулачковая муфта. Данное устройство предназначено для присоединения двигателя к различным механизмам. Упругий элемент соединяет валы, которые получают в рабочем процессе несущественные смещения осей. С помощью кулачковой муфты удается компенсировать различные смещения, гасить небольшие вибрации и амортизировать умеренные ударные нагрузки. Она не требует техобслуживания и оснащена замковым механизмом, значительно облегчающим монтажно-демонтажные работы на месте.

Функции и назначение

Кулачковая муфта – экономичное решение для использования в стандартных сферах применения. Устройство обладает следующими функциональными возможностями:

• компенсация различных смещений;
• ограничение крутящего момента и скорости;
• смягчение вибраций и ударов;
• замыкание валов;
• управление включением элемента оборудования без остановки электродвигателя.

Основные виды

Муфты классифицируются по множеству параметров. В зависимости от привода изделия бывают следующих типов:

1. Гидравлические. Посредством гидроцилиндра обеспечивается передвижение полумуфты. Отличается легкостью управления и повышенной скоростью срабатывания, однако требует наличия на станочном оборудовании гидравлики и блокирующей системы. Техобслуживание гидравлической установки довольно сложное и обходится недешево.
2. Механические. Замыкание осуществляется с помощью системы рычагов ручным способом. Специалист поворачивает рукоятку с приводом или передвигает рычажок. Это действие требует больших усилий от оператора. Также необходима установка блокировки, которая не позволяет кулачковой муфте двигаться на ходу станка. Техобслуживание устройства заключается в регулярном визуальном осмотре и смазке подвижных элементов.
3. Электромагнитные. Блок соленоида является основным рабочим элементом привода. Отличаются простотой использования и имеют компактные размеры. Легко встраивается в автосистемы управления и блокировки. Техобслуживание заключается в регулярном осмотре и смазке частей.

В зависимости от примененного профиля кулачков муфты бывают в виде:

1. Прямоугольника. Ключевые преимущества: передают большую мощность, отличаются максимальной площадью поперечного соприкосновения. Требуют точного расположения полумуфт для зацепления.
2. Асимметричной трапеции. Характерная особенность: вращение происходит лишь в одном направлении. За счет наклона профиля удается получить отсутствие реверса. При вращении в обратную сторону полумуфты замыкание прекращается, следовательно, не передается крутящий момент. В таком режиме агрегат не способен работать постоянно.
3. Симметричной трапеции. Предельно точного расположения не требуется, компенсация зазоров осуществляется благодаря изменяемой глубины посадки кулачков.

Стоит отдельно упомянуть еще об одной конструкции, которая была создана для соединения валов с параллельными, но не совпадающими осями. Такая муфта впервые была разработана в начале девятнадцатого столетия Дж. Олдэмом. Устройство имеет интересную конструкцию. Два диска располагаются на валу, а еще один находится посередине, подсоединен с помощью шлицевого выступа. Причем пазы и выступы расположены перпендикулярно. Скользя в пазах, диск, находящийся между двумя другими, вращается. Он совершает для оборота за оборот ведущего вала.

Конструктивные особенности

Основными частями кулачковой муфты являются:

• зубчатый венец;
• ведущая полумуфта, которая устанавливается на ведущем валу;
• ведомая полумуфта, может смещаться по своему валу в продольном направлении с помощью шлицевого или шпоночного соединения.

Муфта может работать в течении 24 часов, вращаясь в любую сторону, однако требует кратковременных остановок. Полумуфты в отключенном состоянии расходятся в стороны, валы могут вращаться в любом направлении. На их торцах выточены кулачки трапециевидной или треугольной формы, которые используются для зацепления с зубцами звездочки. Между кулачками устанавливается эвольвентный венец. С помощью последнего элемента кулачки сцепляются при замыкании полумуфт.

Опишем данный процесс более подробно. При соединении подвижная полумуфта приближается к неподвижной. Кулачки зацепляются, звездочка занимает место между ними, тем самым обеспечивая контакт. Профиль зубцов выполнен в виде эвольвенты. Благодаря такой конструкции не возникает кромочного давления кулачков при незамыкании. Зубцы и кулачки превращают конструкцию в цельную деталь. Валы готовы к работе без энергозатрат на вибрацию и взаимодействие.

Стоит отметить, что для снижения вибраций звездочки и полумуфты должны быть изготовлены с высокой точностью. Ни в коем случае нельзя подключать муфту при высокой скорости вращения. Это действие может привести к повреждению механизма. Также не стоит отсоединять агрегат, если он находится под нагрузкой.

Из чего производят детали?

Корпус устройства производится из чугуна, стали или сплава алюминия. Зачастую кулачки муфты изготавливаются из высокопрочной стали, а звездочка, которая гасит колебания при работе устройства, выполняется из термопластика или особо прочных пластмасс.

Что входит в комплектацию?

Как правило, в комплект поставки входят инструкция, зубчатый венец, две полумуфты и упаковка. Зачастую полумуфты называются ступицами в отгрузочной документации.

Облегчить монтажные работы призван установочный винт, который иногда предоставляют в качестве дополнения. Если изделие оснащено приводом, добавляется еще и схема его устройства.

Как выбрать агрегат

Подбор изделия выполняется согласно его ключевым характеристикам:

• типа привода;
• диаметра вала;
• крутящего момента;
• скорости вращения;
• типа соединения;
• стоимости детали;
• ускорения вращения;
• стоимости обладения за эксплуатационный период (с учетом техобслуживания).

Если валы располагаются параллельно друг другу, стоит выбрать изделие кулачково-дискового типа. Специалист учитывает все перечисленные характеристики вместе и выбирает наиболее оптимальную деталь, которая подходит к условиям применения. Также важное значение имеет репутация завода-изготовителя. Покупка бюджетных изделий от неизвестных производителей может привести к быстрому износу не только самой муфты, но и всего устройства, выходу из строя оборудования и травмам работников.

Особенности установки и эксплуатации

Для облегчения проведения монтажных работ рекомендуется провести небольшой нагрев ступицы. Помимо этого, следует обеспечить осевое крепление ступицы посредством упорной шайбы, либо монтажным винтом.

Как правило, эксплуатация муфты производится в определенном температурном диапазоне. Данная информация обычно указывается в паспорте изделия. Для минимального износа и высокоэффективной работы устройства необходимо соблюдать соосность валов. Нарушение этого требования может привести к износу муфты. Подключение осуществляется при остановке или вращении валов на малых скоростях.

Если при эксплуатации на углах кулачков муфты появились скосы или они повредились, следует выполнить ремонт посредством наплавки металла. В рабочем состоянии кулачки должны входить в зацепление. Для обеспечения отвода тепла и стабильной работы муфты рекомендуется использовать масло высокой вязкости. По истечении 16 тысяч часов работы износ элемента не должен быть ниже 90 %.

Условия перевозки и хранения

Перевозку кулачковой муфты нужно выполнять в разобранном виде. Если же по условиям доставки необходима поставка в собранном виде – в таком случае следует защитить устройство от механических повреждений и коррозии, а также принять меры к защите его от воздействий пагубных веществ.

Хранить муфты нужно при относительной влажности до 62% и температуре воздуха не более 23°С. Раскладывать на стеллажах нужно без нагромождений. Ставить друг на друга изделия нельзя. Также нужно защитить муфту от воздействия нагревательных устройств и УФ лучей.

Основные преимущества

Конструктивные особенности муфты обеспечивают стабильную работу ее ключевых частей на сжатие, что существенно повышает допустимые нагрузки на устройство в целом. Высокопрочный материал зубчатого венца и спецпрофиль кулачков дают возможность компенсировать несущественное смещение валов, а также обеспечивают высокоэффективное гашение колебаний. Кулачковые конструкции способны передавать довольно большие крутящие моменты, отличаясь при этом низким моментом инерции, особой компактностью и небольшой массой. Упругий материал звездочки отлично гасит крутильные колебания и смягчает удары, возникающие вследствие неравномерной работы электродвигателя. Простота конструкции и техобслуживания также являются важнейшими эксплуатационными преимуществами.

Таким образом, кулачковая муфта обладает целым рядом преимуществ:

• большой выбор степеней жесткости изделия;
• высокая степень отказоустойчивости;
• компактный размер;
• небольшой вес;
• низкий момент инерции;
• простой демонтаж детали;
• способность работать на больших скоростях;
• старт и торможение без люфта;
• электроизоляция.

Комплектация элемента производится в любой необходимой конфигурации. Кулачковая муфта может состоять из различных полумуфт и укомплектована звездочкой необходимой твердости. Допускается использовать сочетание полумуфт разных видов с посадочными отверстиями разных диаметров, а в некоторых случаях – разных вращающих моментов.

Сферы применения

Ключевые высоконагруженные детали используются везде, где следует передавать по валу высокие моменты вращения. Муфты кулачкового типа призваны быстро соединять и отсоединять ведомый вал от ведущего. Они нашли применение в следующих сферах:

• дорожно-строительная и с\х техника;
• металлургия;
• оборудование для пищевой, лесной и химпромышленности;
• производство вооружений;
• станко- и приборостроение;
• транспорт;
• добывающая промышленность;
• энергетика и пр.

Таким образом, кулачковые муфты имеют широкий спеки промышленного применения, от генераторных установок и ленточных конвейеров до подъемников и мельниц. Некоторые виды устройств используются в КПП гоночных болидов.

Для обеспечения ограничения предельной мощности применяются предохранительные кулачковые муфты. Жесткие изделия используются в случае высоких мощностей и малых оборотов. При высоких и средних оборотах применяются агрегаты с демпфирующим элементом. Муфты с механическим приводом используются в основном в настольном станочном оборудовании. Более сложные устройства оснащаются приводом и управляются автоматически.