Что такое муфта

Муфта — это деталь цилиндрической формы, которая применяется в подвижных и статичных механизмах. Она соединяет между собой элементы конструкции для создания непрерывного участка или передачи энергии. Такие детали находят широкое применение в различных промышленных сферах, поэтому имеют множество видов с разными конструктивными особенностями.

Назначение муфты

Основное назначение детали — соединение отдельных элементов механизма. Однако на этом возможности применения муфты не ограничиваются. К функциям детали также можно отнести:

• Передачу энергии. Первичный ведущий вал соединяется с ведомым, заставляя его крутиться. Мощность при этом остается неизменной.
• Фиксацию элементов механизма, в т. ч. привода. В трубопроводах благодаря таким деталями обеспечивается герметичность стыков.
• Уменьшение выраженности перекосов. Отклонения от первоначальной оси или нахождение валов в разных плоскостях могут появляться по причине ошибок во время монтажных работ или значительных эксплуатационных нагрузок. С помощью муфты можно компенсировать такие недочеты.
• Снижение вибраций, амортизация ударов. Соединения, образованные при помощи муфты, позволяют снизить передаваемые от ведущего вала механические ударные, колебательные, вибрационные воздействия. Благодаря этому снижается износ и увеличивается эксплуатационный срок конструкции.
• Прерывание тепловых потоков. При значительном нагреве мотора тепловая энергия вначале подается на муфту и только после этого поступает к ведомому валу. Благодаря этому вероятность перегрева всей конструкции существенно снижается.
• Предотвращение перегрузок. При значительном увеличении нагрузок муфта контролирует крутящий момент и прерывает связь.
• Увеличение длины соосных валов. Благодаря муфте передача энергии осуществляется на более значительные расстояния, чем без этой детали.
• Соединение разъединенных частей трубопровода. Эта функция особенно актуальна при срочном ремонте, когда необходимо оперативно устранить течь.

Возможности применения муфт

Муфты обеспечивают соединение не только вращающихся элементов, но также и кабелей, труб и других деталей. Благодаря широкому функционалу они находят применение в различных отраслях:

• пищевой;
• металлообрабатывающей;
• химической;
• горнодобывающей;
• нефтегазовой;
• строительной;
• станко- и машиностроительной;
• энергетической;
• сельскохозяйственной;
• сфере ЖКХ и т. д.

Муфты применяются в:

• газопроводах, водопроводах;
• канализационных, отопительных, вентиляционных системах;
• технике, используемой для обеспечения охлаждения;
• печатном, деревообрабатывающем, формовочном, буровом и другом специализированном оборудовании;
• нефтепроводах;
• насосном и компрессорном оборудовании;
• транспортных средствах;
• конвейерном оборудовании;
• спецтехнике (экструдерах, разматывателях) и т. д.

Разновидности муфт

Несмотря на то, что муфты работают по одному принципу, они имеют разные габариты, конструкцию и выполняют различные задачи.

По возможности управления различают:

• Муфты постоянного зацепления. Обеспечивают стабильную постоянную фиксацию, возможность расстыковывания не предусмотрена.
• Управляемые муфты. Могут разъединяться в случае необходимости. При этом вращательный момент продолжается или останавливается. Обычно конструкция включает полумуфты — части одного соединения, содержащие разъем. Муфты такого типа могут быть синхронными и асинхронными. Первые соединяются и включаются, если угловые скорости полумуфты равны или незначительно различаются. Вторые включаются даже при различных скоростях.
• Самодействующие муфты. Включение и выключение таких деталей происходит автоматически при смене режима работы. Они могут быть обгонными, центробежными и предохранительными. Первые включают полумуфты, которые соединяются и разъединяются в зависимости от направления вращательного движения или скоростной разницы. Вторые работают под воздействием центробежной силы, которая возникает при перемещениях. Третьи могут разъединяться в автоматическом режиме, если значение передаваемого крутящего момента превышено.

По функциональному назначению выделяют:

• Соединительные муфты. Соединяют элементы конструкции между собой.
• Стыковые муфты. Применяются чаще всего при ремонте: их монтируют в поврежденные части трубопроводов. В конструкции таких деталей предусмотрены специальные соединительные зоны: сварные, фланцевые или резьбовые.
• Обжимные муфты. Как и стыковые, используются при проведении ремонтных работ. Выполнены в виде хомута, который устанавливается в поврежденной зоне. Обжимная муфта затягивается, благодаря чему создается герметизирующий эффект.
• Компенсирующие муфты. Их задача — нейтрализация последствий перекосов и несоосности валов.
• Предохранительные муфты. Защищают части механизма от перегрузок. Муфты такого типа фиксируют изменения крутящего момента и при превышении допустимых значений прерывают связь.

По приведению в действие ведомого вала различают:

• Механические муфты. Вращение передается за счет механического усилия, создаваемого под воздействием работы механизма.
• Гидравлические муфты. Передача вращения осуществляется за счет гидравлики.
• Магнитные муфты. Передача вращения в них передается за счет магнитного поля.
• Электромагнитные муфты. Передача крутящего момента осуществляется посредством зацепления или трения, которое управляется при помощи электромагнита.
• Пневматические муфты. Приводятся в действие за счет силы сжатого газа или воздуха.

По типу конструкции бывают:

1. Жесткие муфты. Такие детали предотвращают смещение элементов механизма и позволяют передавать значительную мощность, например, в больших турбинах. Чаще всего их устанавливают в вертикальные конструкции, например, насосы. Благодаря жестким муфтам создается единая система, которая функционирует в качестве вала.
2. Гибкие муфты. Допускают смещение элементов конструкции, но при этом обеспечивают их надежное соединение. Гибкие муфты уменьшают вибрационные колебания и снижают вероятность износа механизмов по причине динамики.
3. Втулочные муфты. Представляют собой глухую деталь с втулкой, которая фиксируется на концах стыкуемых валов. Могут устанавливаться шпоночным, шлицевым, штифтовым, резьбовым способом.
4. Муфты с разъемным соединением. Такие детали состоят из полумуфт, которые фиксируются болтами. Благодаря такой конструкции значительно упрощается процесс монтажа, что позволяет устанавливать муфты в труднодоступные зоны.
5. Фланцевые муфты. Детали имеют форму фланцев, которые насаживаются на валовые концы. Между собой они фиксируются при помощи болтов. Муфты такого типа считаются жесткими. Они используются не только для передачи вращения, но также и для уплотнения стыковых зон. Фланцевые муфты способны выдержать значительное давление в гидравлических системах.
6. Зубчатые муфты. Имеют конструкцию, схожую с фланцевыми. Зубчатые муфты являются гибкими, поэтому используются для соединения несоосных валов. Передача энергии в таких деталях осуществляется через зубчатые внутренние и внешние колеса.
7. Универсальные шарниры Гука. Предназначены для непараллельных пересекающихся конструкций, которые соединяются между собой под небольшим углом. Детали компенсируют смещения, при этом передача вращения передается без потерь.
8. Муфты Олдхема. Подходят для соединяемых элементов конструкций, которые расположены с боковым смещением друг к другу. Деталь включает 2 фланца, которые фиксируются на валовых концах, и диск с прямоугольными выступами. Муфты Олдхема можно использовать для механизмов, части которых расположены на разных высотах. В процессе движения валов расположенный по центру диск перемещается и регулируется с учетом смещений.
9. Мембранные муфты. Обеспечивают компенсацию угловых, осевых и минимальных параллельных смещений. Такие детали чаще всего используются в крупных вращающихся конструкциях, таких как вертолеты, турбомашинные аппараты, генераторные и компрессорные установки и т. д.
10. Кулачковые муфты. Используются в конструкциях с угловыми смещениями, где требуется управление движением с передачей небольшой или средней мощности. Муфты такого типа устанавливаются в насосном оборудовании, компрессорах и т. д. Деталь состоит из подвижных втулок с расположенными в торцевой части кулачками. При совмещении они оказываются в крестовине.
11. Балочные муфты. Подвергаются механической обработке в производственных условиях, поэтому отличаются гибкостью к осевым, параллельным и угловым смещениям. Эффективно передают вращения небольшой мощности. Имеют цилиндрическую форму с винтовыми разрезами.
12. Гидравлические муфты. Передача крутящего момента осуществляется посредством гидравлической жидкости. Муфты такого типа используются в транспортных сцеплениях, локомотивах, силовых установках и других механизмах, где присутствуют постоянные и циклические нагрузки.

Типы муфтовых соединений

Муфтовые соединения различаются по возможности смещения валов и устойчивости к нагрузкам. К наиболее распространенным типам относятся:

• Жесткие соединения. Соединение постоянное, быстрая разборка не предусмотрена. Подходит для массивных конструкций, где важно обеспечить надежную фиксацию элементов без малейших сдвигов. Важно учесть, что жесткие соединения требуют обеспечения соосности валов. Если они находятся в разных осях, значительно увеличивается вероятность деформационных разрушений.
• Упругие соединения. Отличаются гибкостью за счет специального зубчатого колеса или втулки, благодаря чему достигается гибкость конструкции. Упругие соединения справляются с высокими динамическими нагрузками, такими как сильные вибрации, колебания и т. д.
• Сцепные соединения. Используются в конструкциях, где требуется периодическое смыкание и размыкание валов. В соединениях этого типа одна составляющая зафиксирована на основном элементе, который передает энергию. Другая составляющая, которая находится на втором валу, скользит вдоль него. После сцепления обе части смыкаются между собой.

Особенности выбора

При выборе муфты следует принимать в расчет следующие параметры:

• Величина крутящего момента. Этот показатель зависит от целей использования муфты. Для управления движением высокая величина не требуется. Если же необходима передача большой мощности, показатель крутящего момента должен быть высоким.
• Уровень нагрузки. При высоких нагрузках требуется надежное соединение. Соответственно, прочность материала, из которого выполнена муфта, должна быть соответствующей.
• Габариты валов. От их размера зависит диаметр муфты.
• Положение валов. Необходимо обратить внимание на их соосность, смещение. При наличии отклонений от оси подойдут только определенные типы муфт.
• Интенсивность вращения. Важно учитывать предельное количество оборотов, которое совершается за 60 секунд. Интенсивность вращения определяется мощностью и номинальным числом вращательных движений приводного вала.
• Необходимость использования смазки. Следует уточнить, требуется ли смазывать детали, с какой периодичностью это необходимо делать, каким материалам стоит отдать предпочтение.

Возможности и преимущества применения муфт

Использование муфт позволяет обеспечить:

• устойчивость стыковых зон к агрессивным воздействиям, коррозийным процессам, повышенной влажности;
• герметичность и надежность соединений;
• возможность создания неразъемных и сборных соединений.

Муфты выдерживают значительные нагрузки, отличаются простотой монтажа и обслуживания.