Муфты необходимы между приводным электродвигателем и редукторами и между редуктором и приводимой машиной для того, чтобы:
амортизировать удар между приводным электродвигателем и приводимой машиной во время пуска;
компенсировать несоосность соединяемых валов; поглощать вибрации приводного механизма; контролировать вращающий момент во время пускового периода.
Муфты делятся на постоянные, скользящие, упругие и гидродинамические муфты или их комбинации.
Упругие муфты
Основные характеристики упругих муфт — гибкость в сочетании с упругостью при кручении, простота монтажа и разборки, надежность даже при больших перегрузках, компактность конструкции, долговечность и простота центровки и ремонтного обслуживания. Упругая деформация и демпфирующая способность резиновых элементов позволяют муфте амортизировать ударные нагрузки и снижать критическую скорость. Очень важно, чтобы соосность расположения валов между узлами привода была по возможности точнее, так как в противном случае возможен преждевременный износ гибких элементов. Существуют различные случаи несоосности или их комбинации:
радиальное смещение устраняется проверкой с помощью проверочной линейки до получения полного контакта по всей наружной поверхности полумуфт;
угловое смещение устраняется проверкой с помощью шаблона зазора между полумуфтами, который должен быть одинаковым по всей наружной поверхности муфты.
Ниже приводятся некоторые из наиболее важных конструкций упругих муфт:
а) упругая втулочно-пальцевая муфта состоит из двух полумуфт, изготовленных из чугуна. На одной полумуфте закреплены пальцы с надетыми на них резиновыми втулками. Другая полумуфта имеет просверленные отверстия, в которые входят резиновые втулки.
Под нагрузкой втулки из синтетической резины становятся более жесткими, устраняя эффект резонанса при критических скоростях.
Специальная форма резиновой втулки и ее вулканизация на бронзовом пальце обеспечивают упругость и гибкость муфты, приводя к уменьшению возникающих нагрузок, действующих на опорные подшипники, и поглощению радиального, осевого и углового смещения;
б) упругая муфта блочного типа состоит из приводной половины с торцевыми шипами, которые входят во внутренние пазы приводимой половины. Вращающий момент передается гибкими элементами, входящими в приводимую часть с внутренними пазами;
в) сверхупругая муфта с исключительной эластичностью на скручивание способна в значительной степени поглощать ударные нагрузки на приводной механизм и его вибрации, не допуская осевых нагрузок на опорные подшипники. Муфта состоит из двух одинаковых фланцев, изготовленных из чугуна, с внутренними и внешними зубьями. Состоящая из двух частей гибкая втулка также имеет внутренние и внешние зубья, и эти части соединены вместе стальным кольцом. Зубья упругой втулки сцепляются с зубьями на фланцах без зажимов или винтов. Такая простая конструкция сокращает продолжительность монтажа и требует меньше запасных частей;
г) гибкая цельнометаллическая зубчатая муфта обеспечивает надежное соединение валов в установках, где невозможно их точное соосное расположение или где эксплуатационные условия могут вызвать несоосность. Эта гибкая неупругая зубчатая муфта предназначена для передачи вращающего момента от одной втулки к другой через обойму или фланцевые крышки. Зубья во втулке и обойме или крышке нарезаются с большой точностью.
Зазор сведен к минимуму, однако гибкость муфты еще сохраняется. Муфты смазываются консистентной смазкой, при этом пространство между двумя втулками образует камеру для смазки. При вращении муфты центробежные силы отбрасывают смазку внутрь зубчатого зацепления.
Гидродинамические муфты
Гидродинамическая муфта, заполненная маслом, действует одновременно как пусковая муфта, ограничитель вращающего момента и амортизатор удара. Таким образом, она способна защищать приводной электродвигатель и приводимую машину от вредных влияний во многих механических системах. Муфты этого типа состоят из трех основных элементов:
крыльчатки, которая действует в качестве насоса и связана, с электродвигателем (также называют насосным колесом);
рабочего (турбинного) колеса с радиальными лопатками, которое действует в качестве турбины; рабочее колесо соединено с приводимой машиной;
корпуса, состоящего из двух половин, соединяемых болтами, в одной из которых находится крыльчатка, а во второй — рабочее колесо.
Крыльчатка соединена с приводным стальным полым валом с помощью шлицов. Полый вал вращается в шариковых подшипниках, установленных в стальных корпусах, которые закреплены болтами на алюминиевом корпусе. Фланцевое соединение и уплотнительное кольцо гарантируют оптимальную маслонепроницаемоеть. Масляное уплотнение на полом валу предотвращает утечку масла. Муфта в сборе подвергается динамической балансировке и оборудуется плавкой пробкой, которая выдувается при повышении температуры масла выше критической (140 °С).
В процессе эксплуатации механическая энергия электродвигателя, сообщаемая крыльчатке, передается маслу в муфте в виде центробежной силы, таким образом создаются вихревые потоки, которые выводят масло с запасом кинетической энергии. Кинетическая энергия преобразуется во вращающий момент, который приводит во вращение вал приводимой машины.
Скорость вращения рабочего колеса в процессе эксплуатации будет всегда меньше, чем скорость крыльчатки; создаваемый вращающий момент пропорционален разнице между центробежными силами, действующими на крыльчатку и рабочее колесо. Разницу в скорости между крыльчаткой и рабочим колесом называют скольжением. Помимо скольжения, которое саморегулируется для получения требуемого вращающего момента, передаваемый вращающий момент в основном зависит от скорости во второй степени, от заполнения маслом и диаметра потока — в пятой степени. Вращающий момент на приводном валу всегда равен вращающему моменту на приводимом валу, каково бы ни было скольжение. Потеря энергии равна скольжению, однако она относительно мала (2—3 % для больших муфт и 5—7 % для небольших муфт).
Гидродинамическая муфта оказывает влияние как на приводной электродвигатель, так и на приводимую машину.
Влияние на приводной электродвигатель. Пуск короткозамкнутого электродвигателя требует очень большого тока в течение почти всего пускового периода; одновременно выделяется очень много тепловой энергии. Частичным решением может быть пуск переключением со «звезды» на «треугольник», однако при этом вращающий момент электродвигателя значительно уменьшается.
В обоих случаях пусковой вращающий момент электродвигателя необходим для преодоления вращающего момента груза и момента инерции электродвигателя и приводимой машины. При пуске с гидродинамической муфтой весь вращающий момент электродвигателя используется для ускорения двигателя и крыльчатки, так как при первоначальном 100%-ном скольжении вращающий момент на валу приводимой машины будет возрастать постепенно. Центральная камера и камера, в которой находится масло, оказывают дополнительное сопротивление, ограничивающее удар при пуске. В результате пусковой ток электродвигателя сразу же сводится к минимуму.
Приводимая машина начинает движение сразу же при пуске электродвигателя. Скольжение уменьшается постепенно, и машина ускоряет свое движение до тех пор, пока не будет достигнута эксплуатационная скорость.
При пуске машин, характеризующихся значительным моментом инерции (например, конвейеров), использование гидродинамической муфты позволяет выбрать электродвигатель меньшего размера (снижение величины пускового тока и повышение cos φ) или отказаться от сложных пусковых устройств.
Подбирая соответствующее количество масла в муфте, можно также регулировать время пуска.
Влияние на приводимую машину. Гидродинамическая муфта оказывает благоприятное воздействие во время пуска на приводимую машину. Необходимо отметить, что максимальный вращающий момент машины значительно меньше, чем максимальный вращающий момент электродвигателя. В этом случае муфта действует в качестве элемента, ограничивающего этот момент, инерция электродвигателя также нейтрализуется.
В зависимости от заполнения маслом и выбранной муфты максимальный вращающий момент может быть в 1,3—2 раза больше номинального вращающего момента. Благодаря использованию масла гидродинамическая муфта вводит в передачу очень надежное соединение, поглощающее удар. В случаях, характеризующихся неблагоприятными ударными нагрузками при пуске и во время эксплуатации, муфта представляет идеальное решение. Очень высокое демпфирование гидродинамической муфты означает, что крутильные колебания вряд ли имеют место.
Гидродинамические муфты можно устанавливать различными путями.