В механических приводах основными механизмами, осуществляющими включение и выключение, являются сцепные муфты. Для постоянного соединения вращающегося элемента с элементом, который должен быть приведен во вращение (например колеса с валом) служат постоянные муфты. Сцепные муфты подразделяются на кулачковые и фрикционные.
Кулачковые муфты
Кулачковые муфты состоят из двух частей, каждая из которых снабжена торцовыми зубцами-кулачками. Одна часть жестко закреплена на одном элементе, вторая сидит на шпонках или шлицах второго элемента и может перемещаться в осевом направлении до тех пор, пока торцовые кулачки (зубцы) обеих половинок муфты не войдут в зацепление, т. е не включатся.
Кулачковые муфты не рекомендуется включать на ходу, но все же они могут применяться для включения без остановки валов, если разность между числами оборотов ведомого и ведущего валов невелика (не больше 100-200 об/мин).
Кулачковые муфты, которые служат для включения валов или шестерен на некоторую часть оборота или на один полный оборот, называются однооборотными. Наиболее часто применяется однооборотная муфта, показанная на рис. 1.
Принцип действия этой муфты следующий. Пусть необходимо сообщить шестерне 1 один оборот от вращающегося вала 4, после которого шестерня должна автоматически выключиться. Тогда на торцовой части шестерни и левой половине муфты 2 делают глубокие кулачки с таким расчетом, чтобы они не выключались при перемещении левой половины муфты направо и включении торцовых кулачков правой половины муфты с кулачками диска 3, который жестко соединен с валом 4. В выключенном положении левая половина муфты удерживается фиксатором (пальцем) 9. Если фиксатор 9 вынуть из паза, то пружина заставит муфту переместиться направо и включиться, вследствие чего шестерня начинает вращаться. Фиксатор (палец) 9 будет скользить по наружной поверхности левой половины муфты 2 до тех пор, пока не западет в выемку АВ, которая имеет скос, и заставит муфту при дальнейшем вращении отжаться налево и выключить шестерню. Фиксаторы (пальцы) 5 и 9 подпружинены пружинами 7 и 8. Управление однооборотными муфтами производится от кулачкового механизма распределительного вала через рычажные системы 6 и 10.
Рис. 1. Однооборотная кулачковая муфта: 1 - шестерня с торцовыми зубьями, 2 - левая половина кулачковой муфты, 3 - правая половина кулачковой муфты, 4 - вал, 5 - фиксатор (палец) на рычаге 6; 7 и 8 - пружины, 9 - фиксатор (палец) на рычаге 10
Фрикционные муфты
Фрикционные муфты (рис. 2, а, б) действуют на принципе прижатия двух половин муфты, которое создает момент трения на соприкасающихся поверхностях. Благодаря этому при вращении одной половины муфты увлекается вторая ее часть.
Фрикционные муфты бывают конусными и дисковыми. В дисковых муфтах часть плоских дисков соединена с чашкой, сидящей на одном валу, а другая часть дисков, расположенных между первыми, соединена со вторым валом. Если сжимать диски осевой силой, то на их поверхностях будет создаваться момент трения, который приведет к вращению ведомый вал.
Чем больше количество и диаметр дисков, тем больший крутящий момент и большую мощность можно передать муфтой (при прочих одинаковых условиях).
На таком же принципе основано действие фрикционных, конусных муфт. Конусная ведущая чашка при сцеплении с конусной ведомой чашкой приводит во вращение ведомый вал.
Фрикционные муфты часто применяются в тех случаях, когда необходимо, не останавливая ведущего вала, включить или выключить ведомый вал, изменить его число оборотов или направление вращения.
На рис. 2, а показан разрез фрикционной муфты.
Принцип действия электромагнитной многодисковой муфты (рис. 2, б) следующий: при включении обмотки под напряжение 12 или 24 в вокруг нее образуется магнитный поток, который, замыкаясь через стальные диски и якорь, прижимает фрикционные диски, благодаря чему и осуществляется связь между ведомым и ведущим звеньями передачи. Время включения 0,03-0,05 сек, продолжительность отключения 0,03-0,025 сек.
Рис. 2. Фрикционные дисковые муфты: а - разрез дисковой муфты с механическим включением, б - электромагнитная многодисковая муфта: 1 - диски корпуса 11, 2 - диски якоря 12, 3 - корпус магнитной катушки, 4 и 5 - привод, 6 - щетка, 7 - шлицевый вал, 8 - изоляционное кольцо, чашка 9 - токоведущее кольцо, 10 - катушка, 13 - чашка
Обгонные муфты находят широкое применение в токарных автоматах и полуавтоматах (рис. 3) для передачи рабочего медленного и вспомогательного быстрого вращения вала. Если сообщить звездочке 1 быстрое вращение против часовой стрелки, то ролики 3 перекатятся в более широкую часть щели и не будут заклиниваться. При этом нарушится связь между медленно вращающимся диском 2 и валом 6, который будет вращаться быстро. Если выключить вращение звездочки 1, то ролики заклинятся и вращение валу 6 будет передаваться от диска 2.
В тех случаях, когда необходимо передать большой крутящий момент, применяют кулачковую муфту с синхронизатором, который по существу является фрикционной муфтой. Синхронизатор сначала раскручивает ведомый вал и только после этого включается кулачковая муфта.
Есть конструкции обгонных муфт, которые могут применяться при вращении в обе стороны.
Рис. 3. Обгонная муфта: 1 - звездочка, 2 - диск, 3 - ролик, 4 - палец, 5 - пружина, 6 - вал
Тормоза
Тормоза применяются для быстрой остановки выключенного элемента привода (рис. 4). Действие тормоза основано на том, что вращающийся элемент прижимают к невращающемуся. При этом создается момент трения, который быстро снижает число оборотов ведомого вала, доводя последний до полной остановки. Тормоза устанавливают на токарные станки с ЧПУ.
Для включения, выключения и торможения, кроме муфт, широко применяются электрические и гидравлические устройства.
Рис. 4. Тормоза токарного станка: а - ленточный, б - колодочный, действующий от электромагнита
