Муфты, какие, зачем, куда? Краткое руководство.

Здравствуйте. Много встречаю заблуждений относительно муфт. В большинстве принтеров и станков ставят не те муфты, которые стоило бы ставить, поэтому хочу кратко рассказать, что, куда и почему ставить.

1. Самый простой (и самый дешевый) тип муфты.

Единственное назначение - передача крутящего момента от одного куска арматуры к другому. Для валов не пригодна. Потому что не обеспечивает соосность, не работает с непараллельными валами, не работает с неколлинеарность валами (хотя коллинеарность и так исключается исходя из несоосности и непараллельности). При затягивании из-за зазора в отверстии винт смещает вал в сторону от центра отверстия, тем самым сбивая соосность. А так как диаметр отверстий в муфте разный (как и диаметр валов) то и зазор разный, и смешение разное. В итоге получаем биение, и очень часто еще и "болтание" вала. Единственное, для чего годиться такая муфта в 3д принтере, это для того, что бы ее как можно быстрее заменить.

Способ закрепления вала уже более правильный, его обжимает с двух сторон, что центрует вал по центру между двух половинок, и обеспечивает соосность с валом с другой стороны, который так же получает центровку за счет обжима с двух сторон. Но это в теории. На практике из за разной жесткости обеих половин и зазора между муфтой и валом "пропиленная"  (на фото справа) сторона муфты поджимает вал к цельной части (слева на фото), при наличии валов одного диаметра в принципе ок, но так как у нас разный диаметр валов чаще всего - опять получаем нарушение соосности.

Далее, слева направо.

Первая - работает с непараллельными валами, но имеет люфт в "крестовине". Для принтера, который постоянно дергает ось туда-назад не подходит. Более того, из за того, что она из двух половин, не факт, что она в принципе имеет соосность этих двух половин, и, соответственно, отверстий под валы. Она уже из коробки будет давать биение вала.

Вторая - не работает с непараллельными валами, поэтому если принтер кривой, получим "болтание" вала. Но из всех пока что представленных самая лучшая.

Третья - в отличии от первой не имеет люфта, но имеет раскачку (пружинка пружинит, и, тем самым, ось Z раскачивается). Усугубляется тем, что если конструкция вся не жесткая, то муфта будет постоянно "играть" на этой пружинке. Для осей X и Y не подходит, для Z в принципе вариант, если не удается обеспечить коллинеарность валов, и не используете авто калибровку стола при помощи датчиков типа BLTouch, когда ось Z постоянно туда сюда дергает в процессе печати. Крайне желательно с такой муфтой на оси Z использовать направляющие с функцией "торможения" (например, ставить не каретки или шариковые линейные подшипники, а втулки, которые бы тормозили об валы и быстро гасили раскачку. Но лучше все же обеспечить коллинеарность валов и поставить вторую муфту.

Далее идет так называемая "мембранная" муфта. 

Эта уже не люфтит, как первая из предыдущей фотографии, и не пружинит, как третья. Не пружинит, потому что упирается в упоры, которыми прикручена мембрана, а не люфтит, потому что мембрана не просто вставлена, а прикручена или приклепана в правильной муфте. Работает с небольшой непараллельностью валов, и в принципе вариант не плохой, но есть одно большое НО. Так как муфта "сборная" (состоит из нескольких частей) то технологически не обеспечивает соосность отверстий под выла. Как бы хорошо она не была собрана, биение вала обеспечено.

Еще одна муфта

как она правильно называется, я не знаю. Нашел только пластиковую для примера, но нужно искать из металла. Но, не смотря на мое пренебрежительное название, это одна из самых правильных муфт. Во первых, если она правильно сделана, то она уже технологически обеспечивает соосность отверстий (не валов, а отверстий в муфте), ну при условии что сверлили их заходя с одной стороны (сначала просверлили побольше, а потом поменьше). Пружинная часть более жесткая, чем у "пружинной муфты" выше. Поэтому не так сильно будет раскачиваться. Но "тормоза" на направляющие все еще желательны. Да, она не на сколько сильную непараллельность переваривает по сравнению с пружинной, но для более-менее нормального 3д принтера этого хватит. Что касается зажима вала, на примере он сделан винтом. Это, как я уже писал выше, не есть хорошо. Поэтому стоит искать такую муфту с фиксацией валов по примеру двух предыдущих муфт. Если такую удастся найти, то это будет лучший выбор муфты для 3д принетра.

Печатная муфта из двух половинок.

Пример из гугла.

Почти всегда обеспечивает соосность, даже если качество печати не очень. Лучше печатать из флекса более твердых пород. Но у меня лично такая из ПЛА (на фото не моя). Среди всех типов муфт, рассмотренных выше, лучше всех обеспечивает соосность, но никак работает с непараллельными валами, и вал может "болтать".

По сути более для 3д принтера купить особо нечего. Есть конечно еще муфты по типу "кардан", но они имеют в большинстве своем тоже люфт, да и к тому же имеют опять такие прижим вала винтом, как и первая муфта, поэтому они просто не подходят ни для чего, кроме как для карданной передачи.

Какую выбрать?

При условии, что у вас жесткая конструкция принтера, хорошие направляющие, и резьбовой вал не зафиксирован со свободного конца, даже если и будет небольшое биение (несоосносность), это не страшно. Все равно вал за счет свободного конца сможет нормально себе перемещать гайку. Менее всего биение страшно для принтеров, у которых печать происходит далеко от мотора (на конце вала). В этом случае влияние биения минимально. То-есть, если у вас, например, принтер с опускающимся столом, и моторы стоят в основании, то вам лучше выбрать муфту, которая бьет, но при этом хорошо справляется с непараллельностью. Что касается "болтания" (непараллельность валов), то здесь наоборот. Чем ближе к муфте начинается печать, тем меньше будет вклад "болтания" в качество печати. Но чем дальше от муфты, тем сильнее вал будет уводить от предполагаемой оси, и тем сильнее будет гнуть направляющие и влиять на качество печати.

В идеале если получится найти последнюю, но только в правильном исполнении. Она "универсальна".

Ну или можно взять мотор-вал без муфты. Тогда, при условии что валы ровные, бить не будет точно. Но если мотор стоит криво, то вал может изгибаться что бы попасть в гайку, в этом случае лучше конечно поставить мотор ровно =) но если никак не получается, можно попробовать резиновые демпферы под мотор. Они имеют небольшую степень свободы и немного помогут с кривизной. Можно так же под места прижима мотора к раме подложить шайбы и закручивать только два винта из четырех (какие - зависит от того, в какую сторону мотор наклонен), но это только для мотор-валов, для мота с муфтой такой вариант не подходит, там если и закручивать два винта, то только диагональные.