Детали машин



Глухие муфты



Глухими (жесткими) называют муфты, предназначенные для жесткого постоянного соединения соосных валов. Это наиболее простые по конструкции устройства для соединения валов, и, соответственно, наиболее дешевы в изготовлении. Однако глухие муфты обладают существенным недостатком - соединяемые валы должны быть в высокой степени соосными, без перекосов и угловых смещений, иначе ресурс муфты, а также деталей соединяемых узлов и механизмов, в том числе опор, значительно уменьшается, а соединение начинает передавать вибрации, толчки и удары.
Из различных видов глухих муфт наибольшее распространение получили втулочные и фланцевые.

***

Втулочная муфта

Втулочная муфта (рис. 1) представляет собой обычную втулку, насаживаемую на цилиндрические концы соединяемых валов. Такие муфты имеют простую конструкцию, малые габаритные размеры по диаметру и низкую стоимость.
втулочная муфта Однако такие муфты имеют множество недостатков - они не допускают несоосности или перекоса соединяемых валов, неудобны в монтаже, поскольку сборка соединения сопровождается значительным осевым перемещением соединяемых механизмов. Конечно же, как и все глухие муфты, втулочная муфта не способна поглощать динамические перегрузки и возмущения, возникающие при работе машины, негативно влияя на долговечность деталей и подшипников.
Втулочные муфты применяют для передачи вращающих моментов от 32 до 12500 Нм, для валов диаметром от 18 до 105 мм.
Чаще всего в качестве материала втулки используют сталь Ст45.

***

Фланцевая муфта

Фланцевые муфты состоят из двух полумуфт с фланцами, стягиваемыми болтами, одна половина которых для обеспечения соосности полумуфт установлена без зазора в отверстия фланца (рис. 2, а), а вторая (рис. 2, б) – с зазором. Фланцевыми муфтами часто соединяют отдельные части валопровода в один вал, работающий как целый.
Чтобы такой составной вал оставался прямолинейным, необходима строгая соосность его частей и перпендикулярность торцовых поверхностей полумуфт к осям валов. В противном случае неизбежен изгиб вала, его биение и появление дополнительных нагрузок на опоры. При монтаже фланцевых полумуфт радиальная несосность валов не должна превышать 0,05 мм.
Полумуфты имеют два исполнения – для соединения валов с цилиндрическими и коническими концами.

фланцевая муфта

Фланцевые муфты просты по конструкции, облегчают монтаж узлов и механизмов. Их применяют при передаче вращающих моментов от 8 до 40000 Нм при диаметрах валов от 11 до 250 мм.
Материал полумуфт – стали марок 40 или 35Л, чугун марки СЧ20 и др.
Допускаемая окружная скорость чугунных муфт – до 35 м/с, стальных – до 70 м/с.
Фланцевые муфты подбираются по стандарту. При конструировании фланцевого муфтового соединения выполняют расчет болтов на прочность.

***

Жесткие компенсирующие муфты

Жесткие компенсирующие муфты при соединении валов способны компенсировать незначительные радиальные (рис. 1, а), осевые (рис. 1, б) и угловые (рис. 1, в) смещения, обусловленные неточностью изготовления, монтажа, особенностями конструкции узлов и деформациями валов при работе. Шарнирные муфты, в отличие от других типов компенсирующих муфт, способны передавать вращающий момент при значительных угловых смещениях валов (до 45˚).
перекосы валов механизмов и машин Компенсация отклонений от соосности валов достигается за счет подвижности жестких деталей муфты. Однако валы и опоры при этом дополнительно нагружаются изгибающими моментами, радиальными и осевыми силами. С увеличением смещения валов ресурс муфты уменьшается.
Из большого количества конструкций жестких компенсирующих муфт наиболее распространены зубчатые, цепные и шарнирные муфты.

***

Зубчатая муфта

Зубчатая муфта (рис. 2) состоит из двух обойм 1 с внутренними зубьями эвольвентного профиля, зацепляющимися с внешними зубьями втулок 2, установленных на концы соединяемых валов. Обоймы соединяют между собой болтами, поставленными без зазора в отверстия «из-под развертки». Обоймы центрируют по вершинам зубьев втулок. Втулки изготовляют с отверстиями для цилиндрических и конических концов валов.
Обычно в качестве материала для втулок и обойм используют стали марок 40, 45, 45Л и др.
Зубчатые муфты стандартизированы.

устройство зубчатой муфты

Зубчатые муфты компенсируют радиальные осевые и угловые смещения валов за счет боковых зазоров в зацеплении, обточки зубьев втулок по сферическому или бочкообразному профилю (см. сечение А-А на рис. 2).
Компенсацию смещений валов сопровождает относительный перекос осей втулок и обойм, а следовательно, скольжение зубьев. Угол перекоса каждой втулки относительно оси обоймы допускают до 1˚30'.

Основным критерием работоспособности зубчатой муфты является износостойкость зубьев. Для повышения износостойкости зубья закаливают до твердости 42…51 HRC.
Зубчатое зацепление работает в масляной ванне. Масло марки И-Г-С-68 заливают через отверстие в обойме. Для герметизации муфт применяют уплотнения – резиновые армированные манжеты (сальники).

Зубчатые муфты имеют относительно небольшие размеры, их применяют для передачи вращающего момента от 1000 до 63000 Нм между горизонтальными валами диаметром 40…200 мм при окружных скоростях до 25 м/с.

Зубчатые муфты подбирают по расчетному моменту, определяемому по формуле:

Тр = К1×К2×К3×Тн,

где Тн – номинальный вращающий момент, передаваемый муфтой;
К1 – коэффициент ответственности, который может принимать следующие значения:
- если поломка муфты может вызвать остановку машины, то К1 = 1;
- если пломка муфты может привести к аварии машины, то К1 = 1,2;
- если поломка машины может привести к человеческим жертвам или серьезным последствиям, то К1 = 1,8.
К2 – коэффициент условий работы машины:
- при спокойной работе без динамических нагрузок – К2 = 1;
- при переменной работе – К2 = 1,2;
- при тяжелой работе с толчками и ударами – К2 = 1,5.
К3 – коэффициент углового смещения:
К3 = 1 при угле перекоса валов до 0,25˚;
К3 = 1,25 при угле перекоса валов от 0,25˚ до 0,5˚;
К3 = 1,5 при угле перекоса валов от 0,5˚ до 1˚;
К3 = 1,75 при угле перекоса валов от 1˚ до 1,5˚.

При компенсации муфтой смещений на концы валов действует радиальная сила:

Fм = 0,4×103Тр/dм,

где Тр – расчетный момент муфты, Нм;
dм – делительный диаметр зубчатого зацепления муфты (см. рис. 2).

***




Цепная муфта

Цепная муфта (рис. 3) состоит из двух полумуфт, выполненных в виде звездочек с одинаковым количеством зубьев, охватываемых общей цепью. Цепная муфта, как правило, закрывается защитным разъемным кожухом, заполняемым пластичным смазочным материалом (литол-24, солидол и т. п.). Применяют стандартные роликовые цепи однорядные и двухрядные.

устройство цепной муфты

Цепная муфта компенсирует радиальные и угловые смещения валов за счет взаимных перемещений деталей муфты и зазоров в шарнирах цепи и в сопряжении ее со звездочками. Из-за наличия зазоров эти муфты не применяются в реверсивных приводах (при изменении направления передачи нагрузки происходят удары, снижающие ресурс муфты). Достоинствами цепных муфт является простота конструкции, монтажа, обслуживания , а также относительно небольшие размеры. При демонтаже и монтаже муфтового соединения не требуется осевого смещения узлов.

Цепные муфты применяют для передачи вращающего момента от 63 до 8000 Нм для валов диаметром от 20 до 140 мм. Такие муфты допускают смещения валов: угловые – до 1˚ и радиальное от 0,16 до 0,8 мм в зависимости от размера муфты.
В качестве материала полумуфт используют сталь марок 45 или 45Л, кожух изготавливается из алюминиевого сплава, например, АЛ3В.
Цепные муфты стандартизированы.

При работе цепной муфты из-за несоосности соединяемых валов со стороны полумуфты на концы валов действует радиальная сила:

Fм = 0,5×103Тр/dм,

где Тр – расчетный момент муфты, Нм;
dм – делительный диаметр звездочки полумуфты.

***

Шарнирная муфта

Шарнирная муфта (рис .4) применяется для соединения валов, оси которых при работе пересекаются под значительными углами (до 45˚).
Состоит шарнирная муфта из двух вилок и крестовины. При постоянной частоте вращения ведущего вала одинарная шарнирная муфта передает вращение ведомому валу с переменной частотой вращения в течение одного оборота, причем с увеличением угла перекоса валов неравномерность вращения ведомого вала возрастает (см. шарнир неравных угловых скоростей).
шарнирная одинарная муфта Для ликвидации этого недостатка применяют сдвоенную шарнирную муфту (рис. 5), тогда вторая одинарная муфта компенсирует неравномерность вращения, создаваемую первой муфтой. При этом для равномерной частоты вращения ведомого вала необходимо, чтобы оба вала (ведущий и ведомый) были параллельны и наклонены относительно промежуточного вала под одинаковым углом, а обе вилки лежали в одной плоскости.

Для компенсации осевого смещения валов во время работы применяют телескопический промежуточный вал изменяющейся длины (со скользящим шлицевым соединением).

Вилки и крестовину муфты изготавливают из хромистых сталей марок 20Х и 40Х с закалкой трущихся поверхностей шарниров. Муфту смазывают консистентной смазкой.

шарнирная двойная муфта - карданная передача

Шарнирные муфты широко применяют в машиностроении для передачи движения между узлами и агрегатами машин, имеющих значительную относительную подвижность (в автомобилях, сельскохозяйственных и дорожных машинах, в станках и т. п.).

Малогабаритные шарнирные муфты стандартизированы для валов диаметром от 10 до 40 мм. Подбор муфт производят по расчетному вращающему моменту Тр. Проверочный расчет выполняют методами сопротивления материалов. КПД одной одинарной муфты η = 0,9.

Сдвоенную шарнирную муфту обычно называют карданной передачей (по имени итальянского ученого и инженера Джеро́ламо Кардано).

***

Упругие компенсирующие муфты