Детали машин



Упругие компенсирующие муфты



В упругих муфтах вращающий момент с одной полумуфты на другую передается через упругий элемент, который может быть выполнен из резины, эластичных пластмасс и материалов (рис. 1), а также из пружинной стали (рис. 2).
Упругий элемент муфты деформируется вследствие передачи вращающего момента (происходит относительный поворот валов на некоторый угол), а также вследствие взаимного смещения полумуфт. Упругие муфты смягчают толчки и удары, предотвращают появление крутильных колебаний (возникающих из-за неравномерного вращения), компенсируют взаимные смещения валов.

упругие элементы муфт

Основные характеристики упругих муфт – жесткость при кручении (или обратная ей величина – податливость) и демпфирующая способность, т. е. способность упругих элементов при деформировании необратимо поглощать энергию, превращая ее в теплоту.

Для передачи малых и средних вращающих моментов широко применяют муфты с резиновыми или резинокордными упругими элементами. Они конструктивно просты, дешевы, не требуют ухода при эксплуатации, обеспечивают шумовую и электрическую изоляцию узлов привода. В сильно нагруженных механизмах такие муфты применяются редко, поскольку долговечность резиновых упругих элементов невелика.
Кроме того, муфты с резиновыми упругими элементами имеют относительно большие размеры.

упругие элементы муфт

***

Муфта упругая втулочно-пальцевая (МУВП)

Втулочно-пальцевая упругая муфта (рис. 3) состоит из двух дисковых полумуфт, в одной из которых в конических отверстиях закреплены пальцы с надетыми на них гофрированными упругими резиновыми втулками. Втулки входят в отверстия, выполненные в другой полумуфте.
Посадочные отверстия в полумуфтах под валы выполняют цилиндрическими или коническими.

муфта упругая втулочно-пальцевая

В качестве материала полумуфт чаще всего используется серый чугун марки СЧ20, пальцы изготавливают из стали марки 45.
Резиновые втулки упругого элемента обычно выполняют из резины марки ИРП13-52СКИ, упругих пластиковых или других материалов.

муфта упругая втулочно-пальцевая

Втулочно-пальцевая муфта характеризуется малой податливостью. В зависимости от своего размера она может компенсировать незначительные смещения валов: Δ ≤ 0,2…0,6 мм, λ ≤ 1…5 мм, γ ≤ 0˚30'…1˚30' (см. рисунок 3 на предыдущей странице).
При радиальном и осевом смещении валов резиновые втулки быстро изнашиваются.

Концы соединяемых валов нагружает радиальная сила:

Fм = (0,3…0,6)×103Тр/Dо,

где Тр – расчетный момент муфты, Нм;
Dо – диаметр окружности расположения осей пальцев муфты, мм.

Упругие втулочно-пальцевые муфты (МУВП) применяют для соединения машин с электродвигателями. Наружную поверхность полумуфт иногда используют в качестве тормозного барабана.
Муфту подбирают по стандарту в диапазоне вращающих моментов от 63 до 16000 Нм и диаметров валов d = 20…160 мм.

***

Муфта упругая с резиновой конусной шайбой

Муфта упругая с резиновой конусной шайбой (рис. 4) состоит из двух дисковых полумуфт 1, соединенных резинометаллическим упругим элементом 2 с помощью винтов 4.
Резинометаллический упругий элемент образуют два стальных конических диска с привулканизированной или приклеенной к ним резиновой шайбой.

муфта упругая с резиновой конусной шайбой

Коническая форма торцов резиновой шайбы обуславливает равномерное распределение касательных напряжений в резине при действии вращающего момента, а скругления на внутренней части металлических дисков снижают напряжения при радиальном смещении валов.
Применение двух центрирующих колец 3 с двумя кулачками на торце каждого кольца позволяет заменять резинометаллический упругий элемент 2 без осевого смещение соединяемых агрегатов, а также центрировать упругий элемент.

Недостатком такой муфты является ограниченная способность компенсировать смещения валов.

В качестве материала для изготовления металлических деталей муфты используется алюминиевый сплав или чугун для муфт малых размеров, или среднеуглеродистая сталь для больших муфт. Упругий элемент выполняют из резины марки ИРП13-52СКИ.

Муфты с резиновой конусной шайбой имеют сравнительно малые размеры. Их применяют для передачи вращающего момента 63…10000 Нм при диаметре валов d = 38…210 мм.

При компенсации муфтой смещений на концы валов действует сила:

Fм = 50√Тр,

где Тр – расчетный вращающий момент, Нм.

***

Муфта упругая с резиновой звездочкой

Упругая муфта с резиновой звездочкой (рис. 5) состоит из двух полумуфт 1 с торцовыми кулачками и звездочки 2, четыре или шесть лучей которой расположены между кулачками. При передаче вращающего момента в каждом направлении нагрузку воспринимает только половина лучей звездочки.

муфта упругая с резиновой звездочкой

Компенсирующая способность такой муфты невелика: Δ ≤ 0,2…0,4 мм, γ ≤ 1˚30' (см. рисунок 3 на предыдущей странице) в зависимости от размеров муфты. Упругая муфта с резиновой звездочкой имеет сравнительно небольшие размеры. Применяют для соединения быстроходных валов, подбирая по стандарту при вращающем моменте 16…400 Нм и диаметре валов d = 12…48 мм.

Материал полумуфт – сталь марки 35. Звездочка может выполняться из резины, полиуретана или упругой эластичной пластмассы.

Радиальную силу Fм, с которой полумуфта воздействует на вал при смещении валов, определяют по формуле:

Fм = 50√Тр,

где Тр – расчетный вращающий момент, Нм.

***




Муфта упругая с торообразной выпуклой оболочкой

Упругая муфта с торообразной оболочкой (рис. 6) состоит из двух полумуфт, упругой резиновой или резинокордной оболочки, по форме напоминающей автомобильную покрышку, и двух колец, зажимающих оболочку посредством винтов. Долговечность резинокордных элементов значительно (в 6…7 раз) превышает долговечность резиновых упругих элементов.

Передача вращающего момента осуществляется за счет сил трения между резиной и металлом.

муфта упругая с торообразной выпуклой оболочкой

Упругая муфта с торообразной оболочкой обладает высокой компенсирующей способностью и уменьшает динамические нагрузки благодаря высоким упругим и демпфирующим свойствам. Конструкция с разрезной оболочкой обеспечивает удобную замену упругого элемента, однако из-за разреза несущая способность муфты снижается.

Муфту с торообразной оболочкой используют в конструкциях, где трудно обеспечить соосность валов, а также при переменных и ударных нагрузках. Муфта (в зависимости от размера) допускает смещения валов: радиальное - Δ ≤ 1…5 мм, осевое - λ ≤ 1…11 мм, угловое - γ ≤ 1˚30'.

Муфты с торообразной оболочкой подбирают по стандарту для вращающих моментов 40…40000 Нм и диаметров валов d = 18…240 мм.

Недостатками таких муфт являются большие радиальные размеры и появление осевых сил, нагружающих опоры валов (под действием на оболочку центробежных сил полумуфты стремятся сблизиться). Для компенсации осевых сил оболочку устанавливают с предварительным осевым сжатием. Радиальная сила на концах валов мала, и в расчетах ее не учитывают.

В качестве материала полумуфт используют сталь марки 45 или чугун марки ВЧ-35.

***

Муфта с металлическими упругими элементами

Муфты, упругие элементы которых выполнены из стали, отличаются относительно малыми размерами, высокой несущей способностью, долговечностью, постоянством упругих свойств, возможностью работы при высоких и низких температурах, а также в условиях повышенной радиации.
К недостаткам таких муфт можно отнести сложность конструкции и, соответственно, высокую стоимость, повышенную жесткость, а также потребность в уходе.

***

Муфта с цилиндрическими пружинами сжатия

Муфта с цилиндрическими пружинами сжатия (рис. 8) состоит из пружин 4, установленных с предварительным сжатием на стержни сегментов 5. Каждая пружина одним концом опирается на сегмент, принадлежащий полумуфте 3, а другим концом – на сегмент полумуфты 1. При передаче вращающего момента осадка половины от общего числа пружин увеличивается, остальных – уменьшается. Сегменты имеют возможность качательного движения на пальцах 2.
Сегменты изготавливают из износостойких пластмасс, поверхность контакта с пальцем смазывается графитовой смазкой.

муфта упругая с цилиндрическими пружинами сжатия

Муфты с цилиндрическими пружинами сжатия применяют для передачи вращающего момента 47…18000 Нм в диапазоне диаметров валов 25…225 мм. Муфта (в зависимости от размеров) допускает радиальное смещение Δ ≤ 0,7 мм, осевое - λ ≤ 3,5 мм, угловое - γ ≤ 2˚.

Расчет пружин муфты ведут методами сопротивления материалов.

***

Муфта со змеевидной пружиной

Упругая муфта со змеевидной пружиной (рис. 9) состоит из двух полумуфт 1 с зубьями специального очертания, между которыми свободно размещены секции ленточной змеевидной пружины 4 прямоугольного сечения. Кожух 2, состоящий из двух половин, удерживает пружину от выскальзывания под действием центробежной силы и служит резервуаром для пластичного смазочного материала.

муфта упругая со змеевидной пружиной

Полумуфты изготавливают из стали марок 40 или 45Л, пружины – из стали марки 65Г. Кожух отливают из чугуна СЧ15.

Муфта со змеевидной пружиной, в зависимости от своего размера, допускает смещение валов: радиальное - Δ ≤ 0,5…3 мм, осевое - λ ≤ 4…20 мм, угловое - γ ≤ 1˚15'.

Такие муфты применяют в тяжелом машиностроении при передаче вращающих моментов от 18 до 107000 Нм в диапазоне диаметров валов от 25 до 320 мм.

Полувиток змеевидной пружины проверяют на изгиб как арку, шарнирно закрепленную у основания (в плоскости симметрии муфты) и нагруженную силами от зуба (рис. 2, б).

***

Сцепные управляемые муфты