§ 7. Краткие сведения о выборе и расчете муфт

Применяемые в машиностроении муфты стандартизованы. Муфты каж­дого типоразмера выполняют для некоторого диапазона диаметров вала. Основным критерием при выборе стандартных муфт является передаваемый вращающий момент.

При проектировании новых муфт конструктивные размеры элементов муфты определяют расчетом. Стандартизованные или нормализованные муфты не рассчитывают. Их, как правило, выбирают, как и подшипник ка­чения, по таблицам справочников.

12.16. Выбор стандартных муфт. Основной характеристикой при выбо­ре муфт является передаваемый расчетный момент

T_p= К_рТ≤[Т]_р, (12.1)

где К_р — коэффициент режима работы (табл. 12.1); T— номинальный вра­щающий момент при установившемся режиме работы.

Таблица 12.1. Значение коэффициента режима работы Jf_p

Механизм или машина	Кp
Конвейеры:
ленточные	1,25-1,50
цепные, скребковые и винтовые (шнеки)	1,50-2,0
Воздуховки и вентиляторы центробежные	1,25-1,50
Насосы:
центробежные	1,50-2,0
поршневые компрессоры	2,0-3,0
Станки металлообрабатывающие:
с непрерывным движением	1,25-1,50
с возвратно-поступательным движением	1,50-2,50
Станки деревообделочные	1,50-2,0
Мельницы шаровые, дробилки, молоты, ножницы	2,0-3,0
Краны, подъемники, элеваторы	3,0-4,0

Муфты выбирают по соответствующим таблицам (табл. 12.2 и 12.3) по Г_р в зависимости от диаметра вала d (учитывают также максимальную угло­вую скорость ω_max). Отдельные детали выбранной муфты проверяют на прочность.

Таблица 12.2. Коэффициенты безопасности К_б и режима работы К_р

Степень ответственности передачи	К5
Поломка муфты вызывает остановку машины	1,0
Поломка муфты вызывает аварию машины	1,2
Поломка муфты вызывает аварию ряда машин	1,5
Поломка муфты может привести к человеческим жертвам	1,8
Условия работы машины	*р
Работа спокойная	10
Работа неравномерная	1,1-1,3
Тяжела работа с ударами	1,3-1,5

Таблица 12.3. Значения [р] и f для фрикционных муфт

Материал поверхностей трения	При смазывании		Всухую
	[р], МПа	f	[р], МПа	f
Закаленная сталь по закаленной стали	0,6-0,8	0,06	—	—
Ферродо по стали и чугуну	—	—	0,2-0,3	0,3
Порошковый материал по закаленной стали	0,8	0,12	0,3	0,3

12.17. Расчет на прочность жестких (глухих) муфт.

Втулочные, фланцевые и продольно-свертные муфты выбирают по норма­лям (рис. 12.2).

Прочность втулки проверяют по основному условию прочности на кру­чение

(12.2)

где [τ]_к — допускаемое напряжение на кручение (для стали 45[τ]_к = = 22 ÷ 25 МПа);

(12.3)

τ_к — расчетное напряжение на кручение; Т_р — расчетный момент; d и D — размеры муфты (см. рис. 12.2).

Шпоночные или шлицевые (зубчатые) соединения вала с жесткой муф­той проверяют по формулам (9.1)—(9.3), болтовые соединения на растяже­ние и срез — по (13.6)—(13.9). Болты и стенки полумуфт на смятие прове­ряют по формуле

(12.4)

где F_t — сила, срезающая один болт; А_см — площадь смятия; d_б — диаметр болта; К— толщина фланца полумуфты (см. рис. 12.4, а); [σ]_см — допускае­мое напряжение на смятие материала болтов или полумуфт.

Проверочный расчет втулочной муфты по данным предыдущего примера (см. шаг 12.16).

Проверочный расчет втулочных муфт проводят по формулам (12.2) и (12.3).

Прочность втулки

Проверяем шпоночное соединение. По табл. 9.1 выбираем размеры шпонки: Ъ х h = 8 х 7; длину шпонки принимаем /_р = 70 мм; Г, = 3 мм. Условие прочности шпоночного соединения (9.1):

12.18. Расчет на прочность компенсирующих муфт. Эти муфты выбира­ют по нормалям или стандартам (см. рис. 12.5).

Проверочный расчет на прочность (износостойкость) кулачково-диско-вых муфт производят по формуле

(12.5)

где р — максимальное давление, возникающее на рабочей поверхности со­пряженных деталей муфты; D, d, h — размеры муфты (см. рис. 12.5); [р] — допускаемое давление (для муфт с закаленными поверхностями трения [р] = 15 ÷ 30 МПа).

Проверочный расчет зубчатых муфт не производят. Их выбирают по стандарту. Для зубчатых муфт расчетный момент

Т_р=К_бК_рТ, (12.6)

где К_б и К_р — коэффициенты безопасности и режима работы (табл. 12.4); Т — номинальный вращающий момент.

Таблица 12.4. Муфты втулочные со шпонками (см. рис. 12.2, а), размеры, мм

d	D	L	[Лр, Н-м	d	D	L	[Г]р, Н-м
20	35	60	70	(45)	70	140	710
(22)	35	65	90	50	80	150	850
25	40	75	125	(55)	90	160	1060
(28)	45	80	170	60	100	180	1500
30	45	90	210	(70)	ПО	200	2240
(35)	50	105	350	80	120	220	3150
40	60	120	450	(90)	130	240	4000
				100	140	280	5600

Примечание. Значения, указанные в скобках, по возможности не применять.

Для упругих втулочно-пальцевых муфт проверочный расчет для пальцев производят на изгиб по формуле (12.7), для втулок — на смятие по форму­ле (12.8):

(12.7)

(12.8)

где М_р — расчетный момент; d_n, l_п, l_в, D₁, — размеры пальца втулки и полу­муфты (см. рис. 12.8); z — число пальцев; [σ]_ип — допускаемое напряжение изгиба (для пальцев из стали 45 [а]_ип = 80 -ь 90 МПа); [ст]_смв — допускаемое напряжение смятия втулки (для резины [а]_ш = 2 МПа).

12.19. Расчет сцепных муфт. Расчет наиболее распространенных в ма­шиностроении сцепных многодисковых фрикционных муфт производят на отсутствие проскальзывания полумуфт (дисков) и на износостойкость ра­бочих поверхностей дисков. Для передачи вращательного движения от по­лумуфты 1 к полумуфте 2 (см. рис. 12.10) без относительного проскальзы-, вания дисков момент сил трения должен быть не меньше вращающего мо­мента, создаваемого на ведущем валу.

Фрикционные дисковые муфты выбирают по нормалям.

За счет чего можно увеличить расчетный момент многодисковой фрик­ционной муфты, не изменяя ее диаметра?

12.20. Расчет самоуправляемых и предохранительных муфт. Самоуправ­ляемые роликовые муфты свободного хода выбирают по нормалям. На контактную прочность проверяют только ролики и рабочие поверхности полумуфт (см. рис. 12.12):

(12.13)

где Т_р — расчетный момент; Е_пр — приведенный модуль упругости; d и l — диаметр и длина роликов; α ≈ 7^o — угол заклинивания роликов; D — диа­метр рабочей поверхности обоймы; z — число роликов; [α]_к — допускаемое контактное напряжение (для стали ШХ15, 20Х и 40Х [α]_к = 1500 МПа).

Размеры центробежных муфт принимают конструктивно. Рабочие по­верхности трения грузов проверяют на износостойкость аналогично фрик­ционным муфтам. Массу груза подбирают по создаваемой им центробеж­ной силе.

Фрикционные предохранительные муфты выбирают по стандарту. Их расчетная проверка аналогична расчету сцепных фрикционных муфт.

Предохранительные муфты с разрушающимся элементом выбирают по нормалям станкостроения, после чего штифт проверяют на срез (см. рис. 12.14):

(12.14)

где T_пред — предельный момент, при котором происходит разрушение штифтов; D₁ — диаметр расположения штифтов (см. рис. 12.14); τ_ср — пре­дел прочности на срез (для стали 45 τ_ср = 420 МПа); Т_р — расчетный мо­мент; d_m — диаметр штифта; z = 1 ÷ 2 — число штифтов.

Какие из перечисленных в шаге 12.20 муфт разрабатывают конструк­тивно, а затем рассчитывают на прочность (проверяют массу центробеж­ных грузов)?

12.21. Ответить на вопросы контрольной карточки 12.2.

Контрольная карточка 12.2

Вопрос	Ответы	Код
По каким параметрам производят подбор стандартных муфт	По режиму работы dB Tv ωmax [τ]кр	1 2 3 4 5
По табл. 12.5 выберите упругую втулочно-пальцевую муфту, если Р = 8,2 кВт, ω = 120 рад/с (d можно задать)	МУВП-16 МУВП-20 МУВП-25 МУВП-40-45	6 7 8 9
По какому моменту выбирают стандартные зубчатые муфты?	Tпред=Тр Т КрТ КбКрТ	10 11 12 13
Какая фрикционная муфта требует большей прижимной силы Fr?	Коническая Однодисковая Многодисковая	14 15 16
Многодисковая фрикционная муф­та получила преимущественное применение, это объясняется в первую очередь...	уменьшением силы нажатия и увеличением пе­редаваемого вращающего момента устранением пробуксовки при установившемся режиме работы предохранением машин от перегрузок обеспечением плавности сцепления валов под нагрузкой на ходу	17 18 19 20

Ответы на вопросы

12.1. Муфтой называют устройство, служащее для соединения концов валов или для соединения валов со свободно сидящими на них деталями (зубчатыми колесами, звездочками и т. п.), а также для передачи вращаю­щего момента без изменения его величины и направления.

12.2. Жесткие муфты в большей степени передают вибрации, толчки и удары; упругие — смягчают вибрации, толчки и удары за счет упругих эле­ментов.

12.3. Основной характеристикой муфт является значение передаваемо­го вращающего момента.

12.4. На рис. 12.2, а — вращающий момент от вала 1 к валу 2 передает­ся через шпонку, втулку (муфту), шпонку, на рис. 12.2, б — через штифт, втулку, штифт. Радиальное смещение валов на рис. 12.3, б — 5; угловое на рис. 12.3, в — р.

12.5. Центрующее кольцо на рис. 12.4 показано поз. 3. Оно необходимо для лучшей центровки полумуфт.

12.7. На рис. 12.6 показана кулачковая муфта.

12.8. Компенсация осевого, радиального и углового смещения при ра­боте зубчатой муфты осуществляется за счет относительных смещений зубьев.

12.9. На рис. 12.9 показана упругая муфта. Полумуфты 1 и 2 соединены упругим элементом 3, изготовленным из резины или другого эластичного материала.

12.10. Кулачковая муфта (рис. 12.6) служит для соединения и разъеди­нения валов. При включении кулачки полумуфты 1 входят во впадины по­лумуфты 2, создавая жесткое сцепление. Вращающий момент передается кулачками полумуфт.

12.11. В дисковых муфтах рабочими поверхностями РП (см. рис. 12.10, а) служат плоские торцовые поверхности дисков, в конусных — конусные (см. рис. 12.10, б), в цилиндрических — цилиндрические (рис. 12.10, в).

Х1Л1. При остановке полумуфты 1 полумуфта 2 (втулка) будет продол­жать вращаться: например, муфта свободного хода (обгонная муфта) по­зволяет велосипеду катиться при неподвижных педалях.

12.13. Грузы-колодки 3 (см. рис. 12.12) необходимы для включения (выключения) муфты. Установка их в обеих полумуфтах позволяет увели­чить передаваемый вращающий момент и использовать любую из полу­муфт как ведущую.

12.14. На рис. 12.13, а показана предохранительная шариковая муфта; на рис. 12.13, б— предохранительная фрикционная.

Предохранительная муфта с разрушающимся элементом (см. рис. 12.14) состоит из двух фланцевых полумуфт 1 и 2, соединенных между собой штифтами 3, вставленными во втулку 4. При перегрузке штифты 3 среза­ются, и муфта выключается. Недостаток этой муфты — необходимость ос­тановки машины для замены штифтов.

12.19. Расчетный момент Т_р многодисковой фрикционной муфты мож­но увеличить, применив для изготовления дисков материал с большим ко­эффициентом трения/(см. табл. 12.5), а также увеличив число дисков в муфте.

12.20. Разрабатывают конструктивно, а затем рассчитывают центробеж­ные муфты.