§ 19.2. Жесткие муфты

Самая простая из жестких неразъемных муфт — втулочная муфта (рис.1), представляющая собой цельную втулку, надеваемую на концы валов и закрепляемую на них штифтами (рис.1, а), шпон­ками (рис.1, б) или шлицами. Втулочные муфты, простые, дешевые по конструкции, нашли довольно широкое применение в легких маши­нах для соединения валов диаметром примерно до 100 мм. Применение этих муфт ограничено тем, что при сборке и разборке валов требуются значительные смещения их в осевом направлении, а также тем, что эти муфты требуют очень точного совмещения осей вала (в противном случае появляются силы, изгибающие валы). Материал втулок— сталь 35, 40, 45, а втулок больших размеров — чугун СЧ21-40, СЧ24-44 и др. Прочность муфты определяется прочностью ее соединения с ва­лом — штифтового, шпоночного или шлицевого.

р ис. 1. Втулочные муфты. (размеры муфты приведены в приложении 2)

рис. 2. Фланцевые муфты.

Наиболее распространенная из жестких муфт, разъемных в плос­кости, перпендикулярной оси вала,— фланцевая (поперечно-свертная) муфта ( рис. 2; ГОСТ 20761—75, размеры муфты и её элементов смотри в приложении 4 ), состоящая из двух полумуфт, насаживаемых на концы валов и соединяемых между собой болтами. Болты муфты ставят с зазором (вариант 1) и без зазора (вариант 2). В первом случае момент передается силами трения, возникающими на стыке полумуфт от затяжки болтов, а во втором — непосредственно болтами, которые работают на срез и смятие. Муфты с болтами, по­ставленные без зазора, могут передавать большие моменты. Полумуф­ты изготовляют из стали 40, стального литья 35Л, чугунного литья СЧ21-40, СЧ32-52 и др. Так как фланцевая муфта проста по конструк­ции, может воспринимать большие нагрузки, в том числе и ударного действия, то ее в машиностроении применяют довольно широко для соединения валов диаметром до 250 мм. Для жесткого соединения валов большого диаметра полумуфты выполняют как одно целое с ва­лами или приваркой полумуфт к валам.

§ 19.3. Компенсирующие самоустанавливающиеся муфты

Из компенсирующих самоустанавливающихся универсальных муфт самая распространенная зубчатая муфта (рис.3; ГОСТ 5006—55) для соединения валов диаметром от 40 до 560 мм. Муфта состоит из двух полумуфт 1 и 2 с наружными зубьями и двух половин обоймы 3 и 4 с внутренними зубьями, сцепляющимися с зубьями полумуфт. Полумуфты насаживают; на концы соединяемых валов. Половины обоймы соединяют между собой болтами. Зубья полумуфт и половины обоймы имеют эвольвентный профиль, аналогичный эвольвентному

рис. 3. Зубчатая муфта (размеры муфты смотри в приложении 6)

профилю зубьев зубчатых колес, что позволяет нарезать их нормаль­ным зуборезным инструментом. Зубчатая муфта компенсирует любые взаимные смещения валов — осевые, радиальные и угловые, так как зубчатое зацепление ее выполняют с боковым зазором и возможностью свободного осевого взаимного смещения сопряженных зубьев, а зубья изготовляют бочкообразной формы со сферической наружной поверх­ностью. Широкое применение в машиностроении зубчатых муфт объясняется рядом их достоинств: небольшими габаритами и массой; большой нагрузочной способностью из-за большего числа одновременно сцепляющихся зубьев; допустимостью высоких окружных скоростей ( 25 м/с) и технологичностью. Полумуфты и половины обоймы изго­товляют из сталей 40, 45 или из стального литья 45Л, 50Л и др.

Для повышения износостойкости зубья подвергают термообработке до твердости HRC 40 для зубьев полумуфт и HRC35 для зубьев поло­вин обоймы. Тихоходные зубчатые муфты (при v<.5 м/с) изготовляют с твердостью зубьев не ниже НВ280. Для уменьшения износа зубьев муфты в ее обойму заливают масло большой вязкости. Размеры зубчатой муфты принимают по таблицам ГОСТа в зависимости от расчетного крутящего момента муфты (2 )

где k₁ — коэффициент безопасности; k₂ — коэффициент условий работы муфты; Т — номинальный крутящий момент. Значения коэффициента безопасности k₁=1...8 принимают в зависимости от последствий, которые повлечет за собой поломка муфты. Значения коэффициента условий работы муфты k₂ принимают: при спокойной работе—1; при неравномерной работе —1...1,3; при тяжелой работе с ударами — 1,3... 1,5.

Проверочный расчет на прочность зубчатой муфты производят по формуле

(3)

где Т _Kmax — максимальный кратковременно передаваемый муфтой крутящий момент; значение T_K принимают по ГОСТ 5006—55.

Применяют и другие компенсирующие муфты, в том числе цепную, полумуфты которой представляют собой одинаковые цепные звездоч­ки, насаженные на валы и соединенные между собой охватывающей их однорядной или двухрядной роликовой или зубчатой цепью. Цепные муфты допускают перекосы валов до 1° и радиальные смещения до 1,2 мм. Конструкция их проста, они малогабаритны и удобны при монтаже и демонтаже, так как не требуют осевых смещений валов. Из цепных муфт наиболее распространена муфта цепная однорядная (рис. 4; ГОСТ 20742—75).

рис. 4. Цепная муфта.

Из компенсирующих самоустанавливающихся радиальных муфт применяют крестовые муфты, предназначенные для соединения валов с радиальным смещением, они допускают также осевое и угловое сме­щения соединяемых валов. Из крестовых муфт наиболее распростра­нена кулачково-дисковая (рис. 5; ГОСТ 20720—75). Она состоит из двух полумуфт 1 и 2, промежуточного плавающего диска 3 и кожу­ха 4. Насажанные на валы полумуфты соединяются между собой дис­ком благодаря тому, что на торцах диска имеются выступы, которые вставляют в пазы полумуфт. Так как выступы расположены взаимно перпендикулярно, то муфта обеспечивает свободное радиальное пере­мещение соединяемых валов. Она допускает также осевое и угловое перемещения валов.

Довольно широко распространена кулачково-дисковая муфта (рис. 5), которая состоит из двух полумуфт 1 и 2 и вкладыша 3, имеющего форму параллелепипеда. Полумуфты снабжены двумя выступами, осуществляющими направление вкладыша. Принцип действия муфты такой же, как и крестовой кулачково-дисковой. Для снижения износа поверхностей деталей крестовых муфт их смазывают через отверстия 4. Крестовыми муфтами можно соединять валы диамет­ром 15. ..150 мм. Полумуфты и диск изготовляют из стали СтЗ, Ст4.

рис. 5. Кулачково-дисковая муфта (размеры муфты смотри в приложении )

Ст5, стального литья 25Л, ЗОЛ и чугунного литья СЧ15-32, СЧ18-36 и др. Для тяжело нагруженных муфт полумуфты и диск выполняют из легированной стали 15Х, 20Х с цементацией и закалкой рабочих поверхностей. Вкладыш муфты изготовляют обычно из текстолита, благодаря чему уменьшается масса муфты. Проверочный расчет на прочность крестовых муфт рекомендуется производить по формулам: кулачково-дисковых

(4)

со скользящим вкладышем, , (5)

где р_max—максимальное давление на рабочих поверхностях сопря­женных деталей муфты; [р] — допускаемое давление для этих деталей. Т_K—расчетный крутящий момент муфты; D — наружный диаметр муфты; h — рабочая высота выступов диска ила вкладыша; b — ширина вкладыша. Допускаемое давление [р] прини­мают в зависимости от материала, термообработки и условий работа муфты; для стали по стали [p]=15...25МПа и для текстолита по стала [p]=8...10 МПа.

К компенсирующим самоустанавливающимся угловым муфтам от­носятся шарнирные муфты для соединения валов с взаимным наклоном до 45 и возможностью изменения угла наклона.

Конструкции и размеры шарнирных .муфт самые различные (рис.6). Простейшая шарнирная муфта — одинарная (рис. 6, а),

рис. 6. Шарнирные муфты. (размеры муфты смотри в приложении )

состоящая из двух полумуфт-вилок 1 и 2, насаженных на концы ва­лов, взаимно расположенных под прямым углом, и крестовины 3, шарнирно соединенной с вилками. Недостаток этой муфты — нерав­номерное вращение ведомого вала. Для обеспечения вращения ведомого вала с постоянной угловой скоростью или для возможности пе­редачи вращательного движения между параллельными, но смещен­ными валами, а также при необходимости увеличения угла наклона между соединяемыми валами применяют сдвоенную шарнирную муфту (рис. 6, б). Для того чтобы ведомый вал имел постоянную частоту вращения, необходимо, чтобы оба вала, ведущий н ведомый, были парал­лельны и наклонены относительно промежуточного валика сдвоенной шарнирной муфты под одинаковым углом, а обе вилки промежуточного валика лежали в одной плоскости. Для возможности смещения во вре­мя работы валы соединяют шарнирной сдвоенной муфтой с телескопи­ческим промежуточным валиком (рис. 6, в), т. е. валиком изменяю­щейся длины.

Шарнирные муфты подразделяются на малогабаритные, передаю­щие небольшие моменты, и крупногабаритные для передачи средних и больших моментов. Малогабаритные шарнирные муфты, одинарные (рис. 6, а) и сдвоенные (рис. 6, б), нормализованы ГОСТ 5147—69 для соединения валов диаметром от 10 до 40 мм. Шарниры этих муфт образуются вставными осями, из которых одна длинная, а вторая состоит из двух коротких втулок, стянутых заклепкой. Материал вилок и заклепки — цементуемая сталь 20Х, а крестовины и осей — сталь 40Х.

Шарнирные муфты, применяемые в приводах сельскохозяйствен­ных машин, стандартизованы ГОСТ 2752—55. Вилки этих муфт из­готовлены из стали 35, 40 и 40Х или стального литья 25Л, а кресто­вины—из цементуемой стали 20Х. Проверочный расчет шарнирных муфт состоит из определения давления на рабочие поверхности шар­ниров и расчета на прочность вилок и крестовины по формулам со­противления материалов.