6.3 Компенсирующие самоустанавливающиеся муфты
Муфта зубчатая. Состоит из полумуфт с наружными зубьями и разъемной обоймы с двумя рядами внутренних зубьев (рисунок 6.4)
Рисунок
6.4 – Зубчатая муфта
Муфта компенсирует все виды несоосности валов. С этой целью выполняют торцовые зазоры с и увеличенные боковые зазоры в зацеплении, а зубчатые венцы полумуфт обрабатывают по сферам радиусами г, центры которых располагают на осях валов. Допускаемые зубчатой муфтой смещения валов (радиальные, угловые или их комбинация) определяют из условия, чтобы углы между осью обоймы и осью одного или другого вала были не больше 0°30'.
Компенсация несоосности валов при работе муфты сопровождается скольжением в местах соприкасания зубьев и их износом. Практикой эксплуатации зубчатых муфт установлено, что износ является основным критерием работоспособности. Для уменьшения износа в обойму заливают жидкую смазку.
Определение истинных контактных напряжений в муфте усложняется неопределенностью условий контакта зубьев. Эта неопределенность обусловлена, с одной стороны, рассеиванием ошибок изготовления муфты, а с другой-рассеиванием несоосности валов (ошибки монтажа). При несоосности нагрузка распределяется неравномерно между зубьями, а поверхности соприкасания отдельных пар зубьев различны. Так, например, зубья обоймы и полумуфты, расположенные в плоскости перекоса валов, параллельны и имеют более благоприятные условия соприкасания, а зубья, расположенные в перпендикулярной плоскости, наклонены друг к другу под углом, равным углу перекоса, и соприкасаются только кромкой. Остальные зубья также располагаются под углом, но угол их наклона меньше.
Детали зубчатых муфт изготовляют из углеродистых сталей типа 45, 40Х, 45J1 коваными или литыми.
Зубчатые муфты обладают компактностью и хорошими компенсирующими свойствами. Их применяют для передачи больших крутящих моментов.
Аналитическое определение сил, действующих на валы, и потерь в зубчатой муфте при наличии несоосности значительно сложней, чем в описанном выше случае.
Расчетный крутящий
момент:
,
где
– коэффициент безопасности;
– коэффициент условий работы муфты; Т
– номинальный крутящий момент. Значение
коэффициента безопасности принимают
равным 1...1,8 в зависимости от последствий,
которые повлечет за собой поломка муфты.
Значение коэффициента условий работы
муфты принимают при спокойной работе
1...1,3, а притяжелой работе с ударами
1,3...1,5.
Проверочный расчет
на прочность зубчатой муфты производят
по формуле:
,
где
- максимальный кратковременно передаваемый
муфтой крутящий момент; значение
принимают по ГОСТ 5006.
Применяют также 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 двурядной роликовой зубчатой цепью. Цепные муфты допускают перекосы до 1 ͦ и радиальные смещения до 1,2 мкм. 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 (рисунок 6.5, ГОСТ 20742)
Рисунок 6.5 – 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 (рисунок 6.6; ГОСТ 20720). Она состоит из двух полумуфт 1 и 2 и промежуточного диска 3 и кожуха 4. На внутреннем торце каждой полумуфты образовано по одному диаметрально расположенному пазу. На обоих торцах диска выполнено по одному выступу, которые расположены по взаимно перпендикулярным диаметрам. У собранной муфты выступы диска располагаются в пазах полумуфт. Таким образом диск соединяет полумуфты.
Рисунок 6.6 – Кулачково-дисковая муфта
Перпендикулярное расположение пазов позволяет муфте компенсировать эксцентриситет и перекос валов. При этом выступы скользят в пазах, а центр диска описывает окружность радиусом, равным эксцентриситету Аг. Зазоры 8 между диском и полумуфтами позволяют компенсировать также и продольные смещения валов. Вследствие того что перекос валов вызывает неблагоприятное распределение давления в пазах, кулачково-дисковую муфту рекомендуют применять в основном для компенсации эксцентриситета: Аг до 0,04d; Аа до 0°30'.
Скольжение выступов в пазах сопровождается их износом. Интенсивность износа возрастает с увеличением несоосности и частоты вращения. Для уменьшения износа поверхности трения муфты периодически смазывают (и не допускают на них больших напряжений смятия. Последнее является основным условием расчета всех жестких муфт со скользящими деталями.
Применение компенсирующих муфт значительно уменьшает, но не устраняет полностью вредных нагрузок на валы и опоры, связанные с несоосностью.
К компенсирующим самоустанавливающимся угловым муфтам относятся шарнирные муфты для соединения валов с взаимным наклоном до 45 ͦ и возможностью изменения угла наклона (рисунок 6.7).
а – одинарная, б – сдвоенная шарнирная, в – сдвоенная шарнирная с телескопическим соединением
Рисунок 6.7 – Шарнирная муфта
Простейшая шарнирная одинарная муфта (рисунок 6.7 а) состоит 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 (рисунок 6.7 б). Для того, чтобы ведомый вал имел постоянную частоту вращения, необходимо, чтобы оба вала 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 (рисунок 6.7 в), т. е. валиком изменяющейся длины.