жении. В соответствии с этим расчет подшипников производят на долговечность по динамической грузоподъемности и на статическую грузоподъемность (для предупреждения остаточных пластических деформаций).

27.2. Муфты

Муфтами называют устройства для соединения деталей валов, труб, стержней и т.д. Основное назначение муфт – передача крутящего момента между валами, но помимо этого отдельные типы муфт могут выполнять и другие функции (компенсировать погрешности изготовления и монтажа валов, обеспечивать соединение и разъединение валов во время работы машины и т.д.).

По назначению и управляемости муфты можно разделить на постоянно замкнутые, сцепные управляемые, сцепные самоуправляемые (автоматические).

Постоянно замкнутые муфты служат для постоянного соединения валов. Их разделяют на жесткие, компенсирующие и упругие.

Жесткие муфты соединяют валы как одно целое. Их применяют при точной соосности валов в тихоходных приво-

дах (рис. 27.2).

а б

Рис. 27.2. Жесткие муфты: штифтовая (а), шпоночная (б)

Зубчатая муфта (ГОСТ 5006-55) относится к подгруппе компенсирующих, нерасцепляемых муфт (рис. 27.3). Эта муфта не смягчает толчки и поэтому относится к подгруппе жестких муфт. Зубчатая муфта состоит из двух втулок с внешними

213

зубьями и надетой на них обоймой с внутренними зубьями. Компенсирующие муфты служат для соединения валов с неточно совмещенными геометрическими осями. В зависимости от конструкции они компенсируют радиальные, осевые и угловые смещения валов, вызванные неточностью их изготовления и сборки. Особую группу составляют шарнирные муфты, допускающие значительные перекосы осей валов.

Рис. 27.3. Зубчатая компенсирующая муфта

Упругие муфты (втулочно-пальцевые, с резиновой звездочкой, с упругой торообразной оболочкой, со змеевидной пружиной) (рис. 27.4) компенсируют смещения валов и смягчают динамические нагрузки.

Рис. 27.4. Упругая муфта

214

Сцепные управляемые муфты предназначены для соедине-

ния и разъединения валов во время работы машины. По принципу работы их делят на две группы: а) кулачковые и зубчатые; б) фрикционные (дисковые и конические) (рис. 27.6).

Рис. 27.5. Коническая фрикционная муфта

Сцепные самоуправляемые муфты автоматически разъе-

диняют или соединяют валы в зависимости от изменения режима работы: скорости вращения валов (центробежные), величины крутящего момента (предохранительные, рис. 27.7), направления вращения (обгонные, рис. 27.8).

Рис. 27.6. Предохранительная муфта со срезным штифтом

Основной характеристикой муфт является передаваемый крутящий момент. Муфты подбирают по ГОСТу по большему диаметру соединяемых валов и расчетному моменту Mр:

Mp=KM,

215

где M – номинальный крутящий момент на валу; K – коэффициент динамичности режима нагрузки. Коэффициент K учитывает дополнительные динамические нагрузки от толчков и ударов. Для приводов от электродвигателя принимают: при спокойной нагрузке K=1,15–1,4; при переменной K=1,5–2, при ударной K=2,5–4.

Рис. 27.7. Обгонная муфта

27.2.1. Волновые передачи

Кинематически волновые передачи представляют собой планетарные передачи с одним из колес, выполненным в виде гибкого вала. Как и планетарная, волновая передача состоит из трех основных звеньев (рис. 27.8): неподвижного жесткого колеса 2 с внутренними зубьями, гибкого колеса 1, представляющего собой упругий тонкостенный стакан, основание которого соединено с ведомым валом 4, и генератора волн 3, деформирующего в радиальном направлении гибкое колесо 1.

216

На обоих колесах 1 и 2 нарезаны зубья одинакового модуля, однако число зубьев неодинаково – у гибкого колеса число зубьев Z1 на два меньше, чем у жесткого Z2.

Рис. 27.8. Схема волновой передачи

Наибольшее распространение получили передачи с числом волн 2. В свободном состоянии (без генератора 3) колеса находятся в центрическом положении с равномерным зазором между зубьями жесткого и гибкого колеса. Установленный внутри гибкого колеса генератор волн деформирует гибкое колесо в радиальном направлении, придавая ему эллипсообразную форму. При этом по большей оси эллипса зубья зацепляются на полную рабочую высоту, а по малой оси – между вершинами зубьев образуется зазор.

Передаточное число одноступенчатого волнового редуктора достигает Uр = 60…300 и более. Это основной качественный показатель волновых передач, выгодно отличающий их от других зубчатых передач, в том числе и планетарных. К тому же нужно отметить, что в зацеплении у волновой передачи нахо-

дится одновременно 25÷30 % зубьев. Это и обеспечивает выс о- кие кинематическую точность и нагрузочную способность на единицу массы. Еще одним положительным качеством волно-

217

вой передачи является ее высокая демпфирующая способность (в 4–5 раз больше, чем у обычной зубчатой передачи).

К недостаткам волновых передач можно отнести ограниченные частоты вращения ведущего вала генератора волн при больших диаметрах колес, мелкие модули зубчатых колес (0,15–2,0 мм), сложность изготовления гибкого колеса и генератора волн в индивидуальном производстве. Однако при серийном изготовлении в специализированном производстве волновые передачи дешевле планетарных.

Волновые передачи могут работать в качестве редуктора (КПД 80–90 %) и мультипликатора (КПД 60–70 %). В первом случае ведущим звеном является генератор волн, во втором – вал гибкого или жесткого колеса.

При неподвижном жестком колесе передаточное число волновой передачи определяется выражением (рис. 27.9)

Разность зубьев жесткого и гибкого колес должна быть равна или кратна числу волн, т. е.

Z1 − Z2 = RZU ,

где U – число волн, обычно равное 2;

RZ – коэффициент кратности, обычно равный 1,0; при

U < 70, RZ = 2, а при U < 45, RZ = 3.

Необходимое максимальное радиальное перемещение ω0 при отсутствии бокового зазора (если зубчатые венцы нарезаны без смещения производящего контура) должно равняться полуразности диаметров начальных (делительных) окружностей:

218

nω0 = 0,5(dW2 − dW1 )= 0,5ω(Z2 − Z1 )= 0,5ωRZU .

Иногда применяют в качестве кинематической волновую передачу с двумя зубчатыми венцами на гибкой оболочке, соответствующую планетарной с двумя внутренними зацепле-

ниями. КПД такой передачи низкий 2÷5 %, а передаточное

число велико U = 3600÷9000.

Экспериментальные исследования показывают, что волновые передачи становятся неработоспособными по следующим причинам:

1. Разрушение подшипников генератора волн от нагрузки в зацеплении или из-за значительного повышения температуры. Повышение температуры может вызвать недопустимое уменьшение зазора между генератором волн и гибким зубчатым венцом, что, в свою очередь, может привести к недопустимому изменению первоначальной формы генератора волн, гибкого и жесткого зубчатого венцов.

2. Проскок генератора волн при больших крутящих моментах (по аналогии с предохранительной муфтой). Это явление наступает тогда, когда зубья на входе в зацепление упираются один в другой поверхностями вершин. При этом генератор волн сжимается, а жесткое колесо распирается в радиальном направлении. Для предотвращения проскока радиальное упругое перемещение предусматривают больше номинального,

азацепление собирают с натягом.

3.Поломка гибкого колеса от трещин усталости, появляющихся вдоль впадин зубчатого венца. С увеличением толщины гибкого колеса напряжения в нем от полезного переда-

ваемого момента уменьшаются, а от деформирования генератора волн увеличиваются. Поэтому есть оптимальная толщина.

Долговечность гибкого элемента легко обеспечивается при U < 120 и чрезвычайно трудно при U < 80.

Анализ причин выхода из строя волновых передач показывает, что при U < 120 несущая способность обычно ограничивается стойкостью подшипника генератора волн, при

U ≤ 120 – прочностью гибкого элемента. Максимальный допустимый крутящий момент связан с податливостью звеньев.

219