3360

31.3. Подбор стандартной муфты

На практике муфты подбирают по ГОСТ или согласно условному расчету по некоторому расчетному моменту (Мр) и диаметру вала:

М р Мн Мq КМн ,

где Мн – номинальный длительно действующий момент; М q - динамический момент;

К – коэффициент динамичности или режима работы. Для машин с небольшими разгоняемыми массами и при

спокойной работе:

К = 1… 1,5.

Для машин со средними массами и переменной нагрузкой (поршневые компрессоры, строгальные станки):

К = 1,5 … 2,0.

Для машин с большими разгоняемыми массами и ударной нагрузкой (молоты, прокатные станки):

К= 2,5… 3.

Вслучае привода от ДВС значения (К) повышают на 20

…40 %. Большие значения при малом числе цилиндров.

31.4.Конструкции муфт

Жесткие муфты Вид неразъемные

Неразъемные муфты относятся к классу нерасцепляемых муфт (глухих), когда разъединение валов возможно только в результате разборки муфты при остановленной машине.

Такие муфты соединяют валы немертво, без какой-либо их подвижности. Они не компенсируют несоосности валов и не смягчают толчков при передаче крутящего момента. Применяются для соединения строго соосных валов.

139

а) втулочная муфта проста по конструкции и имеет малые габариты. Изготавливается со штифтами (коническими), со шпонками, стандартными винтами или шлицевыми.

Недостатки: неудобный монтаж и демонтаж, т.к. при этом требуется значительное осевое перемещение соединяемых валов. Условия монтажа затрудняют применение посадок с натягом. Поэтому они не обеспечивают высокой жесткости соединения на изгиб.

Рис. 31.3. Конструкция втулочной муфты

Из-за указанных недостатков втулочные муфты применяются для валов диаметром до 100 мм (чаще до 170 мм).

Материал втулок – конструкционная сталь (сталь 45), при больших размерах также применяют чугун СЧ 21-40.

Размеры муфт принимают по нормали МН 1067-60. Габаритные размеры приближенно можно определить:

D (1,5...1,8 )d L ( 2,5...4 )d ,

где d – диаметр вала.

При необходимости детали муфты могут быть проверены на прочность.

Втулка:

где Мр – расчетный момент, Н · мм.

140

Такое низкое допускаемое напряжение принимают потому, что полярный момент сопротивления (Wp) определяют без учета ослабления поперечного сечения втулки отверстиями под штифты, шпоночные канавки или шлицы.

Штифты проверяют на срез:

где dш – диаметр штифта, мм;

ср = 40 Н/мм2 – допускаемое напряжение среза для

штифтов.

31.5. Муфты, разъемные в плоскости, параллельной оси вала

а) продольно-свертная муфта Выполняется из двух полумуфт (1) и (2), разделенных по

плоскости, проходящей через ось валов.

Рис. 31.4. Продольно-свертная муфта

В малых муфтах крутящий момент передается силами трения, а в крупных – дополнительно ставят призматическую шпонку.

141

Основное достоинство – легкий монтаж и демонтаж без осевого перемещения валов. Недостатки – трудность балансировки, необходимость защитного кожуха, непригодность при ударных нагрузках.

Материал – чугунное литье, прокат. Область применения

– трансмиссионные валы. В настоящее время применяются весьма редко.

31.6. Муфты, разъемные в плоскости, перпендикулярной оси вала

а) Фланцевые (поперечно-свертные) муфты Рекомендуется применять для соединения соосных ва-

лов. Полумуфты (1, 2) насаживают на концы валов с натягом (легкопрессовая или глухая посадки) и стягивают болтами (3).

Рис. 31.5. Фланцевая муфта

Фланцевые муфты изготавливают по ГОСТ 2061-75 для диаметров 12…250 мм. Эти муфты обеспечивают надежное соединение валов, просты по конструкции, дешевы и поэтому широко применяются в машиностроении. Недостаток – необходимость соблюдения строгой перпендикулярности рабочих торцевых поверхностей полумуфт к осям валов и сравнительно большие габариты.

142

Для изготовления применяют сталь 40, допускается чугун СЧ 21. Болты изготавливают из стали 35. Болты, соединяющие полумуфты ставятся поочередно: без зазора (ГОСТ 7817-72) и с зазором (ГОСТ 7808-70). Расчет болтов ведут в предположении, что весь момент воспринимают болты, установленные без зазора:

где Мр – расчетный момент, Н· мм;

Д0 – диаметр окружности центров крепежных болтов, мм; Z/ – число «чистых» болтов;

d – диаметр не нарезной части болта;

ср = 0,25 GT – допускаемое напряжение на срез для болтов, Н/мм2.

Если все болты установлены с зазором, то их рассчитывают на усилие затяжки (Рзаб), которая создает на стыке полумуфт силы трения, достаточные для передачи вращающего момента (Мр).

где Z – общее число болтов;

f = (0,15 …0,2) коэффициент трения;

[Р] – допускаемая осевая нагрузка для затянутых болтов; S – запас сцепления S = (1,2 … 1,5).

Соотношения между размерами муфт: Наружный диаметр – D = (3 …5,5)d; Общая длина – L = (2,5 …4)d

Число оборотов – Z = 4 … 8/

143

31.7. Компенсирующие муфты

Зубчатая муфта (ГОСТ 5006-55) относится к подгруппе компенсирующих, нерасцепляемых муфт. Компенсирующие муфты предназначены для соединения валов с небольшими смещениями их осей, вызванными неточностью изготовления, монтажа и упругими деформациями. Эта муфта не смягчает толчков и поэтому относится к подгруппе жестких муфт. Зубчатая муфта состоит из двух втулок с внешними зубьями и надетой на них обоймой с внутренними зубьями.

Зубчатые втулки 2 (рис. 33.6) насаживают на концы валов, а обоймы 1 стягивают винтами. Зубья втулок и обоймы имеют эвольвентный профиль. Зубчатые муфты обладают большой несущей способностью (до 100000 Нм), т.к. одновременно в муфте работает большое число зубьев. Соединяют валы Ø 40…560 мм. Допускают значительные частоты вращения (Vскр≤ 1º). При большом угловом смещении на валы начинает действовать изги-

бающий момент, величина которого может достигать 0,1 Мкр.

Рис. 31.6. Конструкция муфты зубчатой

Детали муфты изготавливают из стали 40. Зубья втулок закаливают до твердости HRC 40, а зубья обойм до HRC 35. Зубьям придают бочкообразную форму. Число зубьев каждого венца Z = 30…80.

144

Для уменьшения износа зубьев в муфту заливают нигрол (смазка большой вязкости). Считается, что нагрузка распределяется равномерно между всеми зубьями и что контакт происходит по всей длине зуба (в) и рабочей высоте (h).

Основным критерием работоспособности муфт является износостойкость зубьев. Условие износостойкости:

где Р – давление на поверхности зубьев, Н/мм; в – длина зуба, мм;

Дγ = m · z – делительный диаметр, мм; [р] = 15 Н/мм2 – допускаемое давление;

Мр – расчетный момент, Н · мм2.

М р К1 К2 Мн М ,

здесь К1 – коэффициент безопасности.

К1 = 1, если поломка муфты не вызывает аварии; К1 = 1,5, если поломка муфты ведет к аварии ряда машин;

К1 = 1,8, если авария муфты ведет к человеческим жертвам; К2 – коэффициент условий работы муфты; К2 = 1 спокойная работа;

К2 = 1,5 – работа с ударами, неравномерно нагруженных и реверсивных механизмах.

Зубчатые муфты широко применяются, особенно в тяжелом машиностроении.

Муфта со змеевидной пружиной состоит из двух полумуфт с зубьями специального очертания, между которыми свободно заложены секции ленточной змеевидной пружины прямоугольного сечения (рис. 38.7). Кожух, состоящий из двух половин, удерживает пружину от выскакивания под действием центробежных сил и служит резервуаром для пластичного смазочного материала, который меняют через каждые четыре месяца.

Муфта надежна в работе и долговечна. Применяется для передачи больших крутящих моментов. Потери в муфте оцениваются КПД, η ≈ 0,98.

145

Рис. 31.7. Упругая муфта со змеевидной пружиной а) конструкция муфты; б) схема взаимодействия элементов

в) упругая втулочно-пальцевая (МУВП)

Назначение упругих муфт – смягчение толчков нагрузки и предотвращение опасных колебаний. Упругие муфты обладают жесткостью (податливостью), а также демфирующей способностью. Муфты могут иметь постоянную или переменную жесткость. Первые имеют линейную характеристику (f (Mкр )) , а вторые – нелинейную. Упругие муфты состоят

из двух полумуфт и упругих элементов – металлических (стальные пружины) и неметаллических (резиновые втулки).

Муфта упругая втулочно-пальцевая (МУВП) получила ши-

рокое распространение, особенно в передачах от электродвигателя. Полумуфта (1) и (2) насаживаются на концы валов с натягом с помощью призматических шпонок. Сами муфты между собой соединяются пальцами (3), на которых устанавливаются резиновые кольца (4). Полумуфты изготавливают из чугуна СЧ ч1 – 40, пальцы – из нормализованной стали 45, а кольца – из специальной резины. Пальцы проверяют на изгиб по сечению (А – А).

где Д0 – диаметр окружности на которой расположены пальцы; Z – количество пальцев;

Ln – длина цилиндрического участка пальца;

dn – диаметр;

[ζ]u = 80 … 90 Н/мм2.

Рис. 31.8. Конструкция муфты упругой втулочно-пальцевой

Проверяют также допускаемое давление между пальцами и упругими муфтами:

Управляемые (сцепные) муфты предназначены для со-

единения и разъединения валов при малой частоте вращения и на ходу. Различают кулачковые и зубчатые муфты, включаемые без вращения и при низкой частоте вращения и фрикционные, включаемые и выключаемые под нагрузкой.

Для передачи значительных моментов при несчастных включениях, невысоких требованиях к плавности включения применяют и при необходимости осуществления жесткой кинематической связи применяют кулачковые и зубчатые муфты.

Для плавного соединения и разъединения валов под нагрузкой применяют фрикционные муфты.

147

Кулачковые муфты состоят их двух полумуфт с торцевыми кулачками (выступами), входящими во впадины, между кулачками сопряженной полумуфты.

Включение и выключение осуществляется осевым перемещением одной полумуфты или с помощью скользящей шпонки.

Рис. 31.9. Кулачковая муфта

Обычно для уменьшения износа кулачков перемещают ведомую полумуфту.

Кулачковые муфты требуют весьма точного центрирования валов, что обычно достигают устраивая опору для ведомого вала в расточке ведущего.

Для кулачковых муфт характерно полное отсутствие проскальзывания и небольшие габариты, но их можно включать только при низкой частоте вращения (окружная скорость менее 1 м/с). Включение муфты сопровождается ударами.

На практике применяют следующие основные профили кулачков:

1)треугольный применяется при малых скоростях и моментах. Легко включается, но при передаче больших моментов возможно самовыключение;

2)прямоугольный применяется при высоких моментах, не требует осевого поджатия, но не обеспечивает сцепление без зазора и поэтому плохо работает при реверсивной нагрузке;

3)трапециидальный применяется при высоких моментах

искоростях, занимает промежуточное положение между треугольным и прямоугольным профилем.

148