Основы расчета и конструирования передач. Нилов В.А., Жилин Р.А

Таблица 25.1

Условные обозначения муфт по ГОСТ 2.770-68

Муфта без уточнения типа

Муфта упругая нерасцепляемая

Муфта жесткая зубчатая

Муфта шарнирная

Муфта кулачковая (односторонняя)

Муфта сцепная фрикционная

Муфта конусная односторонняя

Муфта конусная двусторонняя

Муфта фрикционная дисковая

Существенными показателями конструкции муфт является масса, габариты и момент инерции относительно оси вращения. Муфты каждого размера рассчитаны на передачу определенного крутящего момента для некоторого диапазона диаметров валов. Выбор типа муфты определяется ее назначением в конкретной машине и условиями работы.

25.2. Классификация муфт

Основной характеристикой муфт является величина передаваемого ей крутящего момента.

В ответственных машинах муфты рассчитывают по их истинным критериям работоспособности: прочность при цик-

259

лических нагрузках или однократных перегрузках; износостойкость с обеспечением требуемой жесткости и т.д. Для таких расчетов необходимо знание всего спектра нагрузок, определяемых обычно с помощью ЭВМ.

Рис. 25.2. Классификация муфт.

25.3. 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.

260

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.

25.4.Конструкции муфт

25.4.1.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.

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

Рис. 25.3. Конструкция втулочной муфты

261

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.

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.

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.

262

25.4.2. Муфты, разъемные в плоскости, параллельной оси вала

Продольно-свертная муфта (рис. 26.4) выполняется из двух полумуфт (1) и (2), разделенных по плоскости, проходящей через ось валов.

Рис. 25.4. Продольно-свертная муфта

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

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.

25.4.3. Муфты, разъемные в плоскости, перпендикулярной оси вала

Фланцевые (поперечно-свертные) муфты (рис. 26.5) рекомендуется применять для соединения соосных валов. Полумуфты (1, 2) насаживают на концы валов с натягом (легкопрессовая или глухая посадки) и стягивают болтами (3).

Фланцевые муфты изготавливают по ГОСТ 2061-75 для диаметров 12…250 мм. Эти муфты обеспечивают надежное

263

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.

Рис. 25.5. Фланцевая муфта

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;

264

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/

25.4.4. 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. 26.6) 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.

265

Рис. 25.6. 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.

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;

266

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. 26.7). 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.

Рис. 25.7. Упругая муфта со змеевидной пружиной а) конструкция муфты; б) схема взаимодействия элементов

в) упругая втулочно-пальцевая (МУВП)

267

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 широкое распространение, особенно в передачах от электродвигателя (рис. 26.8). 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).

Рис. 25.8. Конструкция муфты упругой втулочно-пальцевой

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;

268