а шпонки чи штифти перевіряють на зріз (чи зминання)
τзр = Fзр |
Азр ≤ [τ]зр ; |
(3.44) |
σзм = Fзм |
Азм ≤ [σ]зм . |
(3.45) |
а
б
Рис. 3.34. Втулкова муфта:
а – із штифтами; б – із сегментними шпонками
Фланцеві муфти (рис. 3.35). Широко використовуються у за гальному та сільськогосподарському машинобудуванні. Зручні для монтажу та демонтажу, допускають вібрацію та ударне наванта ження, добре балансуються, забезпечують жорстке з’єднання валів діаметром 12…220 мм. Фланцеві муфти складаються з двох напів муфт з фланцями, які стягуються спеціальними болтами із зазором (рис. 3.35) або без зазору (рис. 3.35IІ).
Фланцеві муфти виконують, як правило, без захисного ободу). Муфти із захисним ободом використовуються як шківи або гальмі вні барабани.
Стандартизовані для валів діаметром 12…220 мм.
Півмуфти виготовляють із сталі 35, 35Л або з чавунного литва. Якщо болти поставлені із зазором (І), то маса муфти більша,
але виготовлення муфти дешевше і простіше; болти зі сталі Ст.3. Якщо болти поставлені без зазору (ІІ), то необхідна підвищена
точність виготовлення отворів і болтів, болти із сталей 40, 45.
Рис. 3.35. Фланцева муфта
Міцність муфти визначають міцністю болтового з’єднання, яке у варіанті І перевіряється на розтяг стрижнів болтів, а у варіанті ІІ – на зріз і зминання болтів.
Компенсуючі муфти
Внаслідок низької точності виготовлення валів, а також мон тажно демонтажних робіт, у машинах і механізмах завжди існують похибки взаємного розміщення валів, найбільш характерними ти пами яких є: поздовжнє зміщення a (рис. .36б), радіальне зміщен ня r (рис. 3.36в), кутове зміщення α (рис. 3.36г) і комбіноване змі щення (рис. 3.36д) (неспіввісність валів). Для зменшення шкідливих навантажень внаслідок таких неспіввісностей використовуються компенсуючі муфти
.
г
д
Рис. 3.36. Можливі похибки взаємного розміщення валів:
а – нормальне положення; б – поздовжнє зміщення; в – радіальне змі щення; г – кутове зміщення; д – комбіноване зміщення
Пружні муфти
Використовуються для зменшення динамічних навантажень і дещо для компенсації неспіввісності валів.
За матеріалом пружних елементів ці муфти поділяють на:
муфти з неметалевими пружними елементами (гума);
муфти з металевими пружними елементами у вигляді
гвинтових пружин, плоских пружин, пакетів пласт ин тощо
Муфта пружна втулково пальцева (МПВП). Муфта склада ється з двох напівмуфт, момент передається через пальці і наса джені на них пружні (гумові) втулки (рис. 3.37). Кількість пальців 4…10. Матеріал напівмуфт: чавун або сталь 30, 35Л; пальців – сталь 45; втулок – гума з тимчасовим опором при розтягу не менше 8 МПа.
Такі пружні муфти мають невеликі габарити, невелику вар тість, прості в обслуговуванні, зменшують динамічні навантаження, допускають радіальне, повздовжнє і кутове зміщення валів. Їх ши роко застосовують в приводах з електродвигунами для валів діаме трами 9…160 мм.
Роботоздатність муфт визначають міцністю гумових втулок та пальців. Муфти розраховують за допустимим тиском між пальця ми і пружними елементами, припускаючи, що крутний момент розподіляється між пальцями рівномірно:
p = 2 103 T / zDdl ≤ [p], |
(3.46) |
де [p] – допустимий тиск, для гумових втулок [p] = 3 МПа; z – кіль кість пальців; d – діаметр пальців (під пружним елементом); D – ді аметр кола, на якому розміщуються пальці; l– довжина пружного елемента.
Пальці муфти розраховують на згин:
σзг = M W0 = 32 T 0,5l Dzπd 3 ≤ [σ]зг |
(3.47) |
Рис. 3.37. Муфта пружна втулково пальцева
Муфта з пружною тороподібною оболонкою (рис. 3.38) скла дається з двох напівмуфт 1 і 4, пружної (гумової або гумовокордної) тороподібної оболонки 2, яка прикріплюється до напівмуфт гвин тами 5 і 6 і притискними кільцями 3. За незначних навантажень оболонку виконують із гуми; за значних – з гуми і спеціального ко рду, який розміщується прошарками. Муфта має високі демпфую чі властивості, може стійко працювати за динамічних та ударних навантажень, може компенсувати поздовжні зміщення (1…11 мм), радіальні (1…5 мм) і кутові (до 30°).
До недоліків муфт належать: великий діаметр тороподібної оболонки і наявність осьових сил, які наближають напівмуфти у процесі експлуатації.
Навантажувальна здатність обмежується втратою стійкості і втомним опором пружної оболонки, яка працює на кручення.
Рис. 3.38. Муфта з пружною гумовою тороподібною оболонкою
Муфта пружна з гумовою зірочкою. складається з двох напі вмуфт 1 і 2 (рис. 3.39) і гумової зірочки 3. Напівмуфти мають торце ві кулачки (їх звичайно два або три), які входять у відповідні запа дини пружного елемента. Муфти із зірочкою мають малі габарити, зміщення осей валів радіальне в межах 0,1…0,4 мм, кутове –
1,5…1,0°.
Рис. 3.39. Муфта пружна з гумовою зірочкою
325
Зубці зірочки працюють на стиск. Перевірний розрахунок муфт виконують за умовою обмеження напруження зминання на робочих поверхнях пружного елемента.
Жорсткі компенсуючі муфти
Використовуються для з’єднання валів із незначною неспіввіс ністю.
Муфта кулачково дискова. Конструктивно така муфта (рис. 3.40а) складається з двох напівмуфт 1 і 2 і проміжного диска 3. На внутрішніх торцях напівмуфт розміщені спеціальні пази, а проміжний диск на обох торцях має взаємно перпендикулярні ви ступи. Під час роботи муфти спостерігається ковзання виступів у пазах, що призводить до їх спрацювання. Для зменшення спрацю вання поверхонь тертя муфти періодично змащують через отвір 4 твердими мастилами на основі графіту або дисульфіду молібдену. Осьовий зазор δ між диском і напівмуфтами дозволяє компенсува ти повздовжні зміщення валів. Конструкція муфти дозволяє також компенсувати радіальні і кутові неспіввісності. Напівмуфти вигото вляють зі сталей марок 45, 45Л, 15Х, 20Х тощо.
а
б
Рис. 3.40. Муфта кулачково дискова:
а – конструкція муфти; б – розподіл напружень зминання на кулачках
Під час розрахунків кулачково дискових муфт, зазвичай, при ймають, що натяг і зазор посадки виступів у пази рівні нулю. У цьому разі розподіл напружень зминання на виступах проміжного диску буде таким, як показано на епюрі (рис. 3.40б). Слід зауважи
ти, що на цій схемі епюри зминання умовно перенесені з бокових граней паза на діаметр.
Розрахунок муфти виконують за напруженнями зминання для забезпечення стійкості проти спрацювання кулачків..
Зубчаста муфта складається із двох півмуфт, що мають зуб часті вінці і роз’ємні обойми з двома внутрішніми зубчастими він цями. (рис. 3.41); обойми з’єднуються гвинтами. Основним крите рієм працездатності таких муфт є зношування, тому в обойму за ливають рідке мастило. Профіль зубців, як правило, евольвентний. Муфта дозволяє компенсувати всі види неспіввісності валів. Для цього виконуються бокові і торцеві зазори в зубчатих парах, а зуб чаті вінці заокруглюються.
Деталі зубчастої муфти виготовляють із вуглецевих сталей ти пів 45, 40Х, 45Л з термічною обробкою.
Висока надійність та несуча здатність за малих габаритів цих муфт зумовила їх широке використання у важкому машинобуду ванні.
Основною причиною виходу із ладу зубчастої муфти є спра цювання зубців.
Стійкість проти спрацювання перевіряють за напруженнями
|
зминання: |
|
2Т |
≤ [σзм ]= (12...15) МПа; |
|
|
σзм = |
|
(3.48) |
|
D0 |
b h z |
|
|
|
|
Рис. 3.41. Муфта зубчаста
Ланцюгова муфта (рис. 3.42) складається з двох півмуфт у формі зірочок, охоплених одно або дворядним роликовим ланцю гом. Конструктивно вони прості, дозволяють компенсувати переко си валів та радіальні неспіввісності, мають невеликі габарити. Такі муфти не рекомендують застосовувати для реверсивних приводів за динамічних навантажень.
Рис. 3.42. Муфта ланцюгова
Шарнірні муфти застосовуються за значних зміщень з’єднуваних валів. У конструкціях таких муфт використовують принцип шарніра Гука. Найбільш відома конструкція – карданний вал автомобіля. Шарнірні муфти застосовують у сільськогосподар ських машинах: тракторах, зернозбиральних комбайнах, силосних комбайнах тощо. Вони служать для передачі моменту між валами із взаємним нахилом осей до 45°.
Шарнірні муфти застосовують для компенсації неточностей взаємного положення вузлів в транспортних машинах, передачі моменту вузлами, які мають складний рух під час роботи (фрезерні і свердлильні верстати тощо).
Одинарна шарнірна муфта (рис. 3.43а) складається із двох пі вмуфт у вигляді вилок і хрестовини, шарнірно з’єднаної з вилками. Основний недолік такої муфти: за рівномірного обертання ведучого вала ведений вал обертається нерівномірно.
а
б
Рис. 3.43. Схеми шарнірних муфт:
а – одинарної; б – здвоєної
328
Здвоєна шарнірна муфта (рис. 3.43б) забезпечує постійну ку тову швидкість веденого вала, якщо γ1 = γ2 , а вилки проміжного ва ла лежать в одній площині.
3.4.3. Керовані муфти
Кулачкова муфта (рис. 3.44а) з двох півмуфт 1 і 2, які на тор цевих поверхнях мають кулачки. Для вмикання і вимикання муфти переміщення в осьовому напрямі однієї із півмуфт здійснюється за допомогою спеціального механізму керування. У робочому поло женні кулачки однієї півмуфти входять у западини між кулачками іншої півмуфти (рис. 3.44б). При цьому вмикання, зазвичай, відбу вається з ударним навантаженням, що може призвести до руйну вання кулачків, тому кулачкові муфти рекомендуються вмикати на вільному ходу.
Рис. 3.44. Кулачкова муфта: а – конструкція;
б – схема зачеплення кулачків
Основні переваги кулачкових муфт: малі габарити, легкість вмикання, робота без проковзування, можливість передачі значних моментів.
Півмуфти виготовляються із сталей, що сприймають цемен тацію: 15, 20, 15Х, 20Х, H ≥ 50...55 HRC.
Роботоздатність кулачкових муфт оцінюється стійкістю кула чків проти спрацювання, яка залежить від напружень зминання на робочих поверхнях:
|
σ зм = |
Fзм |
= |
2Т |
≤ [σ зм ]= 90 ... 10 МПа. |
(3.49) |
|
Азм |
D z b h |
|
|
|
|
|
Фрикційна муфта (рис. 3.45) використовується для передачі моменту між півмуфтами за рахунок сил тертя на робочих поверх нях. У процесі експлуатації фрикційні поверхні плавно стискуються між собою і пробуксовують одна відносно другої. Пробуксування муфти під час вмикання приводу забезпечує плавний розгін веде ного вала.
Фрикційні муфти поділяють: залежно від умов експлуатації на сухі та змащувані (тобто працюють з мастилом); за формою ро бочих поверхонь на: конусні (робочі поверхні мають конічну фор му); дискові або багатодискові (робочими поверхнями є плоскі пове рхні дисків); циліндричні колодкові і кільцеві (робочі поверхні мають циліндричну форму); залежно від кінематики механізму керування муфти на нормально розімкнені (за неробочого механізму керування розчеплені) і нормально замкнені (за неробочого механізму керуван ня зчеплені під дією пружин).
Рис. 3.45. Схема фрикційної дискової муфти
Дискові муфти можуть мати одну поверхню тертя і декілька (багатодискові).
Умова роботоздатності муфти:
