7

Выбор соединительных муфт

Исходные данные

Исходные данные для выбора соединительных муфт:

• вращающий момент на соединяемых валах;

• диаметры соединяемых валов;

• частота вращения валов;

• условия эксплуатации.

Выбор типа муфты

При проектировании общепромышленного привода, для соединения валов входящих в него узлов и агрегатов по условиям работы должны применяться постоянные муфты. При выборе муфт следует учитывать то обстоятельство, что точность взаимной установки этих узлов и агрегатов не может быть идеальной, даже если устанавливать их на одной раме. При установке их на отдельных рамах или фундаментах точность монтажа еще ниже. Кроме того, опасные отклонения от точного взаимного расположения валов (перекос, несоосность) могут возникать и при рабочей нагрузке из-за недостаточной жесткости валов или в результате температурного расширения валов. Для компенсации неточности взаимного расположения валов применяются компенсирующие муфты.

Назначение упругих муфт – снижение динамических нагрузок и предотвращение опасных резонансных колебаний. Кроме того, они допускают некоторую компенсацию неточностей взаимного положения валов. Известны случаи многократного повышения ресурса механизмов, подверженных динамическим нагрузкам, при использовании упругих муфт.

Упругие элементы могут быть металлическими (стальные пружины) или неметаллическими (обычно из резины или полиуретана). Они аккумулируют и частично рассеивают энергию динамических нагрузок. Достоинства упругих элементов из эластомеров:

• способность аккумулировать большее количество энергии на единицу массы, чем пружинная сталь, до 10 раз;

• значительная демпфирующая способность: относительное рассеивание энергии в упругих элементах из резины достигает 0,3…0,8;

• наличие электроизолирующей способности.

Муфты с упругим элементами из эластомеров технологичнее, чем со стальными, но ресурс их значительно меньше. Резина вследствие структурных изменений, ускоряемых внешними воздействиями, постепенно теряет свои упругие свойства.

Упругие муфты просты по конструкции, имеют высокие эксплуатационные качества. К недостаткам следует отнести сравнительно небольшой передаваемый вращающий момент и необходимость сдвига валов или полумуфт при монтаже. Податливость муфты позволяет соединять валы с довольно большими перекосами и смещениями, но при этом упругие элементы получают значительные дополнительные нагрузки и быстро выходят из строя. Кроме того, упругие элементы создают дополнительные нагрузки на валы и их опорные узлы. Их следует учитывать в расчетах подшипников. Поэтому неточность взаимного положения валов не должна быть слишком большой.

Описание муфт

Компенсирующие муфты

1) Цепные муфты (см. Табл. 4).

Муфты применяют для соединения валов диаметрами от 20 до 140 мм при передаче вращающего момента от 63 до 8000 Нм с частотой вращения 500-1600 мин^-1. Муфты допускают радиальное смещение валов до 1,2 мм и угловое смещение до 1 (при применении двухрядной роликовой цепи с бочкообразными роликами – до 3…5). Для предохранения от загрязнения и лучшего смазывания муфты целесообразно закрывать кожухом с уплотняющими элементами. Вращающий момент передается с помощью звездочек и цепи.

Основное применение имеют однорядые муфты (тип 1). Применяют также муфты с двухрядной роликовой цепью (тип 2) и с зубчатой цепью.

Достоинства муфт: простота конструкции и обслуживания, надежность, технологичность изготовления, относительно малая масса и габариты, удобные монтаж и демонтаж. Недостаток – наличие окружных зазоров, из-за которых нельзя применять их для реверсивных приводов и приводов с большими динамическими нагрузками.

Силу, с которой муфта воздействует на вал (ее надо учитывать при расчете вала), можно принимать в долях от F_o – окружной силы на делительном диаметре звездочки:

F_k  0,25F_o

2) Зубчатые муфты (см. Таб. 5).

Муфты применяют для соединения высоконагруженных валов, особенно в тяжелом машиностроении, где передают большие моменты и затруднена точная установка валов. Диаметры валов – от 40 до 200 мм, передаваемый вращающий момент – от 1000 до 63000 Нм.

Муфта состоит из двух втулок с внешними зубьями и двух обойм с внутренними зубьями. Обоймы соединены жестко с помощью болтов, посаженных в отверстия без зазора. Для повышения износостойкости активные поверхности зубьев выполняют твердыми (45-55 HRC), а внутрь муфты заливают масло.

Радиальные и угловые смещения осей втулок относительно оси обоймы взаимосвязаны в процессе эксплуатации. Наибольшее угловое смещение может достигать 1,5, при отсутствии радиального смещения, а наибольшее радиальное смещение – от 1,5 до 6,5 мм (в зависимости от диаметра вала) при отсутствии углового смещения. Следует помнить, что несущая способность муфт резко падает с увеличением углов перекосов.

Для муфт используют эвольвентное зацепление с профильным углом =20 и коэффициентом высоты h_a^*=0,8. Число зубьев каждого венца 30…56 в зависимости от размера муфты. Центрирование обоймы относительно втулки обычно выполняют по вершинам зубьев втулок. Зубьям втулки придают бочкообразную форму, которая не вызывает концентрации нагрузок на их кромках.

Муфта обладает высокой допускаемой скоростью вращения (окружная скорость на зубьях может быть до 25 м/с, а при точном изготовлении – еще выше). Большое число одновременно работающих зубьев эвольвентного профиля обеспечивают надежность, компактность и высокую нагрузочную способность, но изготовление сложнее, чем изготовление цепной муфты.

Зубчатые венцы обойм могут быть изготовлены из пластмасс (капролона). При этом нагрузка распределяется между зубьями более равномерно, износостойкость – удовлетворительная.

Упругие муфты

1) Муфты упругие втулочно-пальцевые (см. Табл. 1).

Муфта упругая втулочно-пальцевая широко применяется в машиностроении, особенно для приводов от электродвигателей, благодаря легкости изготовления, простоте упругих элементов и удобству их замены пакетами резиновых дисков. По конструкции она схожа с поперечно-свертной муфтой, но вместо болтов в одной полумуфте закреплены стальные пальцы, на которые надеты резиновые втулки. На диске второй полумуфты имеются отверстия, в которые входят пальцы с втулками. Толчки и удары смягчаются вследствие деформации резиновых втулок.

МУВП применяется для валов диаметрами 9–160 мм при вращающих моментах 6,3–16000 Нм. Частоту вращения муфты ограничивают окружной скоростью 30 м/с. Муфта допускают, в зависимости от типоразмера, радиальное смещение осей валов на 0,2–0,4 мм, продольное смещение валов на 10–15 мм и угловое смещение на 1. Диапазон рабочих температур от –40 до +50С.

Работоспособность муфты определяется стойкостью втулок.

Приближенно принимая характеристику радиальной жесткости муфты линейной, радиальную силу F_k, вызванную смещением , можно определить по соотношению F_k=С_р, где С_р – радиальная жесткость муфты:

	dвала, мм	16	20	25	30	40
	Ср, Н/мм	1550	2160	2940	3920	5400