3.1 Муфты с металлическими упругими элементами

Эти муфты отличаются высокой несущей способностью и возможностью ра­боты в широком температурном интервале, однако они сложны по конструк­ции, дороги и обычно требуют постоянного контроля при эксплуатации.

Муфты с пакетами пластинчатых пружин

Муфта с радиальными пакетами пружин показана на рисунке 18.

Полумуфты 1 и 5 соединены пакетами пружин (рессор) 8, работающих на изгиб при действии крутящего момента. С полумуфтой 5 пакеты пружин соединяются через кольцо 3, имеющее продольные пазы, с помощью болтов 4. Внутренние концы пакетов пружин входят в радиальные пазы полумуфты 1. Па­кеты пружин фиксируются на полумуфте 1 с помощью кольца 7 и трех винтов. Крышка 2 с уплотнением 6 закрывает внутреннюю полость муфты, заполнен­ную пластичной смазкой.

Рисунок 18. Муфта с радиальными пакетами пружин.

Муфты со змеевидными пружинами

Полумуфты соединяются упругим элементом, выполненным в виде змеевид­ной пружины, расположенной на цилиндрической поверхности (рисунок 19).

Рисунок 19. Муфта со змеевидными пружинами на цилиндрической поверхности.

На рисунке 19 предста­влена муфта фирмы «Мальмеди» (ФРГ), со­стоящая из полумуфт 1 и 5, имеющих зубья специальной формы, между кото­рыми помещается змеевидная пружина 2. Для предохранения пружины от выпа­дания и удержания смазки (обычно пла­стичной) служит кожух 4, состоя­щий из двух половин, стянутых винтами 3.

Пружина является наиболее ответ­ственной деталью муфты. Она изготов­ляется из пружинной стали с пределом прочности 0_вр = 170 кгс/мм². В тяже­лых муфтах пружины устанавливаются в два-три ряда. Такие муфты отличаются высокой надежностью в работе и малыми габаритными размерами. Эти свойства и обу­словили довольно широкое распро­странение их главным образом в тяжелом машиностроении (прокатные станы, паро­вые турбины и т. п.), несмотря на сложность конструкции, нетехнологичность и необходимость контроля в эксплуата­ции. Муфты допускают смещение осей соединяемых валов: осевое - от 4 до 20 мм, радиаль­ное - от 0,5 до 3 мм, угловое - до 1° 15' (большие значения для больших муфт).

Муфты с винтовыми пружинами

На рисунке 20 представлена муфта «Карделис» фирмы «Гохройтер Баум» (ФРГ). Полумуфты 1 и 4 соединяются винтовыми пружинами сжатия 5, которые кара­ются на сегменты 2, посаженные на пальцы 3 с зазором. Пружины 5 ставятся с предварительным натяжением и при действии крутящего момента рабо­тают через одну. Сегменты изготовляются из износостойких пластмасс. Поверх­ность контакта сегмента с пальцем смазывается пластичной графитной смазкой.

Муфта допускает: радиальное смещение валов до 0,01D_A (рисунок 3.19); угловое смещение до 2°; осевое смещение до 0,05Da.

Рисунок 20. Муфта «Карделис».

Муфты с упругими элементами в виде стержней

На рисунке 21 представлены два варианта испол­не­ния муфты «Форст» фирмы «Рейншталь Вангейм» (ФРГ). В варианте по рисунку 21,а полумуфты 3 и 5 соединены цилиндрическими пружинами 6 рас­поло­женными по окружности с диаметром D_o; боковые крышки 1 и 7 удерживают пружины от выпадания и препятствуют вытеканию смазки благодаря уплотне­ниям 2; кожух 4 с уплотнением 2 специальной формы препятствуют вытеканию смазки из муфты при взаимном смещении полумуфт. Для уменьшения износа пружин и их гнезд в полумуфтах муфта через масленку 8 заполняется либо пластичной, либо жидкой смазкой с антизадирными присадками. Возможно исполнение с тормозным шкивом.

Рисунок 21. Муфта «Форст».

Муфты не с металлическими упругими элементами

Муфты с неметаллическими, преимущественно резиновыми, упругими эле­мен­тами получили весьма широкое распространение в современном машиностроении благодаря сравнительной простоте конструкции и дешевизне изготовления, отсутствию требований к уходу при эксплуатации, высоким компенса­ционным свойствам и хорошей демпфирующей способности. Они обладают также электроизолирующей способностью и т. д. Из-за низкой прочности резин и пласт­масс по сравнению с металлами эти муфты обычно применяются для передача малых и средних крутящих моментов.

Долговечность резиновых элементов ниже, чем стальных. Резина постепенно теряет свои упругие свойства - стареет.

Муфты со звездочкой

Муфта с резиновой звездочкой по ГОСТ 14084 - 76 (рисунок 22) состоит из одинаковых полумуфт 1 и 2, имеющих на фланцах торцовые ку­лачки, и упругого элемента 3, выполненного в форме звездочки. Выступы звез­дочки рас­полагаются между кулачками полумуфт и работают на сжатие через один при действии крутящего момента.

Рисунок 22. Муфта со звездочкой.

Материал полумуфт: сталь 35. Материал звездочки резина с пределом проч­но­сти при разрыве не менее 160 кгс/см², относительным удлинением при разрыве не менее 600%, относительным остаточным удлинением не более 32%; твердо­стью 45 - 50 по прибору ТИР (ГОСТ 7761 – 75). Резина должна быть работо­способна в диапазоне температур от - 40° С до +50° С.

Муфта фирмы «Пуль» (Франция) состоит из одинаковых полумуфт 1 и 3, имеющих торцовые кулачки, и резинового упругого элемента 4, выполненного в форме звездочки. Винты 2 фиксируют полумуфты на валах. Лучи звездочки располагаются между кулачками полумуфт и работают на сжатие при действии крутящего момента. Для улучшения компенсационной способности муфты звездочка центрируется по внутренней части кулачков на одной полу­муфте и не касается той же части кулачков другой полумуфты.

Упругий элемент муфты выпускается двух типов: 1) поверхность луча зве­з­дочки, соприкасающаяся с кулачками, очерчена по сфере (первоначальный кон­такт звездочки с кулачками в точке); 2) поверхность луча звездочки, соприкаса­ющаяся кулачками, очерчена по цилиндру (первоначальный контакт звездочки с кулачками по линии).

Со звездочкой первого типа муфта допускает угловое смещение валов до 1б^;. нагрев упругого элемента до 90° С. Со звездочкой второго типа муфта допус­кает угловое смещение валов до 10°, нагрев упругого элемента до 80° С.

Муфта со звездочкой первого типа обладает лучшей компенсационной способ­ностью, но передает меньшие нагрузки. При малых окружных скоростях полу­муфты изготовляются из серого чугуна, при больших - из стали.

Муфты пальцевые с упругим диском

Муфты пальцев с упругим диском отличаются высокой крутильной податли­во­стью и демпфированием, хорошо компенсируют угловые смещения валов. Эти муфты не требуют ухода в процессе эксплуатации, допускают простую замену упругого элемента. Они могут быть использованы для соединения двигателя с пе­редаточным механизмом, т. е. при установке на быстроходной ступени.

Рисунок 23. Примеры армирования дисков.

Для увеличения нагрузочной способности и долговечности муфт, работа­ющих при смещенных валах, применяют армирование отверстий под пальцы (рисунок 23). Нагрузочная способность дисков значительно увеличивается в слу­чае привулканизации армирующих деталей.

Известны также муфты с составным резинометаллическим диском (рисунок III.31): резиновые 2 и металлические / секторы соединяют вулканизацией. Нагрузочная способность таких муфт выше благодаря более равномерному рас­пределению напряжений в резиновых элементах.

Находят применение и резинокордные диски, отличающиеся от чисто рези­но­вых более высокими эксплуатационными качествами. Предполагая применимость закона Гука к резине, максимальное напряжение растяжения в неармированном диске, имеющем шесть пальцев, можно выразить следующим образом:

Рисунок 24. Муфты пальцевые с упругими дисками, конструкции Калинина.

Муфты с торообразным упругим элементом

Упругим элементом муфты является резиновая или резинокордная оболочка. Резинокордная оболочка сложнее в изготовлении, чем резиновая, однако срок ее службы в несколько раз больше резиновой. Эти муфты отличаются высокие компенсационными свойствами, способностью уменьшать динамические на­грузки благодаря малой крутильной жесткости и высокой демпфирующей спо­собности. К недостаткам муфт относят их большие размеры по диаметру и по­явление осевых нагрузок на опоры валов вызываемых центробежными силами, действующим на упругий элемент.

На рисунке 25 представлена муфта с торообразной оболочкой по ГОСТ 20884 – 75. Предусмотрено два исполнения: для соединения цилиндри­ческих концов валов и для соединения конических концов валов. Одинаковые полумуфты 5 соединены упругим элементом 1 в виде торообразной оболочки, изготовленной из резины или резины, армированной нитями корда. Нажимное кольцо состоит из полуколец 2, притянутых винтами 6 к кольцу 3. С помощью винтов 4 борт упругого элемента зажимают между фланцем полумуфты и на­жим­ным кольцом, создавая силы трения между резиной и металлом. Ширину кольца 3 выбирают такой, чтобы при контакте металлических частей в резуль­тате затяжки винтов 4 резина сжималась на заданную величину. Такая конст­рукция позволяет производить замену упругого элемента в муфте без осевого смещения полумуфт.

Рисунок 25. Муфта с торообразной оболочкой.

Муфты со сферическими и цилиндрическими вкладышами

На рисунке 26 представлена муфта фирмы «Пуль» (Франция). По­лумуф­та 1 имеет два диаметрально расположенных полых кулач­ка 5. Полу­муфта 4 также снаб­жена двумя полыми кулачка­ми 6. Кожух 2 крепится к по­лу­муфте 4 винтами 3 и удер­живает резиновые упругие элементы 7 от выпадания. Упру­гие элементы изготовляют из резины в форме шаров или ци­линдров. Муфта с шарами до­пускает угол закручивания валов а = 16°, разогрев упру­гого элемента до 90° С. Муфта с цилиндрами допускает угловое смещение валов у — 10°, разо­грев упругих элементов до 80°С. При действии крутящего мо­мента на муфту упругие эле­менты через один работают на сжатие.

При малых окружных ско­ростях полумуфты изготовляют из серого чугуна, при больших - из стали. Замена упругих элементов осуществляется без осе­вого смещения полумуфт.

На рисунке 26 представлена муфта фирмы «Пуль» для передачи значительных крутящих моментов. Полумуфта 1 имеет радиальные ребра 3 и со­единяется с другой полумуфтой через упругие элементы 7.

Рисунок 26. Муфта фирмы «Пуль» с вкладышами.

Вторая полумуфта состоит из ступицы с фланцем 4 и цилиндрической детали 5 с внутренними ку­лачками. Детали 4 и 5 соединяют винтами 6. Крышка 2 удерживает упругие элементы - выпадания. Упругие элементы изготовляют из резины в форме ша­ров или цилиндров.

Компенсационные свойства, схемы работы упругих элементов и материалы полумуфт те же, что и для легких муфт этого типа (см. выше).

Конструкция муфт позволяет заменять упругие элементы без осевого смещения агрегатов.

Рисунок 27. Муфта для передачи больших крутящих моментов.