МУФТЫ

Общие сведения

Муфтами называют устройства, с помощью которых соединяют между собой валы или валы с находящимися на них деталями для передачи вращающего момента. На рис. 1 показана установка, состоящая из электродвигателя и червячного редуктора, валы кото­рых соединены муфтой.

Муфты подразделяются на группы.

1. Глухие - соединяют два вала так, что полученное соедине­ние работает как одно целое. Наиболее распространены глухие муфты втулочные и фланцевые или поперечно-свертные. Продольно-свертные муфты применялись для соединения отдельных частей длинных трансмиссионных валов. В настоящее время они имеют ограниченное применение.

Рис. 1. Соединение вала электродвигателя и вала чер­вячного редуктора муфтой

2. Компенсирующие - соединяют валы, имеющие незначитель­ные смещения - осевые, радиальные и угловые. Компенсирующие муфты жесткие не смягчают толчков, упругие - смягчают толчки за счет деформации упругих элементов, передающих вращающий момент.

К жестким компенсирующим муфтам относятся кулачковые расширительные муфты, кулачково-дисковые, зубчатые, цепные, шарнирные и др.

К упругим компенсирующим муфтам относятся муфты со змее­видными пружинами, муфты с гильзовыми пружинами, втулочно-пальцевые, с упругой оболочкой и др.

3. Управляемые или сцепные - соединяют и разъединяют валы во время работы при помощи механизма управления. В этих муф­тах используется кулачковое или зубчатое зацепление - кулачко­вые муфты или трение - фрикционные муфты.

4.Самоуправляемые - автоматически действующие муфты, предназначаются для предохранения привода от перегрузок, пере­дачи момента лишь в одном направлении, ограничения скорости, осуществления плавного пуска привода и т. д.

К этой группе относятся муфты со срезным штифтом, фрикцион­ные предохранительные, центробежные и др.

Расчет муфт

На работу муфты существенно влияют толчки, удары и колеба­ния, обусловленные характером работы приводимой в движение машины. Поэтому расчет муфты ведут не по номинальному моменту Т, а по расчетному Т_р:

Т_р = k_рТ (17.1)

где k_p - коэффициент режима работы (табл. 17.1); Т - вращающий момент, Н·м: Т=Р/ω; Р - мощность, Вт; ω - угловая скорость, рад/с: ω = πn/30; n - частота вращения, мин^-1.

Муфты, имеющие широкое распространение, стандартизованы. Основными характеристиками муфты являются момент, на передачу которого муфта рассчитана, и диаметры соединяемых валов.

Диаметр вала под муфту может быть определен расчетом на чистое кручение по пониженным допускаемым напряжениям [см. формулу (14.7)].

Основные параметры наиболее распространенных муфт приво­дятся в табл. 17.2...17.15. При выборе муфт по этим таблицам пред­почтение следует отдавать размерам 1-го ряда. Нужно также иметь в виду, что в некоторых муфтах полумуфты изготовляют с цилиндрическими расточками (тип 1) и с коническими расточками (тип 2) двух исполнений: 1 — на длинные концы валов, 2 — на ко­роткие. Допускается соединение полумуфт разных типов в разных исполнениях с различными диаметрами посадочных отверстий для данного вращающего момента.

Глухие муфты

Втулочные муфты (рис. 2) просты по конструкции и имеют малые габариты. Их изготовляют со штифтами - исполне­ние 1 (рис. 2, а); со шпонками призматическими - исполнение 2; со шпонками сегментными - исполнение 3 (рис. 2,б) и со шлицами.

Детали втулочных муфт изготовляют из стали 45. Втулочные муфты требуют очень точного совмещения осей валов и значитель­ного смещения муфты или вала в осевом направлении при монтаже и демонтаже.

В табл. 17.2 приведены некоторые параметры втулочных муфт со штифтами (исполнение 1).

Штифты проверяют на срез:

τ_ср=[τ_ср], (17.2)

где Т_р - расчетный момент, Н • мм; 2Т_р/d - расчетное усилие, Н; d - диаметр вала, мм; d_ш - диаметр штифта, мм; 2πd_ш² /4 - общая площадь среза штифта, мм²; [τ_ср] - допускаемое напряжение на срез для штифтов: [τ_ср] = 40 МПа.

Проверка шпоночных и шлицевых соединении выполняется по методике, приведенной в гл. 4.

Рис. 2. Втулочные муфты

Муфты продольно-разъемные с фиксирую­щим кольцом (рис. 3) применяют для соединения соосных валов в вертикаль­ных приводах. Фиксирующее кольцо служит для восприя­тия осевых нагрузок.

Изготовляют муфты из углеродистых сталей. При работе в агрессивных средах детали муфты изготовляют из материалов, устойчивых к данным средам.

В табл. 17.3 приведены некоторые параметры про­дольно-разъемных муфт. Корпус муфты состоит из двух половин (полумуфт) с продольным разъемом. На наружные конические по­верхности полумуфт с конус­ностью ~ 1: 4 надеваются фланцевые кольца, которые стягиваются тремя шпилька­ми. Сами полумуфты надеваются на валы со шпонками.

Рис. 3. Муфта продольно-разъемная

Концы валов обрабатывают под фик­сирующее кольцо, которое состоит из двух половин, скрепляемых пружинными кольцами.

Фланцевые муфты (рис. 4) рекомендуют применять для соеди­нения соосных валов. Полумуфты насаживают на концы соединяемых валов с небольшим натягом и стягивают болтами. Обычно применяют посадки или ; при ударных нагрузках -.

Рис. 4. Муфты фланцевые:

а - болты поставлены с зазором, муфта закрытая; б - без зазора, муфта закрытая; в - с зазором, муфта открытая; г - муфта закрытая с центрирующими полукольцами

Центрирование полумуфт обеспечивают цилиндрическим вы­ступом на одной полумуфте и цилиндрической расточкой - на дру­гой (рис. 4, а) или применением специальных центрирующих полуколец (рис. 4, г).

Используя муфту с двумя центрирующими полукольцами, разъ­единяют валы без их осевого перемещения.

Открытые муфты (рис. 4, в) отличаются от закрытых отсутст­вием буртиков, ограждающих болты.

В табл. 17.4 приведены параметры и основные размеры фланце­вых открытых муфт.

Фланцевые муфты обеспечивают надежное соединение валов, просты по конструкции, дешевы и поэтому широко распространены в машиностроении. К их недостаткам можно отнести необходимость строгого соблюдения перпендикулярности стыкуемых поверхностей полумуфт к осям валов и сравнительно большие габариты по диа­метру.

Материал полумуфт - сталь 40 или стальное литье повышенно­го качества. Допускается изготовление полумуфт из чугуна СЧ 20. Полукольца, болты и гайки изготовляют из стали 35.

Болты, соединяющие полумуфты, ставятся через один: половина болтов устанавливается без зазора в отверстия из-под развертки, а вторая половина болтов по ГОСТ 7808 - 70 - в отверстия с зазором. Центрирование полумуфт в данном случае осуществляется болтами, установленными в развернутые отверстия.

Расчет болтов ведут в предположении, что весь действующий момент воспринимают болты, установленные без зазора и работаю­щие на срез.

Условия прочности на срез болтов, установленных без зазора:

τ_ср=[τ_ср], (17.3)

где Т_р - расчетный момент, Н·мм; 2T_р/D₀ - расчетная окружная сила, Н (на окружности, проходящей через центры болтовых от­верстий); D₀ - диаметр окружности, проходящей через центры бол­товых отверстий, мм; z' - чи­сло болтов, установленных без зазора; d_б - диаметр не­нарезанной части стержня болта, мм (для болтов не более М24 диаметр d_б на 1 мм больше диаметра резь­бы); [τ_ср] - допускаемое на­пряжение па срез для бол­тов, МПа: [τ_ср] = 0,25σ_т; σ_т - предел текучести мате­риала болта (для стали мар­ки Ст 3 σ_т = 220 МПа; для стали 35 σ_т = 320 МПа и для стали 45 σ_т = 360 МПа).

Если все болты установ­лены в отверстия с зазором, их рассчитывают на силу за­тяжки F_з, которая создает на стыке полумуфт силы тре­ния, достаточные для пере­дачи вращающего момен­та Т.

Условие прочности:

F_з =2 Т_р /(D₀zf)[F] (17.4)

где D₀ - диаметр окружно­сти, на которой расположе­ны болты (этот диаметр при­мерно равен среднему диа­метру кольцевой поверхно­сти трения), мм; z –общее число болтов; f – коэффициент трения: f= 0,15…0,20; [F]- допускаемая осевая нагрузка для затянутых болтов, Н (см. табл. 3.4).

Если окажется, что сила затяжки превышает допускаемую осе­вую нагрузку, следует увеличить число болтов z или принять болты большего диаметра. Если последнее нежелательно, следует принять муфту, обеспечивающую передачу большего Т_р.

При расчете болтовых соединений, в которых момент передает­ся за счет сил трения, расчетную силу затяжки принимают обычно на 20. ..25 % больше минимально необходимой. Делают это для по­лучения необходимого запаса сцепления. При расчете по формуле (17.4) необходимый запас сцепления обеспечен тем, что сила за­тяжки F3 определена не по номинальному моменту Т, а по расчетно­му Т_р.

Для соединения вертикальных валов (например, в аппаратах с мешалками) применяют фланцевую муфту с дистанци­онным кольцом (рис. 5). Полумуфты закреплены на валах круглыми гайками. Силы трения от затяжки шпилек возникают между торцевыми поверхностями дистанционного кольца и полу­муфтами. Основные размеры муфты могут быть приняты по табл. 17.4, остальные - назначают по конструктивным соображе­ниям. Размер и количество шпилек можно принимать в зависимо­сти от диаметра вала по табл. 17.16. Проверку прочности шпилек производят по формуле (17.4),