6. Выбор муфт

Муфты предназначены для продольного соединения вращающихся валов и передачи вращающего момента (для некоторых муфт возможно также выполнение ряда дополнительных функций, например, компенсация осевых, радиальных или угловых смещений).

Основные показатели при выборе муфты: номинальные диаметры соединяемых валов, расчетный вращающий момент, частота вращения и условия эксплуатации.

На практике для определения расчетного вращающего момента Т_р пользуются формулой

Т_р = К_рТ ≤ Т_ном,

где К_р – коэффициент перегрузки, учитывающий режим работы и ответственность конструкции, Т – вращающий момент на соответствующем валу, Т_ном – номинальный вращающий момент, указанный в каталоге.

Принимаются значения К_р для транспортеров ленточных – 1,25…1,5, транспортеров цепных, винтовых, скребковых – 1,5…2,0; воздуходувок и вентиляторов – 1,25…1,5; насосов центробежных – 1,5…2,0; насосов и компрессоров поршневых – 2,0…3,0; станков металлорежущих: с непрерывным движением – 1,25.. 1,5, с возвратно-поступательным движением – 1,5…2,5; станков деревообделочных – 1,5…2,0; мельниц шаровых, дробилок, молотов, ножниц – 2,0…3,0; кранов подъемных, элеваторов – 3,0…4,0.

Для соединения выходных концов двигателя и быстроходного вала редуктора (располагаемых обычно на общей раме) применяются упругие втулочно-пальцевые муфты и муфты со звездочкой. У них небольшие размеры и масса, хорошие упругие свойства и минимальный маховый момент, что уменьшает пусковые нагрузки на соединяемые валы.

Для соединения выходных концов тихоходного вала редуктора приводного вала применяются цепные муфты и муфты с торообразной оболочкой. Эти муфты способны компенсировать значительную несоосность валов. Величина муфты не имеет здесь практического значения, т. к. приведенный к валу двигателя маховый момент уменьшается в равное квадрату передаточного отношения число раз. Стандартные муфты выпускаются двух типов: с цилиндрическими и коническими посадочными отверстиями (рис. 6. 1, 6. 2) (кроме муфты со звездочкой, у нее только цилиндрическое посадочное отверстие), причем каждый тип имеет два исполнения – для длинных и коротких концов валов. Возможно использование полумуфт с различными диаметрами посадочных отверстий при передаче одного и того же вращающего момента.

Упругая втулочно-пальцевая муфта. Вращающий момент передается пальцами, жестко закрепленными на одной полумуфте, при этом полумуфты не имеют непосредственного металлического контакта – на пальцы наде­ ты резиновые втулки или набор колец. МУВП допускают значительный осевой разбег (до 15 мм), но относительно небольшое радиальное смещение (0,3…0,5 мм) и угол перекоса валов меньше 1^о. Резиновые втулки быстро изнашиваются (но этот процесс можно замедлить, монтируя приводы на жестких литых или сварных рамах).

На раме, в местах крепления к ней электродвигателя и редуктора, ставят специально обработанные бобышки, если рама литая, или платики, если рама сварная. Поверхность рамы в местах крепления подвергают механической обработке на строгальных или фрезерных станках или, если механическую обработку рамы не проводят, для точности монтажа применяют прокладки.

В стандарте приведены значения передаваемого момента для полумуфт, изготовленных из чугуна СЧ-20 с пальцами из стали 45. Упругие элементы изготовлены из резины со следующими механическими свойствами: предел прочности при разрыве – не менее 8 МПа; твердость (ГОСТ 263-93) 60…75 условных единиц. МУВП и муфта комбинированная показаны на рис. 6.1–6.4, параметры МУВП приведены в таблицах 6.1, 6.2.

Рис. 6.1. Муфта упругая втулочно-пальцевая:

1 – полумуфта левая; 2 – полумуфта правая; 3 – палец; 4 – втулка упругая;

5 – втулка; 6 – винт установочный; 7 – кольцо стопорное;

8 – гайка; 9 – шайба машинная

Рис. 6.2. Муфта упругая втулочно-пальцевая с коническим и цилиндрическим отверстиями в полумуфтах

Спецификации на муфту комбинированную приведены ниже.

Размеры элементов муфт, указанные в стандарте, определены при достаточ­но большом запасе прочности, поэтому проверочный расчет обычно выполня­ют в случае необходимости только для пальцев и втулок.

Пальцы втулочно-пальцевой муфты проверяют на изгиб:

_и = [_и], (6. 1)

где M_и – изгибающий момент, действующий на консольно закрепленный палец, Н∙мм; W – момент сопротивления, мм³; [_и] – допустимые напряжения изгиба для материала, из которого изготовлены пальцы, Н/мм².

Втулки проверяют по удельному давлению (МПа):

p = [p], (6. 2)

где F_t – окружная сила, действующая на диаметр D расположения осей пальцев; D = (2,5...3)d. Здесь d – диаметр отверстия; d_п – диаметр паль­ца; d_п = (0,3...0,5)d; l_п – длина втулки, численно равная длине пальца: l_п = (0,8...0,85)l₂.

Цепная муфта. Упрощенной конструкцией зубчатых муфт являются цепные (рис. 6.5), состоящие из двух полумуфт 1 и 2, замыкаемых бесконечной однорядной или двухрядной втулочно-роликовой цепью 3. Цепные муфты изготовляют по ГОСТ 20742-93 в диапазоне диаметров валов d = 20...100мм с номинальным вращающим моментом от 63 до 16000 Нм. При использовании других материалов номинальный вращающий момент определяется расчетным путем.

Рис. 6.5. Муфта цепная

В табл. 6.3 даны значения номи­нального вращающего момента для по­лумуфт, изготовленных из сталей мар­ки 45 (ГОСТ 1050-88*) или 45Л (ГОСТ 977-88), с твердостью рабочих поверх­ностей зубьев HRC40...45.

Таблица 6.3

Параметры и размеры, мм, цепных муфт с однорядной цепью

Tном, Н·м	n, мин-1	Масса, кг	d	D	L для исполн.		l для исполн.		Цепь ГОСТ 135668-75	Шаг цепи Р	Число зубьев z	h
					1	2	1	2
63	1620	3,2	20…28	110	102 122	80 92	36 92	25 27	ПР – 19,05-31800	19. 05	12	1,3
125	1380	4,4	25…36	125	122 162	92 124	42 58	27 39	ПР-25,4-60000	25,4	10	1,8
250	1200	5,05	32…45	140	162	124	58	39	ПР-25,4-60000	25,4	12	1,8
500	1020	14,3	40…6	200	222	172	82	57	ПР-31,75-89000	31,7 5	14	2,0
1000	780	19,5	50…71	210	222 284	172 220	82 105	57 73	ПР-38,1-127000	38,1	12	3,5
2000	720	34,5	63 80	280 310	284 344	-	105 130	-	Пр-50,8-22680	-	12	3,8
4000		49				-		-		-	14
8000	540	71,45	100	350	424	-	165	-		-	16

Типы муфт: 1 – с однорядной цепью,

2 – с двухрядной цепью (13.2, п. 3).

Исполнение полумуфт:

• с цилиндрическим отверстием для коротких концов валов по ГОСТ 12080-66;

• с коническим отверстием для коротких концов валов по ГОСТ 12081-66.

Материал полумуфт – сталь 45 по ГОСТ 1050-88, 45Л по ГОСТ 977-88.

Твердость рабочих поверхностей зубьев 40…45 HRC.

Пример обозначения цепной муфты, передающей номинальный крутящий момент М = 500 Нм, типа 1, с диаметром посадочных отверстий d = 50мм, с полумуфтами исполнения 1: муфта 500 – 1 – 50 - 1 ГОСТ 20742-93.

М уфта с торообразной оболочкой представлена на рис 6.6 , параметры муфты в табл. 6.4.

Рис. 6.6. Муфта

с торообразной оболочкой

Таблица 6.4

Упругие муфты с торообразной оболочкой

С наружным исполнением							С внутренним исполнением
Номинальный вращаю-щий момент Т, Н·м	Частота вращения n, мин-1	размеры, мм				Масса, кг	Номинальный вращающий момент Т, Н·м	Частота вращения n, мин-1	размеры, мм								Масса, кг
		D	d	l	L				D	D1	D2	d(наименьший)	В	δ	l	L
20 40 80 125 200 250 315 500 800	300 2460 1980 1560	100 125 160 180 200 220 250 280 320	14 18 22 25 30 32 35 40 50	30 38 44 60 60 84 84 84 108	110 130 150 175 200 240 250 270 310	1,4 2,5 4,5 6,9 8,4 12 15 23,3 31	25 40 63 100 160 250 400 630 1000	5580 5160 4800 4200 3700 3180 2830 2520 2260	110 130 150 170 190 220 260 300 340	108 125 145 165 185 215 250 290 335	85 100 120 140 160 186 218 255 300	14 18 22 25 30 32 36 45 55	32 37 44 50 58 68 80 93 110	7 8 9 11 12,5 14,5 17 20 23	30 38 44 44 60 60 84 84 10(8)	100 120 140 145 190 200 260 275 330	2,1 2,8 3,6 5,4 6,7 11,6 17,8 22,6 32,4

Силы, нагружающие валы передач от муфт (без учета их веса), Н:

для жестких муфт F_м = (0,2÷0,3)F_{t м};

для подвижных муфт F_м = (0,15÷0,20)F_{t м} ,

где F_{t м} – окружная сила, передаваемая элементами, соединяющими полумуф-ты. F_tм = 2 T/d_э , где d_э – диаметр расположения в муфте элементов, передающих крутящий момент.

Сила F_м является вращающейся силой. Поэтому она нагружает валы как в плос­кости XOZ, так и в плоскости YOZ, имея как положительное, так и отрицательное направление в принятой системе координат. Плоскость приложения и направление силы F_м следует выбрать так, чтобы нагрузка на вал (М_и) была наибольшей. Для определения F_м необходимо:

1. выбрать тип муфты;

2. выбрать размер муфты в зависимости от момента и определить значение диаметра расположения элементов (d_э), передающих крутящий момент;

3. вычислить окружную силу, передаваемую элементами, соединяющими полумуфты, Н: F_tм = 2T/d_э.