Волновые зубчатые передачи Редукторы Основные понятия о ременных передачах Передачи плоским ремнем Валы и оси Подшипники скольжения Муфты

Надежность машин Соединения деталей машин Соединения с натягом Расчет шпоночных соединений Механические передач Вариаторы Конструкции колес зубчатых передач Расчет на контактную прочность Цилиндрические косозубые передачи

Основы расчета и проектирования деталей и узлов машин

Муфты

Большинство машин и технологических систем состоит из отдель­ных узлов. Для обеспечения кинематической и силовой связи валы ) узлов соединяют муфтами (рис. ЗОЛ).

Муфтой называют устройство для соединения концов валов или валов со свободно установленными на них деталями (зубчатыми коле­сами, шкивами и т. д.). Муфты передают вращающий момент без изме­нения его величины и направления. Некоторые типы муфт дополнительно могут поглощать вибрации и толчки, предохранять машину от перегру­зок, включать и выключать рабочий механизм машины без останова двигателя.

Многообразие требований, предъявляемых к муфтам, и различные условия их работы обусловили создание большого количества конст­рукций муфт (см. [2], [8]).

По управляемости муфты разделяют на:

неуправляемые (нерасцепляемые), осуществляющие посто­янное соединение валов между собой (глухие, жесткие компенсирую­щие, упругие компенсирующие);

управляемые (сцепные), допускающие во время работы сцеп­ление и расцепление валов с помощью механизма управления (кулач­ковые, фрикционные);

самоуправляемые, автоматически соединяющие и разъеди­няющие валы при изменении заданного режима работы машины (об­гонные, центробежные, предохранительные).

По степени снижения динамических нагрузок муфты ^ывают:

жесткие, не сглаживающие при передаче вращающего момента вибрации, толчки и удары;

Рис. 30.1. Втулочная муфта

упругие, сглаживающие вибрации, толчки и удары благодаря наличию упругих элементов — пружин, резиновых втулок и др.

Основной характеристикой муфт является передаваемый вращаю­щий момент Т. Муфты подбирают по ГОСТам, ведомственным нор­малям, каталогам или проектируют по расчетному вращающему мо­менту Тр:

ΤР = КТ,

где К— коэффициент режима работы муфты; Т— номинальный вра­щающий момент (наибольший из длительно действующих).

В приводах от электродвигателя принимают:

при спокойной работе и небольших разгоняемых массах (приводы конвейеров, испытательные установки и др.) К= 1,15... 1,4;

при переменной нагрузке и средних разгоняемых массах (металлорежу­щие станки, поршневые компрессоры и др.) К= 1,5..2;

при ударной нагрузке и больших разгоняемых массах (прокатные ста­ны, молоты и др.) К=2,5...3.

Диаметры посадочных отверстий муфты согласуют с диаметрами концов соединяемых валов, которые могут быть различными при од­ном и том же вращающем моменте вследствие применения разных материалов и различной нагруженности изгибающими моментами.

Стандартные муфты каждого типоразмера выполняют для некото­рого диапазона диаметров валов.

Наиболее слабые звенья выбранной муфты проверяют расчетом на прочность по расчетному моменту Тр.

Работа муфт сопровождается потерями. По опытным данным при расчетах обычно принимают КПД η = 0,985...0,995.

Шпоночные и шлицевые соединения вала с муфтой проверяют методами, изложенными в § 7.3 и 8.3.

Ниже рассмотрены наиболее применяемые механические муфты.

30.2. Глухие муфты

Глухие муфты предназначены для жесткого постоянного соединения соосных валов. Из различных видов глухих муфт наибольшее распрост­ранение получили втулочные и фланцевые.

Втулочная муфта (см. рис. 30.1 и 7.2) представляет собой втулку, насаживаемую на цилиндрические концы валов. Применяют для пере­дачи вращающих моментов от 32 до 12 000 Н • м для валов диаметром от 18 до 105 мм. Имеет простую конструкцию, особо малые габариты по диаметру и низкую стоимость. Недостатком муфты является не­удобный монтаж, связанный со значительным осевым смещением со­единяемых узлов. Материал втулки — сталь марки 45.

Втулочную муфту выбирают по стандарту.

Фланцевая муфта (рис. 30.2) состоит из двух полумуфт с фланцами, стягиваемыми болтами, одна половина из которых 1 для обеспечения соосности полумуфт установлена без зазора в отверстия «из-под раз­вертки», а вторая 2—с зазором.

Рис. 30.2. Фланцевая муфта

Фланцевыми муфтами соединяют отдельные части вал о про вода в один вал, работающий как целый. Чтобы составной вал оставался прямолинейным, необходима строгая соосность его частей и перпен­дикулярность торцовых поверхностей полумуфт к осям валов, в про­тивном случае неизбежны изгиб вала, его биение и появление допол­нительных нагрузок на опоры. Допускается радиальная несоосность валов <0,05 мм.

Полумуфты имеют два исполнения: для соединения валов с цилин­дрическими и коническими концами.

Фланцевые муфты просты по конструкции, облегчают монтаж узлов, могут передавать вращающие моменты от 11 до 40 000 Нм при диа­метрах валов d=11...220 мм. Материал полумуфт — стали марок 40Л или 35Л, чугун марки СЧ20 и др.

Фланцевую муфту выбирают по стандарту. Проверочный расчет болтов на прочность выполняют методами, изложенными в § 6.11.

30.3. Жесткие компенсирующие муфты

по сфере, бочкообразного профиля зуба втулки (см. сечение А—А на рис. 30.4). Компенсацию смещений валов сопровождает относительный перекос осей втулок и обойм, а следовательно, скольжение зубьев. Угол перекоса оси каждой втулки относительно оси обоймы допускают до 1 030.

Для повышения износостойкости зубья закаливают. Зубчатое зацеп­ление работает в масляной ванне. Масло марки И-Г-С-68 заливают через отверстие в обойме. Для герметизации муфт применяют уплот­нения — резиновые армированные манжеты 3.

Зубчатые муфты имеют небольшие размеры, их применяют для пере­дачи вращающего момента от 1000 до 63 000 Н • м между горизонтальны­ми валами диаметром d=40...200 мм при окружных скоростях до 25 м/с.

Зубчатые муфты подбирают по расчетному моменту

Рис. 30.5. Цепная муфта

Материал полумуфт — стали марок 45 или 45Л, кожуха — алюми­ниевый сплав марки АЛЗВ.

Цепные муфты подбирают по стандарту.

При работе муфты из-за несоосности соединяемых валов со сторо­ны полумуфты на концы валов действует радиальная сила

FM = 0,5*103Tp/dM,

где dM — делительный диаметр звездочки муфты, мм; Tp — в (см. § ЗОЛ).

Шарнирная муфта. Применяется для соединения валов, оси которых пересекаются под углом δ<450 (рис. 30.6). Состоит из двух вилок и крестовины. При постоянной частоте вращения n1 ведущего вала одинарная шарнирная муфта передает вращение ведомому валу с перемен­ной частотой вращения пг в течение одного оборота, причем с уве­личением угла δ неравномерность вращения ведомого вала возрастает.

Рис. 30.6. Шарнирная одинарная муфта (карданный механизм)

Промежуточный Ьал

Рис. 30.7. Шарнирная сдвоенная муфта (карданная передача): / — карданный шарнир; 2— карданный вал; 3— шлицевое скользящее соединение

Для ликвидации этого недостатка применяют сдвоенную шарнирную муфту (рис. 30.7), чтобы вторая одинарная муфта компенсировала не­равномерность вращения, создаваемую первой.

Для того чтобы ведомый вал имел равномерную частоту вра­щения, необходимо, чтобы оба вала, ведущий и ведомый, были параллель­ны и наклонены относительно промежуточного вала под одинаковым углом δ/2, а обе вилки промежуточного вала лежали в одной плоскости.

Для осевого смещения валов во время работы применяют те­лескопический промежуточный вал, т. е. вал изменяющейся длины (со скользящим шлицевым соединением). Вилки и крестовину муф­ты изготовляют из хромистых сталей марок 20Х и 40Х с закалкой трущихся поверхностей шарниров. Муфту смазывают консистентной смазкой.

Шарнирные муфты широко применяют в машиностроении для
передачи движения между узлами машины, имеющими относительную
подвижность (в автомобилях, сельскохозяйственных и грузоподъемных
машинах, в станках и др.). >

Малогабаритные шарнирные муфты стандартизованы для валов d= 10...40 мм. Подбор муфт производят по расчетному моменту Тр (см. § 30.1).

Проверочный расчет на прочность деталей муфты ведут методами сопротивления материалов.

КПД одной одинарной муфты η * 0,9.

Сдвоенную шарнирную муфту также называют карданной передачей (в честь Дж. Кардана).

30.4. Упругие компенсирующие муфты

В упругих муфтах вращающий момент с одной полумуфты на дру­гую передается через упругий элемент: резиновый или полиуретановый (рис. 30.8) или стальной (рис. 30.9).

Основные характеристики упругих муфт — жесткость при кручении (или обратная ей величина — податливость) и демпфирующая способность,

Рис. 30.8. Основные типы резиновых упругих элементов муфт

а)

Рис. 30.9. Основные типы стальных упругих элементов муфт:

а — цилиндрические пружины; б—змеевидные пластинчатые пружины;

в —стержни, пластины и пакеты пластин, расположенные по образующей

или по радиусу; г —пакеты разрезных гильзовых пружин

т. е. способность упругих элементов при деформировании необратимо поглощать энергию, превращая ее в теплоту.

Упругий элемент муфты деформируется вследствие передачи вра­щающего момента (происходит относительный поворот валов на неко­торый угол), а также вследствие взаимного смещения полумуфт.

Упругие муфты смягчают толчки и удары, предотвращают появление резонансных крутильных колебаний (возникающих из-за неравномерного вращения).

Муфты с резиновыми и резинокордными упругими элементами широко применяют для передачи малых и средних вращающих момен­тов. Они конструктивно просты, дешевы, не требуют ухода при экс­плуатации, обеспечивают шумо- и электроизоляцию узлов привода. Однако долговечность резиновых элементов невысока.

Муфта упругая втулочно-пальцевая (МУВП) (рис. 30.10). Муфта состоит из двух дисковых полумуфт, в одной из которых в конических отверстиях закреплены пальцы с надетыми на них гофрированными резиновыми втулками. Втулки входят в отверстия, выполненные в другой полумуфте. Посадочные отверстия в полумуфтах под валы выполняют цилиндрическими или коническими.

Рис. 30.10. Муфта упругая втулочно-пальцевая

Материал полумуфт — чугун марки СЧ20. Материал пальцев — сталь марки 45.

Муфта характеризуется малой податливостью.

В зависимости от своего размера компенсирует незначительные смещения валов: Δ<0,2...0,6 мм, λ<1...5 мм, γ<О0ЗО'...10ЗО' (см. рис. 30.3).

При радиальном и угловом смещениях валов резиновые втулки быстро изнашиваются.

Концы соединяемых валов нагружает радиальная сила

FM=(0.3…..0.6)*103Tp/D0 

где D0 — диаметр окружности расположения осей пальцев муфты, мм; Tp -в Нм (см. § 30.1).

Муфты МУВП применяют для соединения машин с электродвигате­лями. Они просты в изготовлении. Наружную поверхность полумуфт можно использовать в качестве тормозного барабана.

Муфту подбирают по стандарту в диапазоне вращающих моментов от 63 до 16000 Н-м и диаметров валов d=20...160 мм.

Муфта упругая с резиновой конусной шайбой (рис. 30.11) состоит из двух дисковых полумуфт 1, соединенных резинометаллическим упру­гим элементом 2 с помощью винтов 4. Резинометаллический элемент (см. рис. 30.8, з) образуют два стальных конических диска с привулка-низированной или приклеенной к ним резиновой шайбой.

Рис. 30.11. Муфта упругая с резиновой конусной шайбой

Коническая форма торцов резиновой шайбы обусловливает рав­номерное распределение касательных напряжений в резине при дей­ствии вращающего момента, а скругления на внутренней части ме­таллических дисков снижают напряжения при радиальном смещении валов.

Применение двух центрирующих колец 3 с двумя кулачками на торце каждого кольца позволяет заменять резинометаллический упру­гий элемент 2 без осевого смещения соединяемых агрегатов (узлов), а также центрировать упругий элемент 2.

Недостатком муфты является ограниченная способность компен­сирования смещений валов.

Материал металлических деталей — алюминиевый сплав или чу­гун для муфт малых размеров или среднеуглеродистая сталь для больших муфт. Для упругого элемента применяют резину марки ИРП 13-52 СКИ.

Муфты с резиновой конусной шайбой имеют сравнительно малые размеры; их применяют для передачи вращающего момента от 63 до 10 000 Н-м при диаметрах валов d=38...210 мм.

Расчет эквивалентной нагрузки при переменных режимах работы

Смазывание подшипников качения. КПД. Уплотнительные устройства. Смазывание подшипников. Смазочные материалы в подшипниках уменьшают трение и шум, отводят выделяемую теплоту, защищают подшипник от коррозии, заполняют зазоры в уплотнениях, обеспечивая герметизацию подшипникового узла.