Соединение валов электрических машин между собой или с валами других машин осуществляется муфтами различных типов и может быть жестким, полужестким или эластичным (гибким).

Жесткое соединение валов

Жесткое соединение валов применяется в тех случаях, когда необходимо обеспечить работу соединяемых валов без смещения в узлах сопряжения, то есть как единого вала.

Жесткое соединение валов выполняют при помощи фланцев, откованных заодно с валом (фланцевое соединение) или посредством жестких муфт, насаживаемых на концы валов соединяемых машин.

Фланцевое соединение валов показано на рисунке 1, а . Его применяют для присоединения машин с одноопорными валами. В этом случае в качестве второй опоры одноопорного вала используется само соединение валов.

Рисунок 1. Фланцевое соединение валов и муфты для соединения валов электрических машин

При таком способе соединения валов один из фланцев имеет центрирующий выступ высотой от 8 - 10 до 16 мм (для валов диаметром до 600 мм), а в другом (ответном) фланце - соответствующую выточку. Оба фланца, сопряжение которых выполняют по скользящей посадке второго класса точности, соединяют между собой болтами, входящими в отверстия под действием легких ударов свинцовой кувалды. При этом болты должны плотно входить в отверстия фланцев. В отдельных случаях посадка соединительных болтов осуществляется лишь в одном фланце, а в другом между болтами и фланцем оставляют зазор 0,1 - 0,25 мм (в зависимости от диаметра болтов).

Для жесткого соединения валов с помощью муфт применяют поперечно-свернутые муфты и зубчатые муфты типа МЗН или МЗУ.

Поперечно-свернутые муфты используются в основном для соединения валов электрических машин в преобразовательных агрегатах.

Поперечно-свернутая муфта (рисунок 1, б ) состоит из двух 1 и 2 , насаженных на концы соединяемых валов. Полумуфты имеют центрирующие выступы и выточку и соединяются между собой специальными точеными болтами 3 , с плотной посадкой в отверстия полумуфт под развертку. Шпонка 4 предохраняет полумуфты от проворачивания на валах. От осевых перемещений полумуфты предохраняют стопорными винтами, ввертываемыми с торца в местах сопряжения полумуфты с валом (на рисунке 1, б не показаны).

При несовпадении отдельных отверстий одной из полумуфт поперечно-свертного типа с отверстиями другой полумуфты, их следует расширить путем райберовки конической или универсальной разверткой. Для этой цели обе полумуфты предварительно стягивают болтами, которые устанавливают в совпадающие по осям отверстия. Во избежание нарушения цилиндричности райбируемых отверстий в связи с боковыми качаниями развертки конец последней устанавливают на упор, жестко закрепленный на подшипниковой стойке. С помощью этого же упора производят также подачу развертки вперед до полного прохода ее сквозь отверстия обеих полумуфт.

Зубчатая муфта (рисунок 1, в ) состоит из двух ступиц 1 и 2 , закрепленных шпонками на концах соединяемых валов. На внешней поверхности ступиц имеются зубцы, входящие в зацепление с внутренними зубчатыми венцами 3 полумуфт 4 и 5 , надетыми на ступицы. Между собой полумуфты соединяют болтами.

Полужесткое соединение валов

Полужесткое соединение валов применяют, например, для соединения валов турбогенераторов с валами паровых турбин. Для этой цели используют полужесткие зубчато-пружинные муфты (муфты переменной жесткости типа Бибби).

Полужесткая зубчато-пружинная муфта (рисунок 1, г ) состоит из двух полумуфт 1 и 2 , насаживаемых на концы валов. Обе полумуфты соединены между собой посредством упругой волнообразной ленточной пружины (компенсатора) 3 , охватывающей зубья 4 обеих полумуфт и являющейся ведущим элементом в этой муфте. Снаружи муфта закрыта кожухом 5 .

Эластичное соединение валов

Эластичное или мягкое соединение валов, как его часто называют, применяют при возможных боковых или угловых смещениях валов в узлах сопряжения. Для этой цели наиболее широко используют упругие втулочно-пальцевые муфты типа МУВП.

Такие муфты применяют, например, в возбудительных агрегатах крупных электрических машин.

Упругая втулочно-пальцевая муфта типа МУВП (рисунок 1, д ), состоит из двух полумуфт 1 и 2 , закрепленных на концах валов соединяемых машин. Эластичность соединения достигается за счет пальцев-болтов 3 с надетыми на них и запрессованными кожаными шайбами 4 или резиновыми манжетами, зажатыми разрезным кольцом 5 . В ведущую полумуфту пальцы вставлены плотно своей металлической частью, а в ведомую они входят своей эластичной частью с небольшим зазором.

Валы и оси

Вращающиеся детали машин устанавливаются на осях или валах. Валы всегда вращаются вместе с деталями и передают крутящий момент; оси же, вращаются ли они вместе с деталями или остаются неподвижны, момента не передают и только под­держивают детали. Поэтому оси нагружены только изгибающими усилиями, а валы, кроме них, и крутящими моментами.

Валы бывают прямые, коленчатые и гибкие (рисунок 3.8). Когда диаметр червяка или шестерни близок к диаметру вала, их изготовляют как одно целое, например, вал с червяком, вал с зуб­чатой шестерней.

Валы

а – прямые; б – коленчатые; в – гибкие.

Рисунок 3.8.

Валы и вращающиеся оси устанавливаются опорами (цапфами) в подшипниках. Цапфы, воспринимающие осевую нагрузку, называются пятами.

Подшипники

Валы и детали, вращающиеся вокруг них, поддерживаются на подшипниках. Различают подшипники скольжения и качения.

Подшипники скольжения (рисунок 3.9). В зависимости от величины и на­правления нагрузок, возникающих на валах, поддерживаемых подшипниками скольжения, различают подшипники радиаль­ные, которые могут воспринимать нагрузки, направленные радиально, и упорные подшипники, которые могут воспринимать усилия как направленные вдоль оси, так и радиальные.

Поверхность цапфы в радиальных подшипниках скользит относительно его внутренней поверхности. Уменьшение сил тре­ния между трущимися поверхностями создается слоем смазки. При работе цапфа занимает в подшипнике эксцентричное положе­ние, и поэтому смазка между поверхностями подшипника и цапфы принимает форму клина Цапфа, вращаясь, увлекает смазку в узкий зазор, где создается масляная подушка, поддержи­вающая цапфу. Слой масла, разделяющий цапфу и подшипник, создается также, если в зазор подается масло при помощи масляного насоса.

Подшипники скольжения ус­танавливаются для валов боль­шого веса, когда требуется раз­борка подшипника, либо когда последний работает в агрессив­ных средах или при большом загрязнении.

Подшипник скольжения с разъемным корпусом

1 – крышка; 2 – болты; 3 – вкладыши; 4 – корпус; 5 – масленка колпачковая.

Рисунок3.9.

Подшипник качения (рисунок 3.10) состоит из наружного и внутреннего колец с дорожками качения. Между кольцами в дорожках качения устанавливаются шарики или ролики, которые катятся по дорожкам. Чтобы ролики или шарики находились на одинаковом расстоянии один от другого, в подшипниках предусмотрены сепараторы, пред­ставляющие собой штампованные кольца с отверстиями для ро­ликов или шариков.

Основные типы подшипников качения

Рисунок 3.10.

Широко используются роликовые подшипники (при малых диаметрах роликов они называются игольчатыми).

Подшипники качения можно разделить на три типа: радиаль­ные, воспринимающие радиальные нагрузки и допускающие не­большие осевые нагрузки; радиально-упорные, воспринимающие как радиальные, так и осевые нагрузки, но величина последних не должна превышать 0,7 от разности между допустимой и дей­ствующей радиальными нагрузками; упорные, воспринимающие только осевые нагрузки.

Муфты

Для соединения валов, являющихся продолжением один дру­гого, или расположенных под углом, а также для передачи кру­тящего момента между валом и сидящими на нем деталями при­меняют муфты.

По назначению они разделяются на муфты постоянного дей­ствия (неуправляемые) и муфты сцепные (управляемые).

Муфты, соединяющие валы жестко , различают сле­дующих видов:

- Втулочные муфты просты по конструкции, малы по габариту (рисунок 3.11). Недостатком их является то, что для соединения валов последние необходимо раздвигать. Муфты применяют для диаметров валов, не превышающих 120 мм.

Втулочные муфты:

а – с призматическими шпонками; б – с сегментными шпонками; в – с штифтами; г – с шлицами.

Рисунок 3.11.

- Фланцевые муфты (рисунок 3.12) обычно состоят из двух полумуфт и бывают двух типов. В одном типе муфт болты устанавливают без зазора при этом болты работают на срез. В другом типе муфт болты устанавливают с зазором. В этом случае крутящий момент передается под действием момента трения, создаваемого затяжкой болтов.

Муфты, соединяющие валы при некотором их взаимном смещении или перекосе в результате неточности изготовления, монтажа или деформации во времени работы, называются компенсирующими .

Имеется несколько типов компенсирующих муфт:

Наиболее простая муфта представляет собой две полумуфты, такие же, как у жестких муфт, только болт в одной из полумуфт упирается в резиновые прокладки, что позволяет компенсировать неточности в положении валов.

- Крестовые муфты применяются для соединения валов, когда могут быть большие смещения осей. Они состоят из двух полумуфт, на торцах которых имеются пазы. Между полу­муфтами помещается, диск, на торцах которого предусмотрены выступы, перпендикулярно расположенные по отношению один к другому. Недостатком этих муфт является большой износ пазов, так как во время работы средний диск движется относительно полумуфт. Между диском и полумуфтами возникают силы трения, вызывающие радиальные усилия, которые передаются на вал.

- Шарнирные муфты (рисунок 3.13) применяют для передачи движения между валами, расположенными под углом. Возможность передачи вращения под углом до 45° обеспечивается тем, что муфта имеет два шарнира, расположенные взаимно перпендикулярно.

Глухие муфты. Длинные валы по условиям изготовления, сборки и транспортировки иногда делают составными. В этом случае отдельные части вала соединяют глухими муфтами. В некоторых случаях эти муфты применяют для обеспечения соосности валов агрегатов.

Втулочная муфта (рис.10.1) представляет собой втулку, надеваемую с зазором на концы валов. Муфта отличается малыми габаритами по диаметру, но усложняет монтаж из-за необходимости больших осевых смещений соединяемых агрегатов. Материал втулок – конструкционная сталь (ст.5, ст.3). Втулочные муфты применяют для соединения валов диаметром до 70 мм.

Фланцевые муфты. Фланцевая муфта (рис.10.2) состоит из двух одинаковых полумуфт, выполненных в виде ступицы с фланцем. Фланцы соединяют болтами. Различают два конструктивных исполнения:

1. Половину болтов устанавливают во фланцах полумуфт без зазора. В этом случае центрирование полумуфт осуществляют эти болты. В результате завинчивания гаек фланцы прижимаются силами затяжки болтов, и на торцах фланцев возникает момент сил трения. Вращающий момент с одной полумуфты на другую передается стержнями болтов, поставленных без зазора, и силами трения на фланцах.

2. Все болты во фланцах полумуфт устанавливают с зазором. При этом не-

обходимо предусмотреть центрирование полумуфт. В этом случае весь вращающий момент с одной полумуфты на другую передается силами трения на фланцах.

Компенсирующие муфты.

По экономическим и технологическим соображениям машины обычно выполняют из отдельных узлов (агрегатов), которые соединяют муфтами. Однако точная установка валов таких агрегатов невозможна из-за: ошибок изготовления и монтажа; установки агрегатов на деформируемом (нежестком) основании; расцентровки валов в результате тепловых деформаций корпусов агрегатов при их работе, а также из-за упругих деформаций валов под нагрузкой.

Для соединения валов с несовпадающими осями применяют компенсирующие муфты. Благодаря своей конструкции эти муфты обеспечивают работоспособность машины даже при взаимных смещениях валов.

Зубчатые муфты. Сдвоенная зубчатая муфта (рис.10.3) состоит из двух одинаковых ступиц 1 (втулок), имеющих внешние зубчатые венцы и двух одинаковых обоим 2 с внутренними зубчатыми венцами. Обоймы стянуты болтами 3, равномерно расположенными по окружности. В крышках 4, закрывающих внутреннюю полость муфты, расположены специальные резиновые уплотнения, удерживающие жидкую смазку внутри муфты. Пробка 5 служит для заливки в муфту масла. Пояски 6 на втулках служат для контроля соосности валов, а резьбовые отверстия – для крепления стоек индикатора. Число зубьев и их размеры подобраны так, чтобы зубья венца втулки располагались с некоторым зазором между зубьями обоймы, образуя зубчатые соединения.

Для снижения интенсивности износа зубьев, заготовки втулок и обойм делают коваными или литыми (при больших размерах). Кованые заготовки делают из сталей марок 35ХМ, 40, 45, а литые из сталей марок 40Л, 45Л. Твердость поверхностей зубьев втулок и обойм должна быть 42 – 50 HRC э.

Шарнирные муфты. В шарнирных муфтах использован принцип действия шарнира Гука. Эти муфты служат для передачи вращающего момента между валами с большими углами перекоса до 40-45° , изменяющимися во время работы.

Муфта (рис. 10.4) состоит из двух одинаковых полумуфт в виде ступицы с вилкой (вилки полумуфт повернуты на 90°) и крестовины, соединяющей полумуфты. Крестовина соединена с вилками полумуфт шарнирами. Это обеспечивает свободу поворота каждой полумуфты относительно крестовины.

Упругие муфты.

Упругие муфты отличаются наличием упругого элемента и являются универсальными в том смысле, что, обладая некоторой крутильной податливостью, эти муфты также являются компенсирующими.

Упругие муфты способны:

· смягчать толчки и удары вращающего момента, вызванные технологическим процессом или выбором зазора при пусках и остановках машины. При этом кинетическая энергия удара аккумулируется муфтой во время деформации упругого элемента, превращаясь в потенциальную энергию деформации.

· защищать привод машины от вредных крутильных колебаний;

· соединять валы, имеющие взаимные смещения. В этом случае деформи-

руется упругий элемент муфты, и муфта функционирует как компенсирущая.

Муфты с неметаллическими (резиновыми) упругими элементами. Уп-

ругие муфты с резино-кордными и резиновыми упругими элементами получи-

ли весьма широкое распространение благодаря простоте конструкций, дешевизне изготовления, простоте эксплуатации (не требуют ухода), высокой податливости при кручении и хорошей демпфирующей способности. Два последних важных свойства определяются свойствами резины, из которой изготовлен упругий элемент муфты.

Упругая втулочно-пальцевая муфта показана на рис. 10.5.

Упругими элементами являются резино-кордовые втулки одетые на соединительные пальцы.

Упругая муфта с резиновой звездочкой показана на рис. 10.6

На рис. 10.7 изображена муфта с упругим элементом в виде внутреннего тора. Две одинаковые полумуфты 2 соединены тороидальным упругим элементом 1, края которого прижаты к полумуфтам нажимными кольцами 3 и винтами 4, равномерно расположенными по окружности.

Муфта с резиновой конической шайбой изображена на рис. 10.8. Резино -металлический упругий элемент 6 крепят к полумуфтам 1 и 2 винтами 5 равномерно расположенными по окружности. Современные способы привулканизации резины к металлу позволяют получить прочность соединения не ниже прочности самой резины. Муфта не обладает высокими компенсирующими свойствами. Однако ее с успехом применяют в приводах машин для гашения вредных крутильных колебаний. Меняя угол конуса можно получить необходимую крутильную жесткость муфты.

На рис. 10.9 изображена муфта с упругими элементами в виде стальных стержней, работающих на изгиб при действии вращающего момента.

Полумуфты 1 и 7 соединены цилиндрическими стальными стержнями (пружинами) 5, равномерно расположенными по окружност. Крышка 3 и кожух 4 удерживают стержни от выпадения и удерживают смазку в муфте благодаря уплотнениям 2 и 8. Для уменьшения износа пружин и их гнезд муфта заполняется маслом с антизадирными присадками через масленку 6.

Полумуфты изготавливают из сталей 45, 40Х, стержни – из высоколегированных пружинных сталей, крышки и кожухи – из чугуна Сч12.

Механические сцепные муфты

Муфты, с помощью которых можно легко разъединить валы (часто – во время работы), называют сцепными. К таким муфтам относятся муфты с геометрическим замыканием и муфты.

Сцепные муфты с геометрическим замыканием. Муфты с геометрическим замыканием классифицируются по форме зацепляющихся элементов.

Муфта с прямоугольными зубцами (рис. 10.10, а) может передавать крутящий момент в обе стороны. Ее левая часть жестко крепится (шпонкой) на валу. Правая часть крепится на другом валу скользящей шпонкой и сцепляется или расцепляется с левой частью перемещением рычага в пазе. Главный недостаток такой муфты – трудность сцепления. Зубчатая муфта, которая сцепляется легче, однако передает крутящий момент только в одном направлении, показана на рис.10.10, б.

Материал кулачковых муфт должен обеспечивать высокую твердость рабочих поверхностей кулачков. Используют стали марок: 20Х, 12ХН3А с цементацией и закалкой до твердости 54 – 60 НRс. При частых включениях используют стали: 40Х, 40ХН, 35ХГСА с закалкой рабочих поверхностей зубьев до твердости 40 – 45 НRс.

Муфты свободного хода

Эти муфты служат для передачи вращающего момента только в одном направлении, когда угловые скорости ведущей и ведомой полумуфт равны. Если угловая скорость ведомой полумуфты превысит угловую скорость ведущей полумуфты, муфта автоматически разъединит соединенные агрегаты.

Роликовая муфта свободного хода представлена на рис. 10.11. Муфта состоит из обоймы 1 и звездочки 2, являющиеся полумуфтами, роликов 3, расположенных равномерно по окружности, и прижимных устройств, состоящих из поршня и пружины 7. Ролики удерживают боковые крышки 4, которые фиксируют пружинные кольца. Обойму от поворота удерживает шпонка 5. Ведущим звеном муфты может быть как звездочка, так и обойма. Когда обойма начнет обгонять звездочку ролик силами трения о звездочку и обойму смещается в более широкую часть клинового зазора и полумуфты размыкаются.

Муфты предельного момента

На рис. 10.12 показана фрикционная муфта, применяемая в механизмах вращения кранов и на поворотных лебедках. Эта муфта одновременно является соединительной. Она соединяет вал электродвигателя с редуктором. Муфта снабжена тормозным шкивом, связь двигателя с механизмом осуществляется через диски. Часть дисков закреплена через шлицы на втулке, жестко соединенной с валом редуктора, другая часть дисков закреплена на диске. Жестко соединенном с электродвигателем. Диски прижаты друг к другу постоянной силой, развиваемой сжатыми пружинами, Величина сжатия пружин, определяющая величину крутящего момента передаваемого муфтой, регулируется резьбовым кольцом.

10.2. Подшипники

Подшипники это самые распространенные детали в машиностроении. Не-

возможно представить любой современный механизм без подшипника, функции которого заключаются с одной стороны, в значительном уменьшении трения между вращающейся и неподвижной деталями механизма, а с другой – в способности нести определенную нагрузку. Важную роль играет и уплотнение, которое защищает подшипник от внешних воздействий и удерживает в нем смазку.

Долговечность и надежность любого механизма, в значительной мере, зависит от правильности выбора и качества применяемых подшипников, уплотнений и смазок. Подшипники по виду используемых в них деталей и их взаимодействия в процессе работы подразделяют на подшипники качения и подшипники скольжения. Наиболее распространены подшипники качения, которые в свою очередь классифицируют по направлению воспринимаемой нагрузки относительно вала (радиальные, радиально-упорные, упорно-радиальные и упорные); форме тел качения: шариковые, роликовые; числу тел качения: однорядные, двухрядные и т.д. (см. табл. 10.1).

Таблица 10.1
Роликовые подшипники
Характеристика	Вид	Характеристика	Вид
Радиальный роликоподшипник однорядный		Радиальный сферический однорядный подшипник
Радиальный роликоподшипник двухрядный		Радиальный роликоподшипник сферический двухрядный
Радиально-упорный роликоподшипник		Упорный роликоподшипник сферический
Продолжение табл.10.1
Конический роликоподшипник		Упорно-радиальный роликоподшипник
Шариковые подшипники
Радиальный шарикоподшипник однорядный		Подшипник радиальный шариковый сферический двухрядный
Разъёмный радиальный шарикоподшипник		Подшипник шариковый упорный однорядный
Радиально-упорный шарикоподшипник		Подшипник шариковый упорный двойной
Радиально-упорный шарикоподшипник двухрядный		Упорно-радиальный шарикоподшипник
Игольчатые подшипники
Игольчатый подшипник с сепаратором без колец		Игольчатый подшипник двухрядный
Игольчатый подшипник с сепаратором без колец двухрядный		Игольчатый подшипник с штампованным наружным кольцом и открытым торцом
Игольчатый подшипник однорядный		Игольчатый подшипник с штампованным наружным кольцом и закрытым торцом
Окончание табл. 10.1
Комбинированные подшипники
Подшипник комбинированный (радиальный игольчатый и радиально-упорный шариковый)			Подшипник комбинированный (радиальный игольчатый
Корпусные подшипники

Крепежные соединения

В машиностроении применяют четыре основных вида резьбовых крепежных соединений: болтами с гайками (рис.10.13,a), ввертными болтами (винтами) (рис.10.13,б ), шпильками (рис.10.13, в ) промежуточное (рис. 10.13, г ).

1. Соединение болтами применимо только при возможности выполнения сквозных отверстий в сопрягаемых деталях.

2. Соединение ввертными болтами применяют при глухом нарезном отверстий (рис.10.13, д), когда невозможно применить болт с гайкой, или при сквозном нарезном отверстии, когда возможна установка болта только с одной стороны соединения.

Деталь с резьбовыми отверстием выполняются из стали, ковкого и высокопрочного чугуна, титанового сплава, бронзы. В деталях из мягких сплавов (алюминиевых, магниевых, цинковых и т.д.) требуется использование промежуточных нарезных втулок из более твердого металла.

3. Соединение шпильками применяют для деталей из мягких (алюминиевых и магниевых сплавов) или хрупких (серого чугуна) материалов, а также при глухих или сквозных нарезных отверстиях в случаях, нежелательности частых выкручиваний шпилек.

4. Кроме описанных основных видов соединений применяются и промежуточные. К ним относится, например, применяемое соединение, изображенное на рис.10.13, ж . Болт закрепляют с помощью гайки в гладком отверстии одной детали; другую деталь притягивают гайкой, навертываемой на свободный конец болта.

Крепежные детали общего назначения изготавливают чаще всего из стали 35, ответственные детали (шатунные болты, силовые шпильки и т.д.) - из хромистых сталей типа 40Х, хромансиля типа 30ХГС, жаропрочных сталей типа 30ХМ, 50ХФА, 25Х12М1Ф, из коррозионно-стойких сталей типа 30Х13, 40Х13.
В серийном и массовом производстве резьбу нарезают методами вихревого нарезания и фрезерования. Наиболее производительным и вместе с тем обеспечивающим наивысшую прочность резьбы является метод накатывания резьбы.

Отраслевые стандарты

Они составляются на изделия, применяемые только в определенной отрасли.

Каждый машиностроительный завод или группа заводов какой-либо отрасли промышленности имеет свои стандарты и нормали. Это технические документы, предписывающие применение только определенных профилей металла, размеров штампов, способов обработки. Они устанавливают и размеры крепежных деталей: гаек, болтов, шайб и т. д. И когда конструктор разрабатывает машину, он обязан придерживаться тех стандартов и нормалей, которые приняты на заводах-изготовителях. Чем больше будет в новой машине стандартных приборов, аппаратов и деталей, тем проще машина в изготовлении и надежнее в эксплуатации. Ведь такие детали выпускаются в большом количестве, и, следовательно, они дешевле, их можно легко случае повреждения заменить.

Государственные и отраслевые стандарты регламентируют технические данные изделий, обязательные виды и способы их испытания и проверки. Завод-изготовитель обязан все это строго соблюдать и не имеет права выпускать изделия с отступлением от ГОСТа или ОСТа.

На изделия, которые выпускаются в небольшом количестве, не разрабатывают стандартов. Вместо них заводы составляют технические условия, которые также определяют все показатели изделия и строго соблюдаются изготовителями.

В тех случаях, когда государственные стандарты охватывают сразу группу машин одного назначения, на каждый отдельный вид машины для уточнения стандарта также составляются отдельные технические условия.

Муфты приводов.

Общие сведения

В технике муфты - это соединительные устройства для тех валов, концы которых подходят один к другому вплотную или же удалены на небольшое расстояние. Соединение валов муфтами обеспечивает передачу вращающего момента от одного вала к другому. Валы, как правило, расположены так, что геометрическая ось одного вала составляет продолжение геометрической оси другого вала. С помощью муфт можно также передать вращение с валов на зубчатые колеса, шкивы, свободно насаженные на эти валы.

Муфты не изменяют вращающего момента и направления вращения. Не­которые типы муфт поглощают вибрации и точки, предохраняют машину от аварий при перегрузках.

Применение муфт в машиностроении вызвано необходимостью:

Получения длинных валов, изготовляемых из отдельных частей, ком­пенсации небольших неточностей монтажа в относительном распо­ложении соединяемых валов;

Придания валам некоторой относительной подвижности во время ра­боты (малые смещения и перекос геометрических осей валов);

Включения и выключения отдельных узлов;

Автоматического соединения и разъединения валов в зависимости от пройденного пути, направления передачи вращения, угловой скоро­сти, т. е. выполнения функций автоматического управления;

Уменьшение динамических нагрузок.

Современные машины состоят из ряда отдельных частей с входными и выходными концами валов, которые соединяют с помощью муфт (рис.1).

Рис. 1. Принципиальная схема машины

Классификация муфт.

Многообразие конструкций муфт усложняет их классификацию. Простейшая муфта сделана из куска ниппельной трубочки и соединяет вал электромоторчика с крыльчаткой автомобильного омывателя стекла. Муфты турбокомпрессоров реактивных двигателей состоят из сотен деталей и являются сложнейшими саморегулирующимися системами.

Группы муфт различают по характеру соединения валов.

Муфты механического действия:

А) жесткие (глухие) - практически не допускающие компенсации ради­альных, осевых и угловых смещений валов;

Б) компенсирующие - допускающие некоторую компенсацию радиаль­ных, осевых и угловых смещений валов благодаря наличию упругих элементов (резиновых втулок, пружин и др.);

В) фрикционные - допускающие кратковременное проскальзывание при перегрузках.

Муфты электрического (электромагнитного) действия.

Муфты гидравлического или пневматического действия.

В электрических и гидравлических муфтах, используют принципы сцепления за счет электромагнитных и гидравлических сил. Эти муфты изучают в специальных курсах. Далее анализируются только механические муфты. Большинство применяемых муфт стандартизованы. Основной характеристикой при подборе муфт по каталогу или справочнику является передаваемый момент, учитывающий наиболее тяжелое условие ее нагружения.

Классы муфт различают по режиму соединения валов.

Нерасцепляемые (постоянные, соединительные) – соединяют валы постоянно, образуют длинные валы.

Управляемые (сцепные) – соединяют и разъединяют валы в процессе работы, например, широко известная автомобильная муфта сцепления.

Самодействующие (самоуправляемые, автоматические) – срабатывают автоматически при заданном режиме работы (обгонные, центробежные, предохранительные).

Предохранительные муфты, разъединяющие валы при нарушении нормальных эксплуатационных условий работы.

Прочие.

По степени снижения динамических нагрузок муфты бывают:

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

Упругие, сглаживающие вибрации, толчки и удары благодаря наличию упругих элементов - пружин, резиновых втулок и др.

Основная характеристика муфты – передаваемый вращающий момент.

Существенные показатели – габариты, масса, момент инерции.

Муфта, рассчитанная на передачу определённого вращающего момента, выполняется в нескольких модификациях для разных диаметров валов. Муфты – автономные узлы, поэтому они легко стандартизируются.

Муфты рассчитывают по их критериям работоспособности:

Прочности при циклических и ударных нагрузках,

Износостойкости,

Жёсткости.

На практике муфты подбираются из каталога по величине передаваемого вращающего момента Т = Т Вала K , где Т Вала – номинальный момент, определённый расчётом динамики механизма (наибольший из длительно действующих), К – коэффициент режима работы.

В приводах от электродвигателя принимают:

При спокойной работе и небольших разгоняемых массах (приводы конвейеров, испытательных установок 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.

Основные типы муфт регламентированы стандартом для некоторо­го диапазона диаметров валов и рассчитаны на передачу определенного момента.

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

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

Многообразие узловых конструкций машин способствует широ­кому распространению муфт в машиностроении.

Жёсткие (глухие) муфты

С помощью этих муфт осуществляется жесткое соединение валов. Могут быть втулочными или фланцевыми.

Втулочная муфта является простейшей из жестких муфт. Она представляет собой втулку 3 (рис.2), посаженную с помощью шпонок, штифтов или шлицев на выходные концы валов 1 и 2.

Рис.2. Втулочная муфта: а - крепление на шпонке; б - крепление штифтом

Втулочные муфты находят применение в тихоходных и неответствен­ных конструкциях машин при диаметрах валов d 70 мм.

Достоинство таких муфт - простота конструкции и малые габаритные размеры; недостатки - необходимость при монтаже и демонтаже раздви­гать концы валов на полную длину муфты либо сдвигать втулку вдоль вала не менее чем на половину ее длины; необходимость очень точного совме­щения валов, так как эти муфты не допускают радиального или углового смещения осей валов (рис.3).

Материал для изготовления втулки - сталь 45; для муфт больших раз­меров - чугун СЧ25.

Рис.3. Возможные смещения валов

Фланцевая муфта состоит из двух полумуфт 1 и 2 (рис.4), со­единенных болтами 4. Для передачи вращающего момента используют шпоночные или шлицевые соединения. Вращающий момент передаётся за счёт сил трения между фланцами, а когда болты вставлены без зазора, то также и болтами. Фланцевые муфты стандартизованы в диапазоне диаметров 12...250 мм и передают моменты 8...45000 Нм. В тяжёлых машинах полумуфты приваривают к валам.

Эти муфты называют иногда поперечно-свертными. Для лучшего цен­трования фланцев на одной полумуфте делают круговой выступ, на дру­гой - выточку того же диаметра (рис.4, а) или предусматривают цен­трующее кольцо 3 (рис.4, б).

Рис.4. Фланцевые муфты: а - центровка за счет выступа; б - центровка кольцом

Фланцевые муфты могут передавать значительные вращающие момен­ты; имеют широкое распространение в машиностроении. Употребляются для валов диаметром d 350 мм. Достоинство этих муфт - простота конст­рукции и легкость монтажа; недостаток - необходимость точного совме­щения валов и точного соблюдения перпендикулярности соприкасающих­ся торцовых поверхностей полумуфт к оси вала.

Материал фланцевых полумуфт - сталь 40, 35Л, чугун СЧЗО (для муфт больших размеров).

Болты, поставленные без зазора, могут обеспечивать центровку валов. При постановке болтов с зазором центровка обеспечивается выступом, который воспринимает также все поперечные нагрузки. Центрирующий выступ усложняет монтаж и демонтаж соединения, так как при этом необходимо осевое смещение валов. Для обеспечения техники безопасности выступающие части болтов закрывают буртиками 4 . В тех случаях, когда муфта имеет общее ограждение, буртики не делают. Расчет на прочность выполняют для шпоночных соединений и болтов (см. расчет призматических шпонок и расчет болтовых соединений нагруженных в плоскости стыка для болтов поставленных с зазором и без зазора). Установка болтов без зазора позволяет получить муфты меньших габаритов и поэтому применяется чаще.

Наибольшее распространение из этой группы муфт получила зубчатая муфта (рис.4.1). Она состоит из полумуфт 1 и 2 с наружными зубьями и разъемной обоймы 3 с двумя рядами внутренних зубьев эвольвентного профиля (рис. 16.3). Муфта компенсирует радиальные, осевые и угловые смещения валов за счет боковых зазоров в зацеплении и обточки зубьев по сфере. Компенсация несоосности валов сопровождается скольжением зубьев. Для повышения износостойкости зубья подвергают термообработке, а в муфту заливают смазку.

Компенсирующие муфты

Конструкции этих муфт несколько сложнее, но они допускают некоторые радиальные и угловые смещения осей валов. Основное назначение этих муфт состоит в том, чтобы компенсиро­вать вредное влияние неправильного относи­тельного положения соединяемых валов. Однако эти муфты чувствительны к перекосам. Кроме того, при перекосах валов вследствие трения в зубьях муфта нагружает валы изгибающим моментом примерно 10% от вращающего. Ком­пенсирующие муфты делятся на жесткие под­вижные и упругие (деформируемые).

Кулачково-дисковая муфта (рис.5) состоит из двух полумуфт 1 и 2 с диаметраль­ными пазами на торцах и промежуточного пла­вающего диска 3 (рис.5, а) с взаимно пер­пендикулярными выступами. В собранной муфте выступы диска располагаются в пазах полумуфт (рис.5, б). Трущиеся поверхности периодически смазывают пластичной смазкой (один раз в смену). Кулачково-дисковая муфта применяется для соединения тихоходных валов (до 250 об/мин). Допустимые радиальные сме­щения валов - до 0,04 мм, угловое - до 30". Не­достаток этих муфт - повышенная чувстви­тельность к перекосам валов. Эти муфты пред­назначены главным образом для компенсации относительно параллельного смещения осей валов. Теоретически, при любом смещении пе­редаточное отношение между валами постоян­ное. При вращении ведущего вала без угловых ускорений ведомый вал также будет вращаться равномерно. Полумуфты и диски рекомендует­ся изготовлять из стали 45Л.

Рис.5. Кулачково-дисковая муфта: а - элементы муфты; б - в собранном виде

Зубчатая муфта (рис.6) состо­ит из четырех основных деталей: двух полу­муфт 1 и 2 с наружными зубьями и двух обойм 3 и 4 с внутренними зубьями. Обой­мы муфты соединены болтами 5. Через от­верстие 6 заливается масло (один раз в три месяца). Зубчатые муфты компенсируют ра­диальные, угловые и комбинированные смеще­ния валов (углы между полумуфтами и обоймами не должны превышать 0,5°; d 560 мм); находят широкое применение в машиностроении. Эти муфты надежны в работе, имеют малые габаритные размеры. Материал полумуфт и обойм - сталь 40 или 45Л.

Рис.6. Зубчатая муфта: 1, 2 - полумуфты с наружными зубьями;

3, 4 - обоймы; 5 - болты; 6 - от­верстие для подвода смазки

Упругая втулочно-пальцевая муфта (рис.7) по конструкции ана­логична фланцевой муфте, вместо соединительных болтов у упругой муфты имеются стальные пальцы 1 на которые установлены эластичные (резино­вые, кожаные и т. п.) втулки 2. Эластичные элементы позволяют компен­сировать незначительные осевые (для малых муфт 1-5 мм; для больших муфт 2-15 мм), радиальные (0,2-0,6 мм) и угловые (до 30") смещения валов. Упругие втулочно-пальцевые муфты обладают хорошей эластично­стью, высокой демпфирующей и электроизоляционной способностью, просты в изготовлении, надежны в работе. Находят широкое применение, особенно для соединения электродвигателей с исполнительными механиз­мами (машинами) при d 150 мм. Материал полумуфт - сталь 35, 35Л или чугун СЧ25; пальцы изготовляют из стали 45.

Рис. 7. Муфта упругая втулочно-пальце­вая: 1 - пальцы; 2 - эластичные втулки

Несущая способность муфт резко падает с ростом перекоса валов.

Размеры муфт подбирают по таблицам в зависимости от вращающего момента, который находят по наибольшему длительно действующему моменту на ведущем валу.

Подвижные муфты

Допускают соединение валов с повышенным взаимным смещением осей как вызванными неточностями, так и специально заданными конструктором.

Ярким представителем этого семейства являются шарнирные муфты. Идея муфты впервые предложена Джироламо Кардано в 1570 г. и доведена до инженерного решения Робертом Гуком в 1770 г. (рис.8). Поэтому иногда в литературе они называются карданными муфтами, а иногда – шарнирами Гука.

Рис.8. Шарнир Гука по идее Кардано

Шарнирные муфты соединяют валы под углом до 45 о, позволяют создавать цепные валы с передачей вращения в самые недоступные места. Всё это возможно потому, что крестовина является не одним шарниром, а сразу двумя с перпендикулярными осями.

Прочность карданной муфты ограничена прочностью крестовины, в особенности мест крепления пальцев крестовины в отверстиях вилок. Поломка крестовины – весьма частый дефект, известный, практически, каждому владельцу заднеприводного автомобиля.

Муфты выбираются по каталогу. Проверочный расчёт ведётся для рабочих поверхностей шарниров на смятие, проверяется прочность вилок и крестовины.

Малогабаритные шарнирные муфты (рис.9) стандартизованы в диапазоне диаметров 8...40 мм и моментов 12,5...1300 Нм. Крестовина выполнена в виде параллелепипеда. Шарнир образуется с помощью вставных осей, одна из которых длинная, а другая состоит их двух коротких втулок, стянутых заклёпкой. Конструкция весьма технологична.

Рис.9. Малогабаритная карданная муфта

Упругие муфты

Предназначены главным образом для смягчения (амортизации) ударов, толчков и вибрации. Кроме того, допускают некоторую компенсацию смещений валов.

Главная особенность таких муфт – наличие металлического или неметаллического упругого элемента . Используются различные упругие элементы (рис.10) а – звёздочки, б – шайбы, в – упругие оболочки, г – винтовые пружины, д – змеевидные пружины, е – сильфоны и т.п. Способность упругих муфт противостоять ударам и вибрации значительно повышает долговечность машин.

Рис. 10. Конструкции упругих муфт

Муфта с упругой торообразной оболочкой может, фактически, рассматриваться, как упругий шарнир Гука. Она способна компенсировать значительные неточности монтажа валов.

Лёгок монтаж, демонтаж и замена упругого элемента. Допускаются радиальные смещения 1...5 мм, осевые 2...6 мм, угловые 1,5...2 0 , угол закручивания 5...30 0 .

Несущая способность (и прочность) муфт зависит от крепления оболочки к фланцам. Стандартизованы муфты с неразрезной упругой оболочкой в диапазоне моментов 20...25000 Нм.

Широкое применение находит упругая втулочно-пальцевая муфта "МУВП" (рис.11).

Здесь нет необходимости крепить резину к металлу, легко заменять упругие элементы при износе.

В этих муфтах момент передаётся через пальцы и насаженные на них упругие элементы в форме колец или гофрированных втулок. Такие муфты легки в изготовлении, просты в конструкции, удобны в эксплуатации и поэтому получили широкое применение, особенно для передачи вращения от электродвигателя.

Рис.11. Упругая втулочно-пальцевая муфта

Муфты нормализованы в диапазонах 16...150 мм и 32...15000 Нм.

К сожалению, радиальные и угловые смещения существенно снижают срок службы упругих элементов и повышают нагрузки на валы и опоры.

Муфты рассчитывают по допускаемым давлениям между пальцами и упругими втулками

P = 2M вр / (Z ∙D ∙d ∙l ) £ [P ],

Где Z – число пальцев, d – диаметр пальца, l – длина упругого элемента, D – диаметр расположения осей пальцев. Допускаемое давление обычно 30 МПа.

Пальцы муфты рассчитывают на изгиб.

Сцепные муфты

Эти муфты предназначены для соединения и разъединения валов. Некото­рые типы сцепных муфт позволяют это делать на ходу, без остановки элек­тродвигателя. Сцепные муфты иногда называют управляемыми. По принци­пу работы различают кулачковые и фрикционные сцепные муфты.

Кулачковые муфты (см. рис.12) состоят из двух полумуфт 1 и 2, имеющих кулачки на торцовых поверхностях. Включение муфты осуществ­ляется за счет полумуфты 2, которая может передвигаться вдоль вала по направляющей шпонке или по шлицам.

Во избежание повреждений кулачков включение муфты на ходу допуска­ется без нагрузки при весьма малой разности угловых скоростей валов. Вы­ключение допускается на ходу. Достоинство кулачковых муфт - простота конструкции и малые габаритные размеры; недостаток - невозможность, как правило, включения на ходу. Рекомендуемый материал кулачковых по­лумуфт - легированная сталь 20Х или 20ХН (с цементацией и закалкой).

Рис.12. Кулачковая муфта: 1,2 -полумуфты

Фрикционные муфты (рис.13) в отличие от кулачковых, допус­кают включение на ходу под нагрузкой. Фрикционные муфты передают вра­щающий момент за счет сил трения. Фрикционные муфты допускают плавное сцепление при любой скорости, что успешно используется, например, в конструкции автомобильного сцепления. Кроме того, фрикционная муфта не может передать через себя момент больший, чем момент сил трения , поскольку начинается проскальзывание контактирующих фрикционных элементов, поэтому фрикционные муфты являются эффективными неразрушающимися предохранителями для защиты машины от динамических перегрузок.

По конструкции фрикционные муфты делят на: дисковые , в которых трение происходит по торцевым поверхностям дисков (одно- и многодисковые) (см. рис.13, а); конусные , в которых рабочие поверхности имеют коническую форму (рис.13.10, б); цилиндрические имеющие цилиндрическую поверхность контакта (колодочные, ленточные и т.д.) (рис.13.10, в). Наибольшее распространение получили дисковые муфты.

Фрикционные муфты работают без смазочного материала (сухие муф­ты) и со смазочным материалом (масляные муфты). Последние применяют в ответственных конструкциях машин при передаче больших моментов. Смазывание уменьшает изнашивание рабочих поверхностей, но усложняет конструкцию муфты.

Материал для фрикционных муфт - конструкционные стали, чугун СЧ30. Фрикционные материалы (прессованную асбесто-проволочную ткань - ферродо, фрикционную пластмассу, порошковые материалы и др.) применяют в виде накладок.

Рис. 13. Фрикционные муфты: а - дисковая; б - конусная; в - цилиндрическая

Главной особенностью работы фрикционных муфт является сжатие поверхностей трения. Отсюда ясно, что такие муфты рассчитываются на прочность по контактному давлению (аналогично напряжениям смятия). Для каждой конструкции необходимо вычислить сжимающую силу и разделить её на площадь контакта. Расчётное контактное давление не должно быть больше допускаемого для данного материала.

Самоуправляемые муфты

Эти муфты предназначены для автоматического разъединения валов в зависимости от изменения одного из следующих параметров: вращающего момента - предохранительные муфты, направления вращения - обгонные , и скорости вращения - центробежные.

Муфты свободного хода (обгонные) (рис.14) предназначены для передачи вращающего момента в одном направлении (например, для вращения втулки заднего колеса велосипеда). Ролики 3 муфты свободного хода за счет сил трения заклиниваются между поверхностями полумуфт 1 и 2

Рис. 14. Роликовая муфта свободного хода

При уменьшении скорости вращения полумуфты 1 вследствие обгона роли­ки выкатываются в широкие участки вырезов, и муфта автоматически раз­мыкается.

Муфты свободного хода работают бесшумно, допускают большую час­тоту включений.

В качестве материалов для муфт свободного хода рекомендуют приме­нять стали ШХ15, 20Х, а также высокоуглеродистые инструментальные стали.

Центробежные муфты (рис.15) служат для автоматического включения (выключения) валов при заданных угловых скоростях.

Центробежная муфта состоит из ведущей и ведомой полумуфт 1 и 2, в пазы которых устанавливают фрикционные грузы - колодки 3.

Рис. 15. Центробежная колодочная муфта: 1,2- полумуфты; 3 - колодки

При достижении ведущей полумуфтой заданной угловой скорости ко­лодки 3, за счет центробежных сил, прижимаются к ведомой полумуфте, и муфта включается. В показанной на рис.15 конструкции любая из полу­муфт (1 или 2) может быть ведущей. Передача вращающего момента осуще­ствляется силами трения, значение которых пропорционально квадрату уг­ловой скорости. Центробежная муфта допускает частые включения, обес­печивает плавное включение и имеет сравнительно небольшие габаритные размеры.

Предохранительные муфты

Эти муфты допускают ограничение передаваемого вращающего мо­мента, что предохраняет машины от поломок при перегрузках.

Наибольшее распространение получили предохранительные кулачко­вые, шариковые и фрикционные муфты (рис.16).

Рис.16. Предохранительные муфты

От сцепных и других муфт они отличаются отсутствием механизма включения. Предохранительные кулачковые и шариковые (рис.16, а) муфты постоянно замкнуты, а при перегрузках кулачки или шарики полумуфты 1 выдавливаются из впадин полумуфты 2, и муфта размыкается. Иначе работает предохранительная фрикционная муфта (рис.16, б). При перегрузке за счет проскальзывания происходит пробуксовывание этой муфты (останавливается ведомый вал).

Рассмотренные на рис.16 предохранительные муфты применяют причастых перегрузках.

При маловероятных перегрузках применяют предохранительные муфты с разрушающимся элементом, например со срезным штифтом (рис. 17). Такая муфта состоит из дисковых полумуфт 1 и 2 , соединяемых металлическим штифтом 3 , вставленным в термически обработанную втулку 4 . При возникновении перегрузки штифт срезается, и муфта разъединяет валы. Они просты по конструкции и малогабаритны.

Рис. 17. Муфта предохранительная со срезным штифтом:

1,2- полумуфты; 3 - срезной штифт; 4 - закаленные втулки

Для изготовления деталей предохранительных муфт в зависимости от типа муфты применяют конструкционные стали, чугун СЧЗО, фрикцион­ные материалы, сталь ШХ12 и др. Штифты для муфт с разрушающимся элементом изготовляют из стали 45, втулки - из стали 40Х с закалкой.

Краткие сведения о выборе и расчете муфт

Применяемые в машиностроении муфты стандартизованы. Муфты каж­дого типоразмера выполняют для некоторого диапазона диаметров вала. Основным критерием при выборе стандартных муфт является передаваемый вращающий момент.

При проектировании новых муфт конструктивные размеры элементов муфты определяют расчетом. Стандартизованные или нормализованные муфты не рассчитывают. Их, как правило, выбирают, как и подшипник ка­чения, по таблицам справочников.

Выбор стандартных муфт. Основной характеристикой при выбо­ре муфт является передаваемый расчетный момент

, (1)

Где К р - коэффициент режима работы (табл.1); T - номинальный вра­щающий момент при установившемся режиме работы.

Таблица 1. Значение коэффициента режима работы К p

Механизм или машина	К p
Конвейеры:
ленточные	1,25-1,50
цепные, скребковые и винтовые (шнеки)	1,50-2,0
Воздуховки и вентиляторы центробежные	1,25-1,50
Насосы:
центробежные	1,50-2,0
поршневые компрессоры	2,0-3,0
Станки металлообрабатывающие:
с непрерывным движением	1,25-1,50
с возвратно-поступательным движением	1,50-2,50
Станки деревообделочные	1,50-2,0
Мельницы шаровые, дробилки, молоты, ножницы	2,0-3,0
Краны, подъемники, элеваторы	3,0-4,0

Муфты выбирают по соответствующим таблицам (табл. 2 и 3) по К р в зависимости от диаметра вала d (учитывают также максимальную угло­вую скорость ). Отдельные детали выбранной муфты проверяют на прочность.

Таблица 2. Коэффициенты безопасности К б и режима работы К р

Степень ответственности передачи	К б
Поломка муфты вызывает остановку машины	1,0
Поломка муфты вызывает аварию машины	1,2
Поломка муфты вызывает аварию ряда машин	1,5
Поломка муфты может привести к человеческим жертвам	1,8
Условия работы машины	К р
Работа спокойная	10
Работа неравномерная	1,1-1,3
Тяжелая работа с ударами	1,3-1,5

Таблица 3. Значения [р ] и f для фрикционных муфт

Материал поверхностей трения	При смазывании		Всухую
	[р], МПа	f	[р], МПа	f
Закаленная сталь по закаленной стали	0,6-0,8	0,06	-	-
Ферродо по стали и чугуну	-	-	0,2-0,3	0,3
Порошковый материал по закаленной стали	0,8	0,12	0,3	0,3

Расчет на прочность жестких (глухих) муфт.

Втулочные, фланцевые и продольно-свертные муфты выбирают по норма­лям .

Прочность втулки проверяют по основному условию прочности на кру­чение

Где - допускаемое напряжение на кручение (для стали 45: = 22 ÷ 25 МПа);

, (3)

Расчетное напряжение на кручение; Т р - расчетный момент; d и D - размеры муфты (см. рис.2).

Шпоночные или шлицевые (зубчатые) соединения вала с жесткой муф­той проверяют по формулам (9.1)-(9.3), болтовые соединения на растяже­ние и срез. Болты и стенки полумуфт на смятие прове­ряют по формуле

, (4)

Где F t - сила, срезающая один болт; А см - площадь смятия; d б - диаметр болта; К- толщина фланца полумуфты (см. рис.4, а); - допускае­мое напряжение на смятие материала болтов или полумуфт.

Расчет на прочность компенсирующих муфт. Эти муфты выбира­ют по нормалям или стандартам (см. рис. 5).

Проверочный расчет на прочность (износостойкость) кулачково-дисковых муфт производят по формуле

, (5)

Где р - максимальное давление, возникающее на рабочей поверхности со­пряженных деталей муфты; D , d , h - размеры муфты (см. рис.5); [р] - допускаемое давление (для муфт с закаленными поверхностями трения [р] = 15 ÷ 30 МПа).

Проверочный расчет зубчатых муфт не производят. Их выбирают по стандарту. Для зубчатых муфт расчетный момент

Т р =К б К р Т, (6)

Где К б и К р - коэффициенты безопасности и режима работы; Т - номинальный вращающий момент (табл.12.4).

Таблица 4. Муфты втулочные со шпонками (см. рис. 2, а), размеры, мм

d	D	L	Т , Н-м	d	D	L	Т , Н-м
20	35	60	70	(45)	70	140	710
(22)	35	65	90	50	80	150	850
25	40	75	125	(55)	90	160	1060
(28)	45	80	170	60	100	180	1500
30	45	90	210	(70)	ПО	200	2240
(35)	50	105	350	80	120	220	3150
40	60	120	450	(90)	130	240	4000= 80...90 МПа); - допускаемое напряжение смятия втулки (для резины = 2 МПа). Расчет сцепных муфт. Расчет наиболее распространенных в ма­шиностроении сцепных многодисковых фрикционных муфт производят на отсутствие проскальзывания полумуфт (дисков) и на износостойкость ра­бочих поверхностей дисков. Для передачи вращательного движения от по­лумуфты 1 к полумуфте 2 (см. рис.10) без относительного проскальзывания дисков момент сил трения должен быть не меньше вращающего мо­мента, создаваемого на ведущем валу. Фрикционные дисковые муфты выбирают по нормалям. Расчет самоуправляемых и предохранительных муфт. Самоуправ­ляемые роликовые муфты свободного хода выбирают по нормалям. На контактную прочность проверяют только ролики и рабочие поверхности полумуфт (см. рис.15): , (9) Где Т р - расчетный момент; Е пр - приведенный модуль упругости; d и l - диаметр и длина роликов; 7 0 - угол заклинивания роликов; D - диа­метр рабочей поверхности обоймы; z - число роликов; - допускаемое контактное напряжение (для стали ШХ15, 20Х и 40Х = 1500 МПа). Размеры центробежных муфт принимают конструктивно. Рабочие по­верхности трения грузов проверяют на износостойкость аналогично фрик­ционным муфтам. Массу груза подбирают по создаваемой им центробеж­ной силе. Фрикционные предохранительные муфты выбирают по стандарту. Их расчетная проверка аналогична расчету сцепных фрикционных муфт. Предохранительные муфты с разрушающимся элементом выбирают понормалям станкостроения, после чего штифт проверяют на срез (см. рис.17): , (10) Где T пред - предельный момент, при котором происходит разрушение штифтов; D 1 - диаметр расположения штифтов (см. рис.17); - пре­дел прочности на срез (для стали 45 = 420 МПа); Т р - расчетный мо­мент; d m - диаметр штифта; z = 1 ÷ 2 - число штифтов. Пример 1. Фланцевая муфта установлена в приводе металлорежущего ставка и соединяет концы двух валов диаметром d =80 мм каждый. Фланцы полумуфт стянуты шестью болтами М16, три из которых поставлены без зазора в отверстия из-под развертки (диаметр стержня болта d 4 = 17 мм); остальные три - в отверстия с зазором. Материал болтов сталь 30, класс прочности 5.6 (= 300 Н/мм 2). Проверить на срез болты, поставленные без зазора, в предположении, что весь вращающий момент T = 2500 Н·м передают только эти болты. Диаметр окружности, на которой расположены оси болтов, D 1 = 220 мм. Решение. 1. Допускаемое напряжение на срез стержня болта 0,25·300 = 75 Нмм 2 , 2. Коэффициент режима работы муфты K = 1,75. 3. Окружная сила, передаваемая одним болтом (при z = 3), Н 4. Расчетное напряжение среза в болте Н/мм 2 Условие прочности выполнено: = 58,4 Н/мм 2 = 75 Н/мм 2 .

К атегория:

Ремонтно-строительные машины

Валы, оси, их опоры и соединения

Валы и оси являются поддерживающими и вращающими частями элементов машин. Оси только поддерживают детали, а валы передают крутящий момент. Части валов и осей, передающие нагрузки на опоры, называются шейками, а если они находятся на концах валов - шипами или цапфами. Опорные части вертикальных валов и осей, передающие продольную нагрузку, называются пятами.

Валы бывают гладкие, ступенчатые, коленчатые, карданные, гибкие и др. (рис. 2.11). Гладкие и ступенчатые валы применяют в редукторах, открытых и закрытых передачах.

Коленчатые валы применяют в кривошипно-шатунных механизмах. Гибкие и кардан- ные валы используют для передачи движения при частых изменениях взаимного положения соединяемых узлов при относительно большом расстоянии между ними.

Рис. 2.11. Виды валов: а - гладкий; б - ступенчатый; в - коленчатый; г - гибкий

Рис. 2.12. Подшипники скольжения: а - неразъемный со втулкой; б - разъемный со вкладышами; 1 - втулка (вкладыш); 2 - самоуста- навливающаяся опора; 3 - корпус; 4 - отверстие для смазки

Подшипники скольжения могут воспринимать значительные нагрузки, удобны при монтаже валов большой массы, когда требуется разборка подшипников, надежны при работе в сильно загрязненных средах, относительно долговечны.

Подшипники качения (рис. 2.13) состоят из наружного и внутреннего колец с дорожками качения, изготовляют из легированной износостойкой хромистой стали. Между кольцами по дорожкам качения перемещаются шарики (у шарикоподшипников) или ролики (у роликоподшипников). Фиксирование положения тел качения производится с помощью сепараторов - стальных колец с отверстиями для шариков или роликов. Подшипники качения имеют меньшую в 5…10 раз силу трения по сравнению с подшипниками скольжения. Роликовые подшипники имеют грузоподъемность значительно большую, чем шариковые, но допустимая частота вращения для них примерно в два раза меньше.

Подшипники качения разделяются на шесть серий в зависимости от грузоподъемности (от сверхлегкой до сверхтяжелой) и на девять типов по своей конструкции.

Рис. 2.13. Подшипники качения: а - шариковый с сепаратором; 6 - шариковый в корпусе; в - шариковый упорный; г - шариковый двухрядный; д - роликовый; е - роликовый конический; ж -роликовый самоустанавливающийся; з - роликовый многорядный

Для уменьшения изнашивания подшипники качения набивают пластичной смазкой и применяют различные уплотнители (сальники) из фетра, кожи и т. п.

Муфты применяют для соединения валов, а также для передачи крутящего момента деталям и валам кинематической цепи машин. По назначению муфты разделяются на соединительные (упругие) и сцепные. Примером муфт первого типа являются втулочные (рис. 2.14, а) и фланцевые (рис. 2.14, б). Во втулочных муфтах элементом, соединяющим валы, является втулка со штифтом или шпилькой. Соединение этих муфт производится продольным перемещением валов, редукторов, барабанов и т. п.

Расчету подвергаются соединительные детали, штифты и шпонки. При использовании фланцевых муфт на концы соединяемых валов надеваются фланцы, которые затем соединяют между собой болтами.

Рис. 2.14. Соединительные муфты: а - втулочная; б - фланцевая

Сцепные муфты бывают кулачковые и фрикционные. Кулачковые муфты (рис. 2.15, а) состоят из двух полумуфт, одна из которых постоянно жестко связана с валом, а вторая - может перемещаться по валу на шпонке или шлицах. На торцах полумуфт имеются кулачки - выступы и впадины, которые при сближении полумуфт входят в зацепление. Кулачковыми муфтами их остановках или медленном можно включать механизмы при вращении.

Похожие статьи