Конструкция и расчет муфт

Нерасцепляемые жесткие и компенсирующие муфты. Среди этих муфт наиболее простыми, дешевыми и малогабаритными являются муфты втулочные (рис. 98), относящиеся к подгруппе жестких, не допускающих относительного смещения между ведущей и ведомой частями и не уменьшающих динамические нагрузки. Недостатком этих муфт является необходимость строгой соосности валов и смещения одного из них при монтаже и демонтаже.

ГОСТ предусматривает изготовление втулочных муфт в четырех исполнениях: 1 — с цилиндрическим посадочным отверстием и штифтами; 2 — с призматическими шпонками (4); 3 — с сегментными шпонками (4); 4 — с шлицевым посадочным отверстием.

Втулка 1 муфт исполнений 2, 3 и 4 предохраняется от смещения в осевом направлении установочным винтом 2, который стопорится пружинным кольцом 3. Диапазон номинальных вращающих моментов от 1 до 12 500 Н*м при диаметрах d посадочных концов валов от 6до 105 мм. Ограничений по частоте вращения муфта не имеет. Материал втулок — сталь 45.

Рис 98. Втулочные муфты.

На рис. 99 показана жесткая фланцевая муфта, применяемая для соединения соосных валов при передаче номинального вращающего момента: стальными муфтами от 16 до 40 000 Нм и окружной скорости до 70 м/с; чугунными муфтами от 8 до 20 000 Нм и окружной скорости до 35 м/с. Диапазон диаметров валов от 12 до 250 мм. При переменной нагрузке и реверсивном вращении значения номинального момента уменьшаются. Посадочные отверстия для валов могут быть цилиндрическими или коническими.

Рис. 99. Фланцевая муфта.

Фланцы полумуфт соединены болтами, из которых половина (через один) ставится с зазором и работает на растяжение. Остальные болты устанавливаются в развернутые отверстия без зазора; они осуществляют взаимное центрирование полумуфт и работают на срез. Расчет болтов обычно ведут в предположении, что вся нагрузка воспринимается болтами, работающими на срез.

На рис. 100 представлена жесткая продольно-свертная муфта, применяемая для соединения цилиндрических валов диаметром d = 25...130 мм при номинальных вращающих моментах от 125 до 12 500 Нм, передаваемых силами трения. Допускаемое радиальное смешение валов 0,05 мм.

Муфта состоит из двух полумуфт 1, соединенных болтами, полукожухов 2, закрепляемых винтами, и двух фиксирующих полуколец 3. В крупных муфтах дополнительно ставят призматическую шпонку. Достоинство муфты — возможность монтажа без осевого смещения валов.

Рис. 100. Продольно-свёртная муфта.

На рис. 101 изображена кулачково-дисковая муфта, применяемая для соединения валов диаметром от 16 до 150 мм, при номинальных вращающих моментах от 16 до 16 000 Нм без уменьшения динамических нагрузок. Максимальная частота вращения 4 с^-¹ для муфт с наружным диаметром до 300 мм и 2 с^-¹ для муфт большого диаметра. Муфта допускает угловое смещение геометрических осей валов до 0°30' и их радиальное смещение от 0,6 до 3,6 мм (в зависимости от диаметра вала), поэтому она относится к подгруппе компенсирующих муфт. Посадочные отверстия для валов могут быть цилиндрическими или коническими.

Кулачково-дисковая муфта состоит из полумуфт 1 и 2, плавающего диска 3 и кожуха 4. Пазы на полумуфтах являются направляющими для выступов на диске, обеспечивающих передачу вращающего момента, но вместе с тем допускающих относительное поперечное смещение полумуфт и диска. Выступы на торцах диска расположены по взаимно перпендикулярным диаметрам. Для уменьшения трения и износа муфту необходимо периодически смазывать, причем рекомендуются смазочные материалы с противозадирными присадками. Обычно полумуфты и диск изготовляют из углеродистых или легированных (хромистых) сталей.

Для соединения валов, установленных друг к другу под углом до 45°, применяют шарнирные муфты (рис. 102). ГОСТ регламентирует основные параметры, конструкцию и размеры малогабаритных шарнирных муфт общего назначения для передачи номинального вращающего момента от 11,2 до 1120 Нм без смягчения динамических нагрузок. Стандарт предусматривает изготовление двух типов шарнирных муфт: одинарных и сдвоенных с промежуточной спаренной вилкой 3 (рис. 102). Эти муфты широко применяются в автомобилестроении (карданная передача).

Рис. 101. Кулачково-дисковая муфта. Рис. 102. Шарнирная муфта.

Шарнирные муфты компенсируют неточность монтажа узлов, деформации рамы и рессор в транспортных машинах, поэтому их можно отнести к подгруппе компенсирующих муфт.

Пространственное изображение одинарной, схематическое и конструктивное изображение сдвоенной шарнирной муфты представлены на рис. 102. Ведущий вал 1 заканчивается вилкой, соединенной с крестовиной 2; вторая перекладина крестовины соединена с вилкой ведомого вала одинарной муфты или со спаренной вилкой 3, если муфта сдвоенная.

У одинарной муфты при равномерном вращении ведущего вала ведомый вал будет вращаться неравномерно. Если муфта сдвоенная, а ведущий вал 1 и ведомый вал 5 параллельны (или образуют равные углы со спаренной вилкой 3), то при равномерном вращении ведущего вала ведомый вал тоже вращается равномерно. Детали шарнирной муфты изготовляют из сталей 20Х и 40Х.

Расчет муфт. Стандартные и нормализованные муфты на практике подбирают по каталогам в зависимости от диаметра соединяемых валов и расчетного вращающего момента Т_р по условию:

Т_р = К Т £ Т_Н,

где К — коэффициент перегрузки, учитывающий режим работы и ответственность конструкции; Т — наибольший, длительно действующий вращающий момент; Т_Н — номинальный вращающий момент, указанный в каталоге.

Для приводов от электродвигателя принимают: при спокойной нагрузке К = 1,0... 1,5; при переменной нагрузке К = 1,5...2; при ударной и реверсивной нагрузке К = 2,5…3 и более. Для фрикционных муфт вместо коэффициента перегрузки вводится коэффициент запаса сцепления k =1,25.. .1,5.

В ответственных конструкциях выполняют проверочный расчет работоспособности отдельных элементов выбранной муфты по расчетному или предельному (для предохранительных муфт) вращающему моменту. Расчетные формулы стандартизированы и приводятся в справочной (специальной) литературе.