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

Рис. 2. Втулочные муфты

Муфты продольно-разъемные с фиксирующим кольцом (рис. 7.3) 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. 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:

(17.3)

где Т_р – расчетный момент, Нмм; 2Т_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 d₆ на 1 мм больше диаметра резь­бы); [τ_ср] – допускаемое на­пряжение на срез для бол­тов, Мпа: [τ_ср] = 0,25σ_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:

(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_p.

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 F_з 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).

4. Компенсирующие муфты

Кулачково-дисковая муфта (рис. 6, а) состоит из двух полумуфт, имеющих радиально расположенные пазы, и про­межуточного плавающего диска с радиальными взаимно перпенди­кулярными выступами на торцах. Выступы диска входят в пазы полумуфт с зазором.

При вращении валов с радиально смещенными осями выступы диска скользят во впадинах полумуфт. Сам диск совершает плоскопараллельное движение в плоскости, перпендикулярной к осям ва­лов. Момент передается за счет нажатия друг на друга боковых по­верхностей выступов и пазов (жесткая муфта).

Полумуфты насаживают на валы на переходных посадках. Для дополнительной фиксации полумуфт применяют установочные винты. Изготовляют полумуфты и диски из стали 45. Допускается изготовление полумуфт из высокопрочного чугуна ВЧ 60-2. _

Принимают, что давление в пазах распределено по линейному закону. Эпюра давлений показана на рис. 6, б.

Условие износостойкости муфты:

, (17.5)

где [р]=10...15 Мпа – допускаемое давление при термически необ­работанных деталях (сталь или чугун); [p]=l5...30 Мпа – допу­скаемое давление при тех же материалах, но хорошем смазывании или при закаленных стальных поверхностях трения; Т_р – расчет­ный момент, Н мм; h, D и d – в миллиметрах.

В табл. 17.5 приведены параметры и основные размеры кулачково-днсковых муфт. Стандарт распространяется на муфты, пред­назначенные для соединения валов с радиальным смещением не более 0,05d и угловым отклонением не более 30’.

Рис. 6. Кулачково-дисковая муфта

Рис. 7. Зубчатая муфта

Зубчатые муфты (рис. 7) компенсируют все возможные смещения осей валов – осевые, радиальные и угловые (рис. 7, в), но они не смягчают толчков и поэтому относятся к группе жестких компенсирующих муфт. Широко применяются в тяжелых машинах.

Муфта состоят из двух закрепленных на концах валов втулок с наружными зубьями эвольвентного профиля и охватывающей их обоймы с внутренними зубьями. Таким образом, передача враща­ющего момента осуществляется зубчатыми парами.

Для компенсации смещений валов в муфтах предусмотрены тор­цевые зазоры δ, вершины зубьев втулок обрабатываются по сфери­ческой поверхности (см. рис. 7, а), зубчатое зацепление выпол­няют с увеличенными боковыми зазорами, а боковым поверхностям зубьев придают бочкообразную форму (см. рис. 7, б). В зубча­тых муфтах допускается угловое смещение Δφ ≤ 1⁰ (см. рис. 7, в).

Детали зубчатых муфт изготовляют из стали 40 или из стально­го литья. 3убья втулок термообрабатывают до твердости не ниже 42 HRC_э, а зубья обойм—не ниже 37 HRC_э. Для уменьшения ин­тенсивности изнашивания зубьев в муфту заливают смазочный ма­териал большой вязкости.

Считают, что нагрузка распределяется равномерно между все­ми зубьями и что контакт зубьев происходит в пределах всей дли­ны b и рабочей высоты h=lm+0,8m (см. рис. 17.7, б), которая скла­дывается из высот головок зуба втулки и зуба обоймы.

Условие износостойкости:

, (17.6)

где р – давление на поверхности зубьев, МПа; b – длина зуба, мм; D_Д – диаметр делительной окружности, мм: D_Д=mz; z – число зубьев втулки; m – модуль зацепления, мм; [р]—12...15 Мпа – допускаемое давление.

Рис. 8. Шарнирные муфты

Зубчатые муфты изготовляют двух типов: нормальные МЗ н удлиненные МЗП с промежуточным валом. Некоторые данные по муфтам МЗ приведены в табл. 17.6.

Шарнирные муфты применяют в тех случаях, когда оси соединяемых валов расположены под значительными углами, до­стигающими 40…45°. Передача вращения под такими большими углами обеспечивается тем, что в муфте (рис. 8, а) имеются два шарнира с взаимно перпендикулярными осями.

Сдваивая муфты (рис. 8, б), можно увеличить yгол между геометрическими осями соединяемых валов.

При постоянной угловой скорости ведущего вала одна шарнир­ная муфта дает неравномерное вращение ведомого вала. Сдвоенная муфта (или две шарнирные муфты) может обеспечить равно­мерное вращение ведомого вала. Для этого необходимо выдержать следующие условия:

1) оси шарниров на промежуточной втулке (или на промежу­точном валике) должны быть параллельны;

2) соединяемые валы должны располагаться в одной плоскости и составлять с промежуточной втулкой (валиком) одинаковые углы δ₁=δ₂.

В табл. 17.7 приведены некоторые параметры шарнирных муфт. Расчет шарнирных муфт включает проверку прочности и вы­носливости вилок, крестовины, цапф и расчет работоспособности шарниров.

Рис. 9. Муфта упругая втулочно-пальцевая

Муфты упругие втулочно-пальцевые (МУВП) общего назначения (рис. 9) применяются для передачи вращаю­щих моментов со смягчением ударов с помощью упругих резиновых втулок, надеваемых на пальцы. Они получили широкое распростра­нение, особенно в передачах от электродвигателей.

Полумуфты насаживают на концы валов с натягом с использо­ванием призматических шпонок. В одной полумуфте на конических хвостовиках закрепляют пальцы с надетыми на них резиновыми втулками. Эти резиновые втулки входят в Цилиндрические расточ­ки другой полумуфты. Вследствие деформирования резиновых вту­лок при передаче момента смягчаются толчки и удары, но аморти­зирующая способность муфты незначительна. Муфта компенсирует смещения радиальные (~0,3...0,6 мм), угловые (до 1°) и осевые.

Материал полумуфт – чугун СЧ 20; для быстроходных муфт применяют поковки из стали 30 или стальное литье; пальцы — из нормализованной стали 46, а втулки — из специальной резины.

Пальцы проверяют на изгиб по сечению А—А (рис. 10), а резиновые втулки – на смятые поверхности, соприкасающиеся с пальцами. Условие прочности пальца на изгиб:

(17.7)

где σ_и — наибольшее напряжение при изгибе в опасном сечении пальца, МПа; Т_р/(D_о/2•z ) – окружная сила, передаваемая одним пальцем,Н; D_о – диаметр окружности, на которой расположены пальцы, мм (см. рис. 9); z—число пальцев; l_п – длина пальца, мм; 0,ld_п³ – момент сопротивления сечения пальца изгибу, мм³; d_п – диаметр пальца, мм; [σ_и] – допускаемое напряжение при изгибе пальцев: [σ_и] = 80...90 МПа.

Рис. 10 К расчету пальцев и втулок МУВП Рис.11 Муфта упругая со вездочкой

Условие прочности втулки на смятие:

, (17.8)

'Где l_в – длина втулки, мм; [σ_см] – допускаемое напряжение на смятие для резины: [σ_см] = 1.8...2 МПа.

В табл. 17.8, 17.9 приведены основные параметры и размеры втулочно-пальцевых муфт.

По стандарту предусматривается выполнение муфт с одним и тем же наружным диаметром D при разных диаметрах d расточек полумуфт. Поэтому с помощью втулочно-пальцевых муфт в техни­чески обоснованных случаях допускается соединение валов разных диаметров.

При соединении валов разных диаметров муфту выбирают по наибольшему диаметру вала. Полумуфта с меньшим диаметром расточки выполняется с укороченной длиной и уменьшенным диа­метром ступицы (1,6... 1,8 диаметра расточки).

Муфта упругая со звездочкой (рис. 11) состоит из двух полумуфт, снабженных торцевыми кулачками. Кулачки входят в соответствующие впадины промежуточного элемента – звездочки. Эта звездочка изготовляется из резины н служит упругим элементом. Выступы звездочки работают на сжатие. Допускаемое напряжение от 2 МПа при n = 1750 мин^-1 до 10 МПа при n = 100 мин^-1.

При передаче момента в одну сторону работает лишь половина выступов звездочки. Это позволяет после их изнашивания переста­вить звездочку, сдвинув ее на один выступ.

В табл. 17.10 приведены основные параметры и размеры упру­гих муфт со звездочкой. При их установке допускается радиальное смещение осей валов до 0,2 мм и угловое смещение до 1,5°.

Муфта упругая с торообразной оболочкой (рис. 12) характерна тем, что в качестве упруго­го элемента используется резиновая оболочка, напоминающая автомобиль­ную шину. Для облегчения сборки ино­гда применяют разъемную, состоящую из двух половин, оболочку или заме­няют последнюю несколькими упруги­ми хомутами, имеющими такую же форму сечения.

Рис. 12. Муфта упругая с торообразной оболочкой

Резиновая оболочка обладает боль­шой упругостью, что придает муфте высокие компенсирующие свойства:

осевое смещение 1…10 мм, радиаль­ное – 1…5 мм н угловое – 1°...1°30'. Кроме того, одна полумуфта может по­вернуться относительно другой на угол до 5°30'.

Условие прочности оболочки на сдвиг в сечении около зажима:

, (17.9)

где 2T_p/D₁ – кружная сила в сечении около зажима, Н; D₁ – диа­метр окружности в сечении около зажима, мм; πD₁ – длина окруж­ности, δ – толщина оболочки, мм; [τ_СД] – допускаемое напряжение на сдвиг для материала оболочки: [τ_СД] = 0,4 МПа.

В табл. 17.11 приведены основные параметры и размеры муфт с упругой торообразной оболочкой.

5. Управляемые (сцепные) муфты

Кулачковые сцепные муфты (рис. 13) применяют для передачи значительных моментов, когда плавность включения не является обязательной.

На ведущем валу на призматической шпонке насажена с натя­гом полумуфта, имеющая на торцевой поверхности особой формы выступы (кулачки). На торцевой поверхности ведомой полумуфтыимеются такие же выступы. В рабочей положении выступы одной полумуфты входят во впадины другой. Ведомая полумуфта может перемещаться вдоль вала на шлицах или на направляющих шпон­ках при помощи специального устройства – отводки. Обычно перемещаемой делается полумуфта на ведомом валу, так как в этом случае уменьшается интенсивность изнашивания механизма отвод­ки, потому что скольжение переключающей вилки по выточке про­исходит только при включенной муфте.

Рис. 14 Профили кулачков сцепных муфт

Наиболее распространены прямоугольная и трапецеидальная формы кулачков. При прямоугольном профиле (рис. 14, а) тре­буется точное взаимное расположение полумуфт в момент включения, поэтому включать эти муфты на ходу не допускается. Наличие неизбежного технологического бокового зазора в прямоугольных кулачках приводит к ударам при перемене направления вращения валов. При трапецеидальном профиле не требуется точное относительное расположение полумуфт в момент их включения. Включение на ходу допускается только не под нагрузкой и при условии, что разность окружных скоростей по средним окружностям кулачков соединяемых полумуфт не превышает 1 м/с.

При контакте трапецеидальных кулачков возникают осевые си­лы (рис. 14, б), стремящиеся раздвинуть полумуфты и затруд­няющие их включение. Поэтому угол трапецеидального профиля выбирают в пределах 2…8°, чтобы обеспечить самоторможение полумуфт и снизить усилие их включения.

При постоянном направлении вращения валов (нереверсивные передачи) применяют неравнобочный трапецеидальный профиль кулачков (рис. 14, в).

При работе кулачковых муфт сильно изнашиваются кулачки. Увеличение твердости поверхности кулачков обеспечивают цементацией или закалкой. Так как после цементации у кулачков сохра­няется вязкая сердцевина, эти кулачки хорошо сопротивляются ударным нагрузкам.

Материалами муфт служат стали 20, 15Х, 20Х и другие с после­дующей цементацией кулачков или стали 40Х, ЗОХН и другие – с закалкой.

Условие износостойкости рабочих поверхностей кулачков (рис. 15):

, (17.10)

где р— расчетное давление на рабочей поверхности кулачка, Мпа; D_ср – средний диаметр кулачков, мм: D_ср = (D+D₁)/2: 2Т_р/ D_ср – расчетное окружное усилие, Н; 2/3·z – расчетное (или рабочее) число кулачков. Считают, что из-за неравномерности распределе­ния нагрузки между всеми z кулачками в расчет следует вводить 2/3·z; b, h – длина и высота кулачка, мм; [р]=80...120 Мпа – до­пускаемое давление для термообработанных кулачков при включе­нии в состоянии покоя и [p]=20...30 Мпа – то же, при включении на ходу.

Рис. 15. К расчету кулачков сцепных муфт

Осевое усилие, необходимое для включения я выключения ку­лачковой муфты: , (17.11)

где d—диаметр вала подвижной полумуфты (см. рис. 13); f – коэффициент трения: f=tgφ=0,08... 0,2 (меньшие значения при работе со смазочным материалом); α – угол скоса кулачков (см. рис. 15); ρ – угол трения. Знак плюс относится к ре­жиму включения, минус – к режиму выключения муфты.

Зубчатая сцепная муфта по своему устройству (рис. 17.16, а) представляет собой видоизмененную компенсирующую зубчатую муфту с обоймой, имеющую неподвижную полумуфту 1 и подвижную 3. Для выключе­ния муфты надо передвинуть влево подвижную полумуфту так, чтобы ее зубья вышли из зацепления с внутренними зубьями обоймы 2. Основные размеры этой муфты можно при­нимать по табл. 17.5, а проверку прочности проводить по форму­ле (17.6).

Зубчатые сцепные муфты без обоймы (рис. 16, б) состоят из двух полумуфт, одна из которых имеет внутренние, а другая – внешние зубья.

Фрикционные муфты применяют для соединения валов под нагрузкой, когда плавность их включения является обяза­тельной.

Одна полумуфта дисковой фрикционной муфты (рис. 17) за­креплена на валу на шпонке посадкой с натягом, а вторая подвижна в осевом направлении. Прикладывая к подвижной полумуфте осевую силу F_a, замыкают муфту и обеспечивают передачу момен­та за счет сил трения на стыке торцевых поверхностей полумуфт.

Считают, что сила трения равномерно распределена по поверх­ности стыка, имеющей вид кольца. В этом случае суммарная сила трения fF_а приложена на расстоянии приведенного радиуса трения от оси вращения:

,

где D, D₁ – наружный и внутренний диаметры дисков.

Рис. 16. Зубчатые сцепные муфты

С увеличением силы нажатия F_a возрастает момент сил трения T_тр=fF_aR_пр. При каком-то значении силы F_a момент трения ока­жется равным передаваемому моменту (Т_тр=Т_р) и муфта замкнет­ся, а оба вала будут вращаться с одной и той же угловой скоростью.

Усилие, необходимое для замыкания муфты:

(17.12)

где f – коэффициент трения (табл. 17.12).

При определении расчетного момента иногда вводят коэффи­циент запаса сцепления β=1,2...1,5 для предотвращения пробуксовывания муфты при небольших перегрузках. При учете коэффициента режима коэффициент β можно не вводить, так как обычно к_рТ>βТ.

Рис. 17. Дисковая фрикционная муфта

Для уменьшения габаритов и силы нажатия применяют много­дисковые фрикционные муфты (рис. 18). - -

Сила нажатия в многодисковой муфте (Н)

(17.13)

где z – число пар поверхностей трения: z=n – 1; n – общее число дисков в муфте. Значение z желательно принимать четным.

Рис. 18. Многодисковая фрикционная муфта

Рекомендуемое число ведущих дисков z₁=z/2, а число ведомых z₂=z₁+1.

Иногда для уменьшения силы нажатия диски снабжают обкладками из материала с повышенным коэффициентом трения. К та­ким материалам относится асбестовая ткань с включением латун­ной проволоки или сетки – феродо.

Условие износостойкости рабочих поверхностей:

, (17.14)

где р – давление на рабочих поверхностях дисков, МПа;

π(D² – D²₁)/4 – площадь кольцевой поверхности диска, мм²; [р]—допу­скаемое давление (см. табл. 17.12).

По условию износостойкости р<[р] допускаемая сила нажатия

[F_a]=[p] π(D² – D²₁)/4. (17.15)

Основные размеры фрикционных муфт выбирают конструктивно в зависимости от диаметра вала d по табл. 17.17.

Дата добавления: 2015-08-18