Муфты, постоянно соединяющие валы

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 и для соеди­нения строго соосных валов агрегатов.

Втулочная муфта (рис.1) представляет собой втулку, надеваемую по посадке 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 (Ст5, СтЗ). Втулочные муфты применяют для соединения ва­лов диаметром до 70 мм. Наружный диаметр муфты принима­ют:

D = (1,5...1,6) d, где d — диаметр вала. Длина муфты L = (2,5...4) d (окончательно определяется длиной шпонок или шлицев).

 

 

Рис.1 Втулочная муфта

 

Фланцевая муфта (рис.2) состоит из двух полумуфт, выполненных в виде ступицы с фланцем. Фланцы соединяют болтами. Различают два конструктивных исполнения муфты.

В одной конструкции половину болтов устанавливают во фланцах полумуфт без зазора. В этом случае центрирование полумуфт осуществляют эти болты. В результате завинчива-

ния 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. Задача является статически неопределимой. С целью сущест­венного упрощения расчетов приближенно принимают, что весь вращающий момент передается только стержнями бол­тов, поставленных без зазора и работающих на срез и смятие.

Сила, действующая на один болт,

Где Т - расчетный вращающий момент; z — число

болтов, поставленных без зазора; D₁ ~— диаметр, на котором расположены оси болтов.

В другой конструкции болты во фланцах полумуфт устанав­ливают с зазором. В этом случае вращающий момент с одной полумуфты на другую передается только силами трения на фланцах. Силу затяжки болтов для передачи вращающего мо­мента Т находят из условия:

 

Т ≤ Ттр или ТS = Ттр,

 

Рис.2 Фланцевая муфта

 

где — момент силы трения на фланцах; —сила затяжки одного болта;

z - число болтов; f — коэффици­ент трения (для сухих металлических поверхностей фланцев D_l — диаметр, на котором расположены оси болтов; S — запас сцепления, принимаемый 1,2...1,5 для уче­та случайных перегрузок и нестабильности сил трения.

Отсюда необходимая сила затяжки болтов:

 

 

Внутренний диаметр резьбы болта, работающего на растя­жение, определяют из условия:

 

рис.1

 

где — допускаемые напряжения

растяжения в расчетном сечении болта. Материал полумуфт — ста­ли 40 и 35Л. Возможно применение чугунов СЧЗО. На фланцевые муфты име­ется стандарт. Полумуфты устанавли­вают на концы валов с натягом..

Компенсирующие муфты. 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. Возможные виды смещений валов и возникающие вследствие этого дополнительные нагрузки на концах валов представлены на рис.3.

Рис.3 Возможные смещения валов и возникающие при этом дополнительные нагрузки

 

Для соединения валов с несовпадающими осями применяют компенсирующие муфты. Благодаря своей конструкции эти муфты обеспечивают работоспособность машины даже при взаимных смещениях валов. Однако необходимо помнить, что валы и опоры при этом дополнительно нагружаются радиальными и осевыми силами и изгибающими моментами, зависящими от величины и вида расцентровки валов. Следует подчеркнуть, что с ростом смещений валов ресурс сомой муфты падает.

МУФТЫ СЦЕПНЫЕ УПРАВЛЯЕМЫЕ

Сцепные муфты соединяют и разъединяют валы по команде. Эти муфты делят на муфты с профильным замыканием (ку­лачковые) и фрикционные. Последние используют при необ­ходимости изменения режима работы машины без остановки двигателя.

Муфты сцепные кулачковые применяют для передачи больших вращающих моментов при нечастых включениях. Они имеют значительно меньшие габаритные размеры и мас­су, чем фрикционные муфты сцепления. Однако они соединя­ют валы, угловые скорости которых равны. При этом требует­ся точная соосность соединения полумуфт. На рис. 4 изо­бражена муфта с торцевыми кулачками и некоторые профили кулачков.

■

б)

Рис. 4. Муфта с торцевыми кулачками: а – конструкция, б – профили кулачков

 

Выбор формы кулачков определяется в основном ус­ловиями включения муфты (одинаковые угловые скорости по­лумуфт или несколько различные) и передаваемой нагрузкой. Материал кулачковых муфт должен обеспечивать высокую твердость рабочих поверхностей кулачков. Используют стали марок: 20Х, 12ХНЗА с цементацией и закалкой до твердости (54...60) HRC₃. При частых включениях используют стали: 40Х, 40ХН, 35ХГСА с закалкой рабочих поверхностей зубьев до твердости (40...45) HRC₃. Приближенным расчетом прове­ряют контактные напряжения на рабочей поверхности кулач­ка включенной муфты в предположении равномерной работы всех кулачков

где Т_р — расчетный вращающий момент, Н м; d_cp — средний диаметр муфты по кулачкам, мм; А — площадь проекции опорной поверхности кулачка на диаметральную плоскость, мм²; z — число кулачков.

Муфты сцепные фрикционные передают вращающий мо­мент за счет сил трения на рабочих поверхностях, создавае­мых плавным прижатием рабочих (фрикционных) поверхно­стей. Меняя силу прижатия, можно регулировать момент сил трения. За время включения фрикционной муфты рабочие по­верхности проскальзывают. После включения муфты сколь­жение отсутствует.

На рис.5изображена многодисковая муфта сцепле­ния. Она состоит из полумуфт 1 и 2, расположенных строго соосно, и внутренних 3 и наружных 4 дисков, которые сжимаются силой F, приложенной нормально к трущимся поверхно­стям. Регулируемая сила F может создаваться механическим путем, гидравлическим, пневматическим или электромагнит­ным. На рабочие поверхности дисков наносят фрикционный слой или крепят накладки из фрикционного материала, повы­шающего силу трения. Для улучшения смазывания рабочих поверхностей муфт и отвода продуктов износа на торцах ди­сков выполняют неглубокие спиральные канавки.

В зависимости от условий эксплуатации, фрикционные муфты разделяют на муфты без смазывания трущихся поверх­ностей (сухие) и на муфты со смазыванием трущихся поверх­ностей (масляные). Последние передают меньший вращаю­щий момент (в них ниже коэффициент трения), однако они более долговечны (интенсивность изнашивания рабочих по­верхностей меньше, чем у сухих муфт).

Материалы фрикционных дисков. Рабочие поверхности дисков выполняют из фрикционных материалов, которые должны обладать: высоким коэффициентом трения и малой его зависимостью от изменения температуры, давления на ра­бочей поверхности и скорости скольжения; хорошим сопро­тивлением изнашиванию; теплостойкостью, т. е. способно­стью выдерживать высокие температуры без разрушения и с сохранением нужных свойств.

В сухих муфтах в основном применяют фрикционные пары:

1) закаленная сталь по металлокерамике, образованной на­несением и спеканием под давлением смеси порошков меди, железа, графита, свинца и др.;

2) закаленная сталь по фрикционному материалу (наклад­кам), выполненному на основе термореактивных смол с необ­ходимыми ингредиентами.

В муфтах со смазкой применяют фрикционные пары:

1) закаленная сталь по металлокерамике;

2) закаленная сталь по стали;

3) бронза по закаленной стали или чугуну.

 

Рис. 5 Многодисковая муфта сцепления