А) Уклон 1:100

шш

(рис. 1.13, б). Широкие грани клиновых шпо­нок работают

на смятие. Клиновые шпонки, так же как и пазы ступиц, выполняют с уклоном 1:100. Врезные шпонки размещают в пазу вала и ступицы, фрикционные — только в пазу ступицы. Клиновые шпонки вызыва­ют дополнительные напряжения в соединяемых деталях и имеют ог­раниченное применение. Наиболее распространенные призматиче­ские врезные шпонки разделяют на обыкновенные и высокие (рис. 1.14, а) с плоскими или скругленными концами (предназначе­ны для неподвижного соединения ступиц с валами), направляющие (крепятся к валу винтами, а ступицы могут перемещаться вдоль вала по шпонке) (рис. 1.14, б) и скользящие (соединяются со ступицей вы­ступом и перемещаются вдоль вала вместе со ступицей) (рис. 1.14, в). По высоте эти шпонки расположены примерно поровну в пазу вала и ступицы. Разновидностью призматических шпонок являются сег­ментные шпонки (рис. 1.14, г). Рабочие боковые грани призматиче­ских и сегментных шпонок работают на срез и смятие.

ют деталь на валу или оси силами трения и могут быть врезными (рис. 1.13, а), танген­циальными и

б)

е

фрикционными У//ШШ> (рис. 1.13, 6)

Рис. 1.13. Соединения с клиновыми шпоиками

Ширину, высоту и длину шпонок принимают по ГОСТу в зави­симости от диаметра вала. Рабочие напряжения среза и смятия оп­ределяют по формулам:

тер = 2M_Kpl(blpd) < [т cpl, СГсм — 4M_Kp/(/l/p<i) 5~ [(Тем],

где М_кр — крутящий момент; d — диаметр вала; b, h, /_р — соответст­венно ширина, высота и рабочая длина шпонки.

Если расчет показывает, что шпонка перенапряжена, то устанав­ливают две (под углом 180°) или три (под углом 120°) шпонки.

В зубчатых (шлицевых) соединениях (рис. 1.15) наружные зубья, выполненные заодно с валом, входят в пазы между внутренними зубьями отверстия ступицы. Форма зубьев может быть прямобочной (рис. 1.15, а), эвольвентной (рис. 1.15, б) и треугольной (рис. 1.15, в). Зубчатые соединения бывают неподвижными и подвижными, позво­ляющими установленной детали перемещаться вдоль оси вала. По сравнению со шпоночными эти соединения способны передавать больший крутящий момент и обеспечивают более точное центриро­вание ступицы детали на валу. Число шлиц и их размеры принима­ют в зависимости от диаметра вала по ГОСТу. Шлицевые соединения проверяют расчетом шлиц на смятие (по типу шпоночных соединений).

Профильные соедине­ния обеспечивают соеди­нение деталей посредст­вом взаимного контакта по некруглой поверхно­сти, которая может распо­лагаться как параллельно

оси вала (квадрат, тре- Р И с. 1.15. Зубчатые соединения

угольник и т.п.), так и на­клонно к ней (конусная поверхность)

Эти соединения надежны, но сложны в изготовлении.

3. Подшипники являются опорами валов и вращающихся осей. По виду трения их делят на подшипники качения и сколь­жения.

Подшипники качения состоят из внутренних и наружных опор­ных колец с дорожками качения, по которым перекатываются ша­рики или ролики различной формы. Для обеспечения нормальной работы подшипников шарики или ролики равномерно перемещают­ся по дорожкам качения в сепараторах. В некоторых подшипниках сепаратор отсутствует. Подшипники качения характеризуются не­значительными моментами сил трения, нагревом, расходом смазоч­ных материалов, габаритами, а также удобством и простотой обслу­живания.

2»

35

По конструкции колец подшипники делят на закрытые (рис. 1.16, б) и открытые. Роликоподшипники изготовляют с цилин-

Рис. 1.16. Подшипники качения

дрическими короткими (рис. 1.16, д, ж, з), длинными, витыми, боч­кообразными (рис. 1.16, ж), коническими (рис. 1.16, е) и игольчаты­ми (длинными малого диаметра) роликами. По числу дорожек качения подшипники разделяют на однорядные, двухрядные (рис. 1.16, г, ж) и многорядные (рис. 1.16, з). В последних шарики или ролики располагаются в шахматном порядке со смещением их в рядах относительно друг друга.

По направлению воспринимаемой нагрузки подшипники делят на радиальные, радиально-упорные (рис. 1.16, б, е) и упорные (рис. 1.16, в). Наиболее распространены радиальные несамоуста- навливающиеся однорядные (рис. 1.16, а, д) и самоустанавливаю­щиеся многорядные (рис. 1.16, г, ж, з) шариковые и роликовые подшипники, которые воспринимают радиальные и небольшие осевые нагрузки. Радиально-упорные и упорно-радиальные неса- моустанавливающиеся (рис. 1.16, б, е) шариковые и роликовые од­норядные подшипники воспринимают радиальную и односторон­нюю осевую нагрузки. Упорные несамоустанавливающиеся под­шипники (рис. 1.16, в) воспринимают только осевую нагрузку. Рас­чет этих подшипников ведется на долговечность по динамической грузоподъемности.Подшипники скольжения (рис. 1.17) в общем случае состоят из корпуса 2 и установленных в нем вкладышей 1, на которые опира­ются цапфы осей или валов. Форма рабочих поверхностей подшип­ников соответствует форме цапф вала. Корпус подшипников выпол­няют из чугуна, реже из стали. Вкладыши изготовляют из антифрикционных материалов (баббитов, свинцовистых бронз, чу- гунов, металлокерамики, пластмасс и др.), которые заливают или наплавляют на стальную, чугунную или бронзовую основу.

По направлению действия нагрузок подшипники делят на ради­альные, радиально-упорные и упорные. При вращении оси или вала в подшипнике цапфа скользит по его внутренней поверхности. Что­бы уменьшить трение, износ, нагрев и повысить КПД, трущиеся по­верхности смазывают. По конструкции подшипники скольжения разделяют на неразъемные и разъемные. В первом случае вкладыши изготовляют в виде втулок (рис. 1.17, а), которые запрессовывают или крепят с помощью винтов к неразъемным корпусам. В разъем­ных подшипниках (рис. 1.17, 6) устанавливают обычно два вкла­дыша.

Расчет подшипников скольжения ведется по среднему давлению, создаваемому между цапфой и вкладышем.

Подшипники скольжения применяют в быстроходных валах, валах большого диаметра и сложной конфигурации, при установ­ке которых они должны разъединяться; при ударных и вибраци­онных нагрузках, в воде, агрессивных средах и при большом загрязнении.

4. Муфты представляют собой устройства, соединяющие валы, оси, стержни, трубы, канаты и т.д. Рассмотрим муфты для соедине­ния валов. Они различаются между собой по конструкции, назначе­нию, принципу действия и управления.

Рис. 1.17. Подшипники скольжения

По назначению муфты служат для:

• соединения двух валов, расположенных на одной геометриче­ской оси или под углом друг к другу;

• соединения вала с зубчатым колесом, шкивом ременной пере­дачи и другими деталями;

• компенсации несоосности валов, что вызвано неточностью из­готовления или монтажа;

• включения и выключения одного из валов при постоянном вращении другого;

• предохранения узла или машины от перегрузки;

• уменьшения динамических нагрузок;

• обеспечения возможности одному из валов перемещаться вдоль оси и т.д.

По принципу действия муфты делят на механические (основные муфты в строительных машинах), электрические и гид­равлические.

По виду управления механические муфты подразделяют на неуправляемые (постоянно действующие), управляемые (сцеп­ные), автоматические и специальные. Наиболее распространенные неуправляемые муфты делят на жесткие, компенсирующие самоус­танавливающиеся и упругие.

Жесткие муфты предназначены для жесткого соединения соос- ных валов и выполняются неразъемными (втулочные) и разъемными (фланцевые с плоскостью разъема, расположенной параллельно или перпендикулярно оси вала). Втулочная муфта состоит из втулки, за­крепляемой на концах валов с помощью штифтов (рис. 1.18, а), шпонок (рис. 1.18, б) и шлиц. Они просты в изготовлении, но требу­ют точного совмещения осей валов и осевого перемещения одного или обоих валов при сборке или разборке. Фланцевые муфты (рис. 1.18, в) состоят из двух полумуфт, соединенных болтами. В муфтах, где болты ставятся с зазором (вариант I), крутящий мо­мент передается под воздействием момента трения, создаваемого за­тяжкой болтов, работающих на растяжение. Муфты, в которых бол­ты ставятся без зазора и работают на срез (вариант II), способны передавать большие моменты и применяются для соединения валов диаметром до 200 мм.

Компенсирующие самоустанавливающиеся муфты применяют для соединения валов, имеющих некоторые неточности взаимного расположения геометрических осей, вызванные погрешностями изготовления, монтажа, а также упругими деформациями валов. К ним относят зубчатые муфты (рис. 1.18, г), состоящие из двух по­лумуфт с наружными зубьями и наружной обоймы с внутренними зубьями. Полумуфты устанавливают на концах валов, а их зубья сцепляют с зубьями обоймы. Зубчатые муфты за счет смещения со-

Рис. 1.18. Жесткие и компенсирующие муфты

пряженных зубьев компенсируют осевые, радиальные и угловые смещения валов. Эти же функции выполняют и цепные муфты (рис. 1.18, ж), состоящие из двух полумуфт в виде одинаковых цеп­ных звездочек, которые одновременно охватывает однорядная, двухрядная роликовая или зубчатая цепь. Широкое применение имеют кулачково-дисковые, крестовые муфты, состоящие из двух по­лумуфт с прямоугольными пазами и среднего (плавающего) диска с крестообразно расположенными выступами (рис. 1.18, д), а также муфты со скользящим вкладышем (рис. 1.18, е). К недостаткам крестовых муфт относятся ограниченная скорость вращения и быст­рый износ пазов полумуфт. Для соединения валов, наклоненных друг к другу под углом 45°, служат шарнирные муфты. Они разделя­ются на одинарные, состоящие из двух полумуфт-вилок, соединен­ных с помощью двух взаимно перпендикулярных шарниров (рис. 1.18, з), и сдвоенные, позволяющие передавать вращение между па­раллельными и наклонными валами (рис. 1.18, и). При необходимо­сти осевого смещения валов во время работы их соединяют шарнир­ной сдвоенной муфтой с телескопическим промежуточным валом.

Упругие муфты предназначены для уменьшения динамических нагрузок, передаваемых через соединяемые ими валы, а также для

Рис. 1.19. Упругие муфты

компенсации неточности расположения соединяемых валов. Разли­чают муфты с неметаллическими (резина) и металлическими (сталь­ные витые и пластинчатые пружины, пакеты пластин и пружин) уп­ругими элементами. К первым относятся втулочно-пальцевая муфта (подобна по конструкции жесткой фланцевой муфте с установкой на болтах одной из полумуфт резиновых втулок) (рис. 1.19, а), муфта с резиновой звездочкой (рис. 1.19, б), муфта с упругой торообразной оболочкой (рис. 1.19, в) и т.п. Муфты с металлическими упругими элементами применяют для передачи больших крутящих моментов, они имеют незначительные габариты, долговечны, но сложны и до­роги в изготовлении.

Управляемые или сцепные муфты служат для соединения и разъе­динения валов в процессе работы машины с помощью механическо­го, электрического, пневматического или гидравлического механиз­ма управления. Различают муфты, в которых для передачи движения используется зацепление (кулачковые и зубчатые) и тре­ние (фрикционные). Кулачковые и зубчатые муфты применяют для сцепления валов с практически равными угловыми скоростями. Ку­лачковая муфта (рис. 1.20, а) состоит из двух полумуфт — непод­вижной, жестко закрепляемой на одном валу, и подвижной, имею­щей возможность перемещаться по направляющим шпонкам или шлицам вдоль оси другого вала при включении или выключении. На торцовых поверхностях полумуфт расположены кулачки тре­угольного. трапецеидального или прямоугольного профиля, входя­щие в зацепление в рабочем положении. При несимметричном про

-

У

тж

lib jifc

т? it

Рис. 1.20. Сцепные муфты

филе кулачков муфта является нереверсивной. Зубчатая сцепная муфта подобна по конструкции зубчатой компенсирующей муфте, но у нее наружная обойма выполняется подвижной.

Фрикционные муфты служат для осуществления плавного со­единения и разъединения нагруженных валов, которые могут вра­щаться с различными угловыми скоростями. В зависимости от формы рабочих поверхностей эти муфты разделяют на дисковые (одно- и многодисковые) (рис. 1.20, б), конусные (с одинарным или двойным конусом, рис. 1.20, в) и цилиндрические (колодочные, ленточные, пневмокамерные и др.) (рис. 1.20, г). Соединение валов обеспечивается силой трения между рабочими поверхностями не­подвижных 1 и подвижных 2 полумуфт. При перегрузках между полумуфтами возможна пробуксовка, что позволяет использовать их как предохранительное устройство. Сцепляющиеся поверхности муфт изготовляют из закаленной стали, чугуна, текстолита и ме­таллокерамики. Муфты могут работать со смазкой, которая уменьшает износ рабочих поверхностей и улучшает их разъедине­ние под нагрузкой. При работе без смазки рабочую поверхность одной из полумуфт покрывают заменяемыми после изнашивания фрикционными накладками из металлокерамики или на асбесто­вой основе, имеющими высокий коэффициент трения (/=0,3...0,4). К фрикционным также относят электромагнитные дисковые и по­рошковые муфты с пневматическим и гидравлическим управле­нием.

Для включения различных механизмов строительных машин применяют специальные ленточные и пневмокамерные фрикцион­ные муфты.

Ленточные муфты ис­пользуют для включения барабанов лебедок. Основ­ным элементом таких муфт является стальная лента с прикрепленными к ней фрикционными накладка­ми. расположенными внут­ри или снаружи фрикцион­ного шкива. В ленточной муфте наружного типа (рис. 1.21 У шкив 7. жестко соединенный с барабаном 8 лебедки, охватывается сна­ружи лентой 3 с фрикцион­ными накладками. Барабан свободно вращается на валу 9. получаю­щим вращение от двигателя. Один конец ленты шарнирно соединен с крестовиной 2. жестко закрепленной на валу, а другой — с дву­плечим рычагом 4. поворот которого относительно крестовины осу­ществляется гидравлическим или пневматическим цилиндром 6 од­ностороннего действия. При подаче сжатого воздуха или масла по трубопроводу 1 в цилиндр, поворачиваемый его штоком рычаг за­тягивает ленту относительно шкива, и под действием сил трения вместе с крестовиной начинает вращаться барабан лебедки. Муфта выключается при снятом давлении в цилиндре возвратной пружи­ной 5, возвращающей рычаг в исходное положение.

Пневмокамерные фрикционные муфты применяют для управле­ния лебедками подъема ковша (груза), стрелы и механизмов реверса одноковшовых строительных экскаваторов и стреловых самоход­ных кранов, для включения привода рабочего органа траншейных экскаваторов и т.п. Основным элементом пневмокамернон муфты

Масло

Рис. 1.21. Ленточная муфта

Рис. 1.22. Пнсвмокамерная муфта

Ю

Сжатый Sosdyx

(рис. 1.22) является пневмокамс- ра 7, выполненная из резины и уп­рочняющих тканевых прокладок. Пневмокамера помещена внутри желоба обоймы 6, ступица 9 кото­рой жестко закреплена на валу 10. На этом же валу свободно враща­ется барабан 1 лебедки, с которым выполнен заодно шкив 2 муфты. Пневмокамера связана с компрес­сором через воздуховод 8 и вра­щающееся соединение, располо­женное на валу. При подаче сжатого воздуха под давлением

0,5...0,7 МПа пневмокамера расширяется и прижимает колодки 5 с фрикционными накладками } к внутренней поверхности шкива, пе­редавая крутящий момент барабану лебедки. При выключении муф­ты колодки возвращаются в исходное положение под воздействием пластинчатых пружин 4.

К достоинствам таких муфт относятся плавность включения и отсутствие необходимости их регулировки. Недостатком является недолговечность камер.

Автоматические самоуправляемые муфты делят на центробеж­ные, обгонные и предохранительные.

Центробежные муфты используют для автоматического соеди­нения или разъединения валов при достижении ведущим валом за­данной частоты вращения. Они представляют собой фрикционные муфты, сцепляющиеся и расцепляющиеся под действием центробеж­ных сил.

Обгонные муфты служат для передачи крутящего момента толь­ко в одном направлении и соединяют вал в том случае, когда ско­рость ведущего вала превысит скорость ведомого. Ведомый вал мо­жет свободно обгонять ведущий. Различают храповые и фрикционные обгонные муфты. Храповые муфты применяют редко в связи с резкими ударами при включении. Поэтому чаще использу­ют бесшумные фрикционные шариковые или роликовые муфты. Та­кие муфты (рис. 1.23, а) состоят из звездочки специальной конструк­ции / и обоймы (или шестерни) 2, представляющих собой две полумуфты, и шариков или роликов 3, которые расположены в па­зах звездочки. Шарики (ролики) удерживаются в постоянном кон­такте с обоймой пружиной 5 с толкателем 4. Если ведущей является звездочка, соединение валов происходит только при вращении ее по часовой стрелке, а если ведущей является обойма (или шестерня), — против часовой стрелки. При обгоне звездочкой обоймы она сдви­гается относительно обоймы по часовой стрелке, при этом шарики устремляются в сужаю­щуюся часть паза и за­клиниваются между по­лумуфтами. В случае противоположного вра­щения одной из ведущих полумуфт шарики пере­мещаются в широкую часть пазов и происхо­дит разъединение валов.

Предохранительные муфты применяют для защиты машины от пере­грузок. Различают муф- Рис. 1.23 Автоматические муфты

ты с разрушаемыми и неразрушаемыми элементами. Наиболее рас­пространенной является муфта с одним или двумя срезными штифтами, передающими крутящий момент от одной полумуфты к другой. При перегрузке штифты срезаются, разъединяя полумуфты. Муфты с неразрушаемыми элементами подразделяют на кулачко­вые (рис. 1.23, о), шариковые и фрикционные (рис. 1.23, в). Одна по­лумуфта таких муфт соединена с валом жестко, а другая является подвижной и прижимается к первой пружинами. При перегрузках происходит разъединение полумуфт за счет сжатия пружин. Эти муфты не имеют механизма управления и применяются при неболь­ших скоростях и моментах, но частых v( кратковременных перегруз­ках. Функции предохранительных муфт выполняют также управляе­мые фрикционные муфты, отрегулированные на передачу предельного момента.