3.14.2 Характеристика муфт и методика их подбора

d₁, d₂ - диаметры посадочных поверхностей валов. Желательно, чтобы

d₁ = d₂, в крайнем случае, d₁ = (0,75...1,2)d₂;

L, D_max - габаритные размеры муфты;

d₃ - диаметр ступицы полумуфт, назначается в зависимости от диаметра валов;

₁, ₂ - угловые скорости валов;

n_max - предельная частота вращения (для чугунных муфт 25об/мин);

Т₁, Т₂ - вращающие моменты.

Большинство муфт стандартизированы. Задача подбора муфты сводится к выбору типоразмера муфты из имеющихся в стандарте, в соответствии с условиями их работы.

Основной характеристикой муфт является передаваемый вращающий момент - Т. Муфты подбираются по большему диаметру соединяемых валов и расчетному моменту.

Т_расч = КТ_Н [T] = Т_табл ,

где К = К₁К₂ - коэффициент режима работы;

К₁ - коэффициент надежности (безопасности);

К₂ - коэффициент динамичности, зависит от типа двигателя и исполнительного органа (выбирается из таблиц справочника);

К = 1,15  1,4 - при спокойной нагрузке;

К = 1,5  2 - при переменной нагрузке;

К = 2,5  4 - при ударной нагрузке;

Т_Н - номинальный вращающий момент, это максимальный из длительно действующих моментов (по техническому заданию);

[Т] = Т_табл.- допускаемый (табличный) момент для данного типоразмера.

После выбора муфты необходимо ознакомиться с ее конструкцией, принципом действия, выявить условия работы ее элементов, а, исходя из этого, выявить наиболее слабый элемент. Слабым элементом считается тот, который определяет надежность и долговечность муфты. После этого необходимо составить расчетные схемы для слабых элементов и произвести проверку по соответствующему критерию работоспособности.

3.14.3 Муфты неуправляемые глухие и компенсирующие

Глухие муфты соединяют валы в одну жесткую линию. Применяются в тихоходных передачах. Из глухих муфт наибольшее распространение получили втулочные и фланцевые муфты.

Втулочная муфта представляет собой втулку, закрепленную на валах при помощи штифтов, шпонок или шлицев (рисунок 3.58).

Рисунок 3.58

Применяется для передачи небольших вращающих моментов. Имеет простую конструкцию, низкую стоимость и малогабаритна. Недостатком муфты являются неудобные монтаж и демонтаж, связанные с осевым смещением валов или муфты вдоль вала.

1, 2, 3 - валы и втулка соответственно;

4 - штифтовое соединение;

5 - шпоночное соединение.

Принцип действия: движение от вала - 1 через штифтовое соединение - 4 передается втулке – 3, от втулки - 3 через шпоночное соединение - 5 передается валу - 2.

Нетрудно установить, что необходимо проверить штифтовое и шпоночное соединения, а также прочность самой втулки на кручение.

Штифт проверяется на срез:

_ср = F/A_ср  []_ср ,

где F = 2T/d - поперечная сила;

A_ср = d₁²/4 - площадь среза штифта.

Прочность втулки на кручение:

_кр = T_расч./W_ = T_расч.D/[0,2(D⁴ - d⁴)]  []_кр,

где Т_расч. - расчетный момент;

W_ = (D⁴ - d⁴)/16D = 0,2 (D⁴ - d⁴)/D - полярный момент сопротивления кручению кольца с размерами D и d.

[]_кр = 22...25 Н/мм² - допускаемое напряжение на кручение для стали 45.

Муфты неуправляемые компенсирующие предназначены для соединения валов с компенсацией радиальных, осевых и угловых смещений вследствие неточности изготовления или монтажа, а также упругих и температурных деформаций.

Компенсирующие муфты делят на жесткие и упругие. В жестких муфтах (зубчатых, кулачково-дисковых) компенсация несоосности валов достигается за счет подвижности жестких деталей муфты, в упругих (втулочно-пальцевых, пружинных) - за счет деформации упругих деталей муфты.

Втулочно-пальцевые муфты применяют для валов диаметром 9-160 мм при вращающих моментах до 16000 Hм. Момент между полумуфтами 1 и 2 (рисунок 3.59) передается через резиновые гофрированные втулки 3, надетые на пальцы 4. Они допускают смещение валов: радиальное до 0,5 мм, продольное - до 5 мм и угловое - до 1^o. Их работоспособность определяется стойкостью втулок. Для предотвращения ограничения износа среднее контактное давление пальца на втулку ограничивают:

P = 2 T_расч./(zD_md_nl)  [Р],

где z - число пальцев, z = 6;

D_m - диаметр окружности расположения осей пальцев;

d_n - диаметр пальца; l - длина упругого элемента;

[Р] - допускаемое давление для резиновых втулок, обычно [P] = 2 МПа;

Т_расч – расчетный вращающий момент (рисунок 3.59).

Рисунок 3.59

Муфта с торообразной оболочкой (ГОСТ 20884), прикрепляемой к полумуфтам прижимными кольцами, применяется для валов диаметром 14...240 мм и вращающих моментов до 400 кНм. Имеет высокие амортизирующие и демпфирующие свойства. Может компенсировать продольные смещения до 6 мм, радиальные до 5 мм, угловые до 4^о смещения, но имеет большой диаметр. Разрушение ее происходит у зажима резины прижимным кольцом. Напряжение среза в сечении у зажима

 = 2Т_расч/ D₁²)  [],

где D₁ - диаметр оболочки в расчетном сечении;

 - толщина оболочки;

[] = 0,4 МПа - допустимые напряжения при срезе.

Зубчатые муфты применяют в высоконагруженных конструкциях для валов диаметром 40...560 мм. Они допускают угловое смещение осей до 1,5^o и радиальное смещение не более, чем на 0,05L (L - длина полумуфты). Муфта состоит из двух втулок с внешними зубьями и двух обойм с внутренними зубьями. Обоймы соединены жестко с помощью болтов, посаженных в отверстия без зазора. При вращении валов, установленных с перекосом, происходит циклическое смещение (продольное и радиальное) зубьев втулок относительно обойм. Это смещение (скольжение) вызывает изнашивание зубьев - основная причина их повреждения. Для повышения износостойкости активные поверхности зубьев выполняют твердыми (45... 55 НRС). Подбор муфт также производится по расчетному вращающему моменту. Износ зубьев муфты в течение ресурса будет допускаемым, если средние контактные напряжения на рабочих поверхностях не будут превышать допускаемые:

Р = 2 T_расч./(1,8bd²)  [Р] ,

где b - длина зуба; d - диаметр делительной окружности d = mz;

[Р] - допускаемые напряжения = 12  15 МПа (рисунок 3.60).

Рисунок 3.60