Компенсирующие муфты

Компенсирующие муфты служат для соединения валов с небольшими взаимными смещениями осей, связанных с неточностями изготовления, монтажа и упругими деформациями. В их конструкции предусмотрены некоторые части, имеющие небольшую свободу перемещения, благодаря чему на валы и подшипники не действует нежелательная дополнительная нагрузка, связанная с неточным монтажом.

Зубчатые муфты (рис. 8.4) состоят из двух втулок с внешними зубьями и двух обойм с внутренними зубьями. Зубчатые втулки насаживают на концы соединяемых валов. Обоймы соединены жестко с помощью болтов, посаженных в отверстия без зазора. Для повышения износостойкости активные поверхности зубьев выполняют твердыми (45-55 HRC), а внутрь муфты заливают масло. Зубья выполняют эвольвентного профиля бочкообразной формы, которая не вызывает концентрации нагрузок на их кромках.

Рис. 8.4. Зубчатая муфта

Муфты позволяют компенсировать перекос до 1,5°, несоосность – от 1,5 до 6,5 мм (в зависимости от диаметра вала).

Зубчатая муфта обладает высокой нагрузочной способностью, надежностью, компактностью, быстроходностью, но сложная и дорогая в изготовлении. Ее применяют для соединения высоконагруженных валов, особенно в тяжелом машиностроении, где передают большие моменты и затруднена точная установка валов.

Цепные муфты (рис. 8.5) состоят из двух звездочек (насаженных на соединяемые концы валов и имеющие одинаковый зубчатый венец), охватывающей их цепи и кожуха.

Муфты допускают несоосность валов до 1,2 мм и перекос до 1° (при применении двухрядной роликовой цепи с бочкообразными роликами – до 3…5°). Для предохранения от загрязнения и лучшего смазывания муфты целесообразно закрывать кожухом с уплотняющими элементами. Вращающий момент передается с помощью звездочек и цепи.

Рис. 8.5. Цепная муфта (тип 2)

Основное применение имеют однорядые муфты (тип 1). Применяют также муфты с двухрядной роликовой цепью (тип 2) и с зубчатой цепью.

Достоинства муфт: простота конструкции и обслуживания, надежность, технологичность изготовления, относительно малая масса и габариты, удобные монтаж и демонтаж. Недостаток – наличие окружных зазоров, из-за которых нельзя применять их для реверсивных приводов и приводов с большими динамическими нагрузками.

Шарнирные муфты (шарнир Гука) (рис. 8.6) предназначены для передачи вращающего момента между валами с взаимным уклоном до 40º, причем угол наклона осей может меняться. Используя сдвоенную муфту можно удвоить предельный угол между валами или передавать движение между параллельными, но смещенными валами (карданова передача). Применяя телескопический промежуточный вал, т.е. вал с изменяющейся длиной, можно изменять смещение валов во время работы.

Рис. 8.6. Шарнирная муфта

Помимо рассмотренных конструкций, на практике применяют поводковые, мембранные и другие муфты.

Упругие муфты

Назначение упругих муфт – снижение динамических нагрузок и предотвращение опасных резонансных колебаний. Кроме того, они допускают некоторую компенсацию неточностей взаимного положения валов. Известны случаи многократного повышения ресурса механизмов, подверженных динамическим нагрузкам, при использовании упругих муфт.

Упругие элементы могут быть металлическими (стальные пружины) или неметаллическими (обычно из резины или полиуретана). Они аккумулируют и частично рассеивают энергию динамических нагрузок. Достоинства упругих элементов из эластомеров:

· способность аккумулировать большее количество энергии на единицу массы, чем пружинная сталь, до 10 раз;

· значительная демпфирующая способность: относительное рассеивание энергии в упругих элементах из резины достигает 0,3…0,8;

· наличие электроизолирующей способности.

Муфты с упругим элементами из эластомеров технологичнее, чем со стальными, но ресурс их значительно меньше. Резина вследствие структурных изменений, ускоряемых внешними воздействиями, постепенно теряет свои упругие свойства.

Упругие муфты просты по конструкции, имеют высокие эксплуатационные качества. К недостаткам следует отнести сравнительно небольшой передаваемый вращающий момент и необходимость сдвига валов или полумуфт при монтаже. Податливость муфты позволяет соединять валы с довольно большими перекосами и смещениями, но при этом упругие элементы получают значительные дополнительные нагрузки и быстро выходят из строя. Кроме того, упругие элементы создают дополнительные нагрузки на валы и их опорные узлы. Их следует учитывать в расчетах подшипников. Поэтому неточность взаимного положения валов не должна быть слишком большой.

Рис. 8.7. Упругая втулочно-пальцевая муфта

Муфты упругие втулочно-пальцевые (МУВП) (рис. 8.7) широко применяются в машиностроении, особенно для приводов от электродвигателей, благодаря легкости изготовления, простоте упругих элементов и удобству их замены пакетами резиновых дисков. По конструкции она схожа с поперечно-свертной муфтой, но вместо болтов в одной полумуфте закреплены стальные пальцы, на которые надеты резиновые втулки. На диске второй полумуфты имеются отверстия, в которые входят пальцы с втулками. Толчки и удары смягчаются вследствие деформации резиновых втулок.

МУВП допускает, в зависимости от типоразмера, радиальное смещение осей валов на 0,2–0,4 мм, продольное смещение валов на 10–15 мм и угловое смещение на 1°. Работоспособность муфты определяется стойкостью втулок.

Рис. 8.8. Упругая муфта со звездочкой

Муфты упругие со звездочкой (рис. 8.8) состоят из двух одинаковых полумуфт, снабженных кулачками, между которыми помещается резиновая звездочка с четырьмя или шестью лепестками. Лепестки звездочки работают на сжатие, поэтому целесообразно придавать им бочкообразную форму. Муфта обладает небольшими радиальными размерами. Компенсирующие свойства, как и у МУВП, невелики.

Муфта допускают несоосность валов до 0,4 мм и перекос до 1,5°.

Муфты с торообразной оболочкой (рис. 8.9) обладают хорошими компенсирующими свойствами, благодаря большой крутильной, радиальной и угловой податливости, угол закручивания может достигать 5°. Она применяется там, где трудно обеспечить соосность валов, хорошо компенсирует динамические нагрузки, но имеет большие диаметральные габариты. Из-за большого угла закручивания муфту нельзя применять при реверсивных нагрузках.

В соответствии с ГОСТ Р 50892-96 муфты изготовляют с оболочкой выпуклого профиля и с оболочкой вогнутого профиля. Муфта с оболочкой выпуклого профиля допускают, в зависимости от типоразмера, радиальное смещение осей валов до 5 мм, продольное смещение валов до 11 мм и угловое смещение до 1,5°. Муфта с оболочкой вогнутого профиля при наибольших диаметрах соединяемых валов, равных 180 мм, допускает осевое (до 9 мм), радиальное (до 6 мм) и угловое (до 6°) смещения.

Рис. 8.9. Муфта с торообразной оболочкой

Даже при предельно допустимых для муфты смещениях радиальная сила и изгибающий момент невелики, поэтому при расчете валов и их опор этими нагрузками можно пренебречь.