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 для обеспечения соосности валов агрегатов.

Втулочная муфта (рис.10.1) представляет собой втулку, надеваемую 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 (ст.5, ст.3). Втулочные муфты применяют для соединения валов диаметром до 70 мм.

Фланцевые муфты. Фланцевая муфта (рис.10.2) состоит из двух одинаковых полумуфт, выполненных в виде ступицы с фланцем. Фланцы соединяют болтами. Различают два конструктивных исполнения:

1. Половину болтов устанавливают во фланцах полумуфт без зазора. В этом случае центрирование полумуфт осуществляют эти болты. В результате завинчивания 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.

2. Все болты во фланцах полумуфт устанавливают с зазором. При этом не-

обходимо предусмотреть центрирование полумуфт. В этом случае весь вращающий момент с одной полумуфты на другую передается силами трения на фланцах.

Компенсирующие муфты.

По экономическим и технологическим соображениям 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.

Для соединения валов с несовпадающими осями применяют компенсирующие муфты. Благодаря своей конструкции эти муфты обеспечивают работоспособность машины даже при взаимных смещениях валов.

Зубчатые муфты. Сдвоенная зубчатая муфта (рис.10.3) состоит из двух одинаковых ступиц 1 (втулок), имеющих внешние зубчатые венцы и двух одинаковых обоим 2 с внутренними зубчатыми венцами. Обоймы стянуты болтами 3, равномерно расположенными по окружности. В крышках 4, закрывающих внутреннюю полость муфты, расположены специальные резиновые уплотнения, удерживающие жидкую смазку внутри муфты. Пробка 5 служит для заливки в муфту масла. Пояски 6 на втулках служат для контроля соосности валов, а резьбовые отверстия – для крепления стоек индикатора. Число зубьев и их размеры подобраны так, чтобы зубья венца втулки располагались с некоторым зазором между зубьями обоймы, образуя зубчатые соединения.

Для снижения интенсивности износа зубьев, заготовки втулок и обойм делают коваными или литыми (при больших размерах). Кованые заготовки делают из сталей марок 35ХМ, 40, 45, а литые из сталей марок 40Л, 45Л. Твердость поверхностей зубьев втулок и обойм должна быть 42 – 50 HRC э.

Шарнирные муфты. В шарнирных муфтах использован принцип действия шарнира Гука. Эти муфты служат для передачи вращающего момента между валами с большими углами перекоса до 40-45° , изменяющимися во время работы.

Муфта (рис. 10.4) состоит из двух одинаковых полумуфт в виде ступицы с вилкой (вилки полумуфт повернуты на 90°) и крестовины, соединяющей полумуфты. Крестовина соединена с вилками полумуфт шарнирами. Это обеспечивает свободу поворота каждой полумуфты относительно крестовины.

Упругие муфты.

Упругие муфты отличаются наличием упругого элемента и являются универсальными в том смысле, что, обладая некоторой крутильной податливостью, эти муфты также являются компенсирующими.

Упругие муфты способны:

· смягчать толчки и удары вращающего момента, вызванные технологическим процессом или выбором зазора при пусках и остановках машины. При этом кинетическая энергия удара аккумулируется муфтой во время деформации упругого элемента, превращаясь в потенциальную энергию деформации.

· защищать привод машины от вредных крутильных колебаний;

· соединять валы, имеющие взаимные смещения. В этом случае деформи-

руется упругий элемент муфты, и муфта функционирует как компенсирущая.

Муфты с неметаллическими (резиновыми) упругими элементами. Уп-

ругие муфты с резино-кордными и резиновыми упругими элементами получи-

ли весьма широкое распространение благодаря простоте конструкций, дешевизне изготовления, простоте эксплуатации (не требуют ухода), высокой податливости при кручении и хорошей демпфирующей способности. Два последних важных свойства определяются свойствами резины, из которой изготовлен упругий элемент муфты.

Упругая втулочно-пальцевая муфта показана на рис. 10.5.

Упругими элементами являются резино-кордовые втулки одетые на соединительные пальцы.

Упругая муфта с резиновой звездочкой показана на рис. 10.6

На рис. 10.7 изображена муфта с упругим элементом в виде внутреннего тора. Две одинаковые полумуфты 2 соединены тороидальным упругим элементом 1, края которого прижаты к полумуфтам нажимными кольцами 3 и винтами 4, равномерно расположенными по окружности.

Муфта с резиновой конической шайбой изображена на рис. 10.8. Резино -металлический упругий элемент 6 крепят к полумуфтам 1 и 2 винтами 5 равномерно расположенными по окружности. Современные способы привулканизации резины к металлу позволяют получить прочность соединения не ниже прочности самой резины. Муфта не обладает высокими компенсирующими свойствами. Однако ее с успехом применяют в приводах машин для гашения вредных крутильных колебаний. Меняя угол конуса можно получить необходимую крутильную жесткость муфты.

На рис. 10.9 изображена муфта с упругими элементами в виде стальных стержней, работающих на изгиб при действии вращающего момента.

Полумуфты 1 и 7 соединены цилиндрическими стальными стержнями (пружинами) 5, равномерно расположенными по окружност. Крышка 3 и кожух 4 удерживают стержни от выпадения и удерживают смазку в муфте благодаря уплотнениям 2 и 8. Для уменьшения износа пружин и их гнезд муфта заполняется маслом с антизадирными присадками через масленку 6.

Полумуфты изготавливают из сталей 45, 40Х, стержни – из высоколегированных пружинных сталей, крышки и кожухи – из чугуна Сч12.

Механические сцепные муфты

Муфты, с помощью которых можно легко разъединить валы (часто – во время работы), называют сцепными. К таким муфтам относятся муфты с геометрическим замыканием и муфты.

Сцепные муфты с геометрическим замыканием. Муфты с геометрическим замыканием классифицируются по форме зацепляющихся элементов.

Муфта с прямоугольными зубцами (рис. 10.10, а) может передавать крутящий момент в обе стороны. Ее левая часть жестко крепится (шпонкой) на валу. Правая часть крепится на другом валу скользящей шпонкой и сцепляется или расцепляется с левой частью перемещением рычага в пазе. Главный недостаток такой муфты – трудность сцепления. Зубчатая муфта, которая сцепляется легче, однако передает крутящий момент только в одном направлении, показана на рис.10.10, б.

Материал кулачковых муфт должен обеспечивать высокую твердость рабочих поверхностей кулачков. Используют стали марок: 20Х, 12ХН3А с цементацией и закалкой до твердости 54 – 60 НRс. При частых включениях используют стали: 40Х, 40ХН, 35ХГСА с закалкой рабочих поверхностей зубьев до твердости 40 – 45 НRс.

Муфты свободного хода

Роликовая муфта свободного хода представлена на рис. 10.11. Муфта состоит из обоймы 1 и звездочки 2, являющиеся полумуфтами, роликов 3, расположенных равномерно по окружности, и прижимных устройств, состоящих из поршня и пружины 7. Ролики удерживают боковые крышки 4, которые фиксируют пружинные кольца. Обойму от поворота удерживает шпонка 5. Ведущим звеном муфты может быть как звездочка, так и обойма. Когда обойма начнет обгонять звездочку ролик силами трения о звездочку и обойму смещается в более широкую часть клинового зазора и полумуфты размыкаются.

Муфты предельного момента

На рис. 10.12 показана фрикционная муфта, применяемая в механизмах вращения кранов и на поворотных лебедках. Эта муфта одновременно является соединительной. Она соединяет вал электродвигателя с редуктором. Муфта снабжена тормозным шкивом, связь двигателя с механизмом осуществляется через диски. Часть дисков закреплена через шлицы на втулке, жестко соединенной с валом редуктора, другая часть дисков закреплена на диске. Жестко соединенном с электродвигателем. Диски прижаты друг к другу постоянной силой, развиваемой сжатыми пружинами, Величина сжатия пружин, определяющая величину крутящего момента передаваемого муфтой, регулируется резьбовым кольцом.

Подшипники это самые распространенные детали в машиностроении. Не-

возможно представить любой современный механизм без подшипника, функции которого заключаются с одной стороны, в значительном уменьшении трения между вращающейся и неподвижной деталями механизма, а с другой – в способности нести определенную нагрузку. Важную роль играет и уплотнение, которое защищает подшипник от внешних воздействий и удерживает в нем смазку.

Долговечность и надежность любого механизма, в значительной мере, зависит от правильности выбора и качества применяемых подшипников, уплотнений и смазок. Подшипники по виду используемых в них деталей и их взаимодействия в процессе работы подразделяют на подшипники качения и подшипники скольжения. Наиболее распространены подшипники качения, которые в свою очередь классифицируют по направлению воспринимаемой нагрузки относительно вала (радиальные, радиально-упорные, упорно-радиальные и упорные); форме тел качения: шариковые, роликовые; числу тел качения: однорядные, двухрядные и т.д. (см. табл. 10.1).

Таблица 10.1
Роликовые подшипники
Характеристика	Вид	Характеристика	Вид
Радиальный роликоподшипник однорядный		Радиальный сферический однорядный подшипник
Радиальный роликоподшипник двухрядный		Радиальный роликоподшипник сферический двухрядный
Радиально-упорный роликоподшипник		Упорный роликоподшипник сферический
Продолжение табл.10.1
Конический роликоподшипник		Упорно-радиальный роликоподшипник
Шариковые подшипники
Радиальный шарикоподшипник однорядный		Подшипник радиальный шариковый сферический двухрядный
Разъёмный радиальный шарикоподшипник		Подшипник шариковый упорный однорядный
Радиально-упорный шарикоподшипник		Подшипник шариковый упорный двойной
Радиально-упорный шарикоподшипник двухрядный		Упорно-радиальный шарикоподшипник
Игольчатые подшипники
Игольчатый подшипник с сепаратором без колец		Игольчатый подшипник двухрядный
Игольчатый подшипник с сепаратором без колец двухрядный		Игольчатый подшипник с штампованным наружным кольцом и открытым торцом
Игольчатый подшипник однорядный		Игольчатый подшипник с штампованным наружным кольцом и закрытым торцом
Окончание табл. 10.1
Комбинированные подшипники
Подшипник комбинированный (радиальный игольчатый и радиально-упорный шариковый)			Подшипник комбинированный (радиальный игольчатый
Корпусные подшипники

Крепежные соединения

В машиностроении применяют четыре основных вида резьбовых крепежных соединений: болтами с гайками (рис.10.13,a), ввертными болтами (винтами) (рис.10.13,б ), шпильками (рис.10.13, в ) промежуточное (рис. 10.13, г ).

1. Соединение болтами применимо только при возможности выполнения сквозных отверстий в сопрягаемых деталях.

Деталь с резьбовыми отверстием выполняются из стали, ковкого и высокопрочного чугуна, титанового сплава, бронзы. В деталях из мягких сплавов (алюминиевых, магниевых, цинковых и т.д.) требуется использование промежуточных нарезных втулок из более твердого металла.

3. Соединение шпильками применяют для деталей из мягких (алюминиевых и магниевых сплавов) или хрупких (серого чугуна) материалов, а также при глухих или сквозных нарезных отверстиях в случаях, нежелательности частых выкручиваний шпилек.

4. Кроме описанных основных видов соединений применяются и промежуточные. К ним относится, например, применяемое соединение, изображенное на рис.10.13, ж . Болт закрепляют с помощью гайки в гладком отверстии одной детали; другую деталь притягивают гайкой, навертываемой на свободный конец болта.

Крепежные детали общего назначения изготавливают чаще всего из стали 35, ответственные детали (шатунные болты, силовые шпильки и т.д.) - из хромистых сталей типа 40Х, хромансиля типа 30ХГС, жаропрочных сталей типа 30ХМ, 50ХФА, 25Х12М1Ф, из коррозионно-стойких сталей типа 30Х13, 40Х13.
В серийном и массовом производстве резьбу нарезают методами вихревого нарезания и фрезерования. Наиболее производительным и вместе с тем обеспечивающим наивысшую прочность резьбы является метод накатывания резьбы.

Отраслевые стандарты

Они составляются на изделия, применяемые только в определенной отрасли.

Каждый машиностроительный завод или группа заводов какой-либо отрасли промышленности имеет свои стандарты и нормали. Это технические документы, предписывающие применение только определенных профилей металла, размеров штампов, способов обработки. Они устанавливают и размеры крепежных деталей: гаек, болтов, шайб и т. д. И когда конструктор разрабатывает машину, он обязан придерживаться тех стандартов и нормалей, которые приняты на заводах-изготовителях. Чем больше будет в новой машине стандартных приборов, аппаратов и деталей, тем проще машина в изготовлении и надежнее в эксплуатации. Ведь такие детали выпускаются в большом количестве, и, следовательно, они дешевле, их можно легко случае повреждения заменить.

Государственные и отраслевые стандарты регламентируют технические данные изделий, обязательные виды и способы их испытания и проверки. Завод-изготовитель обязан все это строго соблюдать и не имеет права выпускать изделия с отступлением от ГОСТа или ОСТа.

На изделия, которые выпускаются в небольшом количестве, не разрабатывают стандартов. Вместо них заводы составляют технические условия, которые также определяют все показатели изделия и строго соблюдаются изготовителями.

В тех случаях, когда государственные стандарты охватывают сразу группу машин одного назначения, на каждый отдельный вид машины для уточнения стандарта также составляются отдельные технические условия.

Передачами. Но отдельно взятая деталь еще не машина. А чтобы создать из деталей машину, надо прежде всего знать, как с минимальными затратами технических средств достаточно надежно соединить их между собой, как найти единственно приемлемый для каждого конкретного случая вариант соединения.

Сегодня мы беседуем о соединении роликов, зубчатых колес, кулачков и других элементов конструкций с валами и подвижными осями, а также валов между собой. Все способы соединения, о которых мы будем говорить, доступны вам, если вы располагаете минимальным оборудованием домашней мастерской или гаража: , и станками. А пригодятся эти способы при постройке самых разных механизмов и .

Шпонка — небольшая, но очень ответственная деталь. Она не дает одной сопрягаемой детали проворачиваться относительно другой. Шпонка очень проста и в изготовлении и в сборке, не требует дополнительных габаритов, она спрячется внутри сборочной единицы. В детали, которая насаживается на вал, и на самом валу выполняются пазы, размеры которых тщательно подгоняют к шпоночным (рис. 1).

Шпонку можно считать образцом исключительно рационального использования материала. В ней нет никаких излишеств, весь материал в работе: боковые грани сопротивляются деформации смятия, что определяет длину и высоту шпонки, а ее сечение — деформации среза, что дает третье измерение — толщину. Размеры шпонок стандартизованы и, как правило, не рассчитываются, а подбираются по техническим справочникам, главным образом в зависимости от диаметра вала.

Слово «шпонка» произошло от немецкого Spon — щепка. Видимо, именно щепка выполняла роль шпонки в первых механических деталях, созданных руками человека еще до нашей эры, — например, ветряной мельнице.

Если вал машины работает с повышенной нагрузкой и шпонка ее не выдержит, можно применить шлицевое соединение, представляющее собой как бы семейство шпонок, выполненное непосредственно в сопрягаемых деталях (рис. 2). Такая посадка детали на вал надежнее и прочнее, но технологически значительно сложнее и, следовательно, дороже.

А вот еще метод получения прочного и надежного соединения деталей — посадка с гарантированным натягом. Посадочный диаметр вала выполняется на несколько сотых долей миллиметра большим, чем диаметр отверстия у сопрягаемой детали. Когда деталь запрессована на место, огромные силы трения между поверхностями соединенных деталей прочно фиксируют их взаиморасположение. Казалось бы, проще не придумаешь: никаких дополнительных деталей, ни пайки, ни сварки, ничего лишнего, но... Представьте себе, что мы таким образом соединили вал с зубчатым колесом, а его при ремонте механизма потребовалось снять. Конечно же, при разборке посадочные поверхности деталей будут повреждены и восстановить надежную посадку будет непросто. Поэтому прессовая посадка рекомендуется только для таких элементов машин, которые не подлежат разборке.

Посмотрите при случае, как на вал шнека ручной устанавливается нож. Это пример распространенного разъемного соединения вращающихся деталей — посадка на квадрат. Но при всей простоте, надежности и компактности этот способ тоже не безгрешен, так как не обеспечивает соосности сопрягаемых деталей (отметим, что соосность и не требуется). Однако при необходимости с этим недостатком можно бороться: на валу и в ступице устанавливаемой детали предусматривают дополнительные цилиндрические посадочные поверхности А, длины которых должны быть не меньше посадочного диаметра (рис. 3). Эта часть посадки и берет на себя заботы о центровке. Правда, тут уже пропадает одно из положительных качеств — компактностью

Вместо квадрата в деталях можно предусмотреть посадочный конус (К=1:10) и получить более надежное соединение, в котором к тому же при плотной затяжке гайки устраняются люфты. Иногда для фиксации детали на валу в соединение вводится еще и шпонка (рис. 4), предпочтительно сегментная, которая благодаря своей конфигурации самостоятельно ориентируется в наклонном пазу устанавливаемой детали. Кстати, иногда сегментная шпонка применяется и для посадки деталей на цилиндрический вал.

Для передачи небольших крутящих моментов можно пользоваться более простыми средствами соединения деталей с валами и подвижными осями.

Деталь устанавливается на валик и фиксируется на отведенном ему месте цилиндрическим штифтом (рис. 5а). Сквозное отверстие засверливается с таким расчетом, чтобы штифт можно было плотно вогнать в него легкими ударами молотка. При разборке штифт также выколачивается молотком с помощью бородка или выколотки соответствующего диаметра.

Более плотное и надежное крепление детали на валу можно обеспечить коническим штифтом (рис. 5б). Для этого отверстие, засверленное под штифт, дорабатывается маленькой конической разверткой — колизавром.

Однако и этим простейшим способом соединения деталей нельзя пользоваться, как говорят, без оглядки. Необходимо сначала убедиться, что устанавливаемая деталь не закроет доступ к месту сверления, и не только сверлу, но и патрону, в котором оно зажато. Наиболее ходовые диаметры штифтов 1—3 миллиметра, а такие сверла очень коротки. Делать под штифт не рекомендуется.

Если в устанавливаемой детали сделать резьбовое отверстие и ввернуть винт, его конец, упираясь в валик, закрепит деталь в заданном месте. Этот способ породил термин — установочный винт. Разберемся в некоторых разновидностях установочного винта.

Остроконечный установочный винт при заворачивании уплотняет посадку и, впиваясь кончиком в тело валика, удерживает деталь (рис. 6а).
Вдоль оси валика выполняется небольшая канавка, в которую заходит коническая часть установочного винта. Угол кончика винта и канавки 90° (рис. 6б). Такой способ крепления несколько прочнее предыдущего: здесь работает не только острие, а почти вся коническая часть установочного винта.

Можно в месте посадки детали на валу снять лыску, тогда следует применить установочный винт с плоским концом (рис. 6в).

Теперь коротко о соединениях валов между собой. Как, например, соединить вал электродвигателя с валом редуктора? Ответ прост — муфтой. Но какой? Выбор велик: встречаются муфты чисто механические, гидравлические, электромагнитные, смешанного типа — это по принципу действия. А по конструктивному исполнению они могут быть постоянного и прерывистого действия, могут быть фрикционными с плавным сцеплением и зубчатыми с фиксированным включением, обгонными или одностороннего действия, автоматическими и полуавтоматическими, с непрерывным дистанционным управлением и с управлением по заранее заданной программе. Великое множество разновидностей муфт сцепления невозможно просто перечислить.

Для первого знакомства возьмем несколько простейших.

На рисунке 7 изображен вариант постоянной муфты. Концы соединяемых валиков с зазором входят в небольшую втулку и закрепляются коническими штифтами, поставленными перпендикулярно друг другу. Благодаря зазору получается соединение карданного типа, которое и передает вращение, и компенсирует несоосность валов, возникающую из-за неточности установки. Уменьшаются потери на и связанный с этим износ трущихся деталей. Установка такой муфты требует повышенной аккуратности, особенно на малых валиках — если их погнуть, может поломаться вся система.

На рисунке 8 — подвижная муфта. Концы валов выполнены в виде шипа и паза, что при их сочленении допускает некоторую свободу перемещения вдоль оси вращения, но не терпит несоосности валов.

Для связи валов диаметром от 12 до 100 миллиметров рекомендуются упругие муфты со звездочкой (рис. 9). На концах валов крепятся стальные полумуфты, соединенные промежуточной упругой звездочкой из твердой резины. Звездочка, обладая некоторой эластичностью, сглаживает биения от несоосности валов и смягчает удар в момент включения. И еще одно ценное качество — муфта такого типа работает практически бесшумно.

Упругая муфта со звездочкой: 1 — полумуфты; 2 — звездочка; 3 — установочные винты; 4 — стопорные кольца

Моделисты для передачи малых вращающих моментов часто применяют упрощенный вариант эластичной связи — дисковую муфту. Здесь роль звездочки выполняет резиновый диск, а массивные полумуфты заменены простыми поводками (рис. 10).

В заключение беседы познакомимся с принципом действия фрикционной муфты на примере автомобильного сцепления, которое служит для разъединения коленчатого вала двигателя с силовой передачей автомобиля во время переключения скоростей и при торможении. Кроме того, сцепление дает возможность плавно трогать автомобиль с места (рис. 11).

Схема механизма сцепления автомобиля: а — сцепление вилюче-но, б — отключено

К вращающемуся маховику 1 под давлением пружины 5 прижимается диск 2 сцепления, ступица 7 которого посажена на шлицы ведущего вала 6 . При достаточной силе трения маховик и диск сцепления будут вращаться как одно целое, передавая крутящий момент от двигателя к коробке передач.

Если нажать на педаль 3, то приводное усилие, действующее через отводку 4 на ступицу 7 диска сцепления, вызовет перемещение его по шлицам вала 6. Между маховиком и диском сцепления образуется зазор — сцепление выключится. Если плавно отпустить педаль сцепления, то пружина 5 снова прижмет диск сцепления к маховику, вначале с пробуксовкой (автомобиль плавно тронется с места), а затем очень плотно.

Итак, для соединения вращающихся деталей человеческая мысль от использования элементарных щепок пришла к созданию умнейших автоматических систем.

Возможные способы соединения двигателя и цилиндрического, коническо-цилиндрического, а также червячного редукторов представлены на рис. 2.1, где а , д , и – соединения «вал в вал», б , е , к – соединения компенсирующей муфтой, в , ж , л – соединения шестерней, г , з , м – соединение клиноременной передачей.

Соединение «вал в вал» используют: при стремлении к уменьшению габаритных размеров и массы; при необходимости жесткого соединения для получения точного позиционирования и точной скорости перемещений; при стремлении к уменьшению приведенного момента инерции

привода. Это соединение компактно, но чрезвычайно чувствительно к погрешностям изготовления и сборки привода. С увеличением этих погрешностей возрастают силы в опорах соединяемых валов двигателя и редуктора, а также возникает возможность возникновения фреттинга в соединении. Как известно, фреттинг неподвижных соединений

– это разновидность повреждений, которые возникают, когда две поверхности, соприкасающиеся и номинально неподвижные по отношению друг к другу, испытывают локальные небольшие периодические относительные смещения.

При соединении валов двигателя и редуктора с использованием компенсирующей муфты удается скомпенсировать достаточно большие погрешности сборки привода. При этом несколько увеличивается размер привода по длине. Консольная радиальная нагрузка на соединяемые валы приближенно составляет 0,2 от окружной силы на муфте.

Если валы двигателя и редуктора соединить шестерней, то габаритный размер червячного или коническоцилиндрического мотор-редуктора незначительно увеличивается по длине. В этом случае мотор-редуктор становится соответственно цилиндро-червячным или цилиндро-коническо-цилиндрическим. Соединяемые валы нагружаются силами, действующими на зубья шестерни.

Соединение с использованием клиноременной передачи увеличивает габаритный размер мотор-редуктора по высоте. Нагрузка на соединяемые валы определяется консольной радиальной силой предварительного натяжения ремней.

Сравнительный анализ (рис. 2.2 ) степени распространенности различных соединений валов двигателя и

Иванов А.С., Муркин С.В. « Конструирование современных мотор-редукторов»

редуктора в мотор-редукторах общепромышленного применения 72 фирм 17 стран показал, что три вида соединений: «вал в вал» (белая заливка), компенсирующей муфтой (черная заливка), с использованием зубчатой передачи (серая заливка) – достаточно распространены в современных мотор-редукторах, изготавливаемых как в странах Запада, так и в России. Соединения ременной передачей в этот анализ не вошли, поскольку они находят применение только у некоторых фирм-изготовителей мотор-редукторов.

Соединение «вал в вал» использует фирма Bockwoldt (Германия) в цилиндро-коническо-цилиндрическом моторредукторе. Фирмы Rotor (Нидерланды), Renold (Великобритания), Innovari (Италия) применяет такое соединение в одно-, двух- и трехступенчатых цилиндричеких зубчатых мотор-редукторах. Соединение муфтой характерно

Иванов А.С., Муркин С.В. « Конструирование современных мотор-редукторов»

для мотор-редукторов фирм Stöber, Bauer (Германия) и др. Его выполняют с использованием зубчатой муфты, муфты со звездочкой, МУВП и др. Соединение шестерней распространено в Германии (фирмы SEW, Bauer, Nord), Великобритании (фирма Renold), США (фирма Baldor Dodge), Италии (фирмы Innovari, Rossi) и др. странах.

2.1 Соединение «вал в вал»

В мотор-редукторах применяют три вида соединения «вал в вал»: 1) как вал двигателя так и вал редуктора установлены на двух опорах, вращающий момент передает шпоночное соединение; 2) как вал двигателя так и вал редуктора установлены на двух опорах, вращающий момент передают короткие шлицы; 3) вал двигателя установлен на двух опорах, а входной вал редуктора – на одной, вращающий момент передается соединением с натягом, создающимся затяжкой винтов клеммового соединения.

На рис. 2.3 представлены эти виды соединений применительно к цилиндро-коническо-цилиндрическому мотор-редуктору: первый (а ) – мотор-редуктор фирмы Pujol Muntala (Испания); второй (б ) – мотор-редуктор фирмы ZAE (Германия); третий (в ) – мотор-редуктор фирмы Bauer (Германия). Первый вид соединения также применяют фирмы

GFC и Bockwoldt (Германия), Renold (Великобритания), Rossi

(Италия), ООО «Можга-редуктор», ОАО «Редуктор» г. Барыш, ОАО «Редуктор» г. Ижевск (Россия) и др. Соединение второго вида, кроме того, распространено среди фирм Swedrive (Швеция), Bonfiglioli (Италия) и др. Третий вид соединения также используют фирмы KEB (Великобритания) и др.

Иванов А.С., Муркин С.В. « Конструирование современных мотор-редукторов»

Иванов А.С., Муркин С.В. « Конструирование современных мотор-редукторов»

Пример соединения третьего вида применительно к планетарному мотор-редуктору фирмы ZF (Германия) приведен на рис. 2.4 (двигатель на рисунке не показан).

Как известно, стержень, закрепленный в одной опоре (рис. 2.5, а ), образует механизм. Чтобы стержень зафиксировать в пространстве, достаточно его установить на двух опорах (рис. 2.5, б ). Если число опор увеличить, то система становится статически неопределимой и для определения реакций в опорах необходимо кроме уравнений равновесия, составлять условия совместности перемещений. Когда валы несоосны или имеется их перекос, опоры, расположенные вблизи соединения, оказываются нагруженными силами, которые могут превосходить реакции в опорах от рабочего процесса. Четырехопорный вал без шарнира (рис. 2.5, в ) – это расчетная схема соединения «вал в вал» первого вида, четырехопорный вал с шарниром

Иванов А.С., Муркин С.В. « Конструирование современных мотор-редукторов»

(рис. 2.5, г ) – расчетная схема соединения «вал в вал» второго вида, трехопорный вал (рис. 2.5, д ) – расчетная схема соединения «вал в вал» третьего вида.

Так как соединение «вал в вал» образует статически неопределимую расчетную схему соединяемых валов, то погрешности изготовления и сборки могут привести к возникновению значительных сил в опорах. Чтобы ограничить величины этих сил, необходимо учесть взаимосвязь реакций в опорах с погрешностями расположения поверхностей деталей, изгибной жесткостью валов, контактной жесткостью подшипников, радиальными зазорами в подшипниках и назначать допуски расположения из расчета рассматриваемой статически неопределимой системы.

Кроме увеличения реакций в опорах, снижающего ресурс подшипников, в соединении «вал в вал» возможно возникновение фреттинга в сопряжении контактирующих поверхностей выходного конца вала двигателя и отверстия в вале редуктора. Чтобы исключить появление фреттинга, фирма SEW (Германия) рекомендует при сборке наносить на контактирующие поверхности противозадирную пасту NOCO, итальянские фирмы – пасту «Klűberpaste-46MR401», фирма

Иванов А.С., Муркин С.В. « Конструирование современных мотор-редукторов»

Соединение валов электрических машин между собой или с валами других машин осуществляется муфтами различных типов и может быть жестким, полужестким или эластичным (гибким).

Жесткое соединение валов

Жесткое соединение валов применяется в тех случаях, когда необходимо обеспечить работу соединяемых валов без смещения в узлах сопряжения, то есть как единого вала.

Жесткое соединение валов выполняют при помощи фланцев, откованных заодно с валом (фланцевое соединение) или посредством жестких муфт, насаживаемых на концы валов соединяемых машин.

Фланцевое соединение валов показано на рисунке 1, а . Его применяют для присоединения машин с одноопорными валами. В этом случае в качестве второй опоры одноопорного вала используется само соединение валов.

Рисунок 1. Фланцевое соединение валов и муфты для соединения валов электрических машин

При таком способе соединения валов один из фланцев имеет центрирующий выступ высотой от 8 - 10 до 16 мм (для валов диаметром до 600 мм), а в другом (ответном) фланце - соответствующую выточку. Оба фланца, сопряжение которых выполняют по скользящей посадке второго класса точности, соединяют между собой болтами, входящими в отверстия под действием легких ударов свинцовой кувалды. При этом болты должны плотно входить в отверстия фланцев. В отдельных случаях посадка соединительных болтов осуществляется лишь в одном фланце, а в другом между болтами и фланцем оставляют зазор 0,1 - 0,25 мм (в зависимости от диаметра болтов).

Для жесткого соединения валов с помощью муфт применяют поперечно-свернутые муфты и зубчатые муфты типа МЗН или МЗУ.

Поперечно-свернутые муфты используются в основном для соединения валов электрических машин в преобразовательных агрегатах.

Поперечно-свернутая муфта (рисунок 1, б ) состоит из двух 1 и 2 , насаженных на концы соединяемых валов. Полумуфты имеют центрирующие выступы и выточку и соединяются между собой специальными точеными болтами 3 , с плотной посадкой в отверстия полумуфт под развертку. Шпонка 4 предохраняет полумуфты от проворачивания на валах. От осевых перемещений полумуфты предохраняют стопорными винтами, ввертываемыми с торца в местах сопряжения полумуфты с валом (на рисунке 1, б не показаны).

При несовпадении отдельных отверстий одной из полумуфт поперечно-свертного типа с отверстиями другой полумуфты, их следует расширить путем райберовки конической или универсальной разверткой. Для этой цели обе полумуфты предварительно стягивают болтами, которые устанавливают в совпадающие по осям отверстия. Во избежание нарушения цилиндричности райбируемых отверстий в связи с боковыми качаниями развертки конец последней устанавливают на упор, жестко закрепленный на подшипниковой стойке. С помощью этого же упора производят также подачу развертки вперед до полного прохода ее сквозь отверстия обеих полумуфт.

Зубчатая муфта (рисунок 1, в ) состоит из двух ступиц 1 и 2 , закрепленных шпонками на концах соединяемых валов. На внешней поверхности ступиц имеются зубцы, входящие в зацепление с внутренними зубчатыми венцами 3 полумуфт 4 и 5 , надетыми на ступицы. Между собой полумуфты соединяют болтами.

Полужесткое соединение валов

Полужесткое соединение валов применяют, например, для соединения валов турбогенераторов с валами паровых турбин. Для этой цели используют полужесткие зубчато-пружинные муфты (муфты переменной жесткости типа Бибби).

Полужесткая зубчато-пружинная муфта (рисунок 1, г ) состоит из двух полумуфт 1 и 2 , насаживаемых на концы валов. Обе полумуфты соединены между собой посредством упругой волнообразной ленточной пружины (компенсатора) 3 , охватывающей зубья 4 обеих полумуфт и являющейся ведущим элементом в этой муфте. Снаружи муфта закрыта кожухом 5 .

Эластичное соединение валов

Эластичное или мягкое соединение валов, как его часто называют, применяют при возможных боковых или угловых смещениях валов в узлах сопряжения. Для этой цели наиболее широко используют упругие втулочно-пальцевые муфты типа МУВП.

Такие муфты применяют, например, в возбудительных агрегатах крупных электрических машин.

Упругая втулочно-пальцевая муфта типа МУВП (рисунок 1, д ), состоит из двух полумуфт 1 и 2 , закрепленных на концах валов соединяемых машин. Эластичность соединения достигается за счет пальцев-болтов 3 с надетыми на них и запрессованными кожаными шайбами 4 или резиновыми манжетами, зажатыми разрезным кольцом 5 . В ведущую полумуфту пальцы вставлены плотно своей металлической частью, а в ведомую они входят своей эластичной частью с небольшим зазором.

Общие сведения. Муфтами приводов называют устройства, соединяющие валы совместно работающих агрегатов и передающие вращающий момент. Потребность в соединении валов связано с тем, что большинство машин компонуют из ряда отдельных частей с входными и выходными валами. Такими частями являются двигатель М , редуктор Р и рабочая машина РМ (рис. 23.1).

Основное назначение муфт – соединение валов и передача вращающего момента. Муфты могут выполнять еще ряд важных дополнительных функций. По этому признаку и классифицируют муфты.

Существует класс постоянных (нерасцепляемых) муфт, обеспечивающих постоянное, в течение всего времени эксплуатации машины, соединение валов.

В некоторых машинах применяют муфты сцепления, обеспечивающие соединение агрегатов или их разъединение во время работы машины. В свою очередь муфты сцепления подразделяют на управляемые и самоуправляемые .

Управляемые муфты соединяют агрегаты машин по некоторой команде. Самоуправляемые муфты включаются автоматически, соединяя или разъединяя валы в зависимости от условий режима работы машины и принципа действия муфты.

Основной характеристикой нагрузки муфты является вращающий момент Т .

Обычно расчетный вращающий момент Т на муфте приближенно определяют в зависимости от динамических свойств машины, характеризуемых степенью неравномерности вращения и величиной разгоняемых масс, т.е. величиной динамической составляющей вращающего момента на муфте:

Т = Т н + Т д = Т н (1+Т д / Т н) = Т н,

где Т н – номинальный момент обычно приближенно определяют по потребляемой мощности двигателя и по частоте вращения;

Т д – динамический момент;

Коэффициент динамичности.

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. К глухим муфтам относятся втулочные муфты, представляющие собой втулку, надеваемую с зазором на концы валов, и фланцевые муфты (рис. 23.2), состоящие из двух одинаковых полумуфт, выполненных в виде ступицы с фланцем. Фланцы между собой соединяют болтами.

Компенсирующие муфты. По экономическим и технологическим соображениям машины обычно выполняют из отдельных агрегатов, которые соединяют муфтами. Однако точная установка валов таких агрегатов невозможна из-за ошибок изготовления и монтажа; установки агрегатов на деформируемом основании; а также из-за упругих деформаций валов под нагрузкой.

Возможные виды смещений валов (осевое , радиальное и угловое ) и возникающие вследствие этого дополнительные нагрузки на концах валов представлены на рис. 23.3.

Для соединения валов с несовпадающими осями применяют компенсирующие муфты. Благодаря своей конструкции эти муфты обеспечивают работоспособность машины даже при взаимных смещениях валов. Валы и опоры при этом дополнительно нагружаются осевыми , радиальными силами и изгибающими моментами , зависящими от величины и вида несоосности валов.

Следует подчеркнуть, что с ростом смещений валов работоспособность муфты уменьшается.

К компенсирующим муфтам относятся зубчатые (рис. 23.4), цепные кулачково-дисковые и др. муфты.

Зубчатая муфта состоит из двух втулок 1 и 4 с внешними зубьями и двух обойм 2 и 3 с внутренними зубьями. Обоймы жестко соединены с помощью болтов.

Упругие соединительные муфты. Упругие муфты отличаются наличием упругого элемента и являются универсальными в том смысле, что, обладая некоторой крутильной податливостью, эти муфты также являются компенсирующими.Упругие муфты способны:

1) Смягчать толчки и удары вращающего момента, вызванные технологическим процессом или выбором зазора при пусках и остановках машины. При этом кинетическая энергия удара аккумулируется муфтой во время деформации упругого элемента, превращаясь в потенциальную энергию деформации;

2) Защищать привод машины от вредных крутильных колебаний;

3) Соединять валы, имеющие взаимные смещения. В этом случае деформируется упругий элемент муфты, и муфта функционирует как компенсирующая.

По материалу упругих элементов эти муфты подразделяются на муфты с неметаллическими упругими элементами и муфты с металлическими упругими элементами.

Наибольшее применение в машиностроении получила упругая втулочно-пальцевая муфта (рис. 23.5). Она состоит из двух полумуфт 1 и 5. В полумуфте 1 имеются конические отверстия, а в полумуфте 5 – цилиндрические. В эти отверстия вставляются пальцы 4, на которые надеваются упругие элементы 3. Завинчивания гайки 2, пальцы 4 входят в конические отверстия, в результате чего происходит соединения полумуфт 1 и 5. Вращающий момент передается через упругие элементы 3.

Муфты сцепные управляемые. Сцепные муфты соединяют и разъединяют неподвижные или вращающиеся валы по управляющей команде. Эти муфты делят на муфты с профильным замыканием (кулачковые) и на фрикционные. Последние широко используют при необходимости изменения режима работы машины без остановки двигателя.

Сцепные кулачковые муфты применяются 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 или незначительно различаются. При этом требуется точная соосность соединения полумуфт.

б

На рис. 23.6 изображены сцепные муфты с торцевыми конусными кулачками (рис. 23.6,а) и с прямоугольными (рис. 23.6,б). Выбор формы кулачков определяется в основном условиями включения муфты.

Муфты сцепные фрикционные. Эти муфты допускают включение на ходу и передают вращающий момент за счет сил трения на рабочих поверхностях, создаваемых плавным прижатием рабочих поверхностей. Меняя силу прижатия, можно регулировать момент сил трения. За время включения фрикционной муфты рабочие поверхности проскальзывают. После завершения включения муфты скольжение отсутствует.

Конструкция этих муфт может быть выполнена с одним или несколькими дисками, с цилиндрическими или коническими поверхностями трения, с механическим, пневматическим, гидравлическим или электромагнитным управлением. Группу муфт с силовым замыканием электромеханической связью составляют муфты с жидкой или порошкообразной ферромагнитной смесью, в которых при прохождении электрического тока в катушке возбуждения возникает магнитный поток, в результате ферромагнитная смесь, заполняющая зазор между полумуфтами, намагничивается, что обеспечивает сцепление смеси с поверхностями полумуфт.

На рабочие поверхности дисков наносят фрикционный слой или крепят накладки из фрикционного материала, повышающего силу трения.

В зависимости от условий эксплуатации, фрикционные муфты разделяют: на муфты без смазывания трущихся поверхностей и на муфты со смазыванием трущихся поверхностей. Последние передают меньший вращающий момент, однако они более долговечны, так как интенсивность изнашивания рабочих поверхностей меньше, чем у сухих муфт.

Самоуправляемыеили автоматические муфты включаются и выключаются в зависимости от изменения режима работы машины. К ним относятся: обгонные муфты или муфта свободного хода, передающие момент только при одном направлении вращения ведущей полумуфты относительно ведомой и проворачивающиеся при обратном направлении вращения, центробежные муфты, включающиеся и выключающиеся в зависимости от скорости вращения ведущей полумуфты, муфты предельного момента, отключающие машину при опасном увеличении вращающего момента.

Предохранительные муфты. Предохранительная муфта служит разъединения валов или вала с сидящей на нём деталью при перегрузке или недопустимой скорости вращения, т. е. предохраняющая машину от поломки в случае нарушения нормального режима работы. Муфты предохранительные с разрушающимся элементом отличаются малыми габаритами и высокой точностью срабатывания. При перегрузке предохранительный элемент срезается, и полумуфты размыкаются. Для восстановления работоспособности машины, ее необходимо остановить и заменить предохранительный элемент.

Кулачковые предохранительные муфты удерживаются во включенном состоянии пружинами, до тех пор, пока возрастающий момент не создаёт силы, способной преодолеть усилие пружины.

Фрикционные предохранительные муфты автоматически восстанавливают работоспособность машины после прекращения действия перегрузки, однако, точность срабатывания их не высока из-за непостоянства коэффициента трения на трущихся поверхностях дисков.

Литература

1. Прикладная механика: Учеб. пособие / А.Т. Скойбеда, А.А. Миклашевич, Е.Н. Левковский и др.; Под общ. ред. А.Т. Скойбеды.- Мн.: Выш. шк., 1997. – 552 с.

2. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов.- М.: Машиностроение,1979.-560 с.

3. Любощиц М.И., Ицкович Г.М. Справочник по сопротивлению материалов.- Мн.: Выш. шк., 1969.- 464 с.

4. Аркуша А.И. Техническая механика: Теоретическая механика и сопротивление материалов: Учеб. для машиностр. спец. Техникумов.- 2-е изд., доп. – М.: Высш. шк., 1989. – 352 с.

Похожая информация.