Северодвинск

Дата добавления: 2014-11-24 | Просмотров: 1472

УДК 621.81

А.И. Бабкин. Постоянные муфты. Учебно-методическое пособие для курсового проектирования.–Северодвинск, РИО Севмашвтуза, 2011. – с.

Ответственный редактор: к.т.н., доцент А.В. Руденко.

Рецензенты: к.т.н., доцент Д.В. Кузьмин;

к.т.н., начальник ЦНИЛ НТП НИТИЦ ФГУП «ПО «Севмаш» Н.П. Коломеец

Учебно-методическое пособие «Постоянные муфты» предназначено для студентов технических специальностей, выполняющих курсовой проект «Проектирование общепромышленного привода» при изучении дисциплины «Детали машин и основы конструирования».

Учебно-методическое пособие содержит теоретический и практический материал, необходимый для подбора муфт для соединения валов при проектировании общепромышленного привода. В приложении приведены характеристики наиболее применяемых постоянных муфт.

Печатается по решению редакционно-издательского совета Севмашвтуза.

ISBN 5-7723- Ó Севмашвтуз, 2011 г.

Оглавление

1 Общие сведения о постоянных муфтах для соединения валов.................. 3

2 Предварительные расчеты и анализ работы привода............................... 4

Приложения.................................................................................................... 21

Список литературы......................................................................................... 24

1 Общие сведения о муфтах для соединения валов

Муфтами называются устройства, предназначенные для передачи вращения между валами совместно работающих узлов (агрегатов) машин, между частями составных валов (в валопроводах, трансмиссиях), а также для соединения с расположенными на них деталями (зубчатыми колесами, звездочками и т.д.). Кроме передачи вращающего момента, муфты отдельных типов могут выполнять дополнительные функции. Например, предохранять от перегрузки (предохранительные муфты), компенсировать неточности взаимного расположения валов (компенсирующие муфты), соединять и разъединять валы по команде оператора (сцепные управляемые муфты) и т.д.

Большинство муфт стандартизированы. Их применяют готовыми, подбирая по таблицам справочников.

Данное пособие будет посвящено постоянным муфтам, т.е., муфтам для постоянного соединения валов. Их устанавливают на те валы, которые по условиям работы требуют постоянного соединения узлов. Разъединение валов возможно в результате разборки муфты при остановленной машине.

Наиболее распространенные постоянные муфты приведены в приложении данного пособия.

При установке муфт основная проблема – это неточность взаимного положения валов: радиальное смещение (несоосность) d и угловое смещение (перекос) g (рис. 1). Следует помнить, что точность изготовления и установки этих узлов и агрегатов не может быть идеальной, даже если устанавливать их на одной раме. При установке их на отдельных рамах или фундаментах точность монтажа еще ниже. Поэтому, требуется предусматривать либо повышенную точность изготовления присоединительных поверхностей собираемых узлов, либо выполнять регулировку положения валов при монтаже (например, подкладывая шайбы под лапы редуктора и электродвигателя), что приводит к удорожанию сборки.

а	б	в
Рис. 1. Неточности взаимного расположения валов

Кроме того, опасные отклонения от точного взаимного расположения валов могут возникать и при рабочей нагрузке из-за недостаточной жесткости валов или в результате температурного расширения валов.

При установке на валы, имеющих небольшую несоосность или перекос, муфта стягивает их, в результате вал получает консольную нагрузку, что приводит к дополнительным изгибным нагрузкам вала, что в свою очередь, приводит к снижению усталостной прочности и долговечности, как вала, так и подшипников. Чем больше несоосность и перекос, тем сильнее эти нежелательные нагрузки.

1.2 Типы постоянных муфт

Постоянные муфты бывают:

· Жесткие муфты;

· Компенсирующие муфты;

· Упругие муфты.

1.2.1 Жесткие муфты

Жесткие (глухие) постоянные муфты предназначены для жесткого соединения строго соосных валов. Кроме вращающего момента, они передают также изгибающий момент, перерезывающую (радиальную) и осевую силу, негативно сказывающихся на долговечности машины. Основная область применения – длинные валопроводы, а также валы при стесненных габаритах.

Рис. 8.2. Втулочные муфты

Втулочные муфты (рис. 8.2) являются простейшими. Муфта представляет собой втулку, насаживаемую на концы валов. От проворачивания на валу втулку удерживают штифты, призматические или сегментные шпонки, шлицы. Муфта отличается особо малыми габаритами, но сложна в монтаже, так как требует осевых перемещений агрегатов.

Рис. 8.3. Фланцевая муфта

Фланцевые (поперечно-свертные) муфты (рис. 8.3) применяются чаще втулочных. Муфта состоит из двух полумуфт, каждая из которых насаживается на свой вал отдельно. При монтаже узлов отверстия фланцев совмещаются и полумуфты стягиваются болтами. Если используются обычные крепежные болты, то вращающий момент передается за счет сил трения на торце полумуфты. Более предпочтительно использование призонных болтов, устанавливаемых без зазора, так как они передают значительно большую нагрузку. Фланцевые муфты допускают ударную нагрузку.

1.2.2Компенсирующие 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. 4) применяют для соединения высоконагруженных валов, особенно в тяжелом машиностроении, где передают большие моменты и затруднена точная установка валов. Диаметры валов – от 40 до 200 мм, передаваемый вращающий момент – от 1000 до 63000 Н×м.

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. Для повышения износостойкости активные поверхности зубьев выполняют твердыми (45-55 HRC), а внутрь муфты заливают масло.

Рис. 8.4. Зубчатая муфта

Радиальные и угловые смещения осей втулок относительно оси обоймы взаимосвязаны в процессе эксплуатации. Наибольшее угловое смещение может достигать 1,5°, при отсутствии радиального смещения, а наибольшее радиальное смещение – от 1,5 до 6,5 мм (в зависимости от диаметра вала) при отсутствии углового смещения. Следует помнить, что несущая способность муфт резко падает с увеличением углов перекосов.

Для муфт используют эвольвентное зацепление с профильным углом a=20° и коэффициентом высоты h_a^*=0,8. Число зубьев каждого венца 30…56 в зависимости от размера муфты. Центрирование обоймы относительно втулки обычно выполняют по вершинам зубьев втулок. Зубьям втулки придают бочкообразную форму, которая не вызывает концентрации нагрузок на их кромках.

Муфта обладает высокой допускаемой скоростью вращения (окружная скорость на зубьях может быть до 25 м/с, а при точном изготовлении – еще выше). Большое число одновременно работающих зубьев эвольвентного профиля обеспечивают надежность, компактность и высокую нагрузочную способность, но изготовление сложнее, чем изготовление цепной муфты.

Зубчатые венцы обойм могут быть изготовлены из пластмасс (капролона). При этом нагрузка распределяется между зубьями более равномерно, износостойкость – удовлетворительная.

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.

Муфты применяют для соединения валов диаметрами от 20 до 140 мм при передаче вращающего момента от 63 до 8000 Н×м с частотой вращения 500-1600 мин^-1. Муфты допускают радиальное смещение валов до 1,2 мм и угловое смещение 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.

Консольная сила принимается в долях от F_t – окружной силы на делительном диаметре звездочки:

F_k » 0,25×F_t

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.

1.2.3Упругие 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.

Муфты упругие втулочно-пальцевые (МУВП) (рис. 8.7) широко применяется 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.

Рис. 8.7. Упругая втулочно-пальцевая муфта

МУВП применяется для валов диаметрами 9–160 мм при вращающих моментах 6,3–16000 Н×м. Частоту вращения муфты ограничивают окружной скоростью 30 м/с. Муфта допускают, 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°. Диапазон рабочих температур от –40° до +50°С.

Работоспособность муфты определяется стойкостью втулок.

Приближенно принимая характеристику радиальной жесткости муфты линейной, радиальную силу F_k, вызванную смещением D, можно определить по соотношению F_k=С_р×D, где С_р – радиальная жесткость муфты:

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.

Рис. 8.8. Упругая муфта со звездочкой

Муфта применяется для соединения валов диаметрами 12–45 мм при вращающих моментах 2,5–400 Н×м. Муфта допускают радиальное смещение осей валов до 0,4 мм и угловое смещение до 1,5°. Диапазон рабочих температур от –40° до +50°С.

Приближенно принимая характеристику радиальной жесткости муфты линейной, радиальную силу F_k, вызванную смещением D, можно определить по соотношению F_k=С_р×D, где С_р – радиальная жесткость муфты (значения по ГОСТ 14084-93):

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.

Рис. 8.9. Муфта с торообразной оболочкой

В соответствии с ГОСТ Р 50892-96 муфты изготовляют с оболочкой выпуклого профиля и с оболочкой вогнутого профиля.

Муфта с оболочкой выпуклого профиля применяется для соединения валов диаметрами 14–240 мм при вращающих моментах 20–40000 Н×м. Муфты 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 полумуфт и может передавать номинальный вращающий момент до 16000 Н×м.

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

Описание муфт