Муфты упругие компенсирующие с металлическими элементами

Рассматриваемый тип муфт, использующих неметаллические упругие элементы, в сравнении с узлами, обладает большей нагрузочной способностью и долговечностью, имеет меньшие размеры, успешно работает при повышенных температурах и в агрессивных средах. Однако такие муфты более жестки и поэтому менее эффективны в снижении ударных нагрузок и демпфировании. Они сложнее по конструкции, изготовлению, монтажу и в эксплуатации, не могут исполнять роль электроизолятора элементов приводных устройств.

Муфты с пакетом радиальных пластинчатых пружин (рис. 1.20). Отечественный стандарт на конструкцию данного типа отсутствует. Типовые муфты с пакетами пружин выпускаются для передачи моментов T = (75…75000) Н*м при диаметре соединяемых валов (25…250) мм. В указанном диапазоне параметров допустимая частота вращения изменяется от 4200 до 800 об/мин. Конструкция муфты включает, к примеру, ведущую 7, ведомую 2 полумуфты, которые соединяются друг с другом посредством нескольких (на рис. 1.20 – шести) радиально расположенных пакетов плоских пружин 6. Составной пакет из отдельных пружин применяется для обеспечения демпфирующего эффекта за счет трения между отдельными пластинами при изгибе пакета. Одним концом пакеты вводятся в пазы ведущей полумуфты и закрепляются в ней кольцом 5, входящим в специальные канавки на пакетах и торце полумуфты. Кольцо винтами 4 закрепляется на полумуфте и фиксирует пружины от радиальных и осевых перемещений. Другим концом пакеты пружин входят в трапецеидальные пазы кольца 3, которое совместно с торцевой крышкой 9, болтами 1, гайками 11 закрепляется на ведомой полумуфте. Торцевая крышка имеет канавку для установки уплотнительного кольца 8.

Как следует из рис. 1.21 и приведенных рассуждений, пакет пружин можно рассматривать как балку, закрепленную одним концом в одной из полумуфт.

В ненагруженном состоянии (движущий момент ) пакет пружин занимает положение, показанное на рис. 1.21 а (угол относительного поворота полумуфт = 0). При нагружении муфты ведущая полумуфта начинает поворачиваться относительно ведомой и деформирует пружины. До определенной деформации пакета плечо приложения тангенциальной силы F_t остается практически неизменным и равным до достижения моментом некоторого значения T_1, при котором касательная к упругой линии деформации плоской пружины не совпадает с линией скоса паза ведомой полумуфты, а угол (рис. 1.21 б). Естественно, что при этом жесткость металлической пружины изменяется линейно. Дальнейшее увеличение момента и деформации пакета приводят к смещению точки контакта пружины с боковой поверхностью паза к оси вращения. При этом текущее значение плеча силы F_t-x_i будет уменьшаться в диапазоне от до .

Снижение X_i будет иметь место до достижения моментом T_д=T₂, а переменность плеча (длины балки) нарушает линейность упругой характеристики муфты. В диапазоне изменения нагрузки от T₁ до T₂ жесткость муфты становится переменной (участок между т. 1 и т. 2 – рис. 1.21 г) возрастает от до . С увеличением нагрузки, превышающей Т₂, плечо силы F_t остается неизменным и упругая характеристики вновь становиться линейной. Очевидно, что замена трапецеидального профиля прямоугольным приведет к полной линейности ее характеристики.

Рис. 1.20. Конструкция упругой муфты с пакетами плоских радиальных пружин

Рис. 1.21. Схема деформирования пакета пружин

при нагружении крутящим моментом Т

и характеристика её жесткости:

а – T = 0; ; б – Т = Т₁;

в – T = T₂; ; г – упругая характеристика

пакета пружин

Муфта с пакетом аксиальных пластинчатых пружин показана на рис. 1.22. Взаимозаменяемые ведущая 2 и ведомая 4 полумуфты соединяются пакетом пружин 3, закладываемых между специально профилированными радиальными кулачками на обеих полумуфтах. Как и в предыдущей конструкции, пакет из отдельных пружин использован с целью демпфирования колебательных процессов, а выбор профиля кулачка обеспечивает изменение длины пружины в процессе её деформирования и получение нелинейной упругой характеристики муфты. Для фиксации пакетов пружин от радиальных и осевых смещений они помещаются в корпус, состоящий из двух практически одинаковых полукожухов 6 и 8, сцентрированных соответствующими выточкой и выступом, чем они и отличаются друг друга. Полукожухи соединяются болтами 7 с шайбами 9 и гайками 10. Герметизация полости корпуса, образуемого полукожухами, достигается установкой в них манжетных уплотнений 1 и 5, которые удерживают смазку и исключают её загрязнение.

Серийно муфты подобного типа производятся для Т = (180…122000) Н*м и d = (24,5…278) мм и применяются при допустимых частотах вращения (4030…700) мин^-1 (частота снижается с увеличением момента).

К рассматриваемым узлам с пакетом аксиальных пружин также относятся муфты американской фирмы «Вальдрон». Они имеют расширенный диапазон параметров эксплуатации и производятся для передачи номинальных моментов (47…275000)Н*м и диаметров соединяемых валов (25…336) мм. В указанном диапазоне параметров удельная масса изменяется от 0,068 до 0,007 кг/Н*м, а допустимая скорость от 4000 до 490 об/мин. Конструкция этой муфты существенно отличается от рассмотренной выше и приведена в [1, с. 93…94].

Рис. 1.22. Конструкция муфты с аксиальными пакетами плоских пружин

Муфта с пакетом гильзовых пружин фирмы «Ренк» показана на рис. 1.23. Передача движения, к примеру, от ведущей 4 к ведомой 6 полумуфте (или наоборот) осуществляется посредством пакетов гильзовых пружин, вставляемых в специальные полуцилиндрические гнезда ведущей полумуфты и промежуточного кольца 5, которое вместе с торцевой крышкой 1, болтами 8 с шайбами 13 и гайками 14 закрепляется на ведомой полумуфте. Центрирование этих соединяемых элементов осуществляется с помощью центровочных поясков с обеих сторон промежуточного кольца 5 и соответствующих проточек на полумуфте 6 и торцевой крышке 1. В этой крышке устанавливается уплотнительное кольцо 3, обеспечивающее герметичность внутренней полости с пружинами и смазкой. Пакет гильзовых пружин в рассматриваемой конструкции состоит из набора отдельных пружин (трех в данном случае) 9, 10, 11 и сердечника 12, который винтом 7 крепится к полумуфте 6. Сердечник применяется в случае необходимости получения нелинейной упругой характеристики муфты [1, с. 95…97]. Типоразмерный ряд выпускаемых фирмой «Ренк» муфт обслуживает диапазон номинальных моментов Т от 14 до 3580 Н*м при диаметре валов (35…100) мм. В отмеченном диапазоне параметров удельная масса изменяется от 0,057 до 0,026 кг/Н*м, а допустимая угловая скорость от 3850 до 1880 об/мин.

Муфта упругая со змеевидной пружиной немецкой фирмы «Мальмеди» показана на рис. 1.24. Муфта состоит из взаимозаменяемых ведущей 3 и ведомой 5 полумуфт, снабженных зубьями, между которыми укладывается змеевидная пружина 4. Осевую и радиальную фиксацию пружин выполняют полукожухи 1 и 6, которые соединяются винтами 7, заворачиваемыми в резьбовые отверстия полукожуха 1. Профилированием боковых рабочих поверхностей зубьев можно создать муфты как постоянной, так и переменной жесткости.

В муфтах постоянной жесткости форма рабочей поверхности зубьев должна обеспечивать неизменность длины деформируемого участка во всем диапазоне нагрузки от нуля до T_ном, а в муфтах переменной – значения длины варьируются – . Рабочую боковую поверхность зубьев муфт переменной жесткости обычно профилируют по дуге окружности, так чтобы с увеличением крутящего момента T и поворота полумуфт относительно друг друга точки контакта зубьев с пружиной смещались, уменьшая длину с естественным увеличением жесткости пружины и муфты в целом. В случае достижения нагрузкой значения, при котором = , жесткость муфты становится максимальной и с дальнейшим увеличением Т остается постоянной [1, с. 98…102].

Типоразмерный ряд муфт, производимых фирмой «Мальмеди», обслуживает диапазон номинальных моментов (18…107000) Н*м при диаметре валов от 25 до 320 мм. Удельная масса в указанном диапазоне параметров изменяется от 0,089 до 0,008 кг/Н*м, а допустимая частота вращения – от 4800 до 400 об/мин. Рассматриваемая конструкция обладает хорошими компенсирующими свойствами. Она допускает осевые смещения от 4 до 20 мм, радиальные от 0,5 до 3 мм и угловые до в указанном диапазоне их параметров. К недостаткам муфты со змеевидной пружиной следует отнести сложность изготовления пружин. С целью снижения трудоемкости этой операции такую пружину заменяют на отдельные кольцевые упругие элементы; фрагмент ее также показан на рисунке.

Рис. 1.23. Конструкция упругой муфты с пакетами гильзовых пружин фирмы «Ренк»

Рис. 1.24. Конструкция муфты со змеевидной пружиной фирмы «Мальмеди»