Выбор и расчет муфт

Муфты служат для соединения валов и передачи вращающего момента (без изменения его значения и направления) от одного вала к другому. При этом они могут выполнять ряд других ответственных функций, а именно: компенсировать смещение осей соединяемых валов; амортизировать возникающие при работе вибрации и удары; предохранять механизм от поломки.

Муфты применяют практически во всех машинах и механизмах. Они являются ответственными сборочными единицами, часто определяющими надежность и долговечность всей машины. Тип муфты выбирают в зависимости от тех функций, которые она выполняет в данном приводе.

Большинство конструкций приводных устройств имеют две муфты. Одна из них соединяет двигатель и редуктор, вторая – редуктор и исполнительный механизм. При установке двигателя и редуктора на общей раме, допускаемая несоосность валов сравнительно невелика, поэтому от первой муфты не требуется высоких компенсирующих свойств. Так как эта муфта соединяет сравнительно быстроходные валы, то в целях уменьшения пусковых и других динамических нагрузок она должна обладать малым моментом инерции и упругими свойствами.

Вторая муфта соединяет сравнительно тихоходные валы (например, редуктор и приводной вал транспортера). К ней можно не предъявлять повышенных требований в отношении малого момента инерции. В то же время, если исполнительный механизм и привод не располагаются на общей раме, то от этой муфты требуются сравнительно высокие компенсирующие свойства.

Для соединения выходных концов двигателя и быстроходного вала редуктора, установленных, как правило, на общей раме, применены упругие втулочно-пальцевые муфты и муфты со звездочкой. Эти муфты обладают достаточными упругими свойствами и малым моментом инерции для уменьшения пусковых нагрузок на соединяемые валы.

Для соединения выходных концов тихоходного вала редуктора и приводного вала рабочей машины применены цепные муфты и муфты с торообразной оболочкой. Эти муфты обладают достаточной податливостью, позволяющей компенсировать значительную несоосность валов. Кроме того, к ним не предъявляются требования малого момента инерции.

В заданиях на курсовое проектирование деталей машин предусматривается, как правило, не проектирование муфт для соединения валов, а выбор их из числа стандартных конструкций с учетом особенной эксплуатации привода и с последующей проверкой основных элементов их на прочность

Применяемые муфты обеспечивают надежную работу привода с минимальными нагрузками, компенсируя неточности взаимного расположения валов вследствие неизбежных осевых , радиальных и угловых смещений.

Однако при расчете опорных реакций в подшипниках следует учитывать действие со стороны муфты силы , вызванной радиальным смещением валов . Угловые смещения валов незначительны и нагрузку, вызванную ими на валы и опоры, можно не учитывать. Консольная сила от муфты перпендикулярна оси вала, но её направление в отношении окружной силы может быть любым (зависит от случайных неточностей монтажа муфты). Поэтому рекомендуется принимать худший случай нагружения – направить силу противоположно силе , что увеличит напряжения и деформацию вала.

Таблица 8.1 – Значения коэффициента режима нагрузки

Характер нагрузки	Типы машин
Спокойная с пусковыми и кратковременными перегрузками до 120% от номинальной	Ленточные транспортеры, станки токарные, шлифовальные, фрезерные. Вентиляторы	1,25…1,5
С умеренными колебаниями в пределах до 150% от номинальной нагрузки	Транспортеры цепные и пластинчатые, шнеки; центробежные насосы, деревообрабатывающие станки	1,5…1,8
Со значительными колебаниями, пусковая нагрузка до 200% от номинальной	Станки с возвратно-поступательным движением, реверсивные приводы, скребковые транспортеры, элеваторы	2…2,5
С ударами, пусковая нагрузка до 300% от номинальной	Поршневые насосы и компрессоры, шаровые мельницы, дробилки, прессы и молоты	2,5…3,5

Основной характеристикой для выбора муфты является номинальный вращающий момент Т, Нм, установленный стандартом (см. приложения 8-11). Муфты выбирают по большему диаметру концов соединяемых валов и расчетному моменту Т_р, который должен быть в пределах номинального

где - коэффициент режима нагрузки (таблица 8.1);

- вращающий момент на соответствующем валу редуктора, Нм.

Муфты упругие втулочно-пальцевые. Муфты получили широкое распространение благодаря простоте конструкции и удобству замены упругих элементов. Однако они имеют небольшую компенсирующую способность и при соединении несоосных валов оказывают большое силовое воздействие на валы и опоры, при этом резиновые втулки быстро выходят из строя.

Полумуфты изготавливают из чугуна марки СЧ20 (ГОСТ 1412-85) или стали 30Л (ГОСТ 977-88); материал пальцев – сталь 45 (ГОСТ 1050-74), а упругих втулок – резина с пределом прочности при разрыве не менее 8МПа.

Радиальная сила, вызванная радиальным смещением, определяется по соотношению

где - радиальное смещение, мм;

- радиальная жесткость муфты, Н/мм; зависит от диаметра посадочного места полумуфты (таблица 8.2).

Таблица 8.2 – Радиальная жесткость упругих втулочно-пальцевых муфт

d, мм

Муфты упругие со звездочкой. Компенсирующие способности муфты невелики. При соединении несоосных валов муфта оказывает на них значительное силовое воздействие, хотя и меньшее, чем втулочно-пальцевая муфта. Муфты со звездочкой обладают большой радиальной, угловой и осевой жесткостью и требуют точного монтажа узлов.

Полумуфты изготовляют из стали 35 (ГОСТ 1050-74); материал звездочек – резина с пределом прочности при разрыве не менее 10МПа.

Радиальная сила, вызванная радиальным смещением, определяется по соотношению

где - радиальное смещение, мм;

- радиальная жесткость муфты, Н/мм; зависит от диаметра посадочного места полумуфты (таблица 8.3).

Таблица 8.3 – Радиальная жесткость муфт со звездочкой

d, мм	12…14	16…18	20…22	25…28	32…36	40…45

Муфты упругие с торообразной оболочкой. Муфты просты по конструкции и обладают высокой податливостью, что позволяет применять их в конструкциях, глее трудно обеспечить соосность валов, при переменных ударных нагрузках, а также при значительных кратковременных перегрузках.

Материал полумуфт – сталь Ст3 (ГОСТ 380-71); материал упругой оболочки – резина с пределом прочности при разрыве не менее 10МПа. При предельно допустимых для муфты смещениях радиальная сила и изгибающий момент от нее невелики, поэтому при расчете валов и их опор этими нагрузками можно незначительно пренебречь.

Цепные муфты. Обладают хорошими компенсирующими свойствами. В качестве соединительного элемента полумуфт-звездочек применяют стандартные цепи; при монтаже и демонтаже этих муфт не требуется осевого смещения узлов.

Так как в шарнирах самой цепи и в сопряжении ее со звездочками имеются зазоры, то эти муфты не применяют в реверсивных приводах, а также с большими динамическими нагрузками.

Полумуфты изготавливают из стали 45 (ГОСТ 1050-74) или стали 45Л (ГОСТ 966-88).

В проектируемых муфтах применяют однорядные втулочно-роликовые цепи (ГОСТ 13568-81). Для удержания смазки муфту закрывают разъемным кожухом с встроенными уплотнениями и фиксирующим винтом или штифтом, обеспечивающим совместное вращение с муфтой и предотвращение смещения кожуха.

Радиальную силу, с которой муфта действует на вал, принимают

где - окружная сила на делительном диаметре звездочки, Н.

Контрольные вопросы: