Детали машин

Муфты компенсирующие жесткие

Виды несоосности валов. Вследствие погрешностей изготовления и монтажа всегда имеется некоторая неточность взаимного рас­положения геометрических осей соединяемых валов. Различают три вида отклонений от номинального расположения валов (рис. 17.5): Продольное смещение Аа (может быть вызвано также температурным удлинением валов); радиальное смещение Д„ или эксцентриситет; угловое смещение Аа или перекос. На практике чаще всего встречает­ся комбинация указанных отклонений, которую в дальнейшем бу­дем называть общим термином «несоосность валов».

При соединении глухими муфтами несоосные валы в месте установки муфты приводят к одной общей оси путем деформиро­вания валов и опор. Опоры и валы дополнительно нагружают­ся. Поэтому при соединении глухими муфтами требуется высо­кая точность расположения валов. Для понижения этих требова­
Ний и уменьшения вредных нагрузок на валы и опоры применяют компенсирующие муфты. Компенсация вредного влияния несоосности валов достигается: вследствие подвижности практически жестких дета­лей — компенсирующие жесткие муфты; за счет де­формации упругих деталей — упругие муфты. Так как упругие муфты выполняют еще и другие функ­ции, то их выделяют в особую группу.

Наибольшее распространение в качестве компен­сирующих жестких муфт получили кулачково-диско - вая и зубчатая*.

Муфта кулачково-дисковая. Кулачково-дисковая муфта (рис. 17.6) состоит из двух полумуфт 7, 2 и промежуточного диска 3. На внутреннем торце каждой полумуфты образовано по одному диаметрально расположенному пазу. На обоих торцах дис­ка выполнено по одному выступу, которые расположены по взаим­но перпендикулярным диаметрам. У собранной муфты выступы диска располагаются в пазах полумуфт. Таким образом диск соеди­няет полумуфты.

Перпендикулярное расположение пазов позволяет муфте ком­пенсировать эксцентриситет и перекос валов. При этом выступы скользят в пазах, а центр диска описывает окружность радиусом, равным эксцентриситету Дг. Зазоры S между диском и полумуфтами позволяют компенсировать также и продольные смещения валов. Вследствие того что перекос валов вызывает неблагоприятное распределение давления в пазах, кулачково-дисковую муфту реко­мендуют применять в основном для компенсации эксцентриситета: Дг до 0,04Rf; Аа до 0°30'.

Скольжение выступов в пазах сопровождается их износом. Интенсивность износа возрастает с увеличением несоосности и ча­стоты вращения. Для уменьшения износа поверхности трения му­фты периодически смазывают (отверстие 4 на рис. 17.6, а) и не допускают на них больших напряжений смятия. Последнее является основным условием расчета всех жестких муфт со скользящими деталями.

При расчете кулачково-дисковых муфт полагают, что натяг и зазор посадки выступов в пазы равны нулю**. В этом случае деформации и напряжения в различных точках поверхности

Муфты (рис. 17.6, б); здесь эпюра напряжений смятия условно перенесена с боковых сторон паза на диаметр. Условия равновесия полумуфты можно записать в виде

— h-D—— — h-di. (17.1) 2 2 3 2 2 3

Учитывая, что

*JCm=Dldu (17.2) после преобразования получаем

(Тем=6 KTD/[h (D 3 - d?)] < Ы, (17.3)

Где К — коэффициент динамичности режима нагрузки; h — рабо­чая высота выступов (рис. 17.6, а). На практике принимают Djd& «2,5...3.

Обычно детали кулачково-дисковых муфт изготовляют из ста­лей Ст5 (поковка) или 25Л (литье). Для тяжелонагруженных муфт применяют легированные стали типа 15Х, 20Х с цементацией рабо­чих поверхностей. При этом допускают

[OrcJ = 15...20 МПа.

Работа муфты с эксцентриситетом сопровождается потерями на трение и дополнительной нагрузкой валов. Дополнительная нагруз­ка валов от муфты FM равна силе трения в пазах:

Или после преобразования с учетом формул (17.2) и (17.3)

FM = 3KT(D 2 + di)fl(D 3 — Df) « Ftf. (17.4)

В этой формуле отношение (Z)3 — Rf3)/[3 (D2 — d2)] принято за радиус приложения некоторой фиктивной окружной силы муфты Ft=KT/Rcp. Приближенно

Таким образом, применение компенсирующих муфт значитель­но уменьщает, но не устраняет полностью' вредных нагрузок на валы и опоры, связанные с несоосностью.

Для определения потерь на трение в муфте воспользуемся рис. 17.6, в. Нетрудно установить, что при повороте полумуфты на каждые 90° кулачки перемещаются в пазах на эксцентриситет Аг. Например, после поворота на первые 90° центры полумуфты и дис­ка совмещаются, так как паз полумуфты 1 займет горизонтальное положение, а полумуфты 2 — вертикальное (см. также рис. 17.6, а). Таким образом, в пазах каждой полумуфты силы трения соверша­ют работу на пути, равном 4ДГ, а в двух полумуфтах — 8АГ за каждый оборот вала. Работа, потерянная на трение за один оборот, FVrp = 8A,Iv Полезная работа в то же время Wu=2nT, а коэффици­ент полезного действия муфты riM = l — (WTp/WI1).

Принимая приближенно FM = T/[(D 4- A?I)/4], получаем

8АгГ/4 5,ЗА/ WM= 1 «1 . (17.5)

(D+d)2%T D+di

Практически при расчетах приводов можно принимать

>/м«0,985...0,995.

Муфта зубчатая. Состоит из полумуфт 1 и 2 с наружными зубьями и разъемной обоймы 3 с двумя рядами внутренних зубьев (рис. 17.7, а). Наиболее распространен эвольвентный профиль зубьев с а=20°, А* = 0,8. Муфта компенсирует все виды несоосности валов. С этой целью выполняют радиальные зазоры с и увеличенные боковые зазоры в зацеплении (рис. 17.7, б), а зубчатые венцы полумуфт обрабатывают по сферам радиусами г, центры которых располагают на осях валов. Допускаемые зубчатой муфтой смеще­ния валов (радиальные, угловые или их комбинация) определяют из

Шч

Условия, чтобы углы между осью обоймы и осью одного или другого вала были не больше 0°30'.

Компенсация несоосности валов при работе муфты сопровожда­ется скольжением в местах соприкасания зубьев и их износом. Практикой эксплуатации зубчатых муфт установлено, что износ является основным критерием работоспособности. Для уменьшения износа в обойму заливают масло.

Определение истинных контактных напряжений в муфте усло­жняется неопределенностью условий контакта зубьев. Эта неоп­ределенность обусловлена, с одной стороны, рассеиванием ошибок изготовления муфты, а с другой — рассеиванием несоосности валов (ошибки монтажа). При несоосности нагрузка распределяется нера­вномерно между зубьями, а поверхности соприкасания отдельных пар зубьев различны. Так, например, зубья обоймы и полумуфты, расположенные в плоскости перекоса валов, параллельны и имеют более благоприятные условия соприкасания, а зубья, расположен­ные в перпендикулярной плоскости, наклонены друг к другу под углом, равным углу перекоса, и соприкасаются только кромкой. Остальные зубья также располагаются под углом, но угол их накло­на меньше. Для ослабления вредного влияния кромочного контакта применяют зубья бочкообразной формы (рис. 17.7, б, вид В). При­работка зубьев выравнивает распределение нагрузки и улучшает условия контакта.

Отмеченное выше позволяет предложить лишь условный метод расчета зубчатых муфт, неточности которого компенсируют выбо­ром допускаемых напряжений на основе практики. В условном расчете допускают, что нагрузка распределяется равномерно между всеми зубьями, а зубья соприкасаются по всей длине и высоте. При этом получаем

KT= (T^Az (А)/2),

Где z — число зубьев полумуфты; D0=zm — делительный диаметр; M — модуль зубьев; A=bh — проекция рабочей поверхности зуба на его среднюю диаметральную плоскость; b — длина зуба; h — Рабочая высота зуба.

Для наиболее распространенного в практике случая (рис. 17.7, б) можно принять h «1,8 M. После подстановки в формулу (17.6) и преобразования найдем

(17.7)

Для стандартных муфт допускают [о"см]= 12... 15 МПа.

Детали зубчатых муфт изготовляют из углеродистых сталей типа 45, 40Х, 45Л коваными или литыми. Для повышения износо­стойкости зубья полумуфт подвергают термической обработке до твердости не ниже 40 HRC, а зубья обойм — не ниже 35 HRC. Тихоходные муфты (V<5 м/с) можно изготовлять с твердостью зубьев <35 HRC.

Для проектного расчета формулу (17.7) можно преобразовать, обозначив L/ = B/D09 тогда

(17.8)

Коэффициент ширины зубчатого венца в существующих ко­нструкциях муфт находится в пределах ^ = 0,12...0,16. Увеличение ширины зубчатого венца B затрудняет приработку зубьев и уве­личивает неравномерность распределения нагрузки между ними.

По диаметру муфты, задавшись числом зубьев, определяют модуль и согласуют его с ГОСТ (см. табл. 8.1). Практически выполняют Z = 30...80 (большие величины — для тяжелонагружен - ных муфт). При этом обеспечивается достаточный запас прочности зубьев по напряжениям изгиба.

Зубчатые муфты обладают компактностью и хорошими компен­сирующими свойствами. Их применяют для передачи больших вращающих моментов.

Аналитическое определение сил, действующих на валы, и потерь в зубчатой муфте при наличии несоосности значительно сложней, чем в описанном выше случае. На основе опытов приближенно принимают

= 0,985...0,995; (0,15...0,2)^ где Ft определяют по диаметру D0.