Лекция. Муфты

Тема. Валы и оси, опоры, муфты

ЛЕКЦИЯ Муфты

1. Классификация муфт

2. Конструкции различных видов муфт

3. Подбор муфт по расчётным крутящим моментам и условиям работы

Учебные вопросы

1. Классификация муфт

Основные понятия

Муфта – устройство для соединения концов валов или для соединения валов со свободно сидящими на них деталями (зубчатые колеса, звездочки и т. д.).
Назначение: передача вращающего момента без изменения его значения и направления.
В ряде случаев муфты дополнительно поглощают вибрации и толчки, предохраняют машину от аварий при перегрузках, а также используются для включения и выключения рабочего механизма машины без останова двигателя.

Основные понятия

Основные понятия

Классификация

по виду энергии, участвующей в передаче движения – механические, гидравлические, электромагнитные;
по постоянству сцепления соединяемых валов – муфты постоянного соединения (неуправляемые), муфты сцепные, управляемые (соединение и разъединение валов по команде оператора), и автоматические (либо соединение, либо разъединение автоматическое по достижении управляю­щим параметром заданного значения);
по способности демпфирования динамических нагрузок – жёсткие, не способные снижать динамические нагрузки и гасить крутильные колебания, и упругие, сглаживающие вибрации, толчки и удары благодаря наличию упругих элементов и элементов, поглощающих энергию колебаний;

Классификация

по степени связи валов – неподвижная (глухая), подвижная (компенсирующая), сцепная, свободного хода, предохранительная;
по принципу действия – втулочная, продольно-разъёмная, поперечно-разъёмная, компенсирующая, шарнирная, упругая, фрикционная, кулачковая, зубчатая, с разрушаемым элементом (срезная), с зацеплением (кулачковые и шариковые);
по конструктивным признакам – поперечно-компенсирующая, продольно-компенсирующая, универсально-компенсирующая, шарнирная, упругая (постоянной и переменной жёсткости), конусная, цилиндрическая, дисковая, фрикционная свободного хода, храповая свободного хода.

Классификация

2. Конструкции различных видов муфт

Глухие муфты

Общие сведения

Глухой называют такую муфту, которая обеспечивает при соединении валов полное совпадение их геометрических осей.
Глухими являются втулочные, продольно-разъёмные и поперечно-разъёмные или фланцевые муфты. Глухие (жесткие) муфты соединяют соосные валы в одну жесткую линию. Относятся к постоянным муфтам. Применяются в тихоходных приводах.
Из различных видов глухих муфт наибольшее распространение получили втулочные и фланцевые муфты.

Классификация

Втулочная муфта

Втулочная муфта, в которой передача вращающего момента может осуществляться: шпонками (а), штифтами (б), шлицами (в): жесткая втулка 2, валы 1 и 3.

Достоинства: проста по конструкции
Недостатки: невозможность разъединения валов без смещения хотя бы одного из них.

Классификация

Шпоночное соединение проверяют на прочность.

Поперечно-разъёмная или фланцевая муфта

Достоинства – простота конструкции, удобство при сборке.
Недостатки – большие диаметральные габариты (по сравнению с втулочной), отсутствие демпфирования и компенсации погрешностей установки валов.

Поперечно-разъёмная или фланцевая муфта

Продольно-разъёмная муфта

Такая муфта позволяет разъединять концы валов, не смещая последние со своего места, и облегчает центровку валов при установке агрегатов на общую раму или фундамент.
Недостатком продольно-разъёмной муфты является возможность смещения её центра масс с оси вращения валов при неодинаковой затяжке винтов на противоположных сторонах, что может вызывать вибрацию валов, особенно опасную при больших скоростях вращения

Жесткие компенсирующие муфты

Общие сведения

Компенсирующие муфты относятся к постоянным муфтам и предназначены для соединения валов с компенсацией радиальных, осевых и угловых смещений вследствие неточности изготовления и монтажа.
Компенсация отклонений от соосности валов достигается за счет подвижности жестких деталей муфты. Эти муфты уменьшают дополнительные нагрузки на валы и подшипники, вызываемые отклонениями от соосности валов.

Зубчатая муфта

Зубчатые муфты компенсируют радиальные, осевые и угловые смещения валов за счет боковых зазоров в зацеплении и обточки зубьев втулок по сфере. Зубчатые муфты широко применяются для соединения горизонтальных тяжело нагруженных валов. Эти муфты надежны в работе, имеют малые габариты.  
Зубчатое сопряжение стандартных муфт имеет эвольвентный профиль
Главными достоинствами зубчатых муфт являются высокая нагрузочная способность при минимальных габаритах и возможность изготовления на высокопроизводительном зуборезном оборудовании.

Зубчатая муфта

Зубчатая муфта

Стандартные зубчатые муфты допускают угловое смещение осей валов до 1,5° и максимальное поперечное (радиальное) их смещение


где d – диаметр соединяемых валов.
При этом, чем больше угловое смещение валов, тем должно быть меньше радиальное смещение, и наоборот – большому радиальному смещению должно соответствовать минимальное угловое.

Зубчатая муфта

Зубчатая муфта

Зубчатые муфты подбирают по наибольшему диаметру концов соединяемых валов и проверяют по формуле:


где Тгост – максимальный вращающий момент муфты по ГОСТ; Т – вращающий момент, передаваемый муфтой; К1 =1,1…1,8 коэффициент безопасности; К2 =1…1,5 - коэффициент условий работы машины.

Цепная муфта

Достоинства цепных муфт – простота конструкции и обслуживания, относительно небольшие габариты. При монтаже и демонтаже не требуется осевого смещения узлов.
Цепные муфты имеют значительные люфты. Поэтому их не применяют в реверсивных приводах (реверс будет сопровождаться ударами). Цепные муфты допускают угловое смещение валов.
Применяются цепи роликовые однорядные и двухрядные, а также зубчатые.

Цепная муфта

Достоинства цепных муфт – простота конструкции и обслуживания, относительно небольшие габариты. При монтаже и демонтаже не требуется осевого смещения узлов.
Цепные муфты имеют значительные люфты. Поэтому их не применяют в реверсивных приводах (реверс будет сопровождаться ударами). Цепные муфты допускают угловое смещение валов.
Применяются цепи роликовые однорядные и двухрядные, а также зубчатые.

Цепная муфта

Достоинства цепных муфт – простота конструкции и обслуживания, относительно небольшие габариты. При монтаже и демонтаже не требуется осевого смещения узлов.
Цепные муфты имеют значительные люфты. Поэтому их не применяют в реверсивных приводах (реверс будет сопровождаться ударами). Цепные муфты допускают угловое смещение валов.
Применяются цепи роликовые однорядные и двухрядные, а также зубчатые.

Упругие муфты

Общие сведения

Упругие муфты относятся к постоянным муфтам.
Основная часть этих муфт – упругий элемент, который передает вращающий момент от одной полумуфты к другой.
Упругие муфты смягчают толчки и удары; служат средством защиты от резонансных крутильных колебаний, возникающих вследствие неравномерного вращения; допускают сравнительно большие смещения осей соединяемых валов.
Основные характеристики упругих муфт – жесткость или обратная ей величина податливости и демпфирующая способность, т. е. способность превращать в теплоту энергию при деформации упругих элементов муфты.

Общие сведения

Муфта упругая втулочно-пальцевая

Вследствие небольшой толщины резиновых втулок муфта обладает малой податливостью, компенсируя незначительные смещения валов. 
Радиальное и угловое смещения валов снижают долговечность резиновых втулок, нагружая валы дополнительной радиальной изгибающей силой.
Муфта широко применяется для соединения машин с электродвигателями при передаче малых и средних вращающих моментов.

Муфта упругая втулочно-пальцевая

Муфта упругая со звездочкой

При передаче момента в каждую сторону работает половина зубьев. Муфта компактна и надежна. Применяется для соединения быстроходных валов.

Муфта упругая со звездочкой

Муфта упругая с торообразной оболочкой

Эта муфта обладает высокими упругими и демпфирующими свойствами. Обеспечивает шумо- и электроизоляцию узлов привода, удобна и надежна в эксплуатации. Применяется в конструкциях, где трудно обеспечить соосность валов, при переменных и ударных нагрузках.
Достоинство: высокая демпфирующая способность при больших радиальных и угловых несоосностях соединяемых валов (осевое смещение 5 мм; радиальное –6 мм; угловое –6°) при высокой частоте их вращения (до 2500 мин-1 и выше).

a – выпуклого профиля; б – вогнутого профиля

Муфта упругая со звездочкой

Сцепные муфты

Общие сведения

Сцепные (управляемые) муфты служат для быстрого соединения и разъединения валов при работающем двигателе. Применяются при строгой соосности валов. По принципу работы делятся на

кулачковые муфты;
фрикционные муфты.

Все сцепные муфты должны легко и быстро включаться при незначительной силе, а также иметь малый нагрев и небольшую изнашиваемость при частых переключениях.