Втехнике муфты это соединительные устройства для тех валов, концы которых подходят один к другому вплотную или же удалены на небольшое расстояние. Соединение. Валы и оси. Их соединения и опоры Соединение валов с помощью пружины

МУФТОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
устройства, соединяющие концы двух валов с целью передачи вращения.
МЕХАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНИТЕЛЬНЫЕ МУФТЫ
Механические соединительные муфты - это постоянные разъемные соединения. Очень длинные валы, например гребные валы судов, разделяют на секции, соединяемые муфтами, поскольку такую конструкцию удобнее изготовить и транспортировать. Соединительные муфты бывают жесткими некомпенсирующими (глухими) и упругими.
Глухие соединительные муфты. Глухие муфты соединяют валы без возможности их относительного перемещения. К таким муфтам относятся муфты втулочные (рис. 1), фланцевые (рис. 2) и с промежуточным соединительным элементом (рис. 3).

Упругие соединительные муфты. Из-за износа, погрешностей установки или прогиба тяжелых валов под действием собственного веса почти неизбежно возникает несоосность валов. Чтобы предотвратить биения валов, вызванные несоосностью, разработаны соединительные муфты с компенсирующими приспособлениями, названные упругими. К таким муфтам относятся упругие фланцевые (рис. 4) и упругие ременные (рис. 5) муфты.

Универсальный шарнир (кардан). Универсальным шарниром (рис. 6) соединяют непараллельные валы с пересекающимися осями в том случае, когда угол между осями валов велик и может меняться. Двойным карданом обычно соединяют параллельные валы, смещенные один относительно другого.

МЕХАНИЧЕСКИЕ СЦЕПНЫЕ МУФТЫ
Муфты, с помощью которых можно легко разъединить валы (часто - во время работы), называют сцепными. К таким муфтам относятся муфты с геометрическим замыканием и муфты с силовым замыканием (в том числе фрикционные). Сцепные муфты с геометрическим замыканием. Муфты с геометрическим замыканием классифицируются по форме зацепляющихся элементов.
Зубчатые муфты. Муфта с прямоугольными зубцами (рис. 7) может передавать крутящий момент в обе стороны. Ее левая часть жестко крепится (шпонкой) на валу. Правая часть крепится на другом валу скользящей шпонкой и сцепляется или расцепляется с левой частью перемещением рычага в пазе. Главный недостаток такой муфты - трудность сцепления. Зубчатая муфта, которая сцепляется легче, однако передает крутящий момент только в одном направлении, показана на рис. 8.

Фрикционные сцепные муфты. Фрикционная сцепная муфта работает так, что одна ее часть прижимается к другой пружиной, а силы трения на поверхности контакта передают вращение ведомой части. Если нужно, сцепление такой муфтой можно осуществить без рывка, когда один вал вращается, а другой неподвижен, или оба вращаются с разными скоростями, или когда сцепление производится под нагрузкой, как, например, в автомобиле, трогающемся с места на первой передаче.
Коническая сцепная муфта. В конической сцепной муфте (рис. 9) угол конуса обычно составляет 12 или 13°. Коническая контактная поверхность покрывается фрикционным материалом на основе асбеста или кожей. Конические муфты просты, но громоздки и по большей части вытеснены дисковыми муфтами, у которых сцепляющиеся поверхности - диски.

Магнитная сцепная муфта. Также нашли применение дисковые сцепные муфты, замыкаемые магнитным притяжением, а не пружинами.
ГИДРОДИНАМИЧЕСКАЯ МУФТА
Гидродинамическая муфта осуществляет немеханическое соединение валов: крутящий момент передается от одного вала другому посредством движения жидкости. Как показано на рис. 10, рабочее колесо типа насосной крыльчатки 1 на конце ведущего вала 2 образует герметичный кожух 3, содержащий соосное колесо 4, соединенное с ведомым валом 5. Форма лопастей ведущего и ведомого колес близка к полукругу; лопасти расположены радиально. Торообразная полость (улитка), общая для ведущего и ведомого колес, заполняется маслом. Когда ведущее колесо начинает вращаться, оно выталкивает масло под давлением на периферию. Если скорость вращения достаточно велика, масляный поток начинает циркулировать (рис. 10, стрелки) и приводит в движение ведомое колесо, оказывая на него давление. На рабочем режиме разность частот вращения ведущего и ведомого колес может быть малой (МУФТОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ1%). Конечно, вращающееся ведомое колесо также выталкивает масло на периферию, однако чуть большая скорость вращения ведущего колеса и правильно спроектированная улитка гарантируют непрерывность циркулирующего потока.

Гидродинамическая муфта создает плавное ускорение ведомого вала, а масло гасит вибрации от вала двигателя, так что они не сообщаются ведомому валу, и наоборот. Кроме того, при малых оборотах ведущее колесо муфты может вращаться вхолостую, не приводя в движение ведомое колесо. Современные гидромуфты отличаются огромным разнообразием конструкций и размеров и широко распространены в ряде областей техники, включая автомобильный, железнодорожный и морской транспорт. Одним из первоначальных применений гидромуфт были суда с дизельными двигателями; гидромуфта устанавливалась между двигателем и редуктором.
ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ МУФТА
Муфта этого типа - электромагнитный аналог гидродинамической муфты. Электромагнитные муфты обычно находят такое же применение, как и гидродинамические, например, устанавливаются между судовыми дизелем и редуктором для гашения колебаний от дизеля. Типичная электромагнитная муфта состоит из двух роторов. Один из них представляет собой железный диск с тонким кольцевым выступом на периферии. На внутренней поверхности выступа имеются радиально ориентированные полюсные наконечники, снабженные обмотками, по которым пропускается ток возбуждения от внешнего источника через контактные кольца на валу. Другой ротор - это цилиндрический железный вал с пазами, параллельными оси. В пазы вставлены изолированные медные бруски, соединенные на концах кольцевым медным коллектором. Этот ротор может свободно вращаться внутри первого и полностью охватывается его полюсными наконечниками. Когда ток возбуждения включен и один из роторов, скажем второй (что типично для судовой практики), вращается двигателем, силовые линии магнитного поля, созданного током возбуждения, пересекаются проводниками этого ротора (медными брусками) и в них наводится электродвижущаяся сила. Поскольку медные бруски образуют замкнутую цепь, по ним течет ток, созданный наведенной ЭДС, и этот ток порождает собственное магнитное поле. Взаимодействие полей роторов таково, что ведомый ротор увлекается за ведущим, правда, с небольшим запаздыванием. Описанный принцип действия электромагнитной муфты такой же, как у асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором. КПД электромагнитной муфты высок, однако немного ниже, чем у гидромуфты сравнимой мощности.
См. также
ЗУБЧАТАЯ ПЕРЕДАЧА ;
АВТОМОБИЛЬ ЛЕГКОВОЙ ;
СУДОВЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ И ДВИЖИТЕЛИ .
ЛИТЕРАТУРА
Поляков В.С., Барабаш И.Д. Муфты: конструкция и расчет. Л., 1973 Поляков В.С. и др. Справочник по муфтам. Л., 1979

Энциклопедия Кольера. - Открытое общество . 2000 .

Передачами. Но отдельно взятая деталь еще не машина. А чтобы создать из деталей машину, надо прежде всего знать, как с минимальными затратами технических средств достаточно надежно соединить их между собой, как найти единственно приемлемый для каждого конкретного случая вариант соединения.

Сегодня мы беседуем о соединении роликов, зубчатых колес, кулачков и других элементов конструкций с валами и подвижными осями, а также валов между собой. Все способы соединения, о которых мы будем говорить, доступны вам, если вы располагаете минимальным оборудованием домашней мастерской или гаража: , и станками. А пригодятся эти способы при постройке самых разных механизмов и .

Шпонка — небольшая, но очень ответственная деталь. Она не дает одной сопрягаемой детали проворачиваться относительно другой. Шпонка очень проста и в изготовлении и в сборке, не требует дополнительных габаритов, она спрячется внутри сборочной единицы. В детали, которая насаживается на вал, и на самом валу выполняются пазы, размеры которых тщательно подгоняют к шпоночным (рис. 1).

Шпонку можно считать образцом исключительно рационального использования материала. В ней нет никаких излишеств, весь материал в работе: боковые грани сопротивляются деформации смятия, что определяет длину и высоту шпонки, а ее сечение — деформации среза, что дает третье измерение — толщину. Размеры шпонок стандартизованы и, как правило, не рассчитываются, а подбираются по техническим справочникам, главным образом в зависимости от диаметра вала.

Слово «шпонка» произошло от немецкого Spon — щепка. Видимо, именно щепка выполняла роль шпонки в первых механических деталях, созданных руками человека еще до нашей эры, — например, ветряной мельнице.

Если вал машины работает с повышенной нагрузкой и шпонка ее не выдержит, можно применить шлицевое соединение, представляющее собой как бы семейство шпонок, выполненное непосредственно в сопрягаемых деталях (рис. 2). Такая посадка детали на вал надежнее и прочнее, но технологически значительно сложнее и, следовательно, дороже.

А вот еще метод получения прочного и надежного соединения деталей — посадка с гарантированным натягом. Посадочный диаметр вала выполняется на несколько сотых долей миллиметра большим, чем диаметр отверстия у сопрягаемой детали. Когда деталь запрессована на место, огромные силы трения между поверхностями соединенных деталей прочно фиксируют их взаиморасположение. Казалось бы, проще не придумаешь: никаких дополнительных деталей, ни пайки, ни сварки, ничего лишнего, но... Представьте себе, что мы таким образом соединили вал с зубчатым колесом, а его при ремонте механизма потребовалось снять. Конечно же, при разборке посадочные поверхности деталей будут повреждены и восстановить надежную посадку будет непросто. Поэтому прессовая посадка рекомендуется только для таких элементов машин, которые не подлежат разборке.

Посмотрите при случае, как на вал шнека ручной устанавливается нож. Это пример распространенного разъемного соединения вращающихся деталей — посадка на квадрат. Но при всей простоте, надежности и компактности этот способ тоже не безгрешен, так как не обеспечивает соосности сопрягаемых деталей (отметим, что соосность и не требуется). Однако при необходимости с этим недостатком можно бороться: на валу и в ступице устанавливаемой детали предусматривают дополнительные цилиндрические посадочные поверхности А, длины которых должны быть не меньше посадочного диаметра (рис. 3). Эта часть посадки и берет на себя заботы о центровке. Правда, тут уже пропадает одно из положительных качеств — компактностью

Вместо квадрата в деталях можно предусмотреть посадочный конус (К=1:10) и получить более надежное соединение, в котором к тому же при плотной затяжке гайки устраняются люфты. Иногда для фиксации детали на валу в соединение вводится еще и шпонка (рис. 4), предпочтительно сегментная, которая благодаря своей конфигурации самостоятельно ориентируется в наклонном пазу устанавливаемой детали. Кстати, иногда сегментная шпонка применяется и для посадки деталей на цилиндрический вал.

Для передачи небольших крутящих моментов можно пользоваться более простыми средствами соединения деталей с валами и подвижными осями.

Деталь устанавливается на валик и фиксируется на отведенном ему месте цилиндрическим штифтом (рис. 5а). Сквозное отверстие засверливается с таким расчетом, чтобы штифт можно было плотно вогнать в него легкими ударами молотка. При разборке штифт также выколачивается молотком с помощью бородка или выколотки соответствующего диаметра.

Более плотное и надежное крепление детали на валу можно обеспечить коническим штифтом (рис. 5б). Для этого отверстие, засверленное под штифт, дорабатывается маленькой конической разверткой — колизавром.

Однако и этим простейшим способом соединения деталей нельзя пользоваться, как говорят, без оглядки. Необходимо сначала убедиться, что устанавливаемая деталь не закроет доступ к месту сверления, и не только сверлу, но и патрону, в котором оно зажато. Наиболее ходовые диаметры штифтов 1—3 миллиметра, а такие сверла очень коротки. Делать под штифт не рекомендуется.

Если в устанавливаемой детали сделать резьбовое отверстие и ввернуть винт, его конец, упираясь в валик, закрепит деталь в заданном месте. Этот способ породил термин — установочный винт. Разберемся в некоторых разновидностях установочного винта.

Остроконечный установочный винт при заворачивании уплотняет посадку и, впиваясь кончиком в тело валика, удерживает деталь (рис. 6а).
Вдоль оси валика выполняется небольшая канавка, в которую заходит коническая часть установочного винта. Угол кончика винта и канавки 90° (рис. 6б). Такой способ крепления несколько прочнее предыдущего: здесь работает не только острие, а почти вся коническая часть установочного винта.

Можно в месте посадки детали на валу снять лыску, тогда следует применить установочный винт с плоским концом (рис. 6в).

Теперь коротко о соединениях валов между собой. Как, например, соединить вал электродвигателя с валом редуктора? Ответ прост — муфтой. Но какой? Выбор велик: встречаются муфты чисто механические, гидравлические, электромагнитные, смешанного типа — это по принципу действия. А по конструктивному исполнению они могут быть постоянного и прерывистого действия, могут быть фрикционными с плавным сцеплением и зубчатыми с фиксированным включением, обгонными или одностороннего действия, автоматическими и полуавтоматическими, с непрерывным дистанционным управлением и с управлением по заранее заданной программе. Великое множество разновидностей муфт сцепления невозможно просто перечислить.

Для первого знакомства возьмем несколько простейших.

На рисунке 7 изображен вариант постоянной муфты. Концы соединяемых валиков с зазором входят в небольшую втулку и закрепляются коническими штифтами, поставленными перпендикулярно друг другу. Благодаря зазору получается соединение карданного типа, которое и передает вращение, и компенсирует несоосность валов, возникающую из-за неточности установки. Уменьшаются потери на и связанный с этим износ трущихся деталей. Установка такой муфты требует повышенной аккуратности, особенно на малых валиках — если их погнуть, может поломаться вся система.

На рисунке 8 — подвижная муфта. Концы валов выполнены в виде шипа и паза, что при их сочленении допускает некоторую свободу перемещения вдоль оси вращения, но не терпит несоосности валов.

Для связи валов диаметром от 12 до 100 миллиметров рекомендуются упругие муфты со звездочкой (рис. 9). На концах валов крепятся стальные полумуфты, соединенные промежуточной упругой звездочкой из твердой резины. Звездочка, обладая некоторой эластичностью, сглаживает биения от несоосности валов и смягчает удар в момент включения. И еще одно ценное качество — муфта такого типа работает практически бесшумно.

Упругая муфта со звездочкой: 1 — полумуфты; 2 — звездочка; 3 — установочные винты; 4 — стопорные кольца

Моделисты для передачи малых вращающих моментов часто применяют упрощенный вариант эластичной связи — дисковую муфту. Здесь роль звездочки выполняет резиновый диск, а массивные полумуфты заменены простыми поводками (рис. 10).

В заключение беседы познакомимся с принципом действия фрикционной муфты на примере автомобильного сцепления, которое служит для разъединения коленчатого вала двигателя с силовой передачей автомобиля во время переключения скоростей и при торможении. Кроме того, сцепление дает возможность плавно трогать автомобиль с места (рис. 11).

Схема механизма сцепления автомобиля: а — сцепление вилюче-но, б — отключено

К вращающемуся маховику 1 под давлением пружины 5 прижимается диск 2 сцепления, ступица 7 которого посажена на шлицы ведущего вала 6 . При достаточной силе трения маховик и диск сцепления будут вращаться как одно целое, передавая крутящий момент от двигателя к коробке передач.

Если нажать на педаль 3, то приводное усилие, действующее через отводку 4 на ступицу 7 диска сцепления, вызовет перемещение его по шлицам вала 6. Между маховиком и диском сцепления образуется зазор — сцепление выключится. Если плавно отпустить педаль сцепления, то пружина 5 снова прижмет диск сцепления к маховику, вначале с пробуксовкой (автомобиль плавно тронется с места), а затем очень плотно.

Итак, для соединения вращающихся деталей человеческая мысль от использования элементарных щепок пришла к созданию умнейших автоматических систем.

Валы и оси

Вращающиеся детали машин устанавливаются на осях или валах. Валы всегда вращаются вместе с деталями и передают крутящий момент; оси же, вращаются ли они вместе с деталями или остаются неподвижны, момента не передают и только под­держивают детали. Поэтому оси нагружены только изгибающими усилиями, а валы, кроме них, и крутящими моментами.

Валы бывают прямые, коленчатые и гибкие (рисунок 3.8). Когда диаметр червяка или шестерни близок к диаметру вала, их изготовляют как одно целое, например, вал с червяком, вал с зуб­чатой шестерней.

Валы

а – прямые; б – коленчатые; в – гибкие.

Рисунок 3.8.

Валы и вращающиеся оси устанавливаются опорами (цапфами) в подшипниках. Цапфы, воспринимающие осевую нагрузку, называются пятами.

Подшипники

Валы и детали, вращающиеся вокруг них, поддерживаются на подшипниках. Различают подшипники скольжения и качения.

Подшипники скольжения (рисунок 3.9). В зависимости от величины и на­правления нагрузок, возникающих на валах, поддерживаемых подшипниками скольжения, различают подшипники радиаль­ные, которые могут воспринимать нагрузки, направленные радиально, и упорные подшипники, которые могут воспринимать усилия как направленные вдоль оси, так и радиальные.

Поверхность цапфы в радиальных подшипниках скользит относительно его внутренней поверхности. Уменьшение сил тре­ния между трущимися поверхностями создается слоем смазки. При работе цапфа занимает в подшипнике эксцентричное положе­ние, и поэтому смазка между поверхностями подшипника и цапфы принимает форму клина Цапфа, вращаясь, увлекает смазку в узкий зазор, где создается масляная подушка, поддержи­вающая цапфу. Слой масла, разделяющий цапфу и подшипник, создается также, если в зазор подается масло при помощи масляного насоса.

Подшипники скольжения ус­танавливаются для валов боль­шого веса, когда требуется раз­борка подшипника, либо когда последний работает в агрессив­ных средах или при большом загрязнении.

Подшипник скольжения с разъемным корпусом

1 – крышка; 2 – болты; 3 – вкладыши; 4 – корпус; 5 – масленка колпачковая.

Рисунок3.9.

Подшипник качения (рисунок 3.10) состоит из наружного и внутреннего колец с дорожками качения. Между кольцами в дорожках качения устанавливаются шарики или ролики, которые катятся по дорожкам. Чтобы ролики или шарики находились на одинаковом расстоянии один от другого, в подшипниках предусмотрены сепараторы, пред­ставляющие собой штампованные кольца с отверстиями для ро­ликов или шариков.

Основные типы подшипников качения

Рисунок 3.10.

Широко используются роликовые подшипники (при малых диаметрах роликов они называются игольчатыми).

Подшипники качения можно разделить на три типа: радиаль­ные, воспринимающие радиальные нагрузки и допускающие не­большие осевые нагрузки; радиально-упорные, воспринимающие как радиальные, так и осевые нагрузки, но величина последних не должна превышать 0,7 от разности между допустимой и дей­ствующей радиальными нагрузками; упорные, воспринимающие только осевые нагрузки.

Муфты

Для соединения валов, являющихся продолжением один дру­гого, или расположенных под углом, а также для передачи кру­тящего момента между валом и сидящими на нем деталями при­меняют муфты.

По назначению они разделяются на муфты постоянного дей­ствия (неуправляемые) и муфты сцепные (управляемые).

Муфты, соединяющие валы жестко , различают сле­дующих видов:

- Втулочные муфты просты по конструкции, малы по габариту (рисунок 3.11). Недостатком их является то, что для соединения валов последние необходимо раздвигать. Муфты применяют для диаметров валов, не превышающих 120 мм.

Втулочные муфты:

а – с призматическими шпонками; б – с сегментными шпонками; в – с штифтами; г – с шлицами.

Рисунок 3.11.

- Фланцевые муфты (рисунок 3.12) обычно состоят из двух полумуфт и бывают двух типов. В одном типе муфт болты устанавливают без зазора при этом болты работают на срез. В другом типе муфт болты устанавливают с зазором. В этом случае крутящий момент передается под действием момента трения, создаваемого затяжкой болтов.

Муфты, соединяющие валы при некотором их взаимном смещении или перекосе в результате неточности изготовления, монтажа или деформации во времени работы, называются компенсирующими .

Имеется несколько типов компенсирующих муфт:

Наиболее простая муфта представляет собой две полумуфты, такие же, как у жестких муфт, только болт в одной из полумуфт упирается в резиновые прокладки, что позволяет компенсировать неточности в положении валов.

- Крестовые муфты применяются для соединения валов, когда могут быть большие смещения осей. Они состоят из двух полумуфт, на торцах которых имеются пазы. Между полу­муфтами помещается, диск, на торцах которого предусмотрены выступы, перпендикулярно расположенные по отношению один к другому. Недостатком этих муфт является большой износ пазов, так как во время работы средний диск движется относительно полумуфт. Между диском и полумуфтами возникают силы трения, вызывающие радиальные усилия, которые передаются на вал.

- Шарнирные муфты (рисунок 3.13) применяют для передачи движения между валами, расположенными под углом. Возможность передачи вращения под углом до 45° обеспечивается тем, что муфта имеет два шарнира, расположенные взаимно перпендикулярно.

Возможные способы соединения двигателя и цилиндрического, коническо-цилиндрического, а также червячного редукторов представлены на рис. 2.1, где а , д , и – соединения «вал в вал», б , е , к – соединения компенсирующей муфтой, в , ж , л – соединения шестерней, г , з , м – соединение клиноременной передачей.

Соединение «вал в вал» используют: при стремлении к уменьшению габаритных размеров и массы; при необходимости жесткого соединения для получения точного позиционирования и точной скорости перемещений; при стремлении к уменьшению приведенного момента инерции

привода. Это соединение компактно, но чрезвычайно чувствительно к погрешностям изготовления и сборки привода. С увеличением этих погрешностей возрастают силы в опорах соединяемых валов двигателя и редуктора, а также возникает возможность возникновения фреттинга в соединении. Как известно, фреттинг неподвижных соединений

– это разновидность повреждений, которые возникают, когда две поверхности, соприкасающиеся и номинально неподвижные по отношению друг к другу, испытывают локальные небольшие периодические относительные смещения.

При соединении валов двигателя и редуктора с использованием компенсирующей муфты удается скомпенсировать достаточно большие погрешности сборки привода. При этом несколько увеличивается размер привода по длине. Консольная радиальная нагрузка на соединяемые валы приближенно составляет 0,2 от окружной силы на муфте.

Если валы двигателя и редуктора соединить шестерней, то габаритный размер червячного или коническоцилиндрического мотор-редуктора незначительно увеличивается по длине. В этом случае мотор-редуктор становится соответственно цилиндро-червячным или цилиндро-коническо-цилиндрическим. Соединяемые валы нагружаются силами, действующими на зубья шестерни.

Соединение с использованием клиноременной передачи увеличивает габаритный размер мотор-редуктора по высоте. Нагрузка на соединяемые валы определяется консольной радиальной силой предварительного натяжения ремней.

Сравнительный анализ (рис. 2.2 ) степени распространенности различных соединений валов двигателя и

Иванов А.С., Муркин С.В. « Конструирование современных мотор-редукторов»

редуктора в мотор-редукторах общепромышленного применения 72 фирм 17 стран показал, что три вида соединений: «вал в вал» (белая заливка), компенсирующей муфтой (черная заливка), с использованием зубчатой передачи (серая заливка) – достаточно распространены в современных мотор-редукторах, изготавливаемых как в странах Запада, так и в России. Соединения ременной передачей в этот анализ не вошли, поскольку они находят применение только у некоторых фирм-изготовителей мотор-редукторов.

Соединение «вал в вал» использует фирма Bockwoldt (Германия) в цилиндро-коническо-цилиндрическом моторредукторе. Фирмы Rotor (Нидерланды), Renold (Великобритания), Innovari (Италия) применяет такое соединение в одно-, двух- и трехступенчатых цилиндричеких зубчатых мотор-редукторах. Соединение муфтой характерно

Иванов А.С., Муркин С.В. « Конструирование современных мотор-редукторов»

для мотор-редукторов фирм Stöber, Bauer (Германия) и др. Его выполняют с использованием зубчатой муфты, муфты со звездочкой, МУВП и др. Соединение шестерней распространено в Германии (фирмы SEW, Bauer, Nord), Великобритании (фирма Renold), США (фирма Baldor Dodge), Италии (фирмы Innovari, Rossi) и др. странах.

2.1 Соединение «вал в вал»

В мотор-редукторах применяют три вида соединения «вал в вал»: 1) как вал двигателя так и вал редуктора установлены на двух опорах, вращающий момент передает шпоночное соединение; 2) как вал двигателя так и вал редуктора установлены на двух опорах, вращающий момент передают короткие шлицы; 3) вал двигателя установлен на двух опорах, а входной вал редуктора – на одной, вращающий момент передается соединением с натягом, создающимся затяжкой винтов клеммового соединения.

На рис. 2.3 представлены эти виды соединений применительно к цилиндро-коническо-цилиндрическому мотор-редуктору: первый (а ) – мотор-редуктор фирмы Pujol Muntala (Испания); второй (б ) – мотор-редуктор фирмы ZAE (Германия); третий (в ) – мотор-редуктор фирмы Bauer (Германия). Первый вид соединения также применяют фирмы

GFC и Bockwoldt (Германия), Renold (Великобритания), Rossi

(Италия), ООО «Можга-редуктор», ОАО «Редуктор» г. Барыш, ОАО «Редуктор» г. Ижевск (Россия) и др. Соединение второго вида, кроме того, распространено среди фирм Swedrive (Швеция), Bonfiglioli (Италия) и др. Третий вид соединения также используют фирмы KEB (Великобритания) и др.

Иванов А.С., Муркин С.В. « Конструирование современных мотор-редукторов»

Иванов А.С., Муркин С.В. « Конструирование современных мотор-редукторов»

Пример соединения третьего вида применительно к планетарному мотор-редуктору фирмы ZF (Германия) приведен на рис. 2.4 (двигатель на рисунке не показан).

Как известно, стержень, закрепленный в одной опоре (рис. 2.5, а ), образует механизм. Чтобы стержень зафиксировать в пространстве, достаточно его установить на двух опорах (рис. 2.5, б ). Если число опор увеличить, то система становится статически неопределимой и для определения реакций в опорах необходимо кроме уравнений равновесия, составлять условия совместности перемещений. Когда валы несоосны или имеется их перекос, опоры, расположенные вблизи соединения, оказываются нагруженными силами, которые могут превосходить реакции в опорах от рабочего процесса. Четырехопорный вал без шарнира (рис. 2.5, в ) – это расчетная схема соединения «вал в вал» первого вида, четырехопорный вал с шарниром

Иванов А.С., Муркин С.В. « Конструирование современных мотор-редукторов»

(рис. 2.5, г ) – расчетная схема соединения «вал в вал» второго вида, трехопорный вал (рис. 2.5, д ) – расчетная схема соединения «вал в вал» третьего вида.

Так как соединение «вал в вал» образует статически неопределимую расчетную схему соединяемых валов, то погрешности изготовления и сборки могут привести к возникновению значительных сил в опорах. Чтобы ограничить величины этих сил, необходимо учесть взаимосвязь реакций в опорах с погрешностями расположения поверхностей деталей, изгибной жесткостью валов, контактной жесткостью подшипников, радиальными зазорами в подшипниках и назначать допуски расположения из расчета рассматриваемой статически неопределимой системы.

Кроме увеличения реакций в опорах, снижающего ресурс подшипников, в соединении «вал в вал» возможно возникновение фреттинга в сопряжении контактирующих поверхностей выходного конца вала двигателя и отверстия в вале редуктора. Чтобы исключить появление фреттинга, фирма SEW (Германия) рекомендует при сборке наносить на контактирующие поверхности противозадирную пасту NOCO, итальянские фирмы – пасту «Klűberpaste-46MR401», фирма

Иванов А.С., Муркин С.В. « Конструирование современных мотор-редукторов»

Глухие муфты. Длинные валы по условиям изготовления, сборки и транспортировки иногда делают составными. В этом случае отдельные части вала соединяют глухими муфтами. В некоторых случаях эти муфты применяют для обеспечения соосности валов агрегатов.

Втулочная муфта (рис.10.1) представляет собой втулку, надеваемую с зазором на концы валов. Муфта отличается малыми габаритами по диаметру, но усложняет монтаж из-за необходимости больших осевых смещений соединяемых агрегатов. Материал втулок – конструкционная сталь (ст.5, ст.3). Втулочные муфты применяют для соединения валов диаметром до 70 мм.

Фланцевые муфты. Фланцевая муфта (рис.10.2) состоит из двух одинаковых полумуфт, выполненных в виде ступицы с фланцем. Фланцы соединяют болтами. Различают два конструктивных исполнения:

1. Половину болтов устанавливают во фланцах полумуфт без зазора. В этом случае центрирование полумуфт осуществляют эти болты. В результате завинчивания гаек фланцы прижимаются силами затяжки болтов, и на торцах фланцев возникает момент сил трения. Вращающий момент с одной полумуфты на другую передается стержнями болтов, поставленных без зазора, и силами трения на фланцах.

2. Все болты во фланцах полумуфт устанавливают с зазором. При этом не-

обходимо предусмотреть центрирование полумуфт. В этом случае весь вращающий момент с одной полумуфты на другую передается силами трения на фланцах.

Компенсирующие муфты.

По экономическим и технологическим соображениям машины обычно выполняют из отдельных узлов (агрегатов), которые соединяют муфтами. Однако точная установка валов таких агрегатов невозможна из-за: ошибок изготовления и монтажа; установки агрегатов на деформируемом (нежестком) основании; расцентровки валов в результате тепловых деформаций корпусов агрегатов при их работе, а также из-за упругих деформаций валов под нагрузкой.

Для соединения валов с несовпадающими осями применяют компенсирующие муфты. Благодаря своей конструкции эти муфты обеспечивают работоспособность машины даже при взаимных смещениях валов.

Зубчатые муфты. Сдвоенная зубчатая муфта (рис.10.3) состоит из двух одинаковых ступиц 1 (втулок), имеющих внешние зубчатые венцы и двух одинаковых обоим 2 с внутренними зубчатыми венцами. Обоймы стянуты болтами 3, равномерно расположенными по окружности. В крышках 4, закрывающих внутреннюю полость муфты, расположены специальные резиновые уплотнения, удерживающие жидкую смазку внутри муфты. Пробка 5 служит для заливки в муфту масла. Пояски 6 на втулках служат для контроля соосности валов, а резьбовые отверстия – для крепления стоек индикатора. Число зубьев и их размеры подобраны так, чтобы зубья венца втулки располагались с некоторым зазором между зубьями обоймы, образуя зубчатые соединения.

Для снижения интенсивности износа зубьев, заготовки втулок и обойм делают коваными или литыми (при больших размерах). Кованые заготовки делают из сталей марок 35ХМ, 40, 45, а литые из сталей марок 40Л, 45Л. Твердость поверхностей зубьев втулок и обойм должна быть 42 – 50 HRC э.

Шарнирные муфты. В шарнирных муфтах использован принцип действия шарнира Гука. Эти муфты служат для передачи вращающего момента между валами с большими углами перекоса до 40-45° , изменяющимися во время работы.

Муфта (рис. 10.4) состоит из двух одинаковых полумуфт в виде ступицы с вилкой (вилки полумуфт повернуты на 90°) и крестовины, соединяющей полумуфты. Крестовина соединена с вилками полумуфт шарнирами. Это обеспечивает свободу поворота каждой полумуфты относительно крестовины.

Упругие муфты.

Упругие муфты отличаются наличием упругого элемента и являются универсальными в том смысле, что, обладая некоторой крутильной податливостью, эти муфты также являются компенсирующими.

Упругие муфты способны:

· смягчать толчки и удары вращающего момента, вызванные технологическим процессом или выбором зазора при пусках и остановках машины. При этом кинетическая энергия удара аккумулируется муфтой во время деформации упругого элемента, превращаясь в потенциальную энергию деформации.

· защищать привод машины от вредных крутильных колебаний;

· соединять валы, имеющие взаимные смещения. В этом случае деформи-

руется упругий элемент муфты, и муфта функционирует как компенсирущая.

Муфты с неметаллическими (резиновыми) упругими элементами. Уп-

ругие муфты с резино-кордными и резиновыми упругими элементами получи-

ли весьма широкое распространение благодаря простоте конструкций, дешевизне изготовления, простоте эксплуатации (не требуют ухода), высокой податливости при кручении и хорошей демпфирующей способности. Два последних важных свойства определяются свойствами резины, из которой изготовлен упругий элемент муфты.

Упругая втулочно-пальцевая муфта показана на рис. 10.5.

Упругими элементами являются резино-кордовые втулки одетые на соединительные пальцы.

Упругая муфта с резиновой звездочкой показана на рис. 10.6

На рис. 10.7 изображена муфта с упругим элементом в виде внутреннего тора. Две одинаковые полумуфты 2 соединены тороидальным упругим элементом 1, края которого прижаты к полумуфтам нажимными кольцами 3 и винтами 4, равномерно расположенными по окружности.

Муфта с резиновой конической шайбой изображена на рис. 10.8. Резино -металлический упругий элемент 6 крепят к полумуфтам 1 и 2 винтами 5 равномерно расположенными по окружности. Современные способы привулканизации резины к металлу позволяют получить прочность соединения не ниже прочности самой резины. Муфта не обладает высокими компенсирующими свойствами. Однако ее с успехом применяют в приводах машин для гашения вредных крутильных колебаний. Меняя угол конуса можно получить необходимую крутильную жесткость муфты.

На рис. 10.9 изображена муфта с упругими элементами в виде стальных стержней, работающих на изгиб при действии вращающего момента.

Полумуфты 1 и 7 соединены цилиндрическими стальными стержнями (пружинами) 5, равномерно расположенными по окружност. Крышка 3 и кожух 4 удерживают стержни от выпадения и удерживают смазку в муфте благодаря уплотнениям 2 и 8. Для уменьшения износа пружин и их гнезд муфта заполняется маслом с антизадирными присадками через масленку 6.

Полумуфты изготавливают из сталей 45, 40Х, стержни – из высоколегированных пружинных сталей, крышки и кожухи – из чугуна Сч12.

Механические сцепные муфты

Муфты, с помощью которых можно легко разъединить валы (часто – во время работы), называют сцепными. К таким муфтам относятся муфты с геометрическим замыканием и муфты.

Сцепные муфты с геометрическим замыканием. Муфты с геометрическим замыканием классифицируются по форме зацепляющихся элементов.

Муфта с прямоугольными зубцами (рис. 10.10, а) может передавать крутящий момент в обе стороны. Ее левая часть жестко крепится (шпонкой) на валу. Правая часть крепится на другом валу скользящей шпонкой и сцепляется или расцепляется с левой частью перемещением рычага в пазе. Главный недостаток такой муфты – трудность сцепления. Зубчатая муфта, которая сцепляется легче, однако передает крутящий момент только в одном направлении, показана на рис.10.10, б.

Материал кулачковых муфт должен обеспечивать высокую твердость рабочих поверхностей кулачков. Используют стали марок: 20Х, 12ХН3А с цементацией и закалкой до твердости 54 – 60 НRс. При частых включениях используют стали: 40Х, 40ХН, 35ХГСА с закалкой рабочих поверхностей зубьев до твердости 40 – 45 НRс.

Муфты свободного хода

Эти муфты служат для передачи вращающего момента только в одном направлении, когда угловые скорости ведущей и ведомой полумуфт равны. Если угловая скорость ведомой полумуфты превысит угловую скорость ведущей полумуфты, муфта автоматически разъединит соединенные агрегаты.

Роликовая муфта свободного хода представлена на рис. 10.11. Муфта состоит из обоймы 1 и звездочки 2, являющиеся полумуфтами, роликов 3, расположенных равномерно по окружности, и прижимных устройств, состоящих из поршня и пружины 7. Ролики удерживают боковые крышки 4, которые фиксируют пружинные кольца. Обойму от поворота удерживает шпонка 5. Ведущим звеном муфты может быть как звездочка, так и обойма. Когда обойма начнет обгонять звездочку ролик силами трения о звездочку и обойму смещается в более широкую часть клинового зазора и полумуфты размыкаются.

Муфты предельного момента

На рис. 10.12 показана фрикционная муфта, применяемая в механизмах вращения кранов и на поворотных лебедках. Эта муфта одновременно является соединительной. Она соединяет вал электродвигателя с редуктором. Муфта снабжена тормозным шкивом, связь двигателя с механизмом осуществляется через диски. Часть дисков закреплена через шлицы на втулке, жестко соединенной с валом редуктора, другая часть дисков закреплена на диске. Жестко соединенном с электродвигателем. Диски прижаты друг к другу постоянной силой, развиваемой сжатыми пружинами, Величина сжатия пружин, определяющая величину крутящего момента передаваемого муфтой, регулируется резьбовым кольцом.

10.2. Подшипники

Подшипники это самые распространенные детали в машиностроении. Не-

возможно представить любой современный механизм без подшипника, функции которого заключаются с одной стороны, в значительном уменьшении трения между вращающейся и неподвижной деталями механизма, а с другой – в способности нести определенную нагрузку. Важную роль играет и уплотнение, которое защищает подшипник от внешних воздействий и удерживает в нем смазку.

Долговечность и надежность любого механизма, в значительной мере, зависит от правильности выбора и качества применяемых подшипников, уплотнений и смазок. Подшипники по виду используемых в них деталей и их взаимодействия в процессе работы подразделяют на подшипники качения и подшипники скольжения. Наиболее распространены подшипники качения, которые в свою очередь классифицируют по направлению воспринимаемой нагрузки относительно вала (радиальные, радиально-упорные, упорно-радиальные и упорные); форме тел качения: шариковые, роликовые; числу тел качения: однорядные, двухрядные и т.д. (см. табл. 10.1).

Таблица 10.1
Роликовые подшипники
Характеристика	Вид	Характеристика	Вид
Радиальный роликоподшипник однорядный		Радиальный сферический однорядный подшипник
Радиальный роликоподшипник двухрядный		Радиальный роликоподшипник сферический двухрядный
Радиально-упорный роликоподшипник		Упорный роликоподшипник сферический
Продолжение табл.10.1
Конический роликоподшипник		Упорно-радиальный роликоподшипник
Шариковые подшипники
Радиальный шарикоподшипник однорядный		Подшипник радиальный шариковый сферический двухрядный
Разъёмный радиальный шарикоподшипник		Подшипник шариковый упорный однорядный
Радиально-упорный шарикоподшипник		Подшипник шариковый упорный двойной
Радиально-упорный шарикоподшипник двухрядный		Упорно-радиальный шарикоподшипник
Игольчатые подшипники
Игольчатый подшипник с сепаратором без колец		Игольчатый подшипник двухрядный
Игольчатый подшипник с сепаратором без колец двухрядный		Игольчатый подшипник с штампованным наружным кольцом и открытым торцом
Игольчатый подшипник однорядный		Игольчатый подшипник с штампованным наружным кольцом и закрытым торцом
Окончание табл. 10.1
Комбинированные подшипники
Подшипник комбинированный (радиальный игольчатый и радиально-упорный шариковый)			Подшипник комбинированный (радиальный игольчатый
Корпусные подшипники

Крепежные соединения

В машиностроении применяют четыре основных вида резьбовых крепежных соединений: болтами с гайками (рис.10.13,a), ввертными болтами (винтами) (рис.10.13,б ), шпильками (рис.10.13, в ) промежуточное (рис. 10.13, г ).

1. Соединение болтами применимо только при возможности выполнения сквозных отверстий в сопрягаемых деталях.

2. Соединение ввертными болтами применяют при глухом нарезном отверстий (рис.10.13, д), когда невозможно применить болт с гайкой, или при сквозном нарезном отверстии, когда возможна установка болта только с одной стороны соединения.

Деталь с резьбовыми отверстием выполняются из стали, ковкого и высокопрочного чугуна, титанового сплава, бронзы. В деталях из мягких сплавов (алюминиевых, магниевых, цинковых и т.д.) требуется использование промежуточных нарезных втулок из более твердого металла.

3. Соединение шпильками применяют для деталей из мягких (алюминиевых и магниевых сплавов) или хрупких (серого чугуна) материалов, а также при глухих или сквозных нарезных отверстиях в случаях, нежелательности частых выкручиваний шпилек.

4. Кроме описанных основных видов соединений применяются и промежуточные. К ним относится, например, применяемое соединение, изображенное на рис.10.13, ж . Болт закрепляют с помощью гайки в гладком отверстии одной детали; другую деталь притягивают гайкой, навертываемой на свободный конец болта.

Крепежные детали общего назначения изготавливают чаще всего из стали 35, ответственные детали (шатунные болты, силовые шпильки и т.д.) - из хромистых сталей типа 40Х, хромансиля типа 30ХГС, жаропрочных сталей типа 30ХМ, 50ХФА, 25Х12М1Ф, из коррозионно-стойких сталей типа 30Х13, 40Х13.
В серийном и массовом производстве резьбу нарезают методами вихревого нарезания и фрезерования. Наиболее производительным и вместе с тем обеспечивающим наивысшую прочность резьбы является метод накатывания резьбы.

Отраслевые стандарты

Они составляются на изделия, применяемые только в определенной отрасли.

Каждый машиностроительный завод или группа заводов какой-либо отрасли промышленности имеет свои стандарты и нормали. Это технические документы, предписывающие применение только определенных профилей металла, размеров штампов, способов обработки. Они устанавливают и размеры крепежных деталей: гаек, болтов, шайб и т. д. И когда конструктор разрабатывает машину, он обязан придерживаться тех стандартов и нормалей, которые приняты на заводах-изготовителях. Чем больше будет в новой машине стандартных приборов, аппаратов и деталей, тем проще машина в изготовлении и надежнее в эксплуатации. Ведь такие детали выпускаются в большом количестве, и, следовательно, они дешевле, их можно легко случае повреждения заменить.

Государственные и отраслевые стандарты регламентируют технические данные изделий, обязательные виды и способы их испытания и проверки. Завод-изготовитель обязан все это строго соблюдать и не имеет права выпускать изделия с отступлением от ГОСТа или ОСТа.

На изделия, которые выпускаются в небольшом количестве, не разрабатывают стандартов. Вместо них заводы составляют технические условия, которые также определяют все показатели изделия и строго соблюдаются изготовителями.

В тех случаях, когда государственные стандарты охватывают сразу группу машин одного назначения, на каждый отдельный вид машины для уточнения стандарта также составляются отдельные технические условия.