Неуправляемые муфты. 
Детали машин и основы конструирования. 
Передачи

Рассмотрим принципы устройства, работу и расчет только некоторых неуправляемых муфт. Все они встречаются в различных областях машиностроения и многие из них стандартизованы.

«Глухие» муфты образуют взаимно неподвижное (глухое) соединение двух валов, вращающихся с одинаковой частотой.

На рис. 14.2, а представлена простейшая глухая муфта, соединяющая втулкой 1 два соосных вала штифтами 2. Она применяется во многих не слишком нагруженных случаях для диаметров валов d до.

60…70 мм. Расчет муфты в случае штифтового соединения (рис. 14.2,а) определяется прочностью по срезу этого штифта диаметром d_m:

или по смятию.

где D — диаметр втулки.

Допускаемые напряжения зависят от применяемых материалов.

Если в этой муфте применяются шпонки 2 (рис. 14.2 Д в), то прочность определяется расчетом шпоночного соединения (см. подразд. 12.5).

Рис. 14.2. Глухие втулочные муфты с штифтовым (а) и шпоночным (б, в) соединениями.

Глухая фланцевая муфта показана на рис. 14.3 в двух вариантах исполнения: фланцы могут соединяться друг с другом болтами, установленными либо с зазором (/ вариант), либо без зазора (// вариант). Комбинация тех и других болтов в одной муфте практически не применяется. Для взаимной центровки фланцев делается центровочный кольцевой выступ.

Рис. 14.3. Варианты исполнения глухих фланцевых муфт

В / варианте передача крутящего момента осуществляется через шпонки к ступице фланца. Он стянут болтами со вторым фланцем таким усилием, чтобы силы трения обеспечили взаимное сочленение. Расчету подлежат усилия затяжки болта. Если известен коэффициент трения/(для стальных фланцев /= 0,12…0,15), то.

где z — число болтов; D — диаметр установки болтов.

Отсюда усилие на один болт.

Болт испытывает напряжения разрыва а_р и кручения т_кр (вследствие затяжки гайки), поэтому считается, что эквивалентное напряжение Для таких «черных» болтов с зазором о_экв = 1,3а_р

или (здесь dfi — диаметр болта, мм). Поэтому необходимо подбирать расчетный диаметр болта.

В случае соединения полумуфт «чистыми» болтами без зазора (// вариант на рис. 14.3) гладкая часть этих болтов испытывает напряжение среза, так как они устанавливаются в отверстиях полумуфт, выполненных под развертку:

Диаметр «чистой» цилиндрической части болта.

Гайка в этом случае удерживает лишь «чистый» болт во фланцах, а соединение получается значительно прочнее, хотя допускаемые напряжения по срезу и меньше, чем по разрыву.

Кроме того, штифт «чистого» болта испытывает напряжение смятия как и в глухой втулочной муфте. Допускаемые напряжения зависят от используемых материалов.

Глухие муфты используются в сравнительно дешевых конструкциях, хотя при точном совпадении осей соединяемых валов (точной «выставке» этих валов) их применение оправдано. Фланцы карданных валов в автомобилях часто соединяются «чистыми» болтами, также в этих конструкциях ценгровка фланцев на кардане и коробке передач или главной передаче заднего моста обеспечивается специальными мероприятиями.

Жесткие компенсирующие муфты применяют в случаях взаимной неточности положений соединяемых валов (рис. 14.4). Эти неточности рассогласования могут быть в осевом, радиальном, угловом размерах, а чаще совместно.

Очень широкое распространение в машиностроении, и особенно в гусеничных и сельскохозяйственных машинах, получила зубчатая компенсирующая муфта (рис. 14.5,я). Наружные зубья обеих полумуфт 1 и J, выполненные с эвольвентным профилем, находятся в постоянном контакте с внутренними зубьями разъемной обоймы 2 (иногда обойма делается цельной). Профиль зубьев скругляется, и за счет возможной «игры» обоймы по зубьям полумуфт обеспечивается радиальная Аг и угловая Да компенсации неточности центровки: до 0,51 мм и 0°30'…1° (рис. 14.5,5). Для уменьшения износа в полость муфты заправляется жидкая или полужидкая смазка, поэтому обойма снабжена уплотнениями. Такие муфты хорошо работают внутри картера механизма, не требуя уплотнений.

Рис. 14.4. Неточности установки валов в зубчатых муфтах

Рис. 14.5. Зубчатые компенсирующие муфты:

а — устройство; б — компенсация неточности центровки

Ввиду некоторой неопределенности распределения усилий по зубьям при перекосах расчет по контактным напряжениям носит несколько условный характер. Напряжение смятия.

где z — число зубьев на венце полумуфты; D₀ — делительный диаметр; Ь — ширина зуба; А — рабочая высота зуба.

Диаметр D₀ = mz (здесь т — модуль зацепления). Тогда.

Муфты изготавливаются из углеродистых сталей с термообработкой зубьев не ниже 40HRC и допускаемым напряжением [о_см]*12…15(18) МПа.

В проектном расчете определяют диаметр /)₀, считая b = i_bdD₀ при.

Vm"0,12…0,16:

Зубчатые муфты компактны, при надежном смазывании достаточно долговечны и имеют сравнительно высокий КПД — 0,985…0,995.

Разновидностью зубчатой муфты можно считать компенсирующую цепную (рис. 14.6,а). В этом устройстве зубчатые венцы / соединяются друг с другом замкнутой цепью 2, которая имеет некоторую податливость. По сравнению с предыдущей конструкцией увеличиваются.

Рис. 14.6. Цепная муфта.

возможности компенсации неточностей центровки в 1,5…2 раза, хотя износ шарниров цепи является недостатком системы. Эта муфта рассчитывается на условные контактные напряжения по размерам (рис. 14.6,6).

aside class="viderzhka__img" itemscope itemtype="http://schema.org/ImageObject">

где р, р₂ ^— коэффициенты Пуассона соответственно для цепи и звездочки.

Считая и и так как радиус кривизны звездочки (здесь, а = 20° и радиус кривизны цепи Рц=^ц/2), имеем . Для стали ?_пр= 2,15* 10⁵МПа.

Рис. 14.7. Кулачковая муфта:

а — устройство; б — компенсация неточности центровки Тогда напряжение контактного взаимодействия.

Допускаемое напряжение ja^] = (18…20) НРС для термообработанных контактирующих поверхностей.

На рис. 14.7,д представлена кулачково-дисковая компенсирующая муфта. Она состоит из двух полумуфт 1,4 и промежуточного диска 3 с кулачками 5. Взаимно перпендикулярные кулачки этого диска входят в соответствующие пазы полумуфт. Перпендикулярное расположение кулачков позволяет компенсировать эксцентриситет и перекос валов по радиусу до 0,04</ и углу до 0°30'…0°45' (рис. 14.7,6). Скольжение выступов в пазах сопровождается износом, для уменьшения которого предусматривается периодическое смазывание через отверстие 2 (см. рис. 14.7,а). Нагрузка на кулачки и пазы распределяется неравномерно (эпюра напряжений на рис. 14.7,в условно перенесена с боковых сторон на диаметр) (см. рис. 14.7,6). Записав условия передачи крутящего момента согласно эпюре напряжений, р 7^-10* =.

и учитывая, что, получим значение наибольшего условного напряжения смятия:

Практически обычно /)/*/, ~ 2,5…3, */, = */ + 3…6 мм, высота выступов // = 0,5*/, и [о_см] «15…20 МПа для стальных поверхностей с цементацией или закалкой. КПД при работе муфты 0,98…0,99.

Упругие компенсирующие муфты выполняются разнообразных конструкций. Упругим связующим элементом могут быть резиновые или пластмассовые массивы, кольца, втулки, торовые оболочки или стальные спиральные либо плоские пружины. Принципиальная схема (и возможная конструкция) упругой муфты представлена на рис. 14.8. В такой конструкции полумуфты / и 3 связаны через упругую проставку 2, привулканизированную или приклеенную в виде резинового массива к элементам полумуфт. Вместо упругих массивов могут использоваться пружины, посредством которых передается крутящий момент. Именно за счет податливости упругой связи компенсируются радиальные и угловые несоосности валов.

Упругая податливая связь, обладающая определенной крутильной жесткостью C = d7'/d (p (здесь Г—крутящий момент, Н м; ф — угол податливости, рад), является важной расчетной характеристикой.

Рис. 14.9. Характеристика упругой муфты.

Рис. 14.8. Упругая муфта с резиновым массивом

Графическая зависимость изменения Т=/(ф) показана на рис. 14.9_уа (линейная характеристика — сплошная линия, прогрессивная характеристика — штриховая линия); на рис. 14.9_у б представлена петля гистерезиса, определяющая потери энергии при работе муфты. Демпфирующая способность муфты зависит от площади петли гистерезиса. Предварительный расчет такой муфты делается по касательным напряжениям среза упругого массива (см. рис. 14.8)

(здесь D_q — средний диаметр массива; к — радиальная толщина рабочей части массива; к = (?>—с/_ст)/2). После подстановки.

где */_ст — диаметр ступицы.

Как и раньше, Т_кр измеряется в ньютонометрах, а размеры — в миллиметрах и напряжение получается в мегапаскалях. Допустимое значение [т_ср] «0,6…1,0 МПа для резины.

Возможен и часто используется другой вид упругой связи в муфте с торовой упругой оболочкой (рис. 14.10). Эта упругая связь, напоминающая покрышку автомобильного колеса, имеет большую податливость и может компенсировать значительные несоосности (до 6… 10 мм) и перекосы валов (до 5…6°). Нагрузочная способность муфты ограничивается потерей устойчивости при чрезмерных углах закрутки (20…30°) и усталостными явлениями. Тем нс менее, в первом приближении расчет делается на срез резинового массива в опасном сечении по толщине 6:

Втулочно-пальцевая компенсирующая муфта показана на рис. 14.11. В одной полумуфтс этого устройства жестко закрепляются z пальцев со сплошными резиновыми массивами (/ вариант) или в виде резиновых колец (//вариант). Эти массивы взаимодействуют с цилиндрическими отверстиями второй полумуфты. Такая муфта обеспечивает компенсации несоосности до 1 …3(5) мм и угловые до 0,6… Г. Резиновые массивы испытывают напряжение смятия.

В выражение (14.10) Г_к. подставляется в ньютонометрах, а размеры — в миллиметрах. Рекомендуется принимать для резины |о_сч| «1,8…2 МПа. Прочность пальца проверяется на изгиб.

Компенсирующая кулачковая муфта (рис. 14.12) состоит из двух полумуфт У и 3 и резиновой или пластмассовой проставки 2 вместо диска 3 (см. рис. 14.7, а). Ее расчет производится аналогично рассмот;

Рис. 14.10. Упругая муфта с торовой оболочкой

Рис. 14.11. Пальцевая муфта с упругими массивами

репной кулачково-дисковой, но допускаемые напряжения [6_СМ] берутся для соответствующего материала проставки.

Рис. 14.12. Кулачковая муфта супругой прос гавкой между кулачками

Упругие муфты концентрического кручения (сайлент-блоки) (рис. 14.13,я), широко используются в транспортных машинах и других областях техники. Они применяются в качестве резинометаллических шарниров соединения траков гусениц тракторов и в рычажных системах с возвратно-качатсльными перемещениями, а также в специальных цепных передачах (см. рис. 8.6) для сочленения звеньев цепи. Муфта состоит из резиновых (иногда пластмассовых) втулок 2 (см. рис. 14.13), привулканизированных или приклеенных (часто запрессованных) к металлическим наружным фланцам 1 и внутренним втулкам 3 или пальцам (траков гусениц, осей сателлитов и т. п.). Посадка сателлитов на такие муфты способствует более равномерной их загрузке в работающих планетарных рядах, уменьшая коэффициент к_с (см. гл.5).

На рис. 14.13,6 выделена резиновая втулка длиной b, которая за счет смещения внутренних слоев обеспечивает компенсацию, предотвращая взаимное смещение соединяемых деталей. Напряжение среза в выделенном слое на расстоянии р от центра при передаче крутящего момента рГ_кр будет *, а максимальное значение напряжения на внутреннем слое (р = г, = D_b/2)

Рис. 14.13. Муфты концентрического кручения:

а — схема устройства; б — резиновая втулка.

Рис. 14.14. Упругая муфта со спиральными пружинами (д) и пластинчатыми рессорами (б)

Для резины принимается |т_ср) «0,6…0,8(1) МПа.

При передаче крутящего момента и особенно при расчете кинематики рычажных механизмов, например, углов поворота траков гусеничных цепей, часто необходимо определить возможный угол закрутки муфты (ее резинового слоя). Действительно, элементарное смешение выделенного участка будет ds = pdcp, а из условий пропорциональности деформаций до предела текучести (закон Гука) оно запишется как.

Очевидно, имеем или

Далее, разделив переменные, интегрируем эту зависимость откуда угол закрутки.

Так как в пределе величина то после подстановки и замены r₂ = D_H/2 и ^ = DJ2 имеем.

Практически в достаточно массивных муфтах этот угол составляет Фтах ~ 0,3 рад, или 15…20°, а в сайлент-блоках траков гусеничных цепей он нс превышает 3…5°.

В упругих компенсирующих муфтах (рис. 14.14) часто используются и металлические спиральные пружины /, змеевидные пластинчатые рессоры 2 и другие упругие связи.