Соединительные муфты

Основное назначение муфт — передача вращения и момента без изменения его величины и направления с одного вала на другой и с вала на свободно сидящую на нем деталь и обратно.

Неподвижные глухие муфты предназначены для жесткого соединения строго соосных валов. При эксплуатации этих муфт допускаемое смещение осей валов 0,02…0,05 мм. Эти муфты применяют преимущественно в приводах, где требуется жесткое и надежное соединение отдельных валов, в передачах с переменной скоростью или работающих в режиме частого пуска.

Втулочные муфты (ГОСТ 24246–96) служат для соединения соосных валов при передаче крутящего момента до 12 500 Н ⋅ м (рис. 11). Эти муфты соединяются с валами с помощью призматических или сегментных шпонок, цилиндрических и конических штифтов или шлицевых соединений. Последовательность сборки: проверяют и при необходимости подгоняют шпонки на валах; насаживают муфту на один вал; несколько сдвинув муфту, проверяют соосность валов приспособлением с индикаторами; надвигают муфту на другой конец соединяемого вала; сверлят отверстия под штифты; развертывают их и забивают штифты.

Рис. 11. Втулочные муфты: а — со штифтами; б — с призматическими шпонками; в — с сегментными шпонками; г — со шлицами; д — продольно-свертные; е — поперечно-свертные

Валы, соединяемые шлицевыми втулочными муфтами, собирают в аналогичной последовательности, строго контролируя отклонение от соосности. При напряженной посадке по центрирующему диаметру шлицев муфту перед сборкой нагревают в горячем масле; от осевого смещения ее закрепляют стопором.

Продольно-свертные муфты, приведенные на рис. 11, д (ГОСТ 23106–78), применяют для соединения цилиндрических валов диаметром 125…130 мм при передаче крутящего момента до 12 500 Н ⋅ м. Сборка валов с помощью продольно-свертных муфт проводится без зазора между валами. Перед установкой муфты необходимо тщательно проверить отклонение валов от соосности, затем подогнать боковины муфты, предварительно стянув их двумя болтами; вставить пружинные кольца и шпонки. При сборке необходимо исключить зависания боковин на шпонках и кольцах. После этого устанавливают оставшиеся болты, затягивают и зашплинтовывают гайки.

Фланцевые поперечно-свертные муфты (рис. 11, е; ГОСТ 20761–96) применяют для соединения соосных цилиндрических валов диаметром 11…250 мм при передаваемом крутящем моменте 16…40 000 Н ⋅ м.

Фланцевые муфты собирают в такой последовательности:

• проверяют торцовые поверхности полумуфт;
• подготавливают отверстия в полумуфтах для установки призонных болтов (в необходимых случаях осуществляют развертку отверстий);
• устанавливают и, если нужно, подгоняют шпонки и полумуфты, совмещая риски, намеченные в ходе предварительной сборки;
• устанавливают маркированные придонные болты в диаметрально противоположных отверстиях;
• затягивают гайки в необходимой последовательности и проверяют щупом равномерность затяжки, причем щуп толщиной 0,02 мм не должен проходить в месте сопряжения полумуфт.

К подвижным относят три типа муфт: жесткие компенсирующие, упругие и шарнирные. Основными видами компенсирующих муфт являются зубчатые и цепные. Стандартизированы два типа зубчатых муфт (рис. 12, а, б): тип МЗ — муфты для непосредственного соединения валов, состоящие из двух втулок с наружными зубьями, находящимися в зацеплении с двумя обоймами с внутренними зубьями; тип МЗП — муфты для соединения валов с применением промежуточного вала, представляющие собой комплект из двух муфт, каждая из которых состоит из зубчатой втулки с наружными зубьями, находящимися в зацеплении с внутренними зубьями обоймы, и фланцевой полумуфты.

При сборке зубчатых муфт необходимо:

• проверить состояние зубьев на втулках и обоймах;
• проконтролировать посадку зубчатых втулок на соединяемые или промежуточные валы;
• очистить маслоподводящие каналы для подачи смазки к зубчатым зацеплениям муфты;
• проверить торцевой зазор между зубчатыми втулками;
• совместить метки на зубчатых втулках и обойме;
• собрать муфту и проверить соответствие осевого перемещения обоймы относительно зубчатых втулок.

Посадка зубчатых втулок на валы определяется условиями и характером работы муфты.

Рис. 12. Компенсирующие муфты: а — зубчатая с обоймой МЗ; б — зубчатая с промежуточным валом МЗП; в — цепная однорядная; г — крестовая кулачково-дисковая; д — крестовая со скользящим вкладышем

Компенсирующая способность зубчатых муфт определяется углом перекоса оси каждой втулки относительно обоймы α_max и расстоянием между осями зубчатых венцов. В табл. 8 приведены допускаемые радиальные и угловые смещения осей валов при монтаже машин.

Цепные муфты состоят из двух звездочек и охватывающей их общей цепи и кожуха. Цепные муфты с однорядной роликовой цепью (ГОСТ 20742–93) применяют для соединения соосных валов диаметром 20…140 мм при передаче крутящего момента 63…16 000 Н⋅м (рис. 12, в). Допускаемое смещение осей валов: радиальное 0,15…0,7 мм; угловое — до 1°. Сборку цепных муфт выполняют в такой же последовательности, как и зубчатых муфт. Недостатком цепных муфт является наличие угловых зазоров и мертвого хода, вследствие чего они не могут применяться в реверсивных передачах, а также при больших динамических нагрузках.

Крестовые муфты допускают осевое, радиальное и угловые смещения соединительных валов. Из крестовых муфт наиболее распространена кулачководисковая (рис. 12, г). Кулачководисковые муфты (ГОСТ 20720–93) применяют для соединения валов диаметром 16…150 мм при передаче крутящего момента 16…16 000 Н⋅м. При этом допускается угловое смещение осей валов до 30′, а радиальное 0,6…3,6 мм — в зависимости от диаметра валов. Собирают эти муфты по традиционной технологии, т.е. сначала подгоняют шпонки и устанавливают полумуфты, контролируют отклонение от соосности, затем окончательно собирают полумуфты и промежуточный диск. Рабочая поверхность пазов полумуфт и диска термообработана токами высокой частоты на глубину 2…3 мм с твердостью 46…50 НRC.

Таблица 8. Допускаемые смещения осей валов

Достоинством кулачково-дисковых муфт является способность компенсировать радиальные смещенияе осей валов до 0,4d. Недостатки этих муфт — неудовлетворительная работа даже при малых перекосах; значительный износ рабочих поверхностей; потери на трение; необходимость смазывания.

Крестовые муфты со скользящим вкладышем (рис. 12, д) предназначены для соединения валов диаметром 15…150 мм. Они допускают радиальное смещение 0,4…2 мм и перекос до 40′.

Самоустанавливающиеся угловые муфты используют для соединения валов со взаимным наклоном до 45°. Простейшая шарнирная муфта — одинарная, состоит из двух полумуфт-вилок, посаженных на конусы валов, которые расположены под прямым углом относительно друг друга и крестовины, шарнирно соединенной с вилками. Для обеспечения вращения ведомого вала с постоянной угловой скоростью или передачи вращательного движения между параллельными, но смещенными валами, а также при увеличении угла наклона между соединяемыми валами применяют сдвоенную шарнирную муфту.

Упругие муфты постоянной и переменной жесткости служат для уменьшения динамических нагрузок, предохраняют соединяемые валы от резонансных колебаний и позволяют компенсировать точность взаимного расположения валов.

Втулочно-пальцевые муфты МУВП (ГОСТ 21424–93) обеспечивают соединение валов диаметром 9…160 мм с крутящим моментом 6,3…16 000 Н⋅м (рис. 13, а). На концах валов на шпонках устанавливают полумуфты и предварительно проверяют радиальное и торцовое биения. Одну полумуфту сдвигают, а на другой ставят и подгоняют шпильки перпендикулярно к торцу. Шпильки демонтируют, надевают на них упругие кольца и снова устанавливают на место, надвигают полумуфту и затягивают гайки.

Рис. 13. Упругие муфты: а — втулочно-пальцевая; б — со звездочкой; в — с торообразной оболочкой; г — со змеевидной пружиной

При сборке втулочно-пальцевых муфт необходимо контролировать прилегание пальцев с упругими кольцами к поверхностям отверстий. Для этого одну половину муфты смещают относительно другой в направлении вращения и определяют число пальцев, участвующих в работе, щупом проверяют их прилегание к поверхности отверстий. Зазор между соприкасающимися поверхностями у отдельных пальцев не должен превышать 0,3…0,6 мм.

Упругая муфта со звездочкой (рис. 13, б) состоит из двух полумуфт с торцовыми кулачками трапецеидального сечения, допускает смещение осей валов: радиальное 0,1…0,4 мм, угловое 1°30′…1°. На валы устанавливают шпонки и полумуфты; при необходимости их подгоняют; предварительно контролируют отклонение от соосности, сдвигают одну из полумуфт, монтируют резиновую звездочку и сдвигают вторую полумуфту, проверяют качество сборки и отклонение от соосности.

Упругая муфта с торообразной оболочкой (рис. 13, в) включает в себя две полумуфты, упругую оболочку в форме автомобильной шины и два кольца, которые с помощью винтов закрепляют оболочку на полумуфтах. Эти муфты с оболочкой выпуклого профиля допускают смещение валов: осевое на 1…11 мм; радиальное на 1,0…5,0 мм и угловое на 1°…1°30′, а с оболочкой вогнутого профиля допускают смещение валов: осевое на 1,6…9 мм; радиальное на 0,5…6,0 мм и угловое на 2…6°.

Муфта со змеевидной пружиной (рис. 13, г) состоит из двух полумуфт с зубьями специальной формы, между которыми помещается изогнутая пружина, разделенная на несколько частей. Зубья и пружина закрываются снаружи кожухом, состоящим из двух половин, соединенных между собой болтами. Кожух служит резервуаром для смазки и защищает муфту от пыли.

Сцепные муфты применяют для соединения или разъединения валов на ходу или во время останова (рис. 14). Муфты этого типа используются там, где требуются частые пуски и остановы, например на прокатных станах, прессах, станках и т.п. К сцепным синхронным муфтам относятся кулачковые и зубчатые. Кулачковые муфты (рис. 14, а) допускают включение лишь в неподвижном состоянии при определенных угловых положениях одного вала относительно другого.

Простая зубчатая муфта (рис. 14, б) состоит из двух полумуфт, представляющих собой зубчатые колеса с зубьями эвольвентного зацепления и одинаковым числом зубьев; одна из полумуфт — с наружными зубьями, другая — с внутренними. Одна из них соединена с валом неподвижно, а другая (левая) с помощью отводки может перемещаться вдоль вала, в результате чего полумуфты и соответствующие валы сцепляются и расцепляются. При частом включении и выключении зубчатых и кулачковых муфт для устранения или уменьшения ударов и шума, возникающих от включения этих муфт, применяют синхронизаторы. Последние являются вспомогательными фрикционными муфтами, которые включаются раньше основных зубчатых или кулачковых муфт и, выравнивая угловые скорости вращающихся валов, устраняют или уменьшают удары и шум при включении.

Из управляемых механических муфт наиболее распространены фрикционные дисковые. Фрикционные муфты передают крутящий момент от ведущего вала к ведомому с помощью сил трения. Их включение проводится прижатием друг к другу указанных поверхностей, а выключение — их разъединением. Регулируя силу прижатия трущихся поверхностей, можно изменять силу трения и осуществлять плавное сцепление при любой разности угловых скоростей ведущего и ведомого валов.

Плавное включение муфт позволяет избежать больших динамических нагрузок и шума при пуске. Фрикционные муфты дают возможность регулировать время разгона и наибольший крутящий момент, передаваемый муфтой. Благодаря последнему свойству удается использовать муфту в качестве предохранительного звена.

В отдельных машинах и механизмах применяют и другие фрикционные муфты: электромагнитные дисковые и порошковые; с пневматическим управлением дисковые и цилиндрические шинно-пневматические; с гидравлическим управлением.

Различают следующие самодействующие механические муфты: предохранительные для защиты машины от перегрузок; обгонные для передачи момента только в одном направлении, допускающие свободное вращение в обратном направлении; центробежные для автоматического сцепления при достижении ведущим валом заданной частоты вращения.

Рис. 14. Сцепные синхронные муфты: а — кулачковая; б — зубчатая простая; в — зубчатая сложная

Предохранительные муфты подразделяются на муфты с разрушаемым и неразрушаемым элементами. К предохранительным муфтам с неразрушаемым элементом относятся кулачковые (ГОСТ 15620–93), шариковые и фрикционные (ГОСТ 15622–96). В этих муфтах одна полумуфта соединяется со своим валом неподвижно, а другая — с возможностью осевого перемещения. Вторая полумуфта постоянно прижата к первой посредством нескольких пружин. Сила прижатия полумуфт регулируется гайкой.

Обгонные муфты автоматически сцепляют и расцепляют валы в зависимости от соотношения угловых скоростей валов. Наиболее распространены фрикционные обгонные муфты с роликами, так как у них почти полностью отсутствует мертвый ход и работают они бесшумно. Такая муфта состоит из двух полумуфт — звездочки и обоймы, а также роликов, расположенных в сужающихся в одном направлении пазах между звездочкой и обоймой. При вращении ведущей полумуфты каждый ролик закатывается в сужающуюся часть паза и заклинивается между полумуфтами, в результате чего происходят сцепление полумуфт и соединение валов. При обратном вращении ведущей полумуфты ролики выкатываются в более широкую часть пазов и полумуфты расцепляются.