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 правильного взаимного расположения валов (рис.16.5):

1. Продольное смещение Δ_L, которое может быть вызвано, например, ошибками монтажа или температурным удлинением валов.

2. Радиальное смещение Δ_r или эксцентриситет, вызванный неточностью монтажа или биением конца вала (неточность обработки).

3. Угловое смещение Δ_α или перекос, обусловленный теми же причинами, что и Δ_r.

На практике чаще всего встречается комбинация указанных отклонений,

Рис.16.5

которую в дальнейшем будем называть общим термином «несоосность валов». При соединении глухими муфтами оси несоосных валов в месте установки муфты приводят к одной общей оси за счет деформации валов и опор. При этом опоры и валы дополнительно нагружают. Чем больше несоосность, тем больше дополнительная вредная нагрузка. поэтому при соединении глухими муфтами требуется высокая точность расположения валов.

Для понижения этих требований и уменьшения вредных нагрузок на валы и опоры применяют компенсирующие муфты. Компенсация вредного влияния несоосности валов достигается: за счет подвижности практически жестких деталей – компенсирующие жесткие муфты; за счет деформации упругих деталей – упругие муфты.

Наибольшее распространение из группы компенсирующих жестких муфт получили: кулачково-дисковая, со скользящим вкладышем и зубчатая*.

Муфта кулачково-дисковая

Кулачково-дисковая муфта (рис.16.6) состоит из двух полумуфт 1 и 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 пазухах полумуфт. Таким образом, диск соединяет полумуфты.

Перпендикулярное расположение валов позволяет муфте компенсировать эксцентриситет и перекос валов. При этом выступы скользят в пазах, а центр диска описывает окружность радиусом, равным эксцентриситету Δ_r. Зазоры δ 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: Δ_r до 0,04d; Δ_α до 0⁰ 30’.

Скольжение выступов в пазах сопровождается их износом. Интенсивность износа возрастает с увеличением несоосности и частоты вращения муфты. Для уменьшения износа поверхности трения муфты периодически смазывают (отверстие 4 на рис.16.6) и не допускают на них больших напряжений смятия (давлений). 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 соприкосновения пропорциональны расстояниям этих точек до оси муфты (см. рис.16.6,б); здесь эпюра напряжений смятия условно перенесена с боковых сторон на диаметр.

_________________________________

* Широкое распространение имеют также крестово-шарнирные муфты (шарнир Гука). В отличие от муфт, компенсирующих ошибки монтажа, крестово-шарнирные муфты используют для соединения валов с большой угловой несоосностью (до 35-40⁰), предусмотренной конструкцией машины. Крестово-шарнирные муфты обладают своеобразной кинематикой, которую изучают в курсе теории механизмов и машин. Методика расчета прочности этих муфт сводится в основном к частным приложениям методик расчета валов, подшипников и кривых брусьев.

** На практике применяют посадки А/С, А/Х, гарантирующие небольшой зазор, а поэтому действительные напряжения у муфт с неприработавшимися деталями будут несколько выше расчетных. Приработка деталей снижает максимальные напряжения и приближает их к расчетным.

Рис.16.6

Условия равновесия полумуфты можно записать в виде:

(16.1)

Учитывая, что

(16.2)

после преобразования получаем:

(16.3)

где К – коэффициент динамичности режима нагрузки; h – рабочая высота выступов (рис.16.6,а).

В практике принимают ≈ 2,5÷3.

Обычно детали кулачково-дисковых муфт изготавливают из сталей Ст.5 (поковка) или 25Л (литье).для тяжело нагруженных муфт применяют легированные стали типа 15Х, 20Х, с цементацией рабочих поверхностей. При этом допускают

.

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

или после преобразования с учетом формул (16.2) и (16.3)

(16.4)

В этой формуле отношение принято за радиус приложения некоторой фиктивной окружной силы муфты

Приближенно

.

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

Для определения потерь на трение в муфте воспользуемся рис.16.6,в. С его помощью нетрудно установить, что при повороте полумуфты на каждые 90⁰кулачки перемещаются в пазах на величину эксцентриситета Δ_r. Например, после поворота на первые 90⁰центры полумуфты и диска совмещаются, так как паз полумуфты 1 займет горизонтальное положение, а полумуфты 2 – вертикальное (см. также рис. 16.6,а). Таким образом, в пазах каждой полумуфты силы трения совершают работу на пути, равном 4Δ_r, а в двух полумуфтах - 8Δ_rза каждый оборот вала.

Работа, потерянная на трение за один оборот, .

Полезная работа за то же время , а коэффициент полезного действия муфты.

Принимая приближенно , получаем

(16.5)

Практически при расчетах приводов можно принимать

.