3.5. Удосконалення конструкцій муфт

Враховуючи необхідність оснащення машин легкої промисловості, зокрема трикотажних , надійними конструкціями муфт, на кафедрі інженерної механіки Київського національного університету технологій та дизайну (КНУТД) проведено ряд наукових досліджень з удосконалення та розробки нових типів муфт (автори Піпа Б.Ф., Хомяк О.М., Ловейкіна С.О. та інші). Окремі результати досліджень наведені нижче.

3.5.1. Муфта жорстка конічна

Рис. 3.17– Схема жорсткої конічної муфти

На рис. 3.17 представлена схема принципово нової запропонованої авторами муфти. Цю муфту можна віднести до жорстких муфт з конічними робочими поверхнями.

Муфта містить циліндричний корпус 1 з торцями 2, 3 та внутрішню поверхню корпуса, яка включає три частини 4, 5 і 6, дві із яких крайні 4 та 5 виконано конічними самогальмівними, а третя середня частина 6 виконана циліндричною з різьбою, при цьому більший діаметр кожної із конічних частин 4 , 5 внутрішньої поверхні муфти розташований відповідно на торцях 2, 3 корпуса.

Для забезпечення надійності роботи муфти доцільно, щоб довжина частин внутрішньої її поверхні вибиралась із умов:

, (3.12)

де – довжина відповідної конічної частини внутрішньої поверхні муфти;– довжина циліндричної частини внутрішньої поверхні муфти;– більший діаметр конічної частини внутрішньої поверхні муфти.

На рис. 3.18. показано з’єд­нання валів за допомогою запропонованої муфти. З’єднання валів муфтою ви­конується та працює таким чином. Ведучий вал 1, кінець якого має конічну 2 та циліндричну з різь­бою 3 частини, вставляється у внутрішню поверхню (отвір) муфти зліва (згідно з рис. 3.18), а ведений вал 4, кінець якого має конічну 5 та циліндричну з різьбою 6 частини вставляється в отвір муфти справа. Потім ведучий вал 1 своїм кінцем 3 загвинчується в різьбу середньої частини внутрішньої поверхні муфти (корпус муфти 7 при цьому утримують від обертання) до тих пір, поки конічна частина 3 кінця вала 1 не ввійде в конічну самогальмівну частину внутрішньої поверхні муфти та не задовольнить умову самогальмування (можливість передачі заданого крутного моменту від ведучого до веденого валів). Після цього відпускають муфту, а ведений вал 4 утримують від обертання. Далі ведучий вал 1 разом з муфтою обертають. При цьому її середня частина , яка виконана циліндричною з різьбою, нагвинчується на циліндричну частину 6 веденого вала 4. Ведучий вал 1 з муфтою обертають до тих пір, поки конічна самогальмівна частина внутрішньої поверхні муфти не найде повністю на конічну частину 6 веденого вала 4 та не задовольнить умову самогальмування (можливість передачі заданого крутного моменту від ведучого до веденого валів). Після цього процес з’єднання муфти закінчується і крутний момент ведучого вала 1 може передаватися веденому валу 4.

Розбирання з’єднання валів муфтою відбувається у зворотній послідовності. При цьому обертання муфти 7 та ведучого вала 1 відбувається у зворотному напрямку.

Рис. 3.18 – Схема з’єднання валів жорсткою

конічною муфтою

Слід відмітити, що запропонована конструкція муфти придатна лише для передачі крутного моменту нереверсивної передачі.

Використання запропонованої конструкції муфти в машинобудуванні дозволяє:

• розширити асортимент муфт;

• підвищити довговічність роботи муфти та з’єднання валів, завдяки усуненню послаблення деталей з’єднання пазами та концентрацій напружень в зоні з’єднання, що має місце в існуючих конструкціях жорстких муфт;

• спростити технологію виготовлення муфти та з’єднання нею валів, оскільки при цьому відпадає потреба в використанні спеціального обладнання для виготовлення муфти.

3.5.2. Муфта жорстка циліндрична

Рис. 3.19 – Схема жорсткої циліндричної муфти

На рис. 3.19 представлена схема запропонованої авторами жорсткої муфти з циліндричними робочими поверхнями.

Муфта містить циліндричний корпус 1 з торцями 2, 3 та внутрішню поверхню корпуса, яка включає три частини 4, 5 і 6, дві із яких крайні 4 та 5 виконано гладкими циліндричними, а третя середня частина 6 виконана циліндричною з різьбою.

Для забезпечення надійності роботи муфти доцільно, щоб довжина частин внутрішньої її поверхні вибиралась із умов:

;;, (3.13)

де – довжина відповідної крайньої частини внутрішньої поверхні корпуса муфти;– довжина середньої частини внутрішньої поверхні корпуса муфти;– зовнішній діаметр різьби;d_в – діаметр гладких циліндричних поверхонь (діаметр вала).

На рис. 3.20. показано з’єднання валів за допомогою запропонованої муфти.

Рис. 3.20 – Схема з’єднання валів жорсткою циліндричною муфтою:

а – з’єднання валів без буртиків; б – з’єднання валів з буртиком

З’єднання валів муфтою виконується та працює таким чином. Ведучий вал 1, кінець якого має циліндричну частину з різьбою 2, вставляється в внутрішню поверхню (отвір) корпуса муфти зліва (згідно з рис. 3.20, а), а ведений вал 3, кінець якого має циліндричну частину з різьбою 4, вставляється в внутрішню поверхню (отвір) корпуса муфти справа. Потім ведучий вал 1 своїм кінцем 2 загвинчується в різьбу середньої частини внутрішньої поверхні корпуса муфти (корпус 5 муфти при цьому утримують від обертання). Після цього відпускають муфту, а ведений вал 3 утримують від обертання. Далі ведучий вал 1 разом з муфтою обертають. При цьому її середня частина, яка виконана циліндричною з різьбою, нагвинчується на циліндричну частину 4 веденого вала 3. Після цього процес з’єднання муфти закінчується і крутний момент ведучого вала 1 може передаватися веденому валу 3.

При наявності у ведучого та веденого валів буртиків відповідно 6, 7 (рис. 3.20, б) процес їх з’єднання відбувається аналогічно вище приведеному і триває до упору буртика 6 ведучого вала 1 в лівий торець 8 корпуса муфти та буртика 7 веденого вала 3 в правий торець 9 корпуса муфти.

Розбір з’єднання валів муфтою відбувається у зворотній послідовності. При цьому обертання муфти та ведучого вала 7 відбувається у зворотному напрямку.

Слід відмітити, що з’єднання валів за допомогою запропонованої муфти працездатне лише для умови нереверсивного їх обертання, що має місце в багатьох типах машин, зокрема в машинах легкої промисловості.

Використання запропонованої конструкції муфти в машинобудуванні дозволяє:

• розширити асортимент муфт;

• підвищити довговічність роботи муфти та з’єднання валів, завдяки усуненню послаблення деталей з’єднання пазами та концентрацій напружень в зоні з’єднання, що має місце в існуючих конструкціях жорстких муфт;

• спростити технологію виготовлення муфти та з’єднання нею валів, оскільки при цьому відпадає потреба в використанні спеціального обладнання для виготовлення муфти.

3.5.3. Муфта у вигляді циліндричної пружини кручення

На рис. 3.21 представлена схема запропонованої авторами муфти у вигляді циліндричної пружини кручення. На відміну від вище приведених конструкцій муфт запропонована муфта дозволяє компенсувати навантаження, зумовлені неточністю з’єднання валів.

Для забезпечення надійного з’єднання валів необхідно, щоб внутрішній діаметр пружини (муфти) вибирався із умови: ,

де – внутрішній діаметр пружини;– діаметр валів,;– діаметр ведучого вала;– діаметр веденого вала.

Рис. 3.21 – Схема з’єднання валів за допомогою

муфти у вигляді циліндричної пружини кручення

З’єднання валів муфтою (циліндричною пружиною кручення) містить ведучий 1 та ведений 2 вали і з‘єднуючий засіб, надітий на вали, виконаний у вигляді циліндричної пружини кручення 3. Кінець 4 пружини 3 вставлений в отвір 5 ведучого вала 1, що забезпечує їх кінематичне з’єднання, а кінець 6 пружини 3 вставлений в отвір 7 веденого вала 2, що також забезпечує їх кінематичне з’єднання.

З’єднання працює таким чином. При обертанні ведучого вала 1 кінець 4 пружини 3, кінематично з’єднаний з ним, закручує пружину. При цьому пружина стискує поверхню ведучого вала 1 і тим самим створює необхідний момент тертя в парі ведучий вал-пружина. Пружина 3, продовжуючи закручуватись, охоплює ведений вал 2 і також створює необхідний момент тертя в парі ведений вал-пружина. При цьому пружина 3 не розкручується, оскільки її кінець 6 вставлений в отвір 7 веденого вала 2, що також забезпечує їх кінематичне з’єднання. Таким чином крутний момент ведучого вала 1 передається веденому валу 2.

Використання запропонованої конструкції з’єднання валів в машинобудування дозволяє:

• розширити асортимент з’єднань валів;

• підвищити довговічність роботи з’єднання, завдяки усуненню навантажень, зумовлених неточністю розташування з’єднуваних валів, що має місце при використанні жорстких муфт;

• підвищити довговічність роботи з’єднання, завдяки усуненню динамічних навантажень, зумовлених значною інерційністю інших типів муфт;

• спростити технологію виготовлення з’єднання та зменшити його вартість.

Слід відмітити, що з’єднання валів за допомогою запропонованої муфти працездатне лише для умови нереверсивного їх обертання, що має місце в багатьох типах машин, зокрема в машинах легкої промисловості.

3.5.4. Муфта відцентрова

Рис. 3.22 – Відцентрова муфта

з пружним елементом

На рис. 3.22 представлена схема принципово нової запропонованої авторами відцентрової муфти з пружним елементом, виконаним у вигляді еластичної шини, зовнішня поверхня якої оснащена фрикційними накладками.

Муфта містить ведучу 1 та ведену 2 напівмуфти. Ведуча напівмуфта 1 жорстко закріплена на ведучому валу 3 і розташована всередині веденої напівмуфти 2. Ведуча напівмуфта 1 містить ступицю 4 та пружний елемент 5, виконаний у вигляді еластичної шини, прикріпленої, переважно шляхом вулканізації, до ступиці 4. Ведена напівмуфта 2 жорстко закріплена на веденому валу 6. До зовнішньої поверхні пружного елемента 5 прикріплені фрикційні накладки 7.

Оснащення пружного елемента фрикційними накладками, прикріпленими до зовнішньої його поверхні, та прикріплення пружного елемента всією своєю внутрішньою поверхнею до ступиці і виконання його у вигляді еластичної шини дозволяє підвищити надійність кріплення пружного елемента до ступиці і тим самим, підвищити надійність та довговічність роботи муфти.

Муфта працює таким чином. При вмиканні машини ведучий вал 3 починає обертатися. При цьому ступиця 4 ведучої напівмуфти 1, жорстко закріпленої на ведучому валу, разом з пружним елементом 5 також починає обертатися. Відцентрові сили, що виникають при цьому призводять до збільшення зовнішнього діаметра пружного елемента 5, розташованого всередині веденої напівмуфти 2. Фрикційні накладки 7 прикріплені до пружного елемента 5, притискаються до веденої напівмуфти 2. Сили тертя, що виникає при цьому змушують ведену напівмуфту 2, а з нею і ведений вал 6 також прийти в обертальний рух. Динамічні навантаження, що виникають під час пуску машини практично не передаються веденій напівмуфті та механізмам машини, що призводить до підвищення довговічність роботи муфти та машини, в приводі якої вона використовується, в цілому.

Використання запропонованої конструкції муфти в машинобудуванні дозволяє:

• розширити асортимент муфт;

• підвищити довговічність роботи муфти та механізмів машини, завдяки зниженню динамічних навантажень, що виникають під час пуску машини.