11.3.Расчет муфт

На работу муфты существенно влияют толчки, удары и колебания, обусловленные характером работы приводимой в движение машины. Поэтому расчет муфт ведут не по номинальному моменту М, а по расчетному моменту М_р:

,

где k_р – коэффициент режима работы (таблица 11.1);

- вращающий момент, Нм;

N – мощность, Вт;

- угловая скорость, рад/с;

n – частота вращения, об/мин.

Муфты, имеющие распространение, стандартизованы. Основными характеристиками муфт являются величина момента, на передачу которого муфта рассчитана, и диаметры соединяемых валов.

Диаметр вала под муфту может быть определен расчетом на чистое кручение по пониженным допускаемым напряжениям [τ]=20-35 Н/мм²:

,

где М – крутящий момент на валу, Нмм;

- диаметр выходного конца вала, мм.

Таблица 11.1 – Коэффициент режима работы для привода от электродвигателя

Наименование машин	Коэффициент режима
Динамомашины	1,0-2,0
Вентиляторы центробежные и воздуходувки	1,25-1,5
Насосы центробежные	1,5-2,0
Насосы и компрессоры поршневые	2,0-3,0
Конвейеры ленточные	1,25-1,5
Конвейеры винтовые, скребковые и цепные	1,5-2,0
Станки металлообрабатывающие с непрерывным движением	1,25-1,5
Станки металлообрабатывающие с возвратно-поступательным движением	1,5-2,5
Станки деревообделочные	1,5-2,0
Мельницы шаровые, дробилки, ножницы, молоты	2,0-3,0
Элеваторы, подъемники, краны	3,0-4,0

Примечание. Для привода от поршневых двигателей значения следует увеличить на 50-70%.

11.4 Компенсирующие муфты.

Кулачково-дисковая муфта (рисунок11.1) состоит из двух полумуфт, имеющих радиально-расположенные пазы, и промежуточного плавающего диска с радиальными взаимно перпендикулярными выступами на торцах. Выступы диска входят в пазы полумуфт на ходовой посадке.

При вращении валов с радиально-смещенными осями, выступы диска скользят во впадинах полумуфт. Сам диск совершает плоско-параллельное движение в плоскости, перпендикулярной к осям валов. Момент передается за счет нажатия друг на друга боковых поверхностей выступов и пазов (жесткая муфта).

Полумуфты насаживаются на валы на переходных посадках. Для дополнительной фиксации полумуфт применяют установочные винты. Изготовляют полумуфты и диски из стали 45Л. Допускается изготовление полумуфт из высокопрочного чугуна ВЧ 60-2. Работают муфты со значительным износом.

Принимают, что давление в пазах распределено по линейному закону. Эпюра давлений показана на рисунке 11.1,б.

Рисунок 11.1. – Кулачково-дисковая муфта

Условие износостойкости:

,

где [p] – 10-15 H/мм² - допускаемое давление при термически необработанных деталях (сталь и чугун);

[p] – 15-30 H/мм² - допускаемое давление при тех же материалах, но надежной смазке или при закаленных стальных поверхностях трения;

М_р – расчетный момент, Нмм;

h, D и d – в мм.

Кулачково-дисковые муфты изготовляют по нормалям машиностроения (таблица 11.2) для диаметров валов от 15 до 150 мм. Нормаль распространяется на муфты, предназначенные для соединения валов с радиальным смещением не более 0,04d и угловым отклонением не более 30´.

Рисунок 11.2 - Муфты кулачково-дисковые (по МН 2701- 61),мм

При d=15-80 S=

При d=85-150

Таблица 11.2 – Основные размеры, мм

Диаметр вала d	Допускаемый расчетный момент Мр,Нм	D	L	Dо	H	h	2 пресс-масленки тип V ГОСТ 1303-56 (с буртиком)
15, 17, 18	120	70	95	32	34	10	V – 1Б
20, 25, 30	250	90	115	45	38	12
36, 40	500	110	160	60	51	16
45, 50	800	130	200	80	59	20
55, 60	1250	150	240	95	69	25	V – 2Б
65, 70	2000	170	275	105	84	30
75, 80	3200	190	310	115	97	34

Примечания. 1. Допускается в отдельных обоснованных случаях применение размеров d и L, отличных от указанных в таблице.

2. Пример обозначения муфты для вала d=25 мм: Муфта 25 МН 2701 – 61.

Шарнирные муфты применяют в тех случаях, когда оси соединяемых валов расположены под значительными углами, достигающими 40-45º. Передача движения под такими большими углами обеспечивается тем, что в муфте (рисунок 3,а) имеются два шарнира с взаимно перпендикулярными осями. Сдваивая муфты (рисунок 3,б), можно увеличить угол между геометрическими осями соединяемых валов.

Рисунок 11.3 – Шарнирные муфты

При постоянной угловой скорости ведущего вала одна шарнирная муфта дает неравномерное вращение ведомого вала. Сдвоенная муфта (или две шарнирные муфты) может обеспечить равномерное вращение ведомого вала.

Для этого необходимо выдержать следующие условия:

1) оси шарниров на промежуточной втулке (или на промежуточном валике) должны быть параллельны; 2) соединяемые валы должны располагаться в одной плоскости и составлять с промежуточной втулкой (валиком) одинаковые углы δ₁ = δ_{2 .}

Муфты шарнирные малогабаритные изготовляют для диаметров d от 10 до 40 мм (таблица 11.3).

Расчет шарнирных муфт включает проверку прочности и выносливости вилок, крестовины, цапф и расчет работоспособности шарниров.

Рисунок 11.4 - Муфты шарнирные малогабаритные, мм

Таблица 11.3 –Основные размеры шарнирных муфт, мм.

Диаметр вала d	Допускаемый расчетный момент Мр, Нм	D	L		l	l1	с	с 1	с 2	Штифт конический по ГОСТ 3129-70 d 1× l 2
			Тип А	Тип Б
10	25	16	50	72	20	12	25	22	6	3×18
12	40	20	60	86	25	16	30	26	8	3×22
16	80	25	70	102	30	20	35	32	10	4×28
20	160	32	84	124	38	25	42	40	12	5×30
25	320	40	104	152	46	32	52	48	16	6×40
32	640	50	130	190	56	40	65	60	20	8×50
40	1280	60	170	242	68	50	85	72	25	10×60

Примечания. 1. Момент Мр дан для муфты в выпрямленном положении (угол δ между ведомым и ведущим валами равен нулю). При δ, не равном нулю, табличные значения Мр должны быть умножены на cos δ.

2. Пример обозначения муфты типа А при d=25 мм: Муфта шарнирная А

Муфты упругие втулочно-пальцевые (МУВП) общего назначения применяются для передачи вращающих моментов со смягчением ударов посредством упругих резиновых втулок, надеваемых на пальцы. Они получили широкое распространение, особенно в передачах от электродвигателей.

Рисунок 11.5 – Муфта упругая втулочно-пальцевая (МУВП)

Полумуфты насаживают на концы валов с натягом на призматических шпонках. В одной полумуфте на конических хвостовиках закрепляют пальцы с надетыми на них резиновыми втулками. Эти резиновые втулки входят в цилиндрические расточки другой полумуфты.

Вследствие деформации резиновых втулок при передаче момента смягчаются толчки и удары, но амортизирующая способность муфты незначительна. Муфта компенсирует незначительные смещения радиальные (~0,3-0,6 мм), угловые (до 1º) и осевые.

Материал полумуфт – чугун СЧ 21-40; для быстроходных муфт применяются поковки из стали 30 или стальное литье 35Л;пальцы – из нормализованной стали 45, а втулки – из специальной резины.

Пальцы проверяют на изгиб по сечению А –А, а резиновые втулки – на смятие поверхности, соприкасающейся с пальцами.

Рисунок 11.6 – Муфты упругие втулочно-пальцевые (по МН 2096-64)

Таблица 11.4 –Основные размеры упругих втулочно-пальцевых муфт, мм.

Диаметр вала d, мм	Допускаемый расчетный момент Мр, Нм	nmax, об/мин	Размеры, мм										Пальцы				Втулки
			D	Lнаиб	Dо	d1	d2	l	l1	l2	l3	с	dп, мм	lп, мм	Резьба	Число пальцев z	dв, мм	lв, мм
16, 18	32	6300	90	84	58	30	28	40	25	22	30	1 - 4	10	19	М8	4	19	15
20, 22	55	5600	100	104	68	40	32	50	25	22	38	1 - 4	10	19	М8	6	19	15
25, 28	130	4750	120	125	84	52	40	60	32	35	44	1 - 5	14	33	М10	4	27	28
(30), 32, (35), 36,(38)	240	4000	140	165	100	70	52	80	32	35	60	1 - 5	14	33	М10	6	27	28
40, (42), 45	450	3350	170	226	120	80	62	110	42	45	85	2 - 6	18	42	М12	6	35	36
(48), 50,55	700	3000	190	226	140	100	75	110	42	45	85	2 - 6	18	42	М12	8	35	36
60, (65)	1100	2650	220	286	170	120	95	140	42	45	108	2 - 6	18	42	М12	10	35	36

Примечания. 1. Муфты изготавливаются четырех исполнений: исполнение 1 – обе полумуфты с цилиндрическими расточками; исполнение 2 – обе полумуфты с коническими расточками; исполнение 3 – полумуфты 1-я с цилиндрической расточкой, а полумуфта 2-я с конической расточкой; исполнение 4 – полумуфта 1-я с конической расточкой, а полумуфта 2-я с цилиндрической расточкой.

2. Размеры второго ряда, заключенные в скобки, по возможности не применять.

3. Пример обозначения муфты исполнения 1 при d=50 и d=55 мм: Муфта МУВП1-50-55 МН 2096 – 64

Рисунок 11.7 – К расчету пальцев и втулок упругой втулочно-пальцевой муфты

Условие прочности пальца на изгиб:

,

где σ_и - наибольшее напряжение изгиба в опасном сечении пальца, Н/мм²;

М_р – расчетный момент, Нмм²;

- окружная сила, передаваемая одним пальцем, Н;

D_о – диаметр окружности, на которой расположены пальцы, мм (рисунок 11.6);

z – число пальцев;

l_п – длина пальца, мм;

0,1 - момент сопротивления изгибу, мм³;

- диаметр пальца, мм;

Н/мм² - допускаемое напряжение на изгиб для пальцев.

Условие прочности втулки на смятие:

,

где дополнительно l_в – длина втулки, мм;

Н/мм² - допускаемое напряжение на смятие для резины.

Втулочно-пальцевые муфты изготовляют по нормали машиностроения (таблица 11.4) для диаметров d от 16 до 150 мм.

По нормали предусматривается выполнение муфт с одним и тем же наружным диаметром D при разных диаметрах d расточек полумуфт. Поэтому с помощью втулочно-пальцевых муфт в технически обоснованных случаях допускается соединение валов разных диаметров. Поэтому муфту выбирают в пределах одного наружного диаметра.

При соединении валов разных диаметров, перепад которых выходит за пределы одного наружного диаметра муфты D, муфту выбирают по наибольшему диаметру вала. Полумуфта с меньшим диаметром расточки берется с укороченной длинной и уменьшенной обточкой ступицы (от 1,6 до 1,8 диаметра расточки).

Муфта упругая со звездочкой (рисунок 11.8) состоит из двух полумуфт, снабженных торцовыми кулачками. Кулачки входят в соответствующие впадины промежуточного элемента-звездочки. Эта звездочка изготовляется из резины и служит упругим элементом. Выступы звездочки работают на сжатие. Допускаемое напряжение от 2 Н/мм² при n=1750об/мин до 10 Н/ мм² при n=1000 об/мин.

Рисунок 11. 8 – Муфта упругая со звездочкой

При передаче момента в одну сторону работает лишь половина выступов звездочки. Это позволяет после их износа переставить звездочку, сдвинув ее на один выступ.

Муфты упругие со звездочкой изготовляют по нормали машиностроения МН 13-58 (таблица 11.8) для передачи моментов от 1,5 до 450 Нм. Они допускают радиальное смещение осей валов до 0,2 мм и угловое смещение до 1,5º.

Рисунок11. 9 – Муфты упругие со звездочкой ,мм

Таблица 11.5–Основные размеры упругих муфт со звёздочкой, мм.

D	d (допускаемое отклонение по А)	Допускаемый расчетный момент Мр, Нм	, об/мин	D1	L	L1	B	a
25	6,8,10,12	1,5	7500	--------	42	--------	6,5	8
32	10,12,14,16	3	6000	--------	50	--------	8,5	10
40	12,14,16,18,20	6	4500	--------	60	--------	10,5	10
50	16,18,20,22,25	15	4500	45	75	20	10,5	15
65	20,22,25,28,30	30	4500	50	95	30	12,5	15

Примечание. В пределах каждого габарита муфт (размер D) разрешается любое сочетание диаметров посадочных отверстий d в полумуфтах из предусмотренных для данного размера.Пример обозначения муфты с D=50 мм для валов с d=25 мм и d=20 мм: Муфта 50×25×20 МН 13-58.

Муфта с упругой оболочкой (рисунок 11.10) характерна тем, что в качестве упругого элемента используется резиновая оболочка, напоминающая автомобильную шину. Для облегчения сборки иногда применяют разъемную, состоящую из двух половин оболочку или заменяют последнюю несколькими упругими хомутами, имеющими такую же форму сечения.

Рисунок11.10 – Муфта с упругой оболочкой

Резиновая оболочка обладает большой упругостью, что придает муфте высокие компенсирующие свойства: осевое смещение от 3 до 6 мм, радиальное – от 2 до 6 мм и угловое – от 2 до 6º. Кроме того, одна полумуфта может повернуться относительно другой на угол до 30º.

Условие прочности оболочки на сдвиг в сечении около зажима:

,

где М_р – расчетный момент, Нмм;

- окружная сила в сечении около зажима, Н;

- диаметр окружности в сечении около зажима, мм;

- длина окружности, мм;

τ – толщина оболочки, мм;

Н/мм² - допускаемое напряжение на сдвиг для материала оболочки.

В таблице 11.6 приведены основные размеры муфт с упругой оболочкой.

Таблица 11.6 - Основные размеры муфт с упругой оболочкой, мм.

Диаметр вала d		Допускаемый расчетный момент Мр, Нм	, об/мин	Размер,мм
от	до			D	L	Dо	d 1	l	l1	B	H	δ
10	18	15	400	84	62	----	32	26	16	23	14	5
12	22	30	4000	104	64	50	34	28	16	28	18	6
18	30	80	4000	136	88	65	45	35	18	38	24	6
25	35	150	3000	178	125	85	60	47	35	50	31	10
30	50	300	3000	210	150	110	80	59	38	60	37	12