Тема 3: Вал, ось, подшипник, муфта.

Вопросы темы:

1. Назначение и виды валов и осей.

2. Назначение и виды подшипников.

3. Подшипники качения.

4. Подшипники скольжения.

5. Назначение и классификация муфт.

1. Назначение и виды валов и осей.

В механических передачах, различных узлах машин со­держится ряд деталей, предназначенных для поддержива­ния вращающихся элементов машин — шкивов, звездочек, зубчатых и червячных передач и т. д. Эти детали называются осями и валами. По конструкции оси и прямые валы мало отличаются друг от друга, но характер их работы сущест­венно различен: оси являются поддерживающими деталями и воспринимают только изгибающие нагрузки; валы пред­ставляют собой звенья механизма, передающие крутящие моменты и, помимо изгиба, испытывающие кручение.

Нагрузки, воспринимаемые осями и валами, передаются на корпуса, рамы или станины машин через опорные уст­ройства — подшипники.

Простейшие прямые валы имеют форму тел вращения. Валы вращаются в подшипниках. Так как передача крутящих моментов связана с возникновением сил, например сил на зубьях зубчатых колес, сил натяжения ремней и т. д., валы обычно подвержены действию не только крутящих моментов, но также поперечных сил и изгибающих моментов. Лишь небольшая часть валов, например гибкие валы, часть торсионных валов, не под­держивает вращающиеся детали.

Части валов и осей, непосредственно соприкасающиеся с подшипниками, носят общее наименование цапф (рис.1). Цапфу, расположенную на конце вала, называют шипом, а на средней части вала — шейкой (рис.1,а). Цапфы, передающие на опоры осевые нагрузки, называют пятами (рис.1,б).

Рисунок 1. Валы

Цапфы (шейки) валов, работающие в подшипниках скольжения, выполняют: цилиндрическими; коническими; сферическими (рис.2).

Цапфы валов для подшипников качения выполняют: цилиндрическими без крепления; с резьбой (рис.3).

Поверхности валов и осей, на которые насаживают ступицы деталей, называют посадочными поверхностями. Их выполняют цилиндрическими или коническими.

Оси могут быть неподвижными или вра­щаться вместе с насаженными на них деталями. В современном машиностроении чаще применяют вращаю­щиеся оси, так как подшипники их более доступны для об­служивания, ремонта и замены.

Валы при работе механизма всегда вращаются.

Признаками для классификации осей и валов служат их назначение, форма геометрической оси (только для валов), конструктивные особенности.

По назначению валы можно разделить на валы передач, несущие детали передач – зубчатые колеса, шкивы, звездочки, муфты (рис.4, а, б); на коренные валы машин и другие специальные валы, несущие кроме деталей передач рабочие органы машин двигателей и орудий – колеса или диски турбин, кривошипы, инструменты, зажимные патроны и др. (рис.4, в-д)

По геометрической форме валы делят на: 1) прямые и оси; 2) коленчатые; 3) кривошипные; 4) карданные; 5) гибкие. Коленчатые и кривошипные (рис.4, д) валы используют для преобразования возвратно-поступательного движе­ния во вращательное (двигатели внутреннего сгорания, компрессоры и др.). Карданный вал — это вал, снабжен­ный шарнирными механизмами, передающий вращение валам, располагающимся под переменным углом пере­сечения. Так, вращающий момент от коробки передач к мостам автомобиля или трактора передается с помощью карданных валов. Гибкие валы применяют для передачи вращающего момента между узлами машины, меняющими свое относительное положение в процессе работы.

Рисунок 4. Основные типы волов и осей

По форме и конструктивным признакам различают оси и валы постоянного поперечного сечения, например тран­смиссионные валы, (рис. 5, а); ступенчато-переменного сечения (такую форму имеет подавляющее большинство ва­лов) (рис. 5, б) оси и валы с фланцами для соединения их отдельных участков пли отдельных валов (рис.5, в).

Встречаются оси и валы переменного сечения, отдельные участки которых имеют коническую форму (рис5, д). Особую группу составляют валы-шестерни и валы-червяки (шестерня или червяк изготовлены заодно с валом) (рис.5, г, д, е).

Оси и валы могут быть выполнены сплошными или по­лыми (рис.5, б). Форма их поперечного сечения в боль­шинстве случаев — круг или круговое кольцо, но отдель­ные участки могут иметь и иное сечение.

Рисунок 5. Классификация валов по конструктивным признакам

Для снижения концентрации напряжений и увеличения долговечности ступенчатых валов переходные участки между ступенями выполняют в виде галтелей (скруглений, плавных переходов).

Материалы валов и осей должны быть прочными и хорошо обрабатываться. Прямые валы и оси изготовляют из углеродистых и легированных сталей. Для валов и осей применяют стали 40 и Ст5 без термообработки; для коленчатых валов — стали 45 и 40Х с термообработкой. Валы, работающие в подшипниках скольжения, изготов­ляют из сталей 20 и 20Х. Цапфы таких валов для повыше­ния износостойкости цементируют. Валы и оси обрабаты­вают на токарных станках с последующим шлифованием цапф и посадочных поверхностей.

При эксплуатации машин их валы и оси испытывают различные нагрузки, которые приводят к их деформации и износу. Основные неисправности валов и осей: изгиб, скручивание, износ шпоночных канавок, шлицев, поверх­ностей цапф. В двигателях коленчатые валы испытывают циклически изменяющиеся напряжения. Такой характер нагружения валов вызывает их усталость, что приводит к усталостному разрушению.

2. Назначение и виды подшипников.

Назначение подшипников – поддерживать вращающиеся валы и оси в пространстве, обеспечивая им возможность вращения или качения, воспринимать действующие на них. Подшипники могут также поддерживать детали, вращающиеся вокруг осей или валов, например шкивы, шестерни и др.

В зависимости от рода трения они делятся на подшипники качения и подшипники скольжения, а в зависимости от направления воспринимаемой нагрузки – на радиальные, воспринимающие радиальные нагрузки, направленные перпендикулярно оси цапфы; упорные, воспринимающие осевые нагрузки; радиально-упорные, воспринимающие как радиальные, так и осевые нагрузки.

Упорные подшипники называют подпятниками.

Подшипники воспринимают радиальные и осевые нагрузки, приложенные к валу или оси, и передают их на раму, корпус или станину машины. При этом вал должен фиксироваться в осевом направлении и вращаться вокруг заданной геометрической оси. Потери на трение в подшипниках должны быть минимальными во избежание снижения КПД механизма. От качества подшипников в значительной мере зависит работоспособность и долговечность машины.

3. Подшипники качения.

Подшипники качения – это опоры вращающихся или качающихся деталей, использующие элементы качения (шарики или ролики) и работающие на основе трения качения.

Подшипники качения разделяют по направлению воспри­нимаемой нагрузки на:

· радиальные, предназначенные для чисто радиальной нагрузки или способные также фиксировать валы в осевом направлении и воспринимать небольшие осевые нагрузки;

· радиально-упорные для комбинированной радиальной и осевой нагрузки;

· упорные, предназначенные для осевой нагрузки;

· упорно-радиальные для осевой и небольшой радиальной нагрузки.

По форме тел качения подшипники раз­деляют на шариковые и роликовые. Шари­коподшипники (рис. 6, а—г) выполняют для всех рассмотренных выше групп по направлению воспринимаемой нагрузки.

Роликоподшипники выполняют следую­щих типов:

· цилиндрические с короткими цилинд­рическими роликами (рис. 7, а, б, в), сферические с роликами бочкообразной формы (рис. 7, г) и игольчатые (рис. 7, е) - все радиальные;

· конические с коническими роликами ра­диально-упорные (рис. 7, д) и упорные с цилиндрическими, коническими или боч­кообразными роликами (рис. 8).

Шарикоподшипники в среднем более быстроходны. Роликоподшипники имеют более высокую (в среднем на 50...70 %) грузоподъемность.

По числу рядов тел качения подшипни­ки делят на однорядные - (имеющие основ­ное распространение), двух- и многоряд­ные.

По признаку самоустанвливаемости подшипники делят на:

1) несамоустанавливающиеся — все шарико- и роликоподшипники, кроме сфе­рических, из них однорядные шарикопод­шипники с двухточечным касанием можно рассматривать как ограничено самоустанавливающиеся;

2) самоустанавливающиеся сфериче­ские (рис. 1, г и 2, г).

Подшипники качения выполняют в стан­дартных габаритах.

По габаритным размерам подшипники разделяют на размерные серии: по радиальным габаритным разме­рам—на сверхлегкие (две серии), особо легкие (две серии), легкие, средние, тяже­лые (всего семь серий); по ширине - на узкие, нормальные, широкие и особо широкие. Основное распростра­нение имеют особо легкие, легкие и сред­ние серии подшипников.

Рисунок 8. Основные типы тел качения

Выбор типа подшипника зависит от его назначения, направления и величины нагрузки, частоты вращения, режима работы, стоимости подшипника, особенностей монтажа.

Устройство и принцип работы подшипников качения. Преимущества и недостатки.

Подшипники качения состоят из следующих деталей : а) наружного и внутреннего колец с дорожками качения; б) тел качения (шариков или роликов); в) сепараторов, разделяющих тела качения. В совмещенных опорах одно или оба кольца могут отсутствовать. В них тела качения катятся непосредственно по канавкам вала или корпуса.

Подшипниковые узлы, кроме собственно подшипников качения, включают корпуса с крышками, устройства для крепления колец подшипников, защитные и смазочные устройства.

В зависимости от осевой нагрузки, частоты вращения и конструкции подшипникового узла внутренние кольца подшипников крепят на валу различными способами: посадкой с натягом (рис. 9, а), концевыми шайбами (рис. 9, б), круглыми шлицевыми гайками (рис. 9, в) и др. Наружные кольца закрепляют между упорным буртиком корпуса и торцом крышки (рис. 10, а), между крышками и упорным пружинным кольцом (рис. 10, б). В конструкциях с разъемными корпусами наружные кольца крепят цельными кольцами большого сечения и врезными крышками (рис. 10, в).

Рисунок 9. Схема крепления подшипников на валу: а) посадка с натягом; б) концевыми шайбами; в) круглыми шлицевыми гайками.

Рисунок 10. Крепление подшипников в корпусе: а) крышкой; б) крышками с упорными пружинным кольцом; в) врезной крышкой и цельным упорным кольцом; 1-пружинное кольцо; 2- крышка; 3-цельное кольцо.

Смазывание подшипников качения необходимо для уменьшения трения между телами качения, кольцами и сепаратором, для усиления местного теплоотвода от рабочих поверхностей и общего теплоотвода от подшипника, для предотвращения коррозии, для повышения герметичности и уменьшения шума. Для этого применяют пластичные и жидкие смазочные материалы.

Применяют следующие способы смазывания жидкими маслами:

1) Окунанием в масляную ванну;

2) Разбрызгиванием;

3) Под действием центробежных сил с использованием конусных насадок и смазыванием с помощью винтовых канавок на валу;

4) Капельное;

5) Масляным туманом.

Подшипники качения в целях предохранения их от загрязнений извне и для предотвращения вытекания из них смазочного материала снабжают уплотняющими устройствами. Они могут быть:

1) контактные (манжетные, сальниковые, осевые по кольцевой поверхности);

2) бесконтактные (щелевые и лабиринтные, центробежные, комбинированные).

Детали подшипников качения изготовляют из высоко­прочных шарикоподшипниковых хромистых сталей ШХ9, ШХ15 и других с термообработкой и последующим шлифованием и полированием. Твердость закаленных тел качения и колец составляет HRC 61-66. Сепараторы штампуют из мягкой листовой стали.

Основные достоинства подшипников качения по сравнению с подшипниками скольжения:

1) меньшие моменты сил трения и теп­лообразование; малая зависимость момен­тов сил трения от скорости; значительно меньшие (в 5—-10 раз), чем в подшипни­ках скольжения, пусковые моменты;

2) значительно меньшие требования по уходу, меньший расход смазочных материалов;

3) большая несущая способность на единицу ширины подшипника;

4) значительно меньший расход цвет­ных металлов, меньшие требования к мате­риалу и к термической обработке валов.

К недостаткам подшипников качения от­носятся: повышенные диаметральные га­бариты, высокие контактные напряжения, поэтому ограниченный срок службы при большом его рассеянии, высокая стоимость уникальных подшипников при мелкосерийном производстве, меньшая способность демпфировать колебания, чем у подшипников скольжения, повышенный шум при высоких частотах вращения.

Маркировка подшипников. Монтаж и демонтаж подшипников.

Подшипники качения маркируют путем нанесения на торец кольца ряда цифр и букв, условно обозначающих внутренний диаметр, серию, тип, конструктивные особен­ности, класс точности и др. Две последние цифры обозначают внутренний диаметр (d). Для подшипников с d = 20—495 мм внутренний диаметр определяют умножением этих двух цифр на 5. Например, подшипник 1208 имеет d—40 мм. Третья цифра соответствует серии. Особо легкие подшипники обозначают цифрой 1, легкие — 2, средние — 3, тяжелые — 4, легкие широ­кие — 5, средние широкие — 6ит.д. Так, подшипник 1208 — легкой серии. Четвертая цифра указывает на тип подшипника:

Таким образом, подшипник 1208 является радиальным шариковым сферическим.

Пятая или пятая и шестая цифры — это отклонение конструкции подшипника от основного типа. Перед цифрами условного обозначения располагают одну или две буквы, указывающие на класс точности подшипника. Нормальный класс точности — буква Н, повышенный — П, высокий — В, особо высокий — А, сверхвысокий — С, классы ВП, АВ и СА — промежуточные. Для подшипников нормального класса точности букву не проставляют. В нашем примере подшипник 1208 — нормального класса точности. В условном обозначении могут быть и дополни­тельные знаки, характеризующие особые технологические требования или возможные изменения материала подшип­ника.

При установке подшипников качения необходимо соблюдать следующие правила. На посадочных поверх­ностях не должно быть задиров и следов коррозии. Рабочие поверхности внутренних и наружных колец (беговые дорожки) должны быть частыми, гладкими, без трещин, вмятин, волнистости, шелушения и задиров. Не разрешается установка подшипников с цветами побежалости на беговых дорожках. Допускается удаление следов коррозии с монтажных поверхностей подшипников путем зачистки пораженных участков наждачным полот­ном с последующей притиркой пастой ГОИ.

Нельзя очищать беговые дорожки, шарики и ролики от коррозии наждачным полотном. Коррозионные пятна с них можно удалять порошком окиси хрома, разведенным в минеральном масле. Для этого место, подвергшееся коррозии, натирают сукном, смазанным этой смесью, до полного удаления ржавчины, после чего подшипник промывают.

Перед сборкой узла подшипник промывают в керосине или горячем минеральном масле. Посадочные поверхности вала и корпуса протирают и слегка смазывают. На вращающуюся деталь кольцо подшипника монтируют с натягом (внутреннее — на вал, наружное — в корпус), на не вращающуюся — с посадкой, обеспечивающей значительно меньший натяг или зазор. Для облегчения посадки с натягом подшипник предварительно нагревают до 80—90°С в горячем минеральном масле. Усилие запрессовки прикладывают к тому кольцу, которое мон­тируют с натягом (рис.11), при этом передача усилий запрессовки через тела качения не допускается.

Неправильно собранный подшипниковый узел прежде­временно изнашивается. О дефекте сборки свидетельст­вует повышенный нагрев подшипника и ненормальный шум при его работе. Повышенный нагрев подшипника происходит в результате загрязнения подшипника при монтаже или в процессе эксплуатации; избытка или отсутствия смазки в подшипнике; трения сопряженных с подшипником деталей (лабиринтных уплотнений, уплотняющей набивки, шайб, гаек); неправильного монтажа подшипников; неправильного применения под­шипников; чрезмерного износа или разрушения дета­лей подшипника.

Ненормальный шум во время работы может быть вызван как нагревом подшипника, так и загрязнением или повреждением его деталей. Воспринимаемые на слух ритмичные удары могут указывать на выкрашивание дорожек качения или тел качения. Выбрасывание смазки из подшипника может быть вызвано износом уплот­няющих устройств или недостаточной эффективностью, а также избытком смазки.

Демонтируют подшипники с по­мощью съемников (рис.12) и других приспособлений, исключающих удары. Во избежание появления вмятин на дорожках качения подшипник при де­монтаже захватывают за внутреннее кольцо — при удалении с вала и за наружное — при удалении из корпуса.

При сборке на внутренней кромке самоподжимных сальников не должно быть заусенцев и трещин, а на наружной — порезов, трещин, продольных рисок и углублений; допускаются лишь небольшие наплывы, кольцевые риски и шероховатости.

При износе или разрыве манжет сальники не ремон­тируют, а заменяют новыми. Во время ремонта машин их промывают в керосине. Когда сальник находится в свободном состоянии, пружина должна плотно обжимать манжету.

Шейки валов, сопрягающиеся с сальниками, должны быть чистыми, без рисок и задиров. Изношенные шейки шлифуют и полируют, а перед установкой сальников смазывают солидолом. При запрессовке сальника усилие необходимо прикладывать только к его корпусу.

Монтируют их с помощью конусных наставок.

Рисунок 11. Схема монтажа подшипников качения ) с применением подкладочного кольца; б) монтажной трубой; в) специальной оправкой.

Рисунок 12. Съемник для монтажа подшипников: 1-винт; 2-верхняя крестовина; 3-нижняя крестовина; 4-соединительная планка; 5-лапа.

4. Подшипники скольжения.

Подшипники скольжения – это опоры вращающихся деталей, работающие в условиях скольжения поверхности цапфы по поверхности подшипника.

Условно подшипники скольжения можно разделить на следующие виды:

разъемные и неразъемные, в зависимости от конструкции их корпуса; присоединенные и встроенные, в зависимости от особенностей их установки; вкладышные и безвкладышные, в зависимости от наличия вкладышей; несамоутанавливающиеся и самоустанавливающиеся, в зависимости от способностей вкладышей подшипника к самоустанавливанию.

Неразъемные подшипники применяют при небольших скоростях скольжения и работе с перерывами, например, в мехенизмах управления и др. Разъемные подшипники широко применяются для коленчатых валов автотракторных двигателей, в тихоходных установках, для высокоскоростных валов, например, в центрофугах.

Также различают следующие виды подшипников скольжения: подшипники с сегментными самоустанавливающимися подушками; гидростатические подшипники; подшипники с газовой смазкой; магнитные подшипники; подпятники.

Область применения.

Подшипники скольжения широко применяют:

1. Подшипники, которые необходимо по условиям сборки выполнять разъемны­ми (например, для коленчатых валов).

2. Подшипники особо тяжелых валов, для которых может потребоваться инди­видуальное изготовление подшипников качения и они могут оказаться суще­ственно дороже.

3. Подшипники, подверженные большим вибрационным нагрузкам и ударам, кото­рые применяют из-за значительного демп­фирующего действия масляного слоя и способности воспринимать ударные на­грузки.

4. Подшипники, требующие очень ма­лых диаметральных размеров, в частности подшипники близко расположенных валов.

5. Подшипники для особо точного и равномерного вращения и точного пово­рота — гидростатические.

6. Подшипники для особо высоких ча­стот вращения — газовые и электромаг­нитные.

Кроме того, подшипники скольжения применяют во вспомогательных тихо­ходных малоответственных механизмах.

Устройство и принцип работы подшипников скольжения. Преимущества и недостатки.

Конструкции подшипников.

Рисунок 13. Подшипник скольжения: 1-втулка; 2-смазочная канавка; 3-стопорный винт; 4-станина машины.

Корпус подшипника может представлять собой отдельную литую или сварную деталь, присоединяемую к ма­шине (рис.13) или выполняться за одно целое с неподвижной корпусной деталью (например, с рамой машины) или с по­движной деталью (например, с шатуном).

Корпуса подшипников выполняют цель­ными или разъемными (рис.13).

Цельные корпуса проще в изготовлении и жестче, чем разъемные. Зато они тре­буют осевого монтажа вала, что для тя­желых валов представляет существенные трудности. Поэтому цельные корпуса при­меняют для валов небольших диаметров. Для коленчатых валов они неприменимы.

Рисунок 14. Подшипник с разъемным корпусом.

Вкладыши применяют для того, чтобы не выполнять корпуса подшипников из дорогих антифрикционных материалов, для возможности замены после износа. Вкладыши в неразъемных подшипниках изготовляют в виде втулок (рис.15, а), а в обычных разъемных подшипниках — из двух половин (рис.15,б).

Рисунок 15. Вкладыши подшипников: а-втулка; б-вкладыш из двух половин с заливкой; в-вкладыш из ленты

Важным условием хорошей работы подшипников являются малые перекосы осей цапфы и подшипника под нагрузкой. Для их уменьшения влияния целесообразно применять самоустанавливающиеся подшипники, в которых вкладыши выполняют со сферической опорной поверхностью, описанной из центра подшипника (рис. 16, а). Иногда применяют опору в виде пояска с малой угловой контактной жесткостью (рис. 16, б).

Рисунок 16. Схемы самоустанавливающихся подшипников

Корпус и крышку подшипника отливают из серого чугуна, обладающего хорошими литейными свойствами. Шейки валов подвергают химической и химико-термической обработке для повышения высокой твердости. Вкладыши изготавливают металлическими, биметаллическими и из порошков материалов.

Для смазывания подшипников скольжения служат минеральные масла (моторные и трансмиссионные) и консистентные смазки (солидолы, консталины). Жидкие масла применяют в высокооборотных подшипниках, например в двигателях внутреннего сгорания. Консистентные смазки ис­пользуют в подшипниках, работающих при малых скорос­тях скольжения и ударных нагрузках.

Смазка подводится в подшипник по ходу вращения цапфы в зону зазора и распределяется по смазочным ка­навкам, расположенным в ненагруженной зоне вклады­ша по его длине. В местах стыка вкладышей делают не­глубокие карманы-холодильники, которые распределяют смазку по длине цапфы, охлаждают ее и собирают про­дукты износа. Смазка подается в подшипники самотеком с помощью смазочных устройств или под давлением от шестеренчатых насосов.

В автотракторном и сельскохозяйственном машино­строении приняты циркуляционная система смазывания, смазывание разбрызгиванием, а также через пресс-масленки. При циркуляционной системе смазывания, напри­мер в двигателях, отфильтрованное и охлажденное масло непрерывно подводится в подшипниковые узлы.

Смазывание разбрызгиванием применяют в гермети­чески закрытых механизмах (редукторах, коробках пере­дач и т. п.) — масло «захватывается» вращающимися деталями и разбрызгивается.

Через пресс-масленки смазка подается к трущимся по­верхностям под давлением с помощью шприца.

Преимущества подшипников сколь­жения по сравнению с подшипниками других конструкций: надежность в работе в высокоскоростных приводах (подшипники качения в этих условиях недолговечны); способность воспри­нимать большие ударные и вибрационные нагрузки вследствие демпфирующего действия масляного слоя; бесшумная работа; сравнительно малые радиальные раз­меры; возможность устанавливать их на шейки колен­чатых валов, что облегчает монтаж и демонтаж машин, возможность работы в воде и в других агрессивных средах. Недостатки: в процессе работы требуют постоянного контроля из-за высоких требований, предъявляемых к смазке, и из-за опасности перегрева (перерыв в подаче смазки ведет к выходу подшипников из строя); сравни­тельно большие осевые габаритные размеры; боль­шой расход смазки, неравномерный износ подшипника и цапфы, применение дорогостоящих материалов, большая длина в осевом направлении.

5. Назначение и классификация муфт.

Муфтой называют устройство для соединения концов валов. Она передает вращающий момент, не изменяя его значения и направления, при этом дополнительно поглощает вибрации и толчки, предохраняя машину от аварий при перегрузках. Муфты используют также для включения и выключения рабочего механизма машины без остановки двигателя.

Все муфт подразделяются на четыре основных класса: нерасцепляемые, управляемые, самодействующие и прочие.

В свою очередь, классы муфт подразделяются на группы: механические, гидравлические, электромагнитные.

Также они подразделяются на подгруппы:

1) по принципу действия: а) постоянные, осуществляющие постоянное соединение валов; б) сцепные, допускающие сцепление и расцепление валов; в) самоуправляемые, автоматически разъединяю­щие валы при изменении заданного режима работы машины; г) предохранительные, предохраняющие меха­низмы от перегрузок;

2) по характеру работы: а) жесткие, передающие вместе с вращающим моментом вибрации, толчки и удары; б) упругие, передающие вместе с вращающим моментом вибрации, толчки и удары.

На виды: фрикционные, разъемные, неразъемные с разрушаемым или не разрушаемым элементом и т.д.

По конструктивному исполнению: зубчатые, кулачковые, фрикционные, шариковые, и др.

Нерасцепляемые муфты.

К этому классу муфт относятся муфты, не допускающие разъединения деталей в процессе работы машины. Приведем некоторые из них.

Глухие муфты соединяют соосные валы в одну жесткую линию. Применяют их в тихоходных приводах. Различают глухие муфты втулочные и дисковые (фланцевые).

Втулочная муфта (рис. 17) представляет собой втулку, закрепляемую на валах с помощью шпонок или шлицев. Применяется для передачи небольших моментов, имеет простую конструкцию и малые габаритные размеры. Недостаток такой муфты — неудобство монтажа и демон­тажа, связанные с необходимостью осевого смещения валов.

Дисковая муфта (рис. 18) состоит из двух полумуфт с фланцами, стянутыми болтами, причем одна половина болтов установлена с зазором, а другая—точно пригнана к отверстиям. Для центрирования валов на одном фланце делается выступ, на другом — расточка. Такой способ центрирования требует осевого смещения одного из валов при монтаже и демонтаже муфты. Этот недостаток устраняют, применяя центрирующие разъемные промежуточные полукольца, которые закладывают между фланцами полумуфт. Дисковые муфты просты по конструкции и могут передавать большие крутящие моменты.

Рисунок 17. Втулочная муфта: 1 – валы, 2 – втулочная муфта, 3 – шпонка.

Рисунок 18. Дисковая муфта: 1 – полумуфта, 2 – промежуточное кольцо, 3 – болтовое соединение.

Компенсирующие муфты.

Компенсирующие муфты предназначены для соедине­ния валов с компенсацией радиальных, осевых и угловых смещений вследствие неточности изготовления и монтажа (рис. 19). Они делятся на жесткие и упругие. В жестких муфтах компенсация несоосности валов достигается благодаря подвижности ее жестких деталей, а упругих — благодаря деформации упругих деталей. Наибольшее распространение из жестких муфт получили кулачково-дисковые и шарнирные; из упругих — втулочно-пальцевые.

Рисунок 19. Отклонение валов от соосного расположения: а – соосное расположение валов, б – радиальное смещение валов на величину α, в – осевое смещение валов на величину β, г – угловое смещение валов на величину γ.

Кулачково-дисковая муфта (рис.20) состоит из двух полумуфт 1 и 3 с торцовыми пазами и промежуточного пла­вающего диска 2 с двумя взаимно перпендикулярными выступами. В процессе работы диск скользит по пазам, компенсируя несоосность валов. Для уменьшения потерь на трение и изнашивания сопряженных поверхностей их периодически смазывают, для чего в промежуточном диске 2 предусмотрены отверстия О.

Рисунок 20. Кулачково-дисковая муфта

Зубчатая муфта состоит из двух полумуфт с наружными зубьями и разъемной обоймы с двумя рядами внутренних зубьев. Для компенсации несоосности валов головки зубьев полумуфт выполняют по сфере радиуса, а в продольном сечении зубьям придают бочкообразную форму. При такой форме зубьев и предусмотренных зазорах в зацеплении муфты в зависимости от размера допускают всевозможные смещения валов.

В последнее время отдельные элементы зубчатых муфт изготавливают из пластмасс, которые придают муфтам упругие и демпфирующие устройства, повышенную износостойкость. Зубчатые муфты по­лучили широкое распро­странение в транспорт­ных и стационарных ма­шинах благодаря сле­дующим преимуществам: высокой нагрузочной способности и компактности, обусловленных передачей нагрузки большим числом одновременно рабо­тающих пар зубьев; технологичности конструкции и воз­можности использования в практически неограниченных диапазонах угловых скоростей и передаваемых моментов.

Шарнирная муфта (рис. 21) применяется для соединения валов, оси которых пересекаются под углом до 45°. Она состоит из двух вилок и крестовины. При постоянной угловой скорости, постоянной частоте вращения ведущего вала одна шарнирная муфта передает вращение ведомому валу с переменной угловой скоростью вращения за один оборот. С увеличением угла неравномерность вращения возрастает. Чтобы устранить этот недостаток, применяют сдвоенную шарнирную муфту, обе вилки промежуточного вала которой лежат в одной плоскости, а оси соединяемых валов имеют оди­наковые угловые смещения с осью промежуточного вала. Для осевого смещения валов во время работы ис­пользуют телескопический промежуточный вал.

Рис. 21. Шарнирная муфта: а—одинарная, б—сдвоенная; 1—вилка, 2—крестовина, 3— проме­жуточный вал.

Упругие муфты.

К этой разновидности относятся муфты, у которых момент вращения между полумуфтами передается через упругие элементы. Эти элементы опреде­ляют основные свойства муфт: способность амортизировать толчки и удары, демпфировать колебания и предупреж­дать резонанс, компенсировать неточности взаимного рас­положения соединяемых валов, В зависимости от материа­лов упругих элементов эти муфты делят на муфты с метал­лическими и неметаллическими упругими элементами.

Втулочно-палъцевая муфта (рис. 22) является наиболее распространенной муфтой с неметаллическим упругим элементом — резиной. Она состоит из двух дисковых полумуфт, в одной из которых в конических отверстиях закреплены соединительные пальцы с надеты­ми на них гофрированными резиновыми втулками. Вследствие небольшой толщины втулок муфта отличается малой податливостью, компенсируя лишь незначительные смещения валов. Радиальное и угловое смещение валов снижает долговечность резиновых втулок, так как на валы действует дополнительная изгибающая сила. Муфта широ­ко используется для соединения машин с электродвигате­лями при передаче малых и средних вращающих моментов. Она проста в изготовлении и надежна в работе.

Рисунок 22. Втулочно-пальцевая муфта: 1, 4 – муфты, 2 – соединительные пальцы, 3 – резиновые втулки.

Упругая муфта с резиновой звездочкой (рис.23) имеет меньший диаметр по сравнению со втулочно-пальцевой муфтой, исполь­зуется для соединения быстроходных валов. Ее упругие и компенсирующие свойства близки к свойствам втулочно-пальцевой муфты. Муфты с резиновой звездочкой обладают большой радиальной, угловой и осевой жесткостью, поэтому их при­менение, возможно при уста­новке соединяемых изделий на плитах (рамах) большой жесткости.

Муфта с торообразной оболочкой (рис. 24) также состоит из двух фланцевых полумуфт 1 и 5, насаживае­мых на соединяемые концы валов. Полумуфты соединяют резиновой или резинокордной обо­лочкой 2, закрепляемой с помощью прижимных колец 3 и винтов 4. Муфта обладает хорошими амор­тизирующими и демпфирующими свойствами и может компенсиро­вать значительные смещения ва­лов. Муфта проста в изго­товлении и надежна в эксплуата­ции. Недостаток этой муфты — большие габаритные размеры.

Рисунок 24. Муфта с торообразной оболочкой.

Управляемые муфты.

К этой группе муфт относятся муфты, позволяющие сцеплять и расцеплять валы, как на ходу, так и во время остановки. Применяются при строгой соосности валов. Эти муфты широко используют при частых пусках и остановках, при необходимости изменения режима работы, реверсирования, что характерно для транспортных машин,

металлорежущих станков и др. По принципу боты эти муфты делят на кулачковые (зубчатые) и фрикционные.

Сцепные кулачковые и зубчатые муфты имеют значительно меньшие габаритные размеры и массу, чем фрикционные. Однако достаточно плавное включение на ходу при использовании этих муфт возможно только при наличии специальных синхронизаторов.

Кулачковые муфты (рис.25) состоят из двух полумуфт с кулачками на торцевых поверхностях. При включении кулачки одной полумуфты входят во впадины другой, создавая, таким образом, жесткое сцепление. Для переключения муфты одна полумуфта передвигается вдоль вала на двух направляющих шпонках или шлицах с помощью поводка. Кулачковые муфты широко применяются в сельскохозяйственных ма­шинах.

Рисунок 25. Кулачковая муфта: 1 – вал, 2, 3 – полумуфты, 4 – поводок, 5 – направляющая шпонка.

Фрикционные муфты предназначены для плавного сцепления валов под нагрузкой на ходу. Крутящий момент передается силами трения, возникающими между тру­щимися поверхностями деталей муфты. В начале включе­ния в результате проскальзывания рабочих поверхностей ведомый вал «разгоняется» плавно, без ударов, с посте­пенным (по мере увеличения нажимного усилия) нарас­танием передаваемого вращающего момента. При устано­вившемся движении проскальзывания не происходит, муфта замыкается, и частота вращения обоих валов ста­новится одинаковой. В момент перегрузок муфта пробук­совывает, предохраняя машину от поломок. Фрикционные муфты устанавливают на тракторах и автомобилях для передачи вращающего момента от двигателя к первичному валу коробки передач, в муфтах поворота и др.

Самодействующие муфты.

Самодействующими и самоуправляющимися называются муфты, автоматически выполняющие одну из следующих функций: а) ограничение передаваемой нагрузки (предохранительные муфты); б) передачу момента только в одном направлении (обгонные муфты); в) включение и выключение при заданной скорости (центробежные муфты).

Самоуправляемые (автоматические) муфты предназначены для автоматического разъединения валов при изменении заданного режима работы. Пример самоуправляемой муфты — муфта свободного хода (рис. 26), служащая для передачи вращающего момента в одном направлении. Она состоит их двух строго соосных полумуфт, одна из которых имеет форму кольца (обоймы), а вторая — форму звездочки с вырезами для роликов. Для быстрого включения муфты ролики отжи­маются пружинами. При передаче вращающего момента ролики заклиниваются между полумуфтами и образуют жесткое сцепление. Если по какой-либо причине частота вращения ведомого вала превысит частоту вращения ведущего вала, то ролики расклинятся, выкатятся в расширенную часть выреза, и муфта автоматически выключится. Обгонные муфты применяют в передаточном механизме пускового двигателя, на приводах транспортера силосоуборочных комбайнов СК-2,6 и т. д.

Рисунок 26. Муфта свободного хода: 1 – звездочка, 2 – обойма, 3 – ролики, 4 – пружина.

Предохранительные муфты защищают машины от перегрузок, регулируя передаваемый момент.

Наибольшее распространение в сельскохозяйственном машиностроении получили пружинно-кулачковые муфты (рис. 27). По конструкции они аналогичны сцепной кулачковой муфте, только подвижная полумуфта прижимается к неподвижной не механизмом управления, а постоянно действующей пружиной с регулируемым усилием. Кулачки трапецеидального профиля невысокие, угол наклона их рабочих граней 45—60°. При перегрузке осевые усилия на гранях кулачков становятся больше прижимного усилия пружины, и муфта проворачивается (многократно прощелкивая кулачками), подавая при этом звуковой сигнал о перегрузке. Регулируют муфту с помощью пружины. Для срабатывания муфты суммарный зазор между витками пружины должен быть не менее чем на 2—3 мм больше продольного хода полумуфты.

Рисунок 27. Пружинно-кулачковая предохранительная муфта: 1—звездочка привода (полумуф­та), 2—кулачки полумуфт, 3-неподвижная полумуфта, 4—пру­жина, 5—пружинная шайба, 6— регулировочные гайки

Муфты изготовляют из различных материалов. Так, втулочные и кулачково-дисковые муфты выполняют из стали 45. Материалом для дисковых муфт служит сталь 40 или чугун СЧ20. Детали шарнирных, кулачковых и обгонных муфт изготовляют из хромистых сталей 20Х или 40Х. Рабочие поверхности фрикционных муфт делают из специальных фрикционных материалов. На предохранительные пружинно-кулачковые муфты идет чугун СЧ20.

Центробежные муфты служат для автоматического соединения и разъединения валов при достижении определенной частоты вращения. При определенной частоте вращения вала под действием центробежных сил муфты соответственно включаются и выключаются.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Назовите отличие валов от осей;

2. Назовите устройство подшипников качения;

3. Назначение подшипников скольжения;

4. Назовите классификацию муфт.