Соединительные муфты и сборка составных валов.

Весьма часто в конструкциях машин и механизмов встречают­ся составные валы, т. е. валы, состоящие из двух, трех и более ча­стей, В зависимости от конструкции механизма и требований, предъявляемых к точности взаимного расположения валов, при­меняют различные виды соединительных устройств — муфт. Основное назначение этих соединительных устройств — передача вращательного движения и крутящего момента без изменения его направления и величины.

Если в процессе работы валы должны быть постоянно соедине­ны, то применяют жесткие и подвижные соединительные муфты, а если необходимо разъединение валов — то сцепные; для предохра­нения механизмов от перегрузок применяют предохранительные муфты. Для передачи движения в одном направлении широко при­меняют обгонные муфты, которые обеспечивают прекращение пе­редачи вращательного движения при изменении его направления.

Конструкция жестких соединительных муфт.

Жесткие соеди­нительные муфты различных конструкций (неподвижные глухие, втулочные, продольно- и поперечно-свертные) обеспечивают со­единение валов с отклонением от соосности не более 0,05 мм.

Неподвижные глухие муфты (рис. 1, а) применяют в приво­дах, работающих с переменной скоростью или в режиме частого пуска.

Втулочные муфты служат для соединения соосных валов при передаче крутящих моментов до 12 500 Н-м. Эти муфты могут быть соединены с валом при помощи штифтов (рис. 1, б); при­зматических (рис. 1, в) и сегментных (рис. 1, г) шпонок и шли­цов (рис. 1, д).

Продольно-свертные муфты (рис. 1, е) применяют при со­единении гладких валов при передаче крутящих моментов до 12500 Нм. Муфта состоит из двух полумуфт с плоскостью разъ­ема параллельной оси вала, соединение осуществляется при помо­щи болтов.

Поперечно-свертные муфты (рис. 1, ж) применяют для со­единения валов диаметром до 250 мм при передаваемом крутящем моменте до 40 000 Нм. Муфта состоит из двух полумуфт с плоско­стью разъема, перпендикулярной оси вала, соединяемых между собой болтами.

Сборка жестких соединительных муфт.

Сборка жестких соеди­нительных муфт начинается с контроля взаимного расположения соединяемых валов и размеров посадочных мест на валах и муф­тах. После контроля соединяемых валов на них устанавливают соединительные муфты, фиксируя положение последних за счет штифтовых, шпоночных и шлицевых соединений, применяя в слу­чае необходимости стопорные винты (для шпоночных и шлицевых соединений). При установке свертных муфт (продольных и поперечных) их положение на валах фиксируется при помощи соеди­нения полумуфт болтами.

Конструкция подвижных соединительных муфт.

Подвижные соединительные (компенсирующие) муфты применяют в тех слу­чаях, когда необходима компенсация незначительного отклонения соединяемых валов от соосности. В зависимости от величины до­пускаемого отклонения соединяемых валов от соосности применяют подвижные соединительные муфты различной конструкции: зубчатые, цепные и крестовые.

Зубчатые муфты (рис. 2, а) состоят из двух полумуфт 2 с на­ружными зубьями, которые устанавливают на валах, фиксируя их положения при помощи шпоночного соединения. Зубья полумуфт находятся в зацеплении с внутренними зубьями двух обойм 1, ко­торые соединяются между собой болтами. Компенсирующая спо­собность зубчатых муфт определяется углом перекоса оси каждой полумуфты относительно обоймы и расстоянием между осями зубчатых венцов. Допускаемое смещение осей валов при соедине­нии зубчатыми муфтами приведено в табл. 1.

Таблица 1. Допускаемые смещения осей валов при соединении зубчатыми муфтами:

Диаметр вала, мм	Радиальное смещение, мм	Угловое смещение, рад	Диаметр вала, мм	Радиальное смещение, мм	Угловое смещение, рад
40	0,4	0,0004	220	2,1	0,0021
50	0,6	0,0006	250	2,6	0,0026
60	0,8	0,0008	280	2,7	0,0027
75	1,0	0,0010	320	2,9	0,0029
90	1,2	0,0012	360	3,4	0,0034
105	1,3	0.0013	400	3,7	0,0037
120	1,5	0,0015	450	4,1	0,0041
140	1,6	0,0016	500	4,6	0,0046
160	1,7	0,0017	560	4,7	0,0047
180	1,9	0,0019	560	4,7	0,0047

Цепные муфты (рис. 2, б) состоят из двух звездочек 3, кото­рые устанавливают на соединяемые валы при помощи шпонок, охватывающей цепи 4 и кожуха 5. Применяют эти муфты для со­единения валов диаметром 20… 140 мм при передаче крутящих мо­ментов до 8 000 Нм. Допускаемое смещение валов при соеди­нении этими муфтами: радиальное — 0,15…0,70 мм; угловое — 1 °. К недостаткам цепных муфт следует отнести наличие угловых за­зоров и мертвого хода, в результате чего они не могут применяться в реверсивных передачах, а также при больших динамических нагрузках.

Крестовые муфты допускают осевые, радиальные и угловые смещения соединяемых валов. Наибольшее распространение по­лучили кулачково-дисковые крестовые муфты и крестовые муфты со скользящим вкладышем.

Крестовые кулачково-дисковые муфты (рис. 2, в) предна­значены для соединения валов диаметром 16… 150 мм при переда­че крутящих моментов до 16000 Нм. Эти муфты допускают угло­вое смещение валов до 0,5° и радиальное — 0,6…3,6 мм в зависи­мости от диаметра вала. Муфта состоит из трех частей: двух полумуфт, установленных на валах, и расположенного между ними промежуточного диска. Рабочие поверхности полумуфт и диска тер­мически обработаны до твердости 46…50 HRC на глубину 2…3 мм. К достоинствам кулачковых муфт следует отнести способность компенсировать радиальное биение величиной до 0,04 диаметра вала. Недостатками этих муфт являются неудовлетворительная ра­бота даже при незначительных угловых смещениях; повышенное изнашивание рабочих поверхностей; значительные потери на тре­ние, что приводит к необходимости применения смазки.

Крестовые муфты со скользящим вкладышем (рис. 2, г) пред­назначены для соединения валов диаметром 15… 150 мм. Муфты допускают радиальное смещение осей соединяемых валов в пре­делах 0,4…2 мм и их перекос до 40′.

Сборка подвижных соединительных муфт.

Сборку подвижных соединительных муфт начинают с контроля деталей соединения. При выполнении контрольных операций проверяют соответствие отклонения соединяемых валов требованиям технических усло­вий, а также формы и размеров посадочных мест валов и полу­муфт требованиям чертежа. После этого оценивают визуально со­стояние соединительных элементов (зубьев обойм, полумуфт и звездочек, цепи, диска и вкладыша). Затем устанавливают на ва­лах полумуфты, используя, как правило, призматические шпонки и соединительные элементы, обеспечивающие передачу враща­тельного движения от одной полумуфты к другой. Положение по­лумуфт на валах фиксируют стопорными винтами. Заключитель­ным этапом сборки подвижных соединительных муфт является их проверка на радиальное биение.

Конструкция и сборка упругих соединительных муфт.

Упругие муфты применяют для уменьшения динамических нагрузок и предохранения соединяемых валов от резонансных колебаний. Эти муфты позволяют также компенсировать неточность взаимного положения соединяемых валов. К этому типу муфт относятся муф­ты втулочно-пальцевые; со звездочкой; с торообразной оболочкой; со змеевидной пружиной.

Упругие втулочно-пальцевые муфты (рис. 3, а) обеспечива­ют соединение валов диаметром 9… 160 мм, передающих крутя­щий момент до 16000 Нм. Муфта состоит из двух полумуфт, в одной из которых установлены упругие кольца. Соединяют полу­муфты при помощи соединительных пальцев.

Сборку таких муфт начинают с контроля комплектующих дета­лей, проверяя размеры и форму посадочных мест на валах и по­лумуфтах 1 и 2 на соответствие требованиям чертежа. После этого в полумуфте 1 (с выточкой) сверлят и развертывают отверстия под соединительные пальцы 3. Затем соединяют полумуфты при помо­щи струбцин, ориентируя их взаимное положение по наружному диаметру.

Используя просверленные в полумуфте 1 отверстия в качестве кондуктора, сверлят отверстия в полумуфте 2. Далее следует уда­лить струбцины и рассверлить отверстия под упругие кольца в по­лумуфте 2. Закончив подготовительные операции приступают не­посредственно к сборке пальцевой муфты. Полумуфты устанавливают на соединяемые валы, используя призматические шпонки. Затем на соединительные пальцы 3 устанавливают упругие коль­ца 4 и компенсационное кольцо 6 и вводят их в подготовленные отверстия в полумуфтах 1 и 2. На резьбовые концы 7 со­единительных пальцев устанавливают шайбы и навертывают гай­ки 8, затягивая их и производя стопорение от возможного само­произвольного отвинчивания. Заключительным этапом сборочной операции является проверка собранной муфты на радиальное и осевое биение.

Упругие муфты со звездочкой (рис. 3, б) состоят из двух по­лумуфт с торцевыми кулачками трапецеидального сечения и рези­новой звездочки, устанавливаемой между ними. Такие муфты до­пускают максимальное радиальное смещение валов в пределах 0,1 …0,4 мм и угловое — 1… 1,5°.

Сборку этих муфт также начинают с контроля посадочных мест и установки полумуфт на валах с использованием шпоночного соединения. После чего устанавливают звездочку так, чтобы ее лучи вошли в пазы между полумуфтами. Фиксирование взаимного по­ложения полумуфт осуществляется стопорными винтами.

Упругие муфты с торообразной оболочкой (рис. 3, в) состо­ят из двух полумуфт, упругой оболочки, имеющей форму автомо­бильной шины, и двух колец, обеспечивающих крепление оболоч­ки к полумуфтам. Эти муфты допускают максимальное осевое смещение валов в пределах 1… 11 мм и угловое — 2…6°.

Сборка таких муфт также начинается с контроля комплектую­щих деталей. После проведения контрольных измерений на полу­муфты устанавливают крепежные кольца, вводя в их отверстия установочные болты. Затем полумуфты устанавливают на валах, используя шпоночные соединения. Соединение полумуфт осу­ществляют при помощи торообразной оболочки, которую устанав­ливают на полумуфты и закрепляют при помощи крепежных бол­тов.

Упругие муфты со змеевидной пружиной (рис. 3, г) состоят из двух полумуфт с зубьями специальной формы, между которы­ми помещается изогнутая пружина, разделенная на несколько ча­стей. Зубья и пружина снаружи закрываются кожухом, состоящим из двух половин, соединяемых между собой болтами. Кожух слу­жит резервуаром для смазки и защищает муфту от загрязнения.

Сборка таких муфт начинается с контроля геометрических раз­меров и формы посадочных мест на валах и полумуфтах. После проведения контрольных операций на полумуфтах устанавливают кожухи, а полумуфты в сборе устанавливают на соединяемые валы, используя шпоночные соединения. Затем между зубьями полумуфт размещают отрезки змеевидной пружины и вводят сма­зочное масло. После этого составные части кожуха соединяют и скрепляют между собой болтами. Положение полумуфт на валах фиксируют стопорными винтами.

Конструкция и сборка обгонных муфт.

Обгонные муфты (рис. 4) передают вращение за счет сил трения, возникающих при заклинивании роликов между обоймой и звездочкой при оди­наковом направлении вращения и их размыкании при реверсив­ном движении.

Фрикционная обгонная муфта с роликами состоит из обоймы 5, имеющей цилиндрическую гладкую внутреннюю поверхность, ро­ликов 3, втулки 1 с пружиной 2, ограничивающей движение роли­ков, и звездочки 4.

Полости между внутренней цилиндрической поверхностью обоймы и внешней поверхностью звездочки суживаются в одном направлении, поэтому находящиеся в этих полостях ролики при вращательном движении звездочки на ведущем валу выталкива­ются в суживающуюся часть полости и заклиниваются, т.е. их поверхности входят в прочный фрикционный контакт с поверхно­стью обоймы. В итоге обойма начинает вращаться в направлении вращения звездочки. В свою очередь обойма соединена с ведомым валом механизма, например при помощи шпонки. При изменении направления вращения ведущего вала ролики откатываются в ши­рокую часть полости, и их контакт с внутренней поверхностью обоймы ослабевает настолько, что происходит размыкание обой­мы и звездочки, т.е. передача вращательного движения звездочки на обойму прекращается.

Сборку фрикционной обгонной муфты после контроля параме­тров входящих в нее деталей начинают с запрессовки в отверстия звездочки 4 втулок 1 с последующим их развертыванием для вос­становления номинальных геометрических размеров и формы (за­прессовка производится только при сборке звездочек, у которых внутренний диаметр обоймы 5 составляет 80 или 100 мм). После напрессовывания втулок на ступицу звездочки устанавливают одну из ограничительных щек 8, фиксируя ее положение стопорным кольцом 7. Собранную звездочку устанавливают в обойму 5, размещая в ее отверстиях толкатели с пружинами. Далее на пол­ках звездочки, установленной в обойму, размещают ролики и устанавливают вторую ограничительную щеку 8, положение кото­рой фиксируется стопорным кольцом 7. На последнем этапе со­бранную муфту устанавливают на соединяемых валах, используя, как правило, шпоночное соединение.

Конструкция и сборка самоустанавливающихся угловых муфт.

Самоустанавливающиеся (карданные) угловые муфты (рис. 5) применяют для соединения валов, расположенных под углом. Ра­ботают они следующим образом. Вращение от ведущего вала 5 че­рез ведущую вилку 4 передается на шарнирно связанную с ней крестовину 3. Крестовина имеет две цапфы, расположенные под углом 90° . С цапфами соединяется ведомая вилка 2, жестко связан­ная с ведомым валом 1. При работе муфты обе вилки и крестовина меняют свое положение, наклоняясь то в одну, то в другую сторо­ну. При этом ведомый вал 1 при одной жесткой муфте будет вра­щаться неравномерно. Для того чтобы избежать неравномерного вращения вала, необходимо установить две такие муфты (рис. 6). Систему их двух угловых муфт называют карданной передачей.

Сборку карданной передачи (см. рис. 6) начинают с установ­ки на карданный вал 4 фланцев 3 и 5, один из которых (фланец 3) жестко закрепляют на валу, а второй (фланец 5) может иметь осе­вое смещение вдоль вала. После установки фланцев на них жестко закрепляют вилки 2 и 6 болтами. Так как болты этого соединения передают крутящий момент, то они должны входить в отверстия фланцев и крестовин плотно и быть прочно затянуты гайками и зашплинтованы.

На следующем этапе сборочного процесса в крестовинах 1 и 7 устанавливают масленку 8 и предохранительный клапан в виде прокладки, ограничивающей давление масла, подаваемого внутрь крестовины. Далее на цапфы крестовин 1 и 7 напрессовывают сальниковые уплотнения и опорные кольца и устанавливают крестовины в сборе в вилках 2 и 6, закрывая крышками, закрепляе­мыми винтами.

Конструкция и сборка валов с шаровыми цапфами.

Соедине­ние составных валов шаровыми цапфами используется в тех слу­чаях, когда их оси значительно смещены и имеют большой пере­кос. Такое соединение валов осуществляется следующим образом (рис. 7), Кольца 1, закрепленные штифтами на шаровых цап­фах 2, помещают в диаметральных пазах ведущей и ведомой вту­лок 6. Каждая из цапф имеет возможность поворачиваться в двух плоскостях, что компенсирует несовпадение осей ведущего и ве­домого валов.

Сборка такого соединения начинается с установки на шейках валов переходных втулок 6 с диаметральными пазами. Затем в со­единительный валик 5 запрессовывают неподвижную шаровую цапфу 2, которую закрепляют штифтами. После этого в отверстие соединительного валика 5 вводят пружину 4 и устанавливают под­вижную цапфу, укрепляя ее штифтом 3. На обеих цапфах устанав­ливают кольца 1 и закрепляют их штифтами (оба кольца должны находиться в одной плоскости). Затем цапфы 2 с кольцами 1 уста­навливают в диаметральных пазах втулок 6, закрепленных на со­единяемых валах. После завершения сборки передачи проверяют зазор между торцами колец 1 и стенками пазов на втулках 6 (он должен быть не более 0,2 мм).

Конструкция и сборка гибких валов.

Гибкие валы применяют для передачи движения между составными валами, положение ко­торых в процессе эксплуатации изменяется. Гибкий вал состоит из собственно вала, свитого из нескольких слоев проволоки, заклю­ченного в защитную оболочку, и арматуры на его концах для при­соединения к приводу и рабочему органу. В зависимости от вели­чины нагрузки на гибкий вал различают нормальные и усиленные валы. Нормальный вал состоит из нескольких слоев проволоки, навитых прядями по 3—4 шт. Усиленный вал помимо слоев прово­локи снабжен стальным сердечником диаметром 0,4…0,5 мм. Кроме того, слои проволоки на сердечнике навиты прядями по 2—12 шт. Число слоев проволоки зависит от крутящего момента. В зависи­мости от направления навивки верхнего слоя различают правые и левые гибкие валы. У валов правого вращения — левая навивка, и наоборот.

Оболочка гибкого вала представляет собой гибкий рукав, вы­полненный из стальной оцинкованной ленты с хлопчатобумаж­ным уплотнением и внутренней спиралью из стальной сплющен­ной проволоки. Оболочка должна свободно надеваться на вал, за­щищая его от загрязнения и удерживая смазку.

Сборку составных валов с использованием гибкого вала (рис. 8) начинают с установки на его конце оболочки 2, соединяя их пая­нием твердым припоем. Затем на корпусе привода устанавливают кронштейн 4, к которому крепят хомутик 6 при помощи болта 5. После этого на валу привода устанавливают, используя шпоночное соединение, муфту 3 и соединяют ее с оболочкой 2 гибкого вала 1.

Конструкция и сборка сцепных соединительных муфт.

Для со­единения валов как на ходу, так и во время остановки, когда требу­ются частые пуски и остановы, применяют сцепные муфты. К этому типу муфт относятся кулачковые, зубчатые и фрикционные муфты.

Кулачковые муфты (рис. 9, а) допускают включение только в неподвижном состоянии при определенных положениях одного из соединяемых валов относительно другого.

Сборку таких валов начинают с контроля их взаимного распо­ложения и соответствия размеров и формы посадочных мест на валах 1 ив полумуфтах 2 и 3 требованиям чертежа, после чего осу­ществляют пригонку кулачков полумуфт. Затем производят уста­новку полумуфт на валах, используя призматическую шпонку 7 для неподвижной полумуфты и направляющую 6 — для подвижной. Положение неподвижной полумуфты 2 фиксируют на валу с помощью стопорного кольца или стопорного винта (на рисунке не показаны). После установки полумуфт на валах осуществляют пригонку сухаря 4 рычага к пазу подвижной полумуфты 3 и соединяют полумуфту с сухарем. В заключении проверяют сцепляемость полумуфт, перемещая подвижную полумуфту в направле­нии неподвижной при помощи рычага 5.

Зубчатая муфта (рис. 9, б) состоит из двух полумуфт, представляющих собой зубчатые колеса с эвольвентным зацеплением. Одна полумуфта (правая) имеет наружные зубья и может перемещаться вдоль вала. На втором валу устанавливают полумуфту с внутренними зубьями (левую), которая крепится неподвижно. Такое положение полумуфт обеспечивает сцепление и расцепление соединяемых валов. Последовательность сборки таких полумуфт на валах такая же, как и кулачковых муфт.

Дисковые фрикционные муфты (рис. 9, в) применяют для уменьшения воздействия на валы ударных нагрузок, возникаю­щих при эксплуатации машин и оборудования. Эти муфты обеспе­чивают передачу движения за счет сил трения.

Сборку таких муфт начинают с контроля взаимного располо­жения соединяемых валов и геометрических размеров и формы посадочных мест на валах и в отверстиях полумуфт требованиям чертежа. После выполнения контрольных операций переходят к установке ведущей 9 и ведомой 1 полумуфт на валы, используя для этого шпоночные соединения с призматическими шпонками. По­сле установки полумуфт их проверяют на осевое и радиальное биение и вводят ведомый вал с установленной на нем полумуфтой в корпус ведущей полумуфты. Затем поочередно устанавливают ведущие 2 и ведомые 3 диски, заканчивая процесс установкой на­жимного диска 4. После монтажа дисков переходят к сборке регу­лировочной гайки 5, для этого в ее прорезях устанавливают на­жимные рычаги 8 на осях, которые после установки рычагов накернивают, чтобы избежать их самопроизвольного выпадения. Гайку в сборе устанавливают на ведомой полумуфте и затягивают до отказа, после чего ее постепенно отпускают так, чтобы обеспе­чить необходимый суммарный зазор между фрикционными дис­ками. Затем в отверстие гайки вводят фиксатор 6 так, чтобы он одновременно вошел в отверстие нажимного диска. В заключении на ведомый вал устанавливают скользящую (нажимную) втулку 7 механизма включения и регулируют ее положение для обеспече­ния передачи крутящего момента от ведущего вала к ведомому.

Конструкция и сборка предохранительных муфт.

Предохрани­тельные муфты подразделяются на разрушаемые и неразрушаемые и предназначены для предохранения машин и механизмов от перегрузок. К предохранительным муфтам с неразрушающимися элементами относятся кулачковые, шариковые и дисковые. В этих конструкциях одна из полумуфт устанавливается на вал непод­вижно, а вторая имеет некоторое осевое смещение. Усилие при­жатия полумуфт создается пружинами и регулируется при помо­щи гаек. Когда передаваемое усилие превышает усилие, на кото­рое отрегулирована пружина, подвижная полумуфта перемещается вдоль одного из соединяемых валов и передача движения прекра­щается.

У муфт с разрушающимися соединительными элементами, на­пример штифтом, если величина передаваемого крутящего мо­мента превысит допускаемую, происходит разрушение соедини­тельного элемента и передача движения прекращается.

Предохранительная дисковая фрикционная муфта (рис. 10) предназначена для отключения вращения ведомого вала при воз­никновении перегрузок. Сборку таких муфт начинают с контроля формы и размеров посадочных мест вала и полумуфт требовани­ям чертежа, после чего ведомую и ведущую полумуфты устанав­ливают на вал, используя для этого шпоночные соединения, и про­веряют установленные полумуфты на осевое и радиальное биение. Затем производят установку фрикционных дисков поочередно в ведомую и ведущую полумуфты. После монтажа фрикционных дисков на ведомую полумуфту устанавливают нажимной 3 и регулировочный 5 диски, размещая между ними пружины 4. На за­ключительном этапе сборки на ведомую полумуфту устанавливают регулировочную гайку 6 и затягивают ее с усилием, указанным в технических условиях. Для проверки качества сборки прикладывают к ведущей полумуфте крутящий момент больший номиналь­ного на величину, указанную в технических условиях (при этом ведомая полумуфта должна оставаться неподвижной).