Обзор лучших эластичных муфт для соединения валов

Как соединить валы механизмов?

Для передачи осевого вращения применяются валы, на котором могут крепится различные шестерни и звездочки. Соединение проводится при применении различных методов, к примеру, используются муфты для соединения валов. К их особенностям относятся нижеприведенные моменты:

1. Есть возможность выполнять демонтаж.
2. Существенно упрощается сбор и производство конечного изделия.
3. Многие типы изделий позволяют компенсировать различного рода смещения, которые могут возникать при работе устройства.
4. Устройство может выдерживать существенную нагрузку.

Сегодня детали соединяются между собой при применении технологи сварки крайне редко. Это связано с тем, что вибрация и другое воздействие может стать причиной появления трещин и других дефектов.

Неправильная фиксация может привести к поломке устройства. Изделие выбирается в зависимости от эксплуатационных условий. К примеру, валы могут смещаться в самых различных направлениях.

Как правильно выбрать муфту для валов

В настоящее время в машиностроении применяют большое количество муфт, различающихся по принципу действия и управления, назначению и конструкции.
Также у муфт для валов существует множество дополнительных функций, например, их используют:

• для включения и выключения исполнительного механизма при непрерывно работающем двигателе (управляемые муфты);
• для предохранения машины от перегрузки (предохранительные муфты);
• для компенсации вредного влияния несоосности валов, связанной с особенностью монтажа (компенсирующие муфты);
• для уменьшения динамических нагрузок (упругие муфты).

• ведущий и ведомый валы;
• ведущая и ведомая полумуфты;
• дополнительные детали или конструктивные элементы, выполненные за одно целое с полумуфтами.

При сборке механизмов вначале устанавливается приводимый механизм, а затем электродвигатель. Вал двигателя присоединяют, центруя, присоединяют редутор и промежуточно используют муфты.

Муфты приводов характеризуются следующими параметрами:

• вращающим моментом Т, Н*м или мощностью, передаваемой при определенной частоте вращения.
• диаметрами соединяемых валов, изменяемыми в определенной диапазоне. Оптимально, когда диаметры валов равны. Размер подбирают по большему.
• габаритными размерами
• массой и моментом инерции (эти величины необходимы при динамическом исследовании привода)
• предельной частотой вращения, определяемой прочностью вращающихся деталей под действием центробежных сил, износостойкостью, нагревом рабочим элементов или другими критериями.

Для долговременной работы муфты необходимо ее правильно выбрать. Большинство муфт стандартизировано. В связи с этим задача подбора сводится к выбору типоразмера муфты из имеющихся в стандартах.

Необходимо учитывать, что на детали муфты действуют следующие нагрузки:

а) полезный передаваемый момент, соответствующий номинальной мощности привода;

б) инерциальные нагрузки в период неустановившегося движения машины;

в) ударные и вибрационные нагрузки при установившемся и неустановившихся движениях машины;

г) нагрузки от вынужденной деформации упругих элементов муфты.

Тип муфты должен соответствовать условиям работы узла, монтажа и другим конкретным требованиям, предъявляемым к приводу.

После выбора муфты необходима проверка ее слабых элементов, вспомогательных частей конструкции. Номинальный крутящий момент муфты должен быть выше максимального крутящего момента двигателя. Иначе могут произойти поломки, трещины, разрушения составных частей, течь смазывающих материалов и масла.

Основной характеристикой при подборе муфты является вращающий момент и соответствующий диаметр вала.

В некоторых случаях вращающий момент задают в виде мощности при определенной частоте вращения.

Коэффициент режима работы муфты:

В приводах от электродвигателя принимают: при спокойной работе и небольших разгоняемых массах (приводы конвейеров, испытательных установок и др.)

при переменной нагрузке и средних разгоняемых массах (металлорежущие станки, поршневые компрессоры и др.)

при ударной нагрузке и больших разгоняемых массах (прокатные станы, молоты и др.)

Диаметры посадочных отверстий муфты согласуют с диаметрами концов соединяемых валов, которые могут быть различными при одном и том же вращающем моменте, вследствие применения разных материалов и различной нагруженности изгибающими моментами.

Также в расчете могут использоваться другие коэффициенты:

• коэффициенты безопасности;
• коэффициенты условия работы;
• коэффициент углового смещения.

Те, что используются в расчетах приведены в каталогах.

Также работа муфт сопровождается потерями, КПД муфт обычно принимают равным 0, 985. 0,995

На рисунке привидены виды смещений валов:

Для долговременной работы муфты необходимо ее правильно выбрать:

Номинальный крутящий момент муфты должен быть выше максимального крутящего момента двигателя.

Иначе могут произойти поломки, трещины, разрушения составных частей, течь смазывающих материалов и масла.

Базовая классификация муфт по основному типу работы:

1. Постоянные соединительные муфты, которые не допускают расцепления валов в процессе работы машины.

2. Управляемые или сцепные муфты, позволяющие соединять или разъединять валы путем воздействия на муфты через систему управления.

3. Автоматически срабатывающие (самоуправляемые) — соединяющие и разъединяющие валы в процессе работы машины автоматически в зависимости от пройденного пути (однооборотные муфты);

скорости вращения валов (центробежные муфты),

направления передачи момента (муфты обгона),

величины вращающегося момента (муфты предельного момента).

4. Предохранительные муфты, разьединяющие валы при нарушении нормальных условий работы машины (оборудования), когда передаваемый момент превосходит предельно допустимый (предохранительные муфты предельного момента) или скорость вращения превысит допустимую (предохранительные центробежные муфты).

По конструкции и возможности компенсации погрешностей:

По своим конструкциям и возможностям компенсации погрешностей установки валов муфты подразделяются на следующие группы:

— глухие муфты. Эти муфты не обеспечивают компенсации погрешностей и требуют высокой точности установки валов. К ним относятся втулочные и фланцевые муфты.

— компенсирующие или подвижные муфты. К ним относятся зубчатые муфты, муфты Ольдгейма, шарнирные муфты и др. Они обеспечивают компенсацию погрешностей установки в осевом и радиальном направлениях и перекос валов.

— упругие муфты. К ним относятся втулочные-пальцевые муфты, тороидальные муфты и муфты с упругими элементами в виде различных пластин. Они обеспечивают прежде всего компенсацию перекоса валов.

Самодельная соединительная муфта

Для существенного снижения затрат рассматривается возможность использования самодельной конструкции. Среди особенностей выделим следующие моменты:

1. Для создания самодельной конструкции требуется звездочка, которая может быть снята с коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания.
2. Передача вращения осуществляется при помощи цепи. За счет применения стали при изготовлении этого изделия существенно повышается прочность.
3. Подключение осуществляется за счет двух полумуфт. При этом звездочка должна распиливаться пополам. На каждую полумуфту будет навариваться обрезанная часть звездочки.
4. Крепление полумуфты осуществляется при помощи болтов. Однако, подобный способ соединения не рекомендуется в случае, если оказываемая нагрузка существенная. Фиксация разъемных элементов обеспечвается за счет шпонки при передаче большого усилия.

Приведенная выше информация указывает на то, что подобное изделие может быть изготовлена при применении подручных материалов. При этом полученное устройство устанавливается для передачи высокого крутящего момента.

Rexnord Omega

Муфты серии омега предназначены для эластичного соединения вращающихся осей механических приводов при помощи торсионного эластичного элемента, который компенсирует вибрации изначальную несоосность валов. Данные муфты имеют разъемную конструкцию, что значительно упрощает ремонт и обслуживание. Соединение полиуретана с металлом позволяет избежать проскальзываний, прочно захватывая валы. Широко применяются в промышленных вентиляторах, мешалках, компрессорах и насосах.

Классификация муфт

Выделяют много различных подобных изделий, при помощи которых проводится передача вращения. Классификация по предназначению выглядит следующим образом:

1. Постоянные или соединительные.
2. Сцепные и управляемые.

Приводные модели устанавливаются в самых различных конструкциях. Ни требуются для непосредственной передачи усилия.

Изделия соединительные для валов применяются для постоянной передачи вращения. Делятся они на несколько основных групп:

1. Жесткие.
2. Глухие.
3. Соединительные.
4. Подвижные или гибкие.

Самым простым вариантом исполнения можно назвать глухие муфты. При изготовлении втулок и других элементов могут применяться самые различные материалы, большая часть которых характеризуется высокой степенью защиты от воздействия окружающей среды.

Довольно большое распространение получили конусные переходные муфты, так как они просты в изготовлении и могут прослужить в течение длительного периода. Могут устанавливаться и шлицевые варианты исполнения, которые могут передавать большое усилие в случае эксплуатации.

Классификация гибких вариантов исполнения также проводится по большому количеству различных признаков. Большое распространение получили следующие:

1. Расширительные. Они характеризуются тем, что могут компенсировать осевое смещение деталей относительно друг друга.
2. Крестовые. Подобные механизмы устанавливаются в случае, когда есть вероятность радиального смещения.
3. Мембранные и поводковые, которые рассчитаны на радиальное и осевое смещение. Поводковые имеют специальный элемент, который обеспечивает фиксацию положения обоих элементов.

Выбор наиболее подходящего соединительного элемента проводится по диаметральным размерам. Полумуфты компенсируют смещение оси, однако для повышения показателя КПД проводится добавление масла. В большинстве случаев при изготовлении применяется сталь, которая характеризуется повышенной устойчивостью к износу. При необходимости защиты механизма от воздействия электричества применяются специальные материалы, обладающие определенными свойствами.

Не стоит забывать о том, что крестовые изделия характеризуются существенным недостатком – увеличение мертвого хода из-за сильного износа выступов.

В некоторых случаях применяется поводковый вариант исполнения, который также характеризуется определенными достоинствами и недостатками.

Жесткие и гибкие муфты

Основное назначение данного типа муфт — передача момента между двумя соосными валами с компенсацией возможных отклонений.

Жесткие беззазорные муфты рекомендуется использовать, когда требуется высокая точность и большой передаваемый крутящий момент. Эластичные муфты используют для соединения несоосных валов, с поглощением вибрации.

Особенность к упругой деформации является главной особенностью этих видов муфт. Благодаря ей, они допускают угловой относительный поворот ведущей и ведомой полумуфт.

Общая схема: полумуфта, жестко связанная с ведущим валом — упругие звенья — полумуфта, жестко связанная с ведомым валом.

Ламельная муфта

Максимальный момент: 30000 Н*м Максимальный диаметр вала: 140 мм

Жесткая муфта

Максимальный момент: 450 Н*м Максимальный диаметр вала: 50 мм

Сильфонная муфта

Максимальный момент: 300 Н*м Максимальный диаметр вала: 45 мм

Беззазорная кулачковая муфта

Максимальный момент: 2080 Н*м Максимальный диаметр вала: 80 мм

Эластичная кулачковая муфта

Максимальный момент: 9000 Н*м Максимальный диаметр вала: 110 мм

Компактная эластичная муфта

Максимальный момент: 35000 Н*м Максимальный диаметр вала: 180 мм

Зубчатая муфта

Максимальный момент: 5000 Н*м Максимальный диаметр вала: 125 мм

Высокоэластичная муфта

Максимальный момент: 5100 Н*м Максимальный диаметр вала: 85 мм

Цепная муфта

Максимальный момент: 8000 Н*м Максимальный диаметр вала: 110 мм

Упругая втулочная муфта

Максимальный момент 6,3 Нм Максимальный диаметр вала 15 мм

Подвижные муфты называют также компенсирующими, из-за своей подвижности они могут компенсировать погрешности взаимного расположения осей соединяемых валов. Несовпадение осей соединяемых валов является следствием возможных ошибок изготовления и монтажа, а также — возникших в ходе эксплуатации, из-за деформации валов, износа подшипников, изменения температуры и т.п. Соединение смещенных валов глухими муфтами привело бы к возникновению дополнительных нагрузок на подшипники а также к увеличению деформации. Оптимально выбранная конструкция подвижной муфты может устранить или компенсировать несовпадение осей.

Данная продукция получила широкое распространение в промышленном оборудовании.

Жесткое соединение валов

Применяется довольно большое количество различных способов соединения валов, все они характеризуются определенными качествами. Жесткий метод подключения используется тогда, когда соединение проводится с учетом отсутствия вероятности смещения узлов относительно друг друга на момент эксплуатации. Классический способ соединения характеризуется следующими особенностями:

1. В большинстве случаев соединение проводится при помощи фланцев, которые являются частью различных механизмов. Также проводится монтаж жестких муфт, их насаживание проводится методом прессования.
2. Довольно большое распространение получил одноопорный вариант исполнения вала. В этом случае в качестве второй опоры применяется само соединение.
3. Также для фиксации могут применяться болты. При этом они должны плотно входить в отверстие, так как в противном случае могут возникнуть серьезные проблемы.
4. В рассматриваемом случае часто применяется зубчатая или поперечно-свернутая муфта.

Поперечно-свернутый вариант исполнения применяется для соединения различных деталей, которые устанавливаются в электрических машинах и других различных агрегатах. Подобная конструкция состоит з следующих элементов:

1. Две полумуфты. Они насаживаются на концы валов, которые соединяются в одну систему.
2. Обе части рассматриваемой конструкции имеют центрирующие выступы и специальную выточку, соединение обеспечивается за счет прочных болтов.
3. Предохранительные муфты не могут проворачиваться за счет специального шпоночного отверстия.
4. Осевое смещение исключается за счет стопорных винтов, которые вворачиваются на торцах.

Более сложным вариантом исполнения можно назвать зубчатую муфту, которая также состоит из двух отдельных частей. Внешняя поверхность представлена зубьями, которые входят в зацепление для обеспечения надежного соединения. Осевое смещение исключается за счет применения болтов.

Полужесткое соединение валов

Определенными особенностями характеризуется полужесткий тип соединения. Примером можно назвать случай соединения вала турбогенератора с паровой турбиной. В большинстве случаев на вал электродвигателя надевается полужесткая зубчато-пружинная муфта.

Рассматриваемый вариант исполнения соединительного элемента характеризуется следующими особенностями:

1. Конструкция состоит из двух полумуфт, которые фиксируются на обоих деталях. Подобным образом проводится монтаж устройства.
2. Фиксация одного элемента относительно другого проводится за счет упругой волнообразной ленточной пружины, который зачастую называется компенсатором.

Для обеспечения требуемого уровня защиты используется кожух, который изготавливается из самых различных материалов, устойчивых к воздействию окружающей среды. Несущественное изменение положения двух соединяемых элементов компенсируется за счет специального элемента.

Эластичное соединение валов

На момент эксплуатации устройства есть вероятность смещения двух элементов относительно друг друга. Решить подобную проблему можно за счет применения специальных элементов. Эластичные устройства могут устанавливаться в самых различных случаях, они характеризуются следующими особенностями:

1. Установка возможна в случае бокового или углового смещения валов в месте сопряжения.
2. Довольно большое распространение получили втулочно-пальцевые детали.

Классическое устройство представлено двумя полумуфтами, которые соединяются за счет специальных пальцев-болтов.

На поверхность надеваются специальные кожаные шайбы и манжеты, фиксация которых проводится за счет резиновых манжет.

Монтаж фрикционной муфты на быстроходный вал

При необходимости провести монтаж фрикционной муфты можно самостоятельно при наличии небольшого комплекта инструмента. Для получения качественного результата нужно соблюдать распространенные рекомендации:

1. Перед началом проведения работы следует удостовериться, что конструкция не имеет существенных дефектов. Даже незначительные дефекты становятся причиной снижения прочности соединения.
2. Довольно большое распространение получили упругие муфты. Их особенность заключается в наличии специального элемента, за счет которого происходит компенсация смещений. На момент монтажа нужно быть осторожным, так как слишком большое усилие может стать причиной повреждения активного элемента. Это же следует учитывать, когда устанавливаются предохранительные муфты.
3. В большинстве случаев фиксация проводится за счет запресовывания механизма. Исключить вероятность прокручивания устройства можно за счет применения шпонки.

На момент установки не рекомендуется применять кустарный метод фиксации, так как это может стать причиной повреждения конструкции. Примером можно назвать изменение формы и появление вмятин, трещин, снижение прочности и многие другие моменты.

Монтаж фрикционных и шариковых предохранительных муфт на тихоходный вал

Предохранительные устройства позволяют исключить вероятность повреждения основных элементов в случае перегрузки. В этом случае процесс монтажа практически ничем не отличается:

1. Фиксация проводится за счет шпонки. Подобный способ характеризуется весьма высокой надежностью.
2. Насадка полумуфт выполняется в натяг. Это исключает вероятность появления люфта и других проблем.
3. При насадке нельзя прикладывать большое усилие, так как может возникнуть серьезный дефект.

В продаже встречаются специальные инструменты, которые существенно упрощают работу по монтажу.

Rexnord Viva

Четвертое поколение муфт Rexnord — одно из наиболее современных решений в области передачи крутящего момента через эластичный элемент.

Муфты данной серии обладают высокими техническими и эксплуатационными характеристиками:

• Передача момента вращения в диапазоне (0.037-400) кВт, на скоростях до 5400 об/мин.
• Устойчивость к кратковременным пространственным и угловым несоосностям до 3,2мм и 4 градусов соответственно.
• Способны выдерживать кратковременные перегрузки в режиме старт-стоп до 500%.

Данный тип муфт широко применяется в машиностроении.

Монтаж фрикцонных муфт на тихоходный вал выходного редуктора

Часто установка изделия проводится на редуктор для его соединения с электрическим двигателем. Это можно связать с тем, что редуктор может заклинивать, это приводит к перегреву двигателя. Фрикционная муфта исключает вероятность возникновения подобной проблемы. Среди особенностей монтажа отметим:

1. Нельзя прикладывать ударную нагрузку, так как она может повредить само изделие.
2. Для упрощения захода обоймы может применяться смазка.
3. Нарушение правил монтажа может стать причиной повреждения основной части.

Самостоятельный монтаж должен проводиться исключительно с учетом рекомендаций, так как даже несущественный дефект становится причиной уменьшения эксплуатационного срока.

В продаже встречается просто огромное количество различных деталей, за счет чего не возникает существенных проблем при выборе. Основными критериями можно назвать тип применяемого материала при изготовлении, а также диаметральный размер. При выборе уделяется внимание тому, каким образом может проходить смещение соединяемых элементов.

Подбор муфт

Подбор муфты начинается с выбора типа муфты на основании анализа условий работы машины, путем сравнения эксплуатационных характеристик муфт, их стоимости, массы, габаритов, технологических возможностей для изготовления и т.д.

Параметрами для выбора типоразмера выбранного типа муфты служат расчетный вращающий момент

, частота вращения валов
n
и номинальные диаметры соединяемых валов и .

Расчетный вращающий момент вычисляется по формуле:

где

— номинальный вращающий момент; — табличное значение максимального вращающего момента, передаваемого муфтой. — коэффициент, учитывающий режим работы (ее динамическую составляющую): При спокойной работе и небольших разгоняемых при пуске массах
k
= 1,1…1,5; при неравномерной работе с толчками и средних разгоняемых массах
k
= 1,5…2,0; при ударной нагрузке и больших разгоняемых массах
k
= 2,5…3,0.

В таблице приведены рекомендованные значения коэффициента k

для различных типов машин:

По таблицам справочников, из подходящих по условиям работы типов муфт, подбираются муфты по посадочному диаметру валов с минимальным значением вращающего момента муфты

(но не меньше расчетного вращающего момента ). При этом скорость вращения валов не должна превышать максимальной скорости вращения муфты. Если соединяются валы разного диаметра, то подбор муфт идет по большему посадочному диаметру.

При выборе муфт можно столкнуться с ситуацией, когда по справочным таблицам невозможно подобрать муфту с диаметром посадочного отверстия, равным диаметру вала двигателя или редуктора. В этом случае предполагается, что муфта будет изготовлена по размерам из справочника, но с отверстием в одной из полумуфт по диаметру вала.

Список литературы

1. Подшипники качения. Сборник стандартов. В 2-х т. Т. 1. – М.: Изд-во стандартов, 1989 – 439 с.

2. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3-х т. Т. 2. – М.: «Машиностроение», 1980 – 559 с.

3. Бабкин А.И. Проектирование цилиндрических и конических зубчатых передач. Учебно-методическое пособие для курсового проектирования. – Северодвинск: РИО Севмашвтуза, 2006 – 70 с.

4. Бабкин А.И. Проектирование клиноременных передач. Учебно-методическое пособие для курсового проектирования. – Северодвинск: РИО Севмашвтуза, 2006 – 43 с.

5. Бабкин А.И. Проектирование цепных передач. Учебно-методическое пособие для курсового проектирования. – Северодвинск: РИО Севмашвтуза, 2006 – 23 с.

6. Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин – М.: Высшая школа, 2001 – 447 с.

7. Иванов М.Н. Детали машин – М.: Высшая школа, 1991 – 383 с.

8. Иосилевич Г.Б. Детали машин – М.: Машиностроение, 1988 – 368 с.

9. Курмаз Л.В., Скойбеда А.Т. Детали машин. Проектирование – Минск.: УП «Технопринт», 2002 – 290 с.

10.Решетов Д.Н. Детали машин – М.: Машиностроение, 1989 – 496 с.

11.Шейнблит А.Е. Курсовое проектирование деталей машин – Калининград.: Янтар. сказ, 2004 – 454 с.