К атегория:

Ремонтно-строительные машины

Валы, оси, их опоры и соединения

Валы и оси являются поддерживающими и вращающими частями элементов машин. Оси только поддерживают детали, а валы передают крутящий момент. Части валов и осей, передающие нагрузки на опоры, называются шейками, а если они находятся на концах валов - шипами или цапфами. Опорные части вертикальных валов и осей, передающие продольную нагрузку, называются пятами.

Валы бывают гладкие, ступенчатые, коленчатые, карданные, гибкие и др. (рис. 2.11). Гладкие и ступенчатые валы применяют в редукторах, открытых и закрытых передачах.

Коленчатые валы применяют в кривошипно-шатунных механизмах. Гибкие и кардан- ные валы используют для передачи движения при частых изменениях взаимного положения соединяемых узлов при относительно большом расстоянии между ними.

Рис. 2.11. Виды валов: а - гладкий; б - ступенчатый; в - коленчатый; г - гибкий

Рис. 2.12. Подшипники скольжения: а - неразъемный со втулкой; б - разъемный со вкладышами; 1 - втулка (вкладыш); 2 - самоуста- навливающаяся опора; 3 - корпус; 4 - отверстие для смазки

Подшипники скольжения могут воспринимать значительные нагрузки, удобны при монтаже валов большой массы, когда требуется разборка подшипников, надежны при работе в сильно загрязненных средах, относительно долговечны.

Подшипники качения (рис. 2.13) состоят из наружного и внутреннего колец с дорожками качения, изготовляют из легированной износостойкой хромистой стали. Между кольцами по дорожкам качения перемещаются шарики (у шарикоподшипников) или ролики (у роликоподшипников). Фиксирование положения тел качения производится с помощью сепараторов - стальных колец с отверстиями для шариков или роликов. Подшипники качения имеют меньшую в 5…10 раз силу трения по сравнению с подшипниками скольжения. Роликовые подшипники имеют грузоподъемность значительно большую, чем шариковые, но допустимая частота вращения для них примерно в два раза меньше.

Подшипники качения разделяются на шесть серий в зависимости от грузоподъемности (от сверхлегкой до сверхтяжелой) и на девять типов по своей конструкции.

Рис. 2.13. Подшипники качения: а - шариковый с сепаратором; 6 - шариковый в корпусе; в - шариковый упорный; г - шариковый двухрядный; д - роликовый; е - роликовый конический; ж -роликовый самоустанавливающийся; з - роликовый многорядный

Для уменьшения изнашивания подшипники качения набивают пластичной смазкой и применяют различные уплотнители (сальники) из фетра, кожи и т. п.

Муфты применяют для соединения валов, а также для передачи крутящего момента деталям и валам кинематической цепи машин. По назначению муфты разделяются на соединительные (упругие) и сцепные. Примером муфт первого типа являются втулочные (рис. 2.14, а) и фланцевые (рис. 2.14, б). Во втулочных муфтах элементом, соединяющим валы, является втулка со штифтом или шпилькой. Соединение этих муфт производится продольным перемещением валов, редукторов, барабанов и т. п.

Расчету подвергаются соединительные детали, штифты и шпонки. При использовании фланцевых муфт на концы соединяемых валов надеваются фланцы, которые затем соединяют между собой болтами.

Рис. 2.14. Соединительные муфты: а - втулочная; б - фланцевая

Сцепные муфты бывают кулачковые и фрикционные. Кулачковые муфты (рис. 2.15, а) состоят из двух полумуфт, одна из которых постоянно жестко связана с валом, а вторая - может перемещаться по валу на шпонке или шлицах. На торцах полумуфт имеются кулачки - выступы и впадины, которые при сближении полумуфт входят в зацепление. Кулачковыми муфтами их остановках или медленном можно включать механизмы при вращении.

Муфты предназначаются для соединения валов или других вращающихся деталей, для передачи крутящего момента. Они используются для передачи вращения от двигателя к механизму, его включению и выключению, переключения скоростей и для выполнения других функций.

По назначению, конструкции и условиям работы муфты делятся на постоянные (соединительные) и сцепные (управляемые и самоуправляющиеся). В данной статье поговорим только о соединительных муфтах. При выборе конструкции муфты необходимо учитывать ее назначение, особенности компоновки и сборки, величину и характер действия нагрузки и условия эксплуатации. Соединительные муфты предназначаются для постоянного соединения вращающихся деталей. Делятся они на две группы: глухие, жестко соединяющие валы, и подвижные, допускающие некоторую неточность сборки. Для валов, передающих незначительные крутящие моменты, применяют глухую муфту, соединяемую коническими штифтами (рис. 1,а). Для передач значительных крутящих моментов применяют глухую со шпонками (рис. 1,6) или дисковую муфту (рис. 1,в). Штифты располагают под углом 90° друг к другу. Втулка может быть изготовлена из любых материалов. Ориентировочные размеры: L=(3...5) d; D=1,5d; dm=(0,25...0,3) d. Втулку рассчитывают на кручение, а соединения штифтами или шпонками - на срез и смятие.

Недостатком этих муфт является требование строгой соосности соединяемых валов. Смещение и перекос валов вызывает дополнительные деформации изгиба у них и повышает давление на опоры. Подвижные муфты разделяются на расширительные, допускающие осевое смещение вала; крестовые, допускающие радиальное смещение вала; поводковые; мембранные и упругие, допускающие осевое и радиальное смещение валов. На рис. 2,а показана торцевая расширительная муфта, на 2,6 - муфта с ведущим штифтом. Размеры муфт выбирают исходя из условий смятия соприкасающихся поверхностей. Обычно 1=d, 6=(0,25...0,3) d, dm =(0,25...0,3) dв. Расширительные муфты применяют лишь при передаче небольших нагрузок и малых угловых скоростях ввиду интенсивного износа рабочих поверхностей. Крестовые муфты (рис.3) состоят из двух неподвижных фланцев с вырезами или выступами 1 и 2, закрепляемых на соединяемых валах. Между этими фланцами помещается подвижная часть 3 с выступами или вырезами. Перпендикулярное расположение пазов позволяет компенсировать несоосность валов за счет скольжения выступов креста в пазах полумуфт . Для повышения КПД требуется смазка трущихся поверхностей и их точная приработка. Детали муфт изготовляются обычно из стали. Выступы креста и пазы полумуфт цементируются. Если валы должны быть электрически изолированы друг от друга, то крестовину делают из электроизоляционного материала. В табл.1 приведены основные размеры муфт.
Недостатком крестовых муфт является увеличение мертвого хода по мере износа выступов. В тех случаях, когда мертвый ход (МРХ) недо¬пустим, применяют беззазорные конструкции крестовых муфт с прижимным устройством. Поводковые муфты (рис.4) состоят из двух дисков со ступицами, жестко укрепленными на концах валиков. На диске 1 одной полумуфты закреплен палец 2, который входит со скользящей посадкой в радиальный паз второй полумуфты 3.
Недостатком поводковых муфт является наличие МРХ за счет посадки пальца в пазу; величина МРХ увеличивается по мере износа трущихся поверхностей паза и пальца и определяется размером образующегося зазора. Для улучшения условий работы поводковой муфты предпочтительно применять поводки с двумя пальцами. В этом случае уменьшается износ трущихся частей муфты, а также устраняется радиальное давление на валик, наблюдаемое в однопальцевых поводках. Однако двупальцевые поводки сложнее в изготовлении и, кроме того, требуют полной соосности соединяемых валов, что затрудняет сборку механизма. В табл.2 приведены размеры однопальцевых поводковых муфт.

В школьные годы я занимался в судомодельном кружке, так вот там мы вал двигателя с гребным валом модели судна соединяли с помощью шарнира показанного на рисунке 5. Это соединение напоминает карданную передачу автомобиля. Я дума устройство этого соединения понятно из рисунка. Чем ближе друг к другу полумуфты, тем дольше хранится в них смазка, но при этом должна быть соответствующая соосность валов. На фото внизу показана одна из полумуфт, каким то чудом сохранившаяся у меня с тех времен, а это почти пятьдесят лет. Еще есть соединение с помощью пружинки, я его не нарисовал. Короче, если валы имеют одинаковые диаметры, а усилия минимальны, то на валы просто одевается подходящая пружинка. Ее можно закрепить просто пайкой или поверх пружинки одеть втулку с зажимным винтом.

Самодельная соединительная муфта

Хочу поведать еще об одном соединении валов. Первый раз я увидел это чудо в 1971 году, будучи в колхозе на уборке картошки. Мне оно так понравилось, что я сразу взял его « к себе на вооружение». Оно стояло на косилке КИР-1,5. Косилка - измельчитель, роторная КИР-1.5 предназначена для уборки однолетних и многолетних сеянных и естественных трав. Современные киры такого соединения не имеют. Соединение выдерживает приличный вращающий момент. Для его изготовления потребуется звездочка (фото 1)с коленвала двигателя от жигулевской классики, где распредвал имеет цепную передачу. Сама цепь – фото 3. И необходимо выточить полумуфты, на рисунке зеленого цвета. Звездочку разрезают пополам. На каждую полумуфту приваривают по половинке звездочки (Рис.1). Потом отделяют часть цепи с числом звеньев, равному числу зубьев на звездочке. Обворачивают получившиеся полумуфты этим куском цепи и новым штифтом соединяют звенья с помощью расклепки (Фото2). Для крепления полумуфт можно использовать болты, если усилия не большие, но лучше конечно применить шпоночное соединение. Ну вот вроде и все, если, что интересное вспомню, обязательно выложу. До свидания. К.В.Ю.

Короткий путь http://bibt.ru

Муфты для соединение двух валов. Глухая муфта.

Муфта сцепления. Кулачковая муфта. Фрикционная муфта. Крестовая кулачково-дисковая муфта (муфта «Ольдтема»).

Соединение двух валов может быть глухим , когда длинный вал по условиям изготовления и эксплуатации машины делают составным, причем составной вал должен работать как целый. Такое соединение показано на рис. 234. Это - втулка, насаженная с натягом на концы соединяемых валов. Втулка закрепляется на валах и передает крутящий момент при помощи призматических или сегментных шпонок или конических штифтов.

Рис. 234 : 1 - муфта, 2 - шпонка, 3 - вал

Муфты сцепления предназначены для соединения и разъединения валов. К ним относятся кулачковые и фрикционные муфты.

Кулачковая муфта (рис. 235) состоит из двух частей, насаженных на соединяемые концы валов. Одна полумуфта насаживается наглухо, вторая может перемещаться вдоль вала по направляющей шпонке при помощи специального рычага. При перемещении кулачки сцепляются, чем обеспечивается передача крутящего момента.

Рис. 235. Кулачковая муфта сцепления

Фрикционные муфты (рис. 236) обеспечивают более плавный пуск (за счет пробуксовывания) ведомого вала. Момент передается за счет силы трения между ведущей и ведомой частями муфты. Фрикционные муфты делятся на дисковые, конические, барабанные (с колодками, разжимаемыми кольцами, обтяжными лентами или пружинами).

Рис. 236 Фрикционная муфта

К разновидности подвижных муфт относятся упругие муфты . Эти муфты применяются для компенсации ошибок относительного положения соединяемых валов: смещения центров, взаимного наклона осей, осевого смещения. Возможность компенсации того или иного вида ошибок зависит от конструкции муфт. Например, кулачковая расширительная муфта компенсирует только осевое перемещение, происходящее, например, как результат тепловой деформации.

Для компенсации смещения осей валов в направлении, перпендикулярном к оси, а также небольших осевых смещений применяют крестовую муфту (муфту «Ольдгема») (рис. 237). Она состоит из двух полумуфт с пазом на торцовой поверхности и среднего диска с двумя взаимно перпендикулярными выступами, входящими в пазы полумуфт. При вращении соединенных муфтой валов, оси которых смещены, но параллельны, выступы среднего диска скользят по впадинам полумуфт. Средний диск, кроме вращения, совершает движение в плоскости, перпендикулярной к оси («плавает»).

Соединение валов электрических машин между собой или с валами других машин осуществляется муфтами различных типов и может быть жестким, полужестким или эластичным (гибким).

Жесткое соединение валов

Жесткое соединение валов применяется в тех случаях, когда необходимо обеспечить работу соединяемых валов без смещения в узлах сопряжения, то есть как единого вала.

Жесткое соединение валов выполняют при помощи фланцев, откованных заодно с валом (фланцевое соединение) или посредством жестких муфт, насаживаемых на концы валов соединяемых машин.

Фланцевое соединение валов показано на рисунке 1, а . Его применяют для присоединения машин с одноопорными валами. В этом случае в качестве второй опоры одноопорного вала используется само соединение валов.

Рисунок 1. Фланцевое соединение валов и муфты для соединения валов электрических машин

При таком способе соединения валов один из фланцев имеет центрирующий выступ высотой от 8 - 10 до 16 мм (для валов диаметром до 600 мм), а в другом (ответном) фланце - соответствующую выточку. Оба фланца, сопряжение которых выполняют по скользящей посадке второго класса точности, соединяют между собой болтами, входящими в отверстия под действием легких ударов свинцовой кувалды. При этом болты должны плотно входить в отверстия фланцев. В отдельных случаях посадка соединительных болтов осуществляется лишь в одном фланце, а в другом между болтами и фланцем оставляют зазор 0,1 - 0,25 мм (в зависимости от диаметра болтов).

Для жесткого соединения валов с помощью муфт применяют поперечно-свернутые муфты и зубчатые муфты типа МЗН или МЗУ.

Поперечно-свернутые муфты используются в основном для соединения валов электрических машин в преобразовательных агрегатах.

Поперечно-свернутая муфта (рисунок 1, б ) состоит из двух 1 и 2 , насаженных на концы соединяемых валов. Полумуфты имеют центрирующие выступы и выточку и соединяются между собой специальными точеными болтами 3 , с плотной посадкой в отверстия полумуфт под развертку. Шпонка 4 предохраняет полумуфты от проворачивания на валах. От осевых перемещений полумуфты предохраняют стопорными винтами, ввертываемыми с торца в местах сопряжения полумуфты с валом (на рисунке 1, б не показаны).

При несовпадении отдельных отверстий одной из полумуфт поперечно-свертного типа с отверстиями другой полумуфты, их следует расширить путем райберовки конической или универсальной разверткой. Для этой цели обе полумуфты предварительно стягивают болтами, которые устанавливают в совпадающие по осям отверстия. Во избежание нарушения цилиндричности райбируемых отверстий в связи с боковыми качаниями развертки конец последней устанавливают на упор, жестко закрепленный на подшипниковой стойке. С помощью этого же упора производят также подачу развертки вперед до полного прохода ее сквозь отверстия обеих полумуфт.

Зубчатая муфта (рисунок 1, в ) состоит из двух ступиц 1 и 2 , закрепленных шпонками на концах соединяемых валов. На внешней поверхности ступиц имеются зубцы, входящие в зацепление с внутренними зубчатыми венцами 3 полумуфт 4 и 5 , надетыми на ступицы. Между собой полумуфты соединяют болтами.

Полужесткое соединение валов

Полужесткое соединение валов применяют, например, для соединения валов турбогенераторов с валами паровых турбин. Для этой цели используют полужесткие зубчато-пружинные муфты (муфты переменной жесткости типа Бибби).

Полужесткая зубчато-пружинная муфта (рисунок 1, г ) состоит из двух полумуфт 1 и 2 , насаживаемых на концы валов. Обе полумуфты соединены между собой посредством упругой волнообразной ленточной пружины (компенсатора) 3 , охватывающей зубья 4 обеих полумуфт и являющейся ведущим элементом в этой муфте. Снаружи муфта закрыта кожухом 5 .

Эластичное соединение валов

Эластичное или мягкое соединение валов, как его часто называют, применяют при возможных боковых или угловых смещениях валов в узлах сопряжения. Для этой цели наиболее широко используют упругие втулочно-пальцевые муфты типа МУВП.

Такие муфты применяют, например, в возбудительных агрегатах крупных электрических машин.

Упругая втулочно-пальцевая муфта типа МУВП (рисунок 1, д ), состоит из двух полумуфт 1 и 2 , закрепленных на концах валов соединяемых машин. Эластичность соединения достигается за счет пальцев-болтов 3 с надетыми на них и запрессованными кожаными шайбами 4 или резиновыми манжетами, зажатыми разрезным кольцом 5 . В ведущую полумуфту пальцы вставлены плотно своей металлической частью, а в ведомую они входят своей эластичной частью с небольшим зазором.

Возможные способы соединения двигателя и цилиндрического, коническо-цилиндрического, а также червячного редукторов представлены на рис. 2.1, где а , д , и – соединения «вал в вал», б , е , к – соединения компенсирующей муфтой, в , ж , л – соединения шестерней, г , з , м – соединение клиноременной передачей.

Соединение «вал в вал» используют: при стремлении к уменьшению габаритных размеров и массы; при необходимости жесткого соединения для получения точного позиционирования и точной скорости перемещений; при стремлении к уменьшению приведенного момента инерции

привода. Это соединение компактно, но чрезвычайно чувствительно к погрешностям изготовления и сборки привода. С увеличением этих погрешностей возрастают силы в опорах соединяемых валов двигателя и редуктора, а также возникает возможность возникновения фреттинга в соединении. Как известно, фреттинг неподвижных соединений

– это разновидность повреждений, которые возникают, когда две поверхности, соприкасающиеся и номинально неподвижные по отношению друг к другу, испытывают локальные небольшие периодические относительные смещения.

При соединении валов двигателя и редуктора с использованием компенсирующей муфты удается скомпенсировать достаточно большие погрешности сборки привода. При этом несколько увеличивается размер привода по длине. Консольная радиальная нагрузка на соединяемые валы приближенно составляет 0,2 от окружной силы на муфте.

Если валы двигателя и редуктора соединить шестерней, то габаритный размер червячного или коническоцилиндрического мотор-редуктора незначительно увеличивается по длине. В этом случае мотор-редуктор становится соответственно цилиндро-червячным или цилиндро-коническо-цилиндрическим. Соединяемые валы нагружаются силами, действующими на зубья шестерни.

Соединение с использованием клиноременной передачи увеличивает габаритный размер мотор-редуктора по высоте. Нагрузка на соединяемые валы определяется консольной радиальной силой предварительного натяжения ремней.

Сравнительный анализ (рис. 2.2 ) степени распространенности различных соединений валов двигателя и

Иванов А.С., Муркин С.В. « Конструирование современных мотор-редукторов»

редуктора в мотор-редукторах общепромышленного применения 72 фирм 17 стран показал, что три вида соединений: «вал в вал» (белая заливка), компенсирующей муфтой (черная заливка), с использованием зубчатой передачи (серая заливка) – достаточно распространены в современных мотор-редукторах, изготавливаемых как в странах Запада, так и в России. Соединения ременной передачей в этот анализ не вошли, поскольку они находят применение только у некоторых фирм-изготовителей мотор-редукторов.

Соединение «вал в вал» использует фирма Bockwoldt (Германия) в цилиндро-коническо-цилиндрическом моторредукторе. Фирмы Rotor (Нидерланды), Renold (Великобритания), Innovari (Италия) применяет такое соединение в одно-, двух- и трехступенчатых цилиндричеких зубчатых мотор-редукторах. Соединение муфтой характерно

Иванов А.С., Муркин С.В. « Конструирование современных мотор-редукторов»

для мотор-редукторов фирм Stöber, Bauer (Германия) и др. Его выполняют с использованием зубчатой муфты, муфты со звездочкой, МУВП и др. Соединение шестерней распространено в Германии (фирмы SEW, Bauer, Nord), Великобритании (фирма Renold), США (фирма Baldor Dodge), Италии (фирмы Innovari, Rossi) и др. странах.

2.1 Соединение «вал в вал»

В мотор-редукторах применяют три вида соединения «вал в вал»: 1) как вал двигателя так и вал редуктора установлены на двух опорах, вращающий момент передает шпоночное соединение; 2) как вал двигателя так и вал редуктора установлены на двух опорах, вращающий момент передают короткие шлицы; 3) вал двигателя установлен на двух опорах, а входной вал редуктора – на одной, вращающий момент передается соединением с натягом, создающимся затяжкой винтов клеммового соединения.

На рис. 2.3 представлены эти виды соединений применительно к цилиндро-коническо-цилиндрическому мотор-редуктору: первый (а ) – мотор-редуктор фирмы Pujol Muntala (Испания); второй (б ) – мотор-редуктор фирмы ZAE (Германия); третий (в ) – мотор-редуктор фирмы Bauer (Германия). Первый вид соединения также применяют фирмы

GFC и Bockwoldt (Германия), Renold (Великобритания), Rossi

(Италия), ООО «Можга-редуктор», ОАО «Редуктор» г. Барыш, ОАО «Редуктор» г. Ижевск (Россия) и др. Соединение второго вида, кроме того, распространено среди фирм Swedrive (Швеция), Bonfiglioli (Италия) и др. Третий вид соединения также используют фирмы KEB (Великобритания) и др.

Иванов А.С., Муркин С.В. « Конструирование современных мотор-редукторов»

Иванов А.С., Муркин С.В. « Конструирование современных мотор-редукторов»

Пример соединения третьего вида применительно к планетарному мотор-редуктору фирмы ZF (Германия) приведен на рис. 2.4 (двигатель на рисунке не показан).

Как известно, стержень, закрепленный в одной опоре (рис. 2.5, а ), образует механизм. Чтобы стержень зафиксировать в пространстве, достаточно его установить на двух опорах (рис. 2.5, б ). Если число опор увеличить, то система становится статически неопределимой и для определения реакций в опорах необходимо кроме уравнений равновесия, составлять условия совместности перемещений. Когда валы несоосны или имеется их перекос, опоры, расположенные вблизи соединения, оказываются нагруженными силами, которые могут превосходить реакции в опорах от рабочего процесса. Четырехопорный вал без шарнира (рис. 2.5, в ) – это расчетная схема соединения «вал в вал» первого вида, четырехопорный вал с шарниром

Иванов А.С., Муркин С.В. « Конструирование современных мотор-редукторов»

(рис. 2.5, г ) – расчетная схема соединения «вал в вал» второго вида, трехопорный вал (рис. 2.5, д ) – расчетная схема соединения «вал в вал» третьего вида.

Так как соединение «вал в вал» образует статически неопределимую расчетную схему соединяемых валов, то погрешности изготовления и сборки могут привести к возникновению значительных сил в опорах. Чтобы ограничить величины этих сил, необходимо учесть взаимосвязь реакций в опорах с погрешностями расположения поверхностей деталей, изгибной жесткостью валов, контактной жесткостью подшипников, радиальными зазорами в подшипниках и назначать допуски расположения из расчета рассматриваемой статически неопределимой системы.

Кроме увеличения реакций в опорах, снижающего ресурс подшипников, в соединении «вал в вал» возможно возникновение фреттинга в сопряжении контактирующих поверхностей выходного конца вала двигателя и отверстия в вале редуктора. Чтобы исключить появление фреттинга, фирма SEW (Германия) рекомендует при сборке наносить на контактирующие поверхности противозадирную пасту NOCO, итальянские фирмы – пасту «Klűberpaste-46MR401», фирма

Иванов А.С., Муркин С.В. « Конструирование современных мотор-редукторов»