Сведения о муфтах, шкивах и шестернях

2.1.1 Муфта (от нем. Muffe или голл. mouwtje) в технике, - устройства для постоянного или временного соединения валов, труб, стальных канатов, кабелей и т. п.

Различают муфты соединительные, которые в зависимости от выполняемой функции обеспечивают прочность соединения, герметичность, защищают от коррозии и т. п., и муфты приводов машин и механизмов, которые передают вращательное движение и вращающий момент с одного вала на другой вал, обычно соосно расположенный с первым, или с вала на свободно сидящую на нём деталь (шкив, зубчатое колесо и т. п.) без изменения вращающего момента. Кроме того, муфты приводов выполняют др. важные функции: компенсацию небольших монтажных отклонений, разъединение валов, автоматическое управление, бесступенчатое регулирование передаточного отношения, предохранение машин от поломок в аварийном режиме и т. д. Муфты применяют для передачи как ничтожно малых, так и значительных моментов и мощностей (до нескольких тыс. кВт). Различные способы передачи вращающего момента, разнообразие функций, выполняемых муфтами, обусловили большой типаж конструкций современных муфт. Наиболее распространённые из них стандартизованы.

Передача момента в муфтах может осуществляться механической связью между деталями, выполняемой в виде неподвижных соединений или кинематических пар (муфты с геометрическим замыканием); за счёт сил трения или магнитного притяжения (муфты с силовым замыканием); сил инерции или индукционным взаимодействием электромагнитных полей (муфты с динамическим замыканием). По характеру работы и основному назначению различают муфты следующих типов: постоянные соединительные; управляемые (сцепные), позволяющие соединять и разъединять валы через систему управления; самоуправляемые (автоматические), соединяющие и разъединяющие валы в процессе работы автоматически в зависимости от изменения режима; предохранительные, разъединяющие валы при опасном нарушении нормальных условий работы машины; муфты скольжения, передающие момент лишь при частоте вращения ведомого вала, меньшей частоты вращения ведущего вала.

Рис. 1. Постоянные соединительные муфты:

а — жёсткая некомпенсирующая втулочная; б — жёсткая компенсирующая зубчатая; в — сочетание двух одинарных шарнирных асинхронных муфт с промежуточным валом; г — плавающая кулачково-дисковая; д — втулочно-пальцевая; е — с торообразной оболочкой; 1 — соединяемые валы; 2 — втулка муфты; 3 — втулки с наружными зубьями; 4 — обойма с внутренними зубьями; 5 — полумуфты; 6 — промежуточный вал; 7 — промежуточный диск; 8 — торообразная эластичная оболочка; D — поперечные смещения валов; d — угловое смещение; d₁ и d₂ — углы перекоса шарнирных муфт.

2.1.2 Постоянные соединительные муфты выполняются с геометрическим замыканием и делятся на несколько типов. Жёсткие некомпенсирующие, или глухие, муфты (рис. 1, а) соединяют валы без возможности относительного их перемещения. Жёсткие компенсирующие муфты допускают небольшие отклонения от соосного расположения валов. Среди них наиболее распространены зубчатые муфты (рис. 1, б). Жёсткие подвижные муфты допускают значительные отклонения от соосности. Например, широко распространены асинхронные шарнирные муфты, которые допускают перекос осей до 45°, но не допускают поперечных и продольных смещений осей; сдвоенные шарнирные муфты, т. е. сочетание двух одинарных (рис. 1, б) и т. д.

Постоянное передаточное отношение при любых углах между осями соединяемых валов обеспечивается синхронными шарнирными муфтами, которые передают движение посредством шариков. Такие муфты применяют, например, в приводе передних ведущих колёс автомобиля. К синхронным муфтам относятся также плавающие, или крестовые муфты, называемые также кулачково-дисковыми муфтами (рис. 1, г), конструкции которых допускают значительные поперечные смещения осей валов и компенсацию небольших перекосов и осевых смещений.

Как компенсирующие используются также упругие и упруго-демпфирующие муфты. К этой группе относятся втулочно-пальцевые муфты (рис. 1, д), широко применяемые для соединения вала электродвигателя с валом приводимой машины, а также муфты более совершенной конструкции — муфты с торообразной оболочкой (рис. 1, е) и др.

2.1.3 Управляемые, или сцепные, муфты, выполняемые с геометрическим и силовым замыканием, также отличаются большим разнообразием. Группу муфт с геометрическим замыканием составляют кулачковые (рис. 2, а), зубчатые и др. муфты, отличающиеся компактностью конструкции, но не допускающие включения на быстром ходу при большой разности угловых скоростей сцепляемых полумуфт. Этого недостатка лишены зубчатые муфты с синхронизаторами (рис. 2, б). Такие муфты обеспечивают безударное включение на холостом ходу, т. к. сначала в соприкосновение входят фрикционные поверхности и происходит выравнивание скорости вращения полумуфт в процессе скольжения перед введением в зацепление зубьев. Муфты с синхронизаторами используют в автомобильных коробках передач. К управляемым муфтам с силовым замыканием механической связью относятся муфты трения, или фрикционные, которые допускают включение на ходу и под нагрузкой. Конструкция этих муфт может быть выполнена с одним или несколькими дисками, с цилиндрическими или коническими поверхностями трения, с механическим, пневматическим, гидравлическим или электромагнитным (рис. 2, в) управлением. Такие муфты применяют в автоматических системах, т. к. они позволяют осуществлять дистанционное управление.

Рис. 2 Управляемые муфты:

а – кулачковая; б – зубчатая с синхронизатором; в – фрикционная с электромагнитным управлением; г — с ферромагнитной смесью; д — синхронная электроиндукционная; 1 — полумуфты; 2 — внешние зубья; 3 — конические фрикционные поверхности; 4 — передвижное кольцо с внутренними зубьями; 5 — диски полумуфт; 6 — ферромагнитная смесь; 7 — катушка возбуждения; 8, 9 — магнитопроводы полумуфт с разделёнными полюсами.

Группу муфт с силовым замыканием электромеханической связью составляют муфты с жидкой или порошкообразной ферромагнитной смесью (рис. 2, г), в которых при прохождении электрического тока в катушке возбуждения возникает магнитный поток, в результате ферромагнитная смесь, заполняющая зазор между полумуфтами, намагничивается, что обеспечивает сцепление смеси с поверхностями полумуфт. Эти муфты широко используются в копировальных металлообрабатывающих станках и др. рабочих машинах. Силовое замыкание электромагнитной связью осуществляется в синхронных электроиндукционных муфтах, которые имеют магнитопроводы с разделёнными полюсами на обеих полумуфтах (рис. 2, д). Вращающий момент между валами передаётся при прохождении через катушку возбуждения тока и возникновении при этом силы магнитного притяжения между полюсами полумуфт.

Рис. 3. Самоуправляемые муфты:

а — свободного хода; б — центробежная; 1 — ведущая звёздочка; 2 — ролики; 3 — ведомая обойма; 4 — корпус; 5 — фрикционная обкладка

Самоуправляемые, или автоматические, муфты включаются и выключаются в зависимости от изменения режима работы машины. К ним относятся: однооборотные муфты, срабатывающие в определенном положении через каждые один или несколько оборотов вала (применяются в прессах и молотах для остановки ползуна в верхнем положении); обгонные муфты, или муфты свободного хода (рис. 3, а), передающие момент только при одном направлении вращения ведущей полумуфты относительно ведомой и проворачивающиеся при обратном направлении вращения (применяются в велосипедах, автоматических трансмиссиях автомобилей, станках и т. п.); центробежные М. (рис. 3, б), включающиеся и выключающиеся в зависимости от скорости вращения ведущей полумуфты (используются в качестве пусковых в приводах, а также как предохранительные муфты, ограничивающие скорость вращения приводимой машины, и т. п.): муфты предельного момента, которые наиболее часто используются как предохранительные, отключающие машину при опасном увеличении вращающего момента. Функции предохранительных выполняют муфты и др. типов, допускающие проскальзывание и имеющие соответствующую конструкцию и характеристику.

2.1.4 Шкив (от голл. schijf), вращающаяся деталь ремённой передачи или канатной передачи, выполненная в виде колеса, охватываемого гибкой связью. Передающие вращающий момент рабочие Ш. (ведущий и ведомый) закрепляют на валах посредством шпоночных соединений, зубчатых соединений и пр. Не передающие вращающего момента Ш. (холостые Ш., натяжные ролики) свободно вращаются на валах или осях.

Рис.4 Шкивы: а – монолитный; б – со ступицей; в – штампованный; г – ступенчатый

Конструкции Ш. отличаются большим разнообразием. Ш. малых диаметров выполняют монолитными (рис.4, а), Ш. средних и больших диаметров (рис.4, б) имеют ступицу 1 и обод 2, связанные диском 3 или спицами. Крупные Ш. иногда выполняют из двух половин, соединённых болтами. Изготовляют Ш. из чугуна, стали (рис.4, в), лёгкого сплава, пластмассы, иногда дерева.

Ш. под плоские ремни (рис.4, а) имеют цилиндрическую или слегка выпуклую рабочую поверхность для предохранения ремня от сбегания, с той же целью Ш. иногда снабжаются ребордами 4. Ш. под клиновые и поликлиновые ремни имеют канавки трапецеидального профиля (рис.4, б). Ш. под ремень круглого сечения снабжают канавкой со скруглённым дном. Ш. зуб чаторемённых передач имеют зубья, идущие в осевом направлении, и реборды. Ступенчатые Ш. (рис.4, г) применяют в передачах с регулированием передаточного отношения путём перевода ремня с одной ступени на другую. Раздвижные конические Ш. в бесступенчатых передачах с широким клиновым ремнем выполняют с одним или обоими подпружиненными передвижными конусами, а также с принудит. перемещением одного или обоих конусов.

2.1.5 Зубча́тое колесо (обыв. шестерня́) — основная деталь зубчатой передачи в виде диска с зубьями на цилиндрической или конической поверхности, входящими в зацепление с зубьями другого зубчатого колеса. В машиностроении принято малое ведущее зубчатое колесо независимо от числа зубьев называть шестернёй, а большое ведомое — колесом. Однако часто все зубчатые колёса называют шестерня́ми.

Зубчатые колёса обычно используются па́рами с разным числом зубьев с целью преобразования вращающего момента и числа оборотов вала на выходе. Колесо, к которому вращающий момент подводится извне, называется ведущим, а колесо, с которого момент снимается — ведомым. Если диаметр ведущего колеса меньше, то вращающий момент ведомого колеса увеличивается за счёт пропорционального уменьшения скорости вращения, и наоборот.

Следует заметить, что зубчатая передача не является усилителем механической мощности, так как общее количество механической энергии на её выходе не может превышать количество энергии на входе. Это связано с тем, что механическая работа в данном случае будет пропорциональна произведению вращающего момента на скорость вращения. В соответствии с передаточным отношением, увеличение крутящего момента будет вызывать пропорциональное уменьшение угловой скорости вращения ведомой шестерни, а их произведение

останется неизменным. Данное соотношение справедливо для идеального случая, не учитывающего потери на трение и другие эффекты, характерные для реальных устройств.

2.2 Снятие полумуфт, шкивов и шестерен

2.2.1 Снятие полумуфт с помощью горизонтального гидравлического пресса

Застропить двигатель или якорь (ротор), установить его на тележку гидравлического пресса или подвесить на грузозахватных приспособлениях.

Установить и закрепить скобу пресса (или стяжное приспособление).

Включить пресс и, плавно повышая давление на плунжер, снять полумуфту. Выключить пресс. При необходимости нагреть полумуфту в соответствии с разделом 2.2.4.

Разобрать и снять стяжное приспособление и полумуфту.

Застропить якорь и установить его на стойки.

2.2.2 Снятие полумуфт с помощью гидравлических домкратов или съемников.

Вставить шпильки в отверстия полумуфты.

Застропить домкрат с упорной планкой приспособления, подвести его к валу и закрепить стяжными шпильками, уперев плунжер домкрата в вал (рис.). При необходимости вставляется переходной упор.

Снятие полумуфты с помощью домкрата:

1- домкрат; 2- приспособление к домкрату;

3- плунжер домкрата; 4- якорь (ротор).

Включить насос домкрата и, повышая давление на плунжер, снять полумуфту. Выключить насос. При необходимости предварительно нагреть полумуфту в соответствии с разделом 2.2.4.

Опустить домкрат с приспособлением. Разобрать приспособление и снять полумуфту.

2.2.3 Снятие полумуфт с помощью винтовых съемников

Застропить съемник, подвести его к полумуфте. Вращая винт, упереть его в вал до полного натяжения лап съемника. Застропить полумуфту.

Вращая винт вручную или механически, снять полумуфту. При необходимости предварительно нагреть полумуфту в соответствии с разделом 2.2.4.

Установить съемник и полумуфту на специально отведенное место

Лапчатый съемник:

1 и 2 — рукоятки; 3 — гайка; 4 — лапы съемника; 5— шкив.

2.2.4 Снятие полумуфт с предварительным подогревом

Для облегчения снятия полумуфту нагревают, предварительно создав натяг одним из указанных способов.

Нагрев производится индукционными нагревателями или газовыми горелками с наконечниками №6 или №7.

Полумуфта нагревается равномерно по окружности ступицы. Нагрев производится достаточно быстро, чтобы вал не успел сильно прогреться.

Нагрев производится до температуры 150-200^оС.При этой температуре полумуфта должна сойти с места посадки.

Затем подается давление и снятие полумуфты может быть продолжено.

Примечание:

1. При снятии полумуфт с предварительным нагревом у машин на подшипниках скольжения необходимо сначала снять вкладыши для предохранения их от повреждений.

2. При конусных соединениях в полумуфтах необходимо предварительно снять стопорные гайки, штифты и т.д.