нуты относительно друг друга на 90°. Спаривая две муфты, можно увеличить (удвоить) предельный угол наклона осей валов и вместе с тем обеспечить передачу момента при значительном радиальном смещении осей валов. Шарнирные муфты применяются:

1) для компенсации неточности взаимного расположения валов, возникающей при сборке, при деформации рамы и рессор (транспортные и другие машины);

2) передачи вращения переставным валам (шпиндели многошпиндельных сверлильных станков, валки прокатных станов и т. п.);

3) передачи вращения валам, положение которых изменяется во время работы (консоли фрезерных станков и т. п.).

Часто используется конструкция, в которой две шарнирные муфты соединяются промежуточным валом; такое устройство называется карданным валом. По габаритам и передаваемым крутящим моментам шарнирные муфты делят:

1) на малогабаритные (см. рис. I.3I и П.33), предназначенные для передачи малых моментов (от 1,25 до 128 кгс-м). У них шарниры размещены в габаритах ступиц полумуфт;

2) крупногабаритные (см. рис. 11.36 и 11.37), предназначенные для передачи средних и больших моментов (от 100 до 80 ООО кгс-м). У них шарниры вынесены за габариты ступиц полумуфт.

При наличии углового смещения осей соединяемых валов вращение ведомого вала одинарной шарнирной муфты происходит неравномерно при равномерном вращении ведущего вала.

Если принять и (Oj - угловые скорости ведущего и ведомого валов, причем max и coj nun соответственно наибольшее и наименьшее значение последней, у - угол наклона осей валов в град, а - угол поворота ведущего вала вокруг своей оси (в град) от начального положе1П1я, при котором ось шарниров ведущей вилки перпендикулярна плоскости расположения валов, то

2

cos у

£0,

1 - sinY cosa

(II,1)

Шг max

1 2 mm cosy

Коэффициент неравномерности вращения ведомого вала k = 2 шах-ЮатШ sin у.

(II.2)

Периодическое отставание и опережение ведомого вала относительно номинальных положений, соответствующих равномерному вращению, вызывают дополнительные динамические нагрузки.

Наибольшее опережение (отставание) ведомого вала

датах == arc sin

in /1

- COS у

sin Y

при V = 45; 30; 15

Дашах = 9° 50; 4° 6; 1°. Угловое ускорение ведомого вала

cosy I 2 sinYosY sin 2а

2-1 i - sinYsina i (1 - sinv sm2o)2

где Ej-угловое ускорение ведущего вала.

При £0 = const El = О (равномерное вращение ведущего вала)

2 sinYosУ si 2а (1 - sinY sina)

Синхронное вращение ведомого и ведущего валов можно обеспечить:

1) постановкой двух последовательно расположенных шарнирных муфт с промежуточным валом. При этом оси ведущего и ведомого валов должны составлять одинаковые углы с промежуточным валом, а вилки на обоих концах промежуточного вала должны быть расположены в одной плоскости (у =73 - рис. 11.29);

2) применением специальных синхронных шарнирных муфт (см. рис. 11.38, II. 39).

К- п. д. муфты с цапфами в шарнирах (см. рис. 11.31)

для V -s; 25°

d 2у

где d - диаметр цапфы; R - 1/2 расстояния между серединами цапф, имеющих общую ось поворота; / - коэффициент трения в шарнире, / = 0,15-0,2 - при

Рис. 11.29. Схема вала с шарнирными муфтами

опорах скольжения, /=0,05-ь0,1-при игольчатых опорах. При 725° к. п. д. шарнирных муфт достигает 0,98-0,99.

При действии на ведущую вилку муфты крутящего момента крутящий момент на про.межуточной части муфты (крестовине)

при а = 0; я

Л1п = Мптах = -

Сила, воспринимаемая шарниром,

- пшах . 2R

крутящий момент на ведомой вилке муфты

U-£inbLii£! COSY

при а = 0; п

Л1, = М2 max -

COS Y

(П.З)

(П-4)

(II.5)

Наклон осей валов обусловливает изгибающий момент, приложенный в плоскости вилки на ведущем валу.

Мщ ~ Ml tg V cos а;

при а = 0; л на ведомом валу

при а =

2 3

Мои = Ml tg Y sin а - sinY sina; Май max = sin Y-

Ha рис. 11.30, a представлен .характер изменения крутящего момента на ведомом валу при постоянном крутящем моменте на ведущем валу. На рис. 11.30, б представлен характер и.змепения изгибающего момента Мн, а также

6) о

г/2л

2ii X

2л а,

Рис. 11.30. Характер изменения моментов и радиальных нагрузок на валах

горизонтальной Р и вертикальной Рц, составляющих нагрузок на опору ведущего вала, а па рис. П.30, в - для ведо.мого вала. Графики построены для V = 45°.

Муфты рассчитываются по удельному давлению в шарнирах, а на прочность вилок и крестовины - по силе Рщ max-Давление в шарнирах скольжения

(II.6)

где d и / - диаметр и длина цапфы в см; [q\ - допускаемое давление в кгс/См (при закаленных поверхностях []400 кгс/см).

Давление в игольчатых опорах рассчитывают условно по формуле (II..6), причем под / понимается рабочая длина игл; [q] 60-80 кгс/см (по данны.м автомобильной промышленности).

Рабочие нагрузки на шарниры, валы и опоры зависят от условий работы-

1. При малой скорости вращения Рштах, Лептах и Afjmax определяются по формула.м (И.З, II.4 и II.5) при а = 0.

2. При большой скорости вращения, = const и значительной жесткости элементов кинематической цепи, кроме определения Рщтах. Л1 тах и Mjmax при а = О, необходимо учитывать действие инерционных нагрузок от неравномерного вращения ведомой вилки.

Для наименее благоприятного случая работы (а = 45°) приближенно

max = Ml -f 8ав; COSY

1 max

= м.

1 - 0,5 sin Y

2 шах.

2 max

-Ml maxIl + 0,5tgY,

где G - приведенный мо-мент инерции масс, присоединенных к ведомой вилке. При одинарных муфтах с промежуточным валом или одной сдвоенной муфте (при Yi = Y2) под О в первом случае понимается момент инерции промежуточного м.чла со скрепленными с ним вилками и крестовинами, по втором случае - момент инерции промежуточных деталей, включая обе крестовины.

3. При большой скорости вращения, mj = const и малой жесткости вала при одной шарнирной муфте считают, что создаваемая муфтой неравномерность 11р;пцения поглощается скручиванием вала. В этих условиях наибольший крутя-Н1ИЙ момент на ведомой вилке будет при = 45°:

max - 1 -f- 82 шах ----->

где 6 - момент инерции масс ведомой части муфты с крестовиной и половины промежуточного вала в кгс-см-с; J - момент инерции сечения вала в см*; О - модуль упругости при сдвиге в кгс/см; L - длина вала в см; Дящах - U град.

Быстроходные валы с шарнирными муфтами проверяют на критическую угловую скорость, принимая коэффициент запаса не менее 1,5.

Малогабаритные шарнирные муфты

По ГОСТ 5147-69 малогабаритная муфта имеет два исполнения (тип А и тип Б) - рис. 11.31.

У одинарной муфты (тип А) ступицы полумуфт, насаживаемые на концы соединяемых валов, оканчиваются вилками /. Вилки соединяются между собой с помощью крестовины 6, пальца 3, втулок 5 и стержня 4. Полумуфты соединяются с пало.м штифтами 2.

У сдвоенной муфты (тип Б) промежуточный полый вал имеет на концах вилки, соединяемые с вилками -полумуфт.

Крестовина выполняется из стали марок 40Х (HRC 48-52), ШХ12 или 111X15, вилки - из стали 20Х {HRC 48-62) или хромоникелевых сталей, палец и втулки - из стали 40Х (HRC 48-53), стержень ~ из стали 20. Одинарная муфта допускает перекос валов до 45°.

В табл. 11.10 приведены основные размеры и параметры муфты.

При малых частотах вращения (до 200 об/мин) подбор муфт производят по наибольшим допустимым моментам (табл. 11.10), подсчитанным с коэффициентом запаса 1,25 по отношению к моментам, соответствующи.м началу появления остаточных деформаций, и с коэффициентом 3-3,2 по отношению к разрушающим моментам.

При углах перекоса Y, отличных от нуля, допустимые моменты составляют

My = Mo cos V.

где Mj - допустимый крутящий момент при y = О (табл. 11.10).

При высоких скоростях (более 200 об/мин) муфты подбирают из условия допустимой температуры нагрева по номограмме (рис. 11.32).

Зная частоту вращения муфты в минуту и мощность или крутящий момент (отсчитывается по наклонной сетке), определяют диаметр расточки в полумуфтах, а по нему из табл. 11.10 берут основные размеры муфты.

Малогабаритная муфта фирмы Ludwig Loewe AG имеет два исполнения (рис. 11.33, а, б). Для удобства сборки муфты вилки со ступицами выполняются

.Таблица 11.10 Размеры (в мм) и параметры муфты по ГОСТ 5147--69 (рис. 11.31)

Тип А

} 2 6 2 1

Тип Б

Рис. 11.31. Малогабаритная шарнирная муфта по ГОСТ 5147-69

-VUT

70 30 50 60 80 100 200 300 400 500 700

Частота 5раш,епия муфты , о5/мим

Рис. 11.32. Допускаемые мощности и крутящие моменты для малогабаритных шарнирных муфт при угле у = 10°. Криволинейные участки - по критерию нагрева, прямолинейные - по критерию прочности (в соответствии с ГОСТ). Моменты отсчитываются по

наклонной сетке