Муфты для соединения валов электрических машин. Валы, оси, их опоры и соединения Как соединить между собой два вала

МУФТОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
устройства, соединяющие концы двух валов с целью передачи вращения.
МЕХАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНИТЕЛЬНЫЕ МУФТЫ
Механические соединительные муфты - это постоянные разъемные соединения. Очень длинные валы, например гребные валы судов, разделяют на секции, соединяемые муфтами, поскольку такую конструкцию удобнее изготовить и транспортировать. Соединительные муфты бывают жесткими некомпенсирующими (глухими) и упругими.
Глухие соединительные муфты. Глухие муфты соединяют валы без возможности их относительного перемещения. К таким муфтам относятся муфты втулочные (рис. 1), фланцевые (рис. 2) и с промежуточным соединительным элементом (рис. 3).

Упругие соединительные муфты. Из-за износа, погрешностей установки или прогиба тяжелых валов под действием собственного веса почти неизбежно возникает несоосность валов. Чтобы предотвратить биения валов, вызванные несоосностью, разработаны соединительные муфты с компенсирующими приспособлениями, названные упругими. К таким муфтам относятся упругие фланцевые (рис. 4) и упругие ременные (рис. 5) муфты.

Универсальный шарнир (кардан). Универсальным шарниром (рис. 6) соединяют непараллельные валы с пересекающимися осями в том случае, когда угол между осями валов велик и может меняться. Двойным карданом обычно соединяют параллельные валы, смещенные один относительно другого.

МЕХАНИЧЕСКИЕ СЦЕПНЫЕ МУФТЫ
Муфты, с помощью которых можно легко разъединить валы (часто - во время работы), называют сцепными. К таким муфтам относятся муфты с геометрическим замыканием и муфты с силовым замыканием (в том числе фрикционные). Сцепные муфты с геометрическим замыканием. Муфты с геометрическим замыканием классифицируются по форме зацепляющихся элементов.
Зубчатые муфты. Муфта с прямоугольными зубцами (рис. 7) может передавать крутящий момент в обе стороны. Ее левая часть жестко крепится (шпонкой) на валу. Правая часть крепится на другом валу скользящей шпонкой и сцепляется или расцепляется с левой частью перемещением рычага в пазе. Главный недостаток такой муфты - трудность сцепления. Зубчатая муфта, которая сцепляется легче, однако передает крутящий момент только в одном направлении, показана на рис. 8.

Фрикционные сцепные муфты. Фрикционная сцепная муфта работает так, что одна ее часть прижимается к другой пружиной, а силы трения на поверхности контакта передают вращение ведомой части. Если нужно, сцепление такой муфтой можно осуществить без рывка, когда один вал вращается, а другой неподвижен, или оба вращаются с разными скоростями, или когда сцепление производится под нагрузкой, как, например, в автомобиле, трогающемся с места на первой передаче.
Коническая сцепная муфта. В конической сцепной муфте (рис. 9) угол конуса обычно составляет 12 или 13°. Коническая контактная поверхность покрывается фрикционным материалом на основе асбеста или кожей. Конические муфты просты, но громоздки и по большей части вытеснены дисковыми муфтами, у которых сцепляющиеся поверхности - диски.

Магнитная сцепная муфта. Также нашли применение дисковые сцепные муфты, замыкаемые магнитным притяжением, а не пружинами.
ГИДРОДИНАМИЧЕСКАЯ МУФТА
Гидродинамическая муфта осуществляет немеханическое соединение валов: крутящий момент передается от одного вала другому посредством движения жидкости. Как показано на рис. 10, рабочее колесо типа насосной крыльчатки 1 на конце ведущего вала 2 образует герметичный кожух 3, содержащий соосное колесо 4, соединенное с ведомым валом 5. Форма лопастей ведущего и ведомого колес близка к полукругу; лопасти расположены радиально. Торообразная полость (улитка), общая для ведущего и ведомого колес, заполняется маслом. Когда ведущее колесо начинает вращаться, оно выталкивает масло под давлением на периферию. Если скорость вращения достаточно велика, масляный поток начинает циркулировать (рис. 10, стрелки) и приводит в движение ведомое колесо, оказывая на него давление. На рабочем режиме разность частот вращения ведущего и ведомого колес может быть малой (МУФТОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ1%). Конечно, вращающееся ведомое колесо также выталкивает масло на периферию, однако чуть большая скорость вращения ведущего колеса и правильно спроектированная улитка гарантируют непрерывность циркулирующего потока.

Гидродинамическая муфта создает плавное ускорение ведомого вала, а масло гасит вибрации от вала двигателя, так что они не сообщаются ведомому валу, и наоборот. Кроме того, при малых оборотах ведущее колесо муфты может вращаться вхолостую, не приводя в движение ведомое колесо. Современные гидромуфты отличаются огромным разнообразием конструкций и размеров и широко распространены в ряде областей техники, включая автомобильный, железнодорожный и морской транспорт. Одним из первоначальных применений гидромуфт были суда с дизельными двигателями; гидромуфта устанавливалась между двигателем и редуктором.
ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ МУФТА
Муфта этого типа - электромагнитный аналог гидродинамической муфты. Электромагнитные муфты обычно находят такое же применение, как и гидродинамические, например, устанавливаются между судовыми дизелем и редуктором для гашения колебаний от дизеля. Типичная электромагнитная муфта состоит из двух роторов. Один из них представляет собой железный диск с тонким кольцевым выступом на периферии. На внутренней поверхности выступа имеются радиально ориентированные полюсные наконечники, снабженные обмотками, по которым пропускается ток возбуждения от внешнего источника через контактные кольца на валу. Другой ротор - это цилиндрический железный вал с пазами, параллельными оси. В пазы вставлены изолированные медные бруски, соединенные на концах кольцевым медным коллектором. Этот ротор может свободно вращаться внутри первого и полностью охватывается его полюсными наконечниками. Когда ток возбуждения включен и один из роторов, скажем второй (что типично для судовой практики), вращается двигателем, силовые линии магнитного поля, созданного током возбуждения, пересекаются проводниками этого ротора (медными брусками) и в них наводится электродвижущаяся сила. Поскольку медные бруски образуют замкнутую цепь, по ним течет ток, созданный наведенной ЭДС, и этот ток порождает собственное магнитное поле. Взаимодействие полей роторов таково, что ведомый ротор увлекается за ведущим, правда, с небольшим запаздыванием. Описанный принцип действия электромагнитной муфты такой же, как у асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором. КПД электромагнитной муфты высок, однако немного ниже, чем у гидромуфты сравнимой мощности.
См. также
ЗУБЧАТАЯ ПЕРЕДАЧА ;
АВТОМОБИЛЬ ЛЕГКОВОЙ ;
СУДОВЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ И ДВИЖИТЕЛИ .
ЛИТЕРАТУРА
Поляков В.С., Барабаш И.Д. Муфты: конструкция и расчет. Л., 1973 Поляков В.С. и др. Справочник по муфтам. Л., 1979

Энциклопедия Кольера. - Открытое общество . 2000 .

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.

Глухие муфты. Длинные валы по условиям изготовления, сборки и транспортировки иногда делают составными. В этом случае отдельные части вала соединяют глухими муфтами. В некоторых случаях эти муфты применяют для обеспечения соосности валов агрегатов.

Втулочная муфта (рис.10.1) представляет собой втулку, надеваемую с зазором на концы валов. Муфта отличается малыми габаритами по диаметру, но усложняет монтаж из-за необходимости больших осевых смещений соединяемых агрегатов. Материал втулок – конструкционная сталь (ст.5, ст.3). Втулочные муфты применяют для соединения валов диаметром до 70 мм.

Фланцевые муфты. Фланцевая муфта (рис.10.2) состоит из двух одинаковых полумуфт, выполненных в виде ступицы с фланцем. Фланцы соединяют болтами. Различают два конструктивных исполнения:

1. Половину болтов устанавливают во фланцах полумуфт без зазора. В этом случае центрирование полумуфт осуществляют эти болты. В результате завинчивания гаек фланцы прижимаются силами затяжки болтов, и на торцах фланцев возникает момент сил трения. Вращающий момент с одной полумуфты на другую передается стержнями болтов, поставленных без зазора, и силами трения на фланцах.

2. Все болты во фланцах полумуфт устанавливают с зазором. При этом не-

обходимо предусмотреть центрирование полумуфт. В этом случае весь вращающий момент с одной полумуфты на другую передается силами трения на фланцах.

Компенсирующие муфты.

По экономическим и технологическим соображениям машины обычно выполняют из отдельных узлов (агрегатов), которые соединяют муфтами. Однако точная установка валов таких агрегатов невозможна из-за: ошибок изготовления и монтажа; установки агрегатов на деформируемом (нежестком) основании; расцентровки валов в результате тепловых деформаций корпусов агрегатов при их работе, а также из-за упругих деформаций валов под нагрузкой.

Для соединения валов с несовпадающими осями применяют компенсирующие муфты. Благодаря своей конструкции эти муфты обеспечивают работоспособность машины даже при взаимных смещениях валов.

Зубчатые муфты. Сдвоенная зубчатая муфта (рис.10.3) состоит из двух одинаковых ступиц 1 (втулок), имеющих внешние зубчатые венцы и двух одинаковых обоим 2 с внутренними зубчатыми венцами. Обоймы стянуты болтами 3, равномерно расположенными по окружности. В крышках 4, закрывающих внутреннюю полость муфты, расположены специальные резиновые уплотнения, удерживающие жидкую смазку внутри муфты. Пробка 5 служит для заливки в муфту масла. Пояски 6 на втулках служат для контроля соосности валов, а резьбовые отверстия – для крепления стоек индикатора. Число зубьев и их размеры подобраны так, чтобы зубья венца втулки располагались с некоторым зазором между зубьями обоймы, образуя зубчатые соединения.

Для снижения интенсивности износа зубьев, заготовки втулок и обойм делают коваными или литыми (при больших размерах). Кованые заготовки делают из сталей марок 35ХМ, 40, 45, а литые из сталей марок 40Л, 45Л. Твердость поверхностей зубьев втулок и обойм должна быть 42 – 50 HRC э.

Шарнирные муфты. В шарнирных муфтах использован принцип действия шарнира Гука. Эти муфты служат для передачи вращающего момента между валами с большими углами перекоса до 40-45° , изменяющимися во время работы.

Муфта (рис. 10.4) состоит из двух одинаковых полумуфт в виде ступицы с вилкой (вилки полумуфт повернуты на 90°) и крестовины, соединяющей полумуфты. Крестовина соединена с вилками полумуфт шарнирами. Это обеспечивает свободу поворота каждой полумуфты относительно крестовины.

Упругие муфты.

Упругие муфты отличаются наличием упругого элемента и являются универсальными в том смысле, что, обладая некоторой крутильной податливостью, эти муфты также являются компенсирующими.

Упругие муфты способны:

· смягчать толчки и удары вращающего момента, вызванные технологическим процессом или выбором зазора при пусках и остановках машины. При этом кинетическая энергия удара аккумулируется муфтой во время деформации упругого элемента, превращаясь в потенциальную энергию деформации.

· защищать привод машины от вредных крутильных колебаний;

· соединять валы, имеющие взаимные смещения. В этом случае деформи-

руется упругий элемент муфты, и муфта функционирует как компенсирущая.

Муфты с неметаллическими (резиновыми) упругими элементами. Уп-

ругие муфты с резино-кордными и резиновыми упругими элементами получи-

ли весьма широкое распространение благодаря простоте конструкций, дешевизне изготовления, простоте эксплуатации (не требуют ухода), высокой податливости при кручении и хорошей демпфирующей способности. Два последних важных свойства определяются свойствами резины, из которой изготовлен упругий элемент муфты.

Упругая втулочно-пальцевая муфта показана на рис. 10.5.

Упругими элементами являются резино-кордовые втулки одетые на соединительные пальцы.

Упругая муфта с резиновой звездочкой показана на рис. 10.6

На рис. 10.7 изображена муфта с упругим элементом в виде внутреннего тора. Две одинаковые полумуфты 2 соединены тороидальным упругим элементом 1, края которого прижаты к полумуфтам нажимными кольцами 3 и винтами 4, равномерно расположенными по окружности.

Муфта с резиновой конической шайбой изображена на рис. 10.8. Резино -металлический упругий элемент 6 крепят к полумуфтам 1 и 2 винтами 5 равномерно расположенными по окружности. Современные способы привулканизации резины к металлу позволяют получить прочность соединения не ниже прочности самой резины. Муфта не обладает высокими компенсирующими свойствами. Однако ее с успехом применяют в приводах машин для гашения вредных крутильных колебаний. Меняя угол конуса можно получить необходимую крутильную жесткость муфты.

На рис. 10.9 изображена муфта с упругими элементами в виде стальных стержней, работающих на изгиб при действии вращающего момента.

Полумуфты 1 и 7 соединены цилиндрическими стальными стержнями (пружинами) 5, равномерно расположенными по окружност. Крышка 3 и кожух 4 удерживают стержни от выпадения и удерживают смазку в муфте благодаря уплотнениям 2 и 8. Для уменьшения износа пружин и их гнезд муфта заполняется маслом с антизадирными присадками через масленку 6.

Полумуфты изготавливают из сталей 45, 40Х, стержни – из высоколегированных пружинных сталей, крышки и кожухи – из чугуна Сч12.

Механические сцепные муфты

Муфты, с помощью которых можно легко разъединить валы (часто – во время работы), называют сцепными. К таким муфтам относятся муфты с геометрическим замыканием и муфты.

Сцепные муфты с геометрическим замыканием. Муфты с геометрическим замыканием классифицируются по форме зацепляющихся элементов.

Муфта с прямоугольными зубцами (рис. 10.10, а) может передавать крутящий момент в обе стороны. Ее левая часть жестко крепится (шпонкой) на валу. Правая часть крепится на другом валу скользящей шпонкой и сцепляется или расцепляется с левой частью перемещением рычага в пазе. Главный недостаток такой муфты – трудность сцепления. Зубчатая муфта, которая сцепляется легче, однако передает крутящий момент только в одном направлении, показана на рис.10.10, б.

Материал кулачковых муфт должен обеспечивать высокую твердость рабочих поверхностей кулачков. Используют стали марок: 20Х, 12ХН3А с цементацией и закалкой до твердости 54 – 60 НRс. При частых включениях используют стали: 40Х, 40ХН, 35ХГСА с закалкой рабочих поверхностей зубьев до твердости 40 – 45 НRс.

Муфты свободного хода

Эти муфты служат для передачи вращающего момента только в одном направлении, когда угловые скорости ведущей и ведомой полумуфт равны. Если угловая скорость ведомой полумуфты превысит угловую скорость ведущей полумуфты, муфта автоматически разъединит соединенные агрегаты.

Роликовая муфта свободного хода представлена на рис. 10.11. Муфта состоит из обоймы 1 и звездочки 2, являющиеся полумуфтами, роликов 3, расположенных равномерно по окружности, и прижимных устройств, состоящих из поршня и пружины 7. Ролики удерживают боковые крышки 4, которые фиксируют пружинные кольца. Обойму от поворота удерживает шпонка 5. Ведущим звеном муфты может быть как звездочка, так и обойма. Когда обойма начнет обгонять звездочку ролик силами трения о звездочку и обойму смещается в более широкую часть клинового зазора и полумуфты размыкаются.

Муфты предельного момента

На рис. 10.12 показана фрикционная муфта, применяемая в механизмах вращения кранов и на поворотных лебедках. Эта муфта одновременно является соединительной. Она соединяет вал электродвигателя с редуктором. Муфта снабжена тормозным шкивом, связь двигателя с механизмом осуществляется через диски. Часть дисков закреплена через шлицы на втулке, жестко соединенной с валом редуктора, другая часть дисков закреплена на диске. Жестко соединенном с электродвигателем. Диски прижаты друг к другу постоянной силой, развиваемой сжатыми пружинами, Величина сжатия пружин, определяющая величину крутящего момента передаваемого муфтой, регулируется резьбовым кольцом.

10.2. Подшипники

Подшипники это самые распространенные детали в машиностроении. Не-

возможно представить любой современный механизм без подшипника, функции которого заключаются с одной стороны, в значительном уменьшении трения между вращающейся и неподвижной деталями механизма, а с другой – в способности нести определенную нагрузку. Важную роль играет и уплотнение, которое защищает подшипник от внешних воздействий и удерживает в нем смазку.

Долговечность и надежность любого механизма, в значительной мере, зависит от правильности выбора и качества применяемых подшипников, уплотнений и смазок. Подшипники по виду используемых в них деталей и их взаимодействия в процессе работы подразделяют на подшипники качения и подшипники скольжения. Наиболее распространены подшипники качения, которые в свою очередь классифицируют по направлению воспринимаемой нагрузки относительно вала (радиальные, радиально-упорные, упорно-радиальные и упорные); форме тел качения: шариковые, роликовые; числу тел качения: однорядные, двухрядные и т.д. (см. табл. 10.1).

Таблица 10.1
Роликовые подшипники

Характеристика	Вид	Характеристика	Вид
Радиальный роликоподшипник однорядный		Радиальный сферический однорядный подшипник
Радиальный роликоподшипник двухрядный		Радиальный роликоподшипник сферический двухрядный
Радиально-упорный роликоподшипник		Упорный роликоподшипник сферический
Продолжение табл.10.1

Конический роликоподшипник		Упорно-радиальный роликоподшипник
Шариковые подшипники
Радиальный шарикоподшипник однорядный		Подшипник радиальный шариковый сферический двухрядный
Разъёмный радиальный шарикоподшипник		Подшипник шариковый упорный однорядный
Радиально-упорный шарикоподшипник		Подшипник шариковый упорный двойной
Радиально-упорный шарикоподшипник двухрядный		Упорно-радиальный шарикоподшипник
Игольчатые подшипники
Игольчатый подшипник с сепаратором без колец		Игольчатый подшипник двухрядный
Игольчатый подшипник с сепаратором без колец двухрядный		Игольчатый подшипник с штампованным наружным кольцом и открытым торцом
Игольчатый подшипник однорядный		Игольчатый подшипник с штампованным наружным кольцом и закрытым торцом
Окончание табл. 10.1

Комбинированные подшипники
Подшипник комбинированный (радиальный игольчатый и радиально-упорный шариковый)			Подшипник комбинированный (радиальный игольчатый
Корпусные подшипники

Крепежные соединения

В машиностроении применяют четыре основных вида резьбовых крепежных соединений: болтами с гайками (рис.10.13,a), ввертными болтами (винтами) (рис.10.13,б ), шпильками (рис.10.13, в ) промежуточное (рис. 10.13, г ).

1. Соединение болтами применимо только при возможности выполнения сквозных отверстий в сопрягаемых деталях.

2. Соединение ввертными болтами применяют при глухом нарезном отверстий (рис.10.13, д), когда невозможно применить болт с гайкой, или при сквозном нарезном отверстии, когда возможна установка болта только с одной стороны соединения.

Деталь с резьбовыми отверстием выполняются из стали, ковкого и высокопрочного чугуна, титанового сплава, бронзы. В деталях из мягких сплавов (алюминиевых, магниевых, цинковых и т.д.) требуется использование промежуточных нарезных втулок из более твердого металла.

3. Соединение шпильками применяют для деталей из мягких (алюминиевых и магниевых сплавов) или хрупких (серого чугуна) материалов, а также при глухих или сквозных нарезных отверстиях в случаях, нежелательности частых выкручиваний шпилек.

4. Кроме описанных основных видов соединений применяются и промежуточные. К ним относится, например, применяемое соединение, изображенное на рис.10.13, ж . Болт закрепляют с помощью гайки в гладком отверстии одной детали; другую деталь притягивают гайкой, навертываемой на свободный конец болта.

Крепежные детали общего назначения изготавливают чаще всего из стали 35, ответственные детали (шатунные болты, силовые шпильки и т.д.) - из хромистых сталей типа 40Х, хромансиля типа 30ХГС, жаропрочных сталей типа 30ХМ, 50ХФА, 25Х12М1Ф, из коррозионно-стойких сталей типа 30Х13, 40Х13.
В серийном и массовом производстве резьбу нарезают методами вихревого нарезания и фрезерования. Наиболее производительным и вместе с тем обеспечивающим наивысшую прочность резьбы является метод накатывания резьбы.

Отраслевые стандарты

Они составляются на изделия, применяемые только в определенной отрасли.

Каждый машиностроительный завод или группа заводов какой-либо отрасли промышленности имеет свои стандарты и нормали. Это технические документы, предписывающие применение только определенных профилей металла, размеров штампов, способов обработки. Они устанавливают и размеры крепежных деталей: гаек, болтов, шайб и т. д. И когда конструктор разрабатывает машину, он обязан придерживаться тех стандартов и нормалей, которые приняты на заводах-изготовителях. Чем больше будет в новой машине стандартных приборов, аппаратов и деталей, тем проще машина в изготовлении и надежнее в эксплуатации. Ведь такие детали выпускаются в большом количестве, и, следовательно, они дешевле, их можно легко случае повреждения заменить.

Государственные и отраслевые стандарты регламентируют технические данные изделий, обязательные виды и способы их испытания и проверки. Завод-изготовитель обязан все это строго соблюдать и не имеет права выпускать изделия с отступлением от ГОСТа или ОСТа.

На изделия, которые выпускаются в небольшом количестве, не разрабатывают стандартов. Вместо них заводы составляют технические условия, которые также определяют все показатели изделия и строго соблюдаются изготовителями.

В тех случаях, когда государственные стандарты охватывают сразу группу машин одного назначения, на каждый отдельный вид машины для уточнения стандарта также составляются отдельные технические условия.

При выполнении рабочего чертежа зубчатых колес встречаются различные формы посадочного отверстия в ступице колеса. Это зависит от вида соединения колеса с валом.

9.4.1. Соединение шпоночное

Основные элементы этого соединения изображены на рис. 9.7. При этом шпонка примерно на половину высоты входит в паз (канавку) вала и на половину в паз ступицы колеса. Боковые рабочие грани шпонки передают вращение от вала к колесу и обратно.

Рис. 9.6. Чертеж цилиндрического зубчатого колеса

Таблица 9.2

Размеры элементов шпоночных соединений

Диаметр вала

Размеры сечения шпонок

Глубина паза

Диаметр вала

Размеры сечения шпонок

Глубина паза

t 1

Рис. 9.8. Элементы шпоночного соединения: а) шпоночная канавка на ступице;

б) шпоночная канавка на валу; в) шпоночное соединение вала и ступицы

9.4.2. Соединение шлицевое

Шлицевое соединение ступицы колеса с валом осуществляется посредством нескольких выступов (шлицев), выполненных как одно целое с валом, и соответствующих им пазов, прорезанных в ступице (рис. 9.9).

Изготовляют шлицевые соединения различных профилей: прямобочного, трапецеидального, эвольвентного и треугольного. Прямобочный профиль наиболее распространен.

Правила выполнения на рабочих чертежах условных изображений шлицевых валов и ступиц колес установлены ГОСТ 2.409-74. Пример изображения приведен на рис. 9.10.

Рис. 9.10. Условные изображения элементов шлицевых вала и ступицы

Условное обозначение шлицев отверстия или вала указывают на полке линии-выноски или в технических требованиях. Пример условного обозначения для ступицы: 8 х 42 х 48 , где Z = 8 – число зубьев; d = 42 – внутренний диаметр; D = 48 – наружный диаметр. Ширина зуба “b ” проставляется на изображении.

4.2.1 Чтение сборочного чертежа. Прочитать сборочный чертеж означает определить устройство, принцип работы, назначение изображенного на нем изделия, представить взаимодействие деталей, их форму и способы соединения между собой. Последовательность чтения сборочного чертежа: − ознакомление с изделием. По основной надписи определить наименование изделия, обозначение чертежа, масштаб изображения, массу сборочной единицы; − чтение изображения. Определить главный вид, дополнительные и местные виды, разрезы и сечения, назначение каждого из них; − изучение составных частей изделия. Определить по спецификации количество и наименование входящих в сборочную единицу деталей, а по чертежу определить их форму, взаимное расположение и назначение. Изображение детали найти сначала на том виде, на котором указан номер позиции, а затем на остальных. При этом необходимо помнить, что одна и та же деталь на любом разрезе (сечении) штрихуется в одну и ту же сторону с одинаковым шагом; − изучение функционального назначения изделия и его конструктивного решения. Установить способ соединения отдельных деталей между собой, взаимодействие составных частей в процессе работы, внешнюю взаимосвязь с другими сборочными единицами и изделиями. Для разъемных соединений выявить все крепежные детали. Определить сопрягаемые поверхности и размеры, по которым осуществляется сопряжение деталей; − изучение конструкции изделия. Установить характер соединения деталей, их функциональное взаимодействие в процессе работы, соединение и взаимодействие с другими сборочными единицами. Для подвижных деталей установить процесс их перемещения при работе механизма, определить трущиеся поверхности и способы осуществления смазки; − определение порядка сборки и разборки изделия – завершающая стадия чтения чертежа.

Последовательность и основные приемы чтения чертежей

Прочитать сборочный чертеж - это значит представить форму и конструкцию изделия, понять его назначение, принцип работы, порядок сборки, а также выявить форму каждой детали в данной сборочной единице. При чтении чертежа общего вида следует: 1. Выяснить назначение и принцип работы изделия. Необходимые сведения о назначении и принципе работы изделия содержатся в основной надписи и описании изделия. 2. Определить состав изделия. Основным документом для определения состава изделия является спецификация, в которой составные части изделия классифицированы по разделам. Для определения на чертеже положения конкретной составной части изделия нужно по ее наименованию определить номер позиции в спецификации, а затем найти на чертеже соответствующую линию-выноску. Спецификация также позволяет определить количество изделий каждого наименования. 3. Определить назначение и конфигурацию составных частей изделия. Назначение и конфигурация изделия определяется функциональными особенностями изделия в целом и его составных частей. Конфигурация составных частей обусловлена их назначением и взаимодействием в процессе работы. При определении конфигурации составных частей следует обращать внимание на способ их соединения. 4. Выявить способы соединения составных частей изделия между собой. Способы соединения деталей обусловлены особенностями взаимодействия элементов изделия в процессе его эксплуатации. Способы соединения могут быть выявлены по чертежу общего вида и классифицированы как разъемные или неразъемные. 5. Определить последовательность сборки и разборки изделия. Одним из основных требований к конструкции изделия является возможность его сборки и разборки в процессе эксплуатации и ремонта. Рациональной может считаться лишь такая конструкция, которая позволяет осуществлять сборку (разборку) с использованием минимального числа операций. Рекомендуется следующая последовательность чтения чертежа: 1. По основной надписи установить наименование изделия, номер, масштаб чертежа, масса изделия, организацию, выпустившую чертеж. 2. Выяснить содержание и особенности чертежа (определить все изображения, составляющие чертеж). 3. По спецификации установить наименование каждой части изделия, найти ее изображение на всех изображениях, уяснить ее геометрические формы. Поскольку на чертежах, как правило, имеется не одно, а несколько изображений, форму каждой детали можно выявить однозначно, прочитав все изображения, на которых данная деталь имеется. Начинать следует с наиболее простых по форме деталей (стержни, кольца, втулки и т.п.). Найдя с помощью позиционного обозначения деталь на одном (обычно на главном) изображении и, зная конструктивное назначение детали, представить себе ее геометрическую форму. Если это одно изображение однозначно определяет форму и размеры детали, то перейти поочередно к выявлению форм других деталей; если же одно изображение не выявляет форму или размеры хотя бы одного элемента детали, то следует отыскать эту деталь на других изображениях сборочного чертежа и восполнить недостаточность одного изображения. Выяснению формы детали способствует то, что на всех разрезах и сечениях одна и та же деталь заштрихована с одинаковым наклоном и расстоянием между линиями штриховки. При этом пользуются знаниями основ проекционного черчения (проекционная связь точек, линий и поверхностей) и условностей, установленных стандартами ЕСКД. 4. Ознакомиться с описанием изделия. Если описание отсутствует следует, по возможности, ознакомиться с описанием аналогичной конструкции. 5. Установить характер соединения составных частей изделия между собой. Для неразъемных соединений определить каждый элемент соединения. Для разъемных соединений выявить все крепежные детали, входящие в соединение. Для подвижных деталей установить возможность их перемещения в процессе работы механизма. 6. Установить, какие детали смазываются, и как осуществляется смазка. 7. Выяснить порядок сборки и разборки изделия. При этом следует иметь в виду, что в спецификации и на сборочном чертеже порядок записи и обозначения составных частей не связаны с последовательностью сборки. Рекомендуется фиксировать порядок сборки и разборки изделия на бумаге в виде схемы или в форме записи последовательности операций. Конечной целью чтения чертежа, как правило, является выяснение устройства изделия, принципа работы и установление его назначения. В учебном процессе центральное место в чтении чертежа занимает изучение форм отдельных деталей, как главного средства к выяснению всех других вопросов, связанных с чтением чертежа.

Деталирование чертежа

Деталированием называется выполнение рабочих чертежей детали по чертежу общего вида. Деталирование – это не простое копирование изображения деталей, а сложная творческая работа, включающая индивидуальную оценку сложности форм каждой детали и принятие наилучшего для нее графического решения: выбор главного изображения, количества и содержания изображений. Размеры деталей измеряют на чертеже с учетом масштаба, указанного основной надписи. Исключение составляют размеры, нанесенные на сборочном чертеже. Размеры стандартных элементов (резьб, конусностей, «под ключ» и др.) уточняются по соответствующим стандартам. Процесс деталирования целесообразно разделить на три этапа: чтение чертежа общего вида, подробное выявление геометрических форм деталей и выполнение рабочих чертежей деталей. 1. Чтение чертежа общего вида. Результатом чтения чертежа общего вида должно быть уяснение состава деталей, входящих в сборку, их взаимного расположения и способов соединения, взаимодействия, конструктивного назначения каждой детали в отдельности и изделия в целом. 2. Подробное выявление геометрических форм деталей , подлежащих вычерчиванию, с целью правильного выбора главного изображения, количества и содержания других изображений на рабочих чертежах. По мере выявления форм деталей следует решать вопрос о выборе главного изображения и необходимости выполнения других изображений для каждой детали, выбрать масштаб изображения, формат. 3. Выполнение рабочих чертежей деталей. произвести компоновку чертежа, т.е. наметить размещение всех изображений детали на выбранном формате. в тонких линиях вычертить необходимые виды, разрезы, сечения и выносные элементы. провести выносные и размерные линии. Определить истинные размеры элементов детали и проставить их на чертеже. Особое внимание обратить на то, чтобы размеры сопряженных деталей не имели расхождений. Определить необходимые конструктивные и технологические элементы (фаски, проточки, уклоны и пр.), которые на чертежах общего вида не изображаются. Размеры выявленных конструктивных элементов определять не по чертежу общего вида, а по соответствующим стандартам на эти элементы. проставить шероховатость, исходя из технологии изготовления детали или ее назначения. обвести чертеж и выполнить штриховку разрезов и сечений. проверить чертеж и, если необходимо, внести исправления. заполнить основную надпись, записать технические требования.

Для соединения отдельных элементов устройства применяются специальные механизмы. В последнее время распространены именно соединительные муфты. Они могут обладать самыми различными свойствами, классификация проводится по области применения и другим критериям. Неправильный выбор муфты приводит к повышенному износу конструкции.

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:

Есть возможность выполнять демонтаж.
Существенно упрощается сбор и производство конечного изделия.
Многие типы изделий позволяют компенсировать различного рода смещения, которые могут возникать при работе устройства.
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.

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

Для создания самодельной конструкции требуется звездочка, которая может быть снята с коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания.
Передача вращения осуществляется при помощи цепи. За счет применения стали при изготовлении этого изделия существенно повышается прочность.
Подключение осуществляется за счет двух полумуфт. При этом звездочка должна распиливаться пополам. На каждую полумуфту будет навариваться обрезанная часть звездочки.
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.

Классификация муфт

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

Постоянные или соединительные.
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:

Жесткие.
Глухие.
Соединительные.
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:

Расширительные. Они характеризуются тем, что могут компенсировать осевое смещение деталей относительно друг друга.
Крестовые. Подобные механизмы устанавливаются в случае, когда есть вероятность радиального смещения.
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.

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:

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

Две полумуфты. Они насаживаются на концы валов, которые соединяются в одну систему.
Обе части рассматриваемой конструкции имеют центрирующие выступы и специальную выточку, соединение обеспечивается за счет прочных болтов.
Предохранительные муфты не могут проворачиваться за счет специального шпоночного отверстия.
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.

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:

Конструкция состоит из двух полумуфт, которые фиксируются на обоих деталях. Подобным образом проводится монтаж устройства.
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.

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:

Установка возможна в случае бокового или углового смещения валов в месте сопряжения.
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:

Перед началом проведения работы следует удостовериться, что конструкция не имеет существенных дефектов. Даже незначительные дефекты становятся причиной снижения прочности соединения.
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.
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:

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

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

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:

Нельзя прикладывать ударную нагрузку, так как она может повредить само изделие.
Для упрощения захода обоймы может применяться смазка.
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.