Крепление наружных и внутренних колец подшипников

Для фиксации валов и осей относительно корпуса механизма, наружное кольцо закрепляют в корпусе, внутренне – на валу.

При закреплении внутреннего кольца на валу для упрощения крепления на валу выполняется буртик (рис. 7.20), с другой стороны подшипник фиксирует крепежная деталь: плоское пружинное кольцо (рис. 7.20б), круглая (рис. 7.20в) или обычная шестигранная гайка (рис. 7.20г), торцевая шайба (рис. 7.20д). Часто подшипник устанавливают на вал по посадке с натягом (рис. 7.20а).

а	б	в	г	д
Рис. 7.20. Крепление внутреннего кольца подшипника на валу

Наиболее распространенные способы крепления внутреннего кольца: подшипник упирают в буртик (рис. 7.21б,г), с другой стороны поджимают крышкой (рис. 7.21б). Вместо буртика можно использовать плоское пружинное кольцо (рис. 7.21а). Простой способ – использование подшипника с канавкой (рис. 7.21в). В канавку вставляют два полукольца, которые закрепляют на корпусе в помощью винтов.

а	б	в	г
Рис. 7.21. Крепление наружного кольца подшипника в корпусе

Способы установки подшипников

Способы установки подшипников зависят от условий работы.

Длинные валы, которые при нагреве имеют значительное удлинение, устанавливают по следующей схеме: одна опора – фиксированная, вторая – плавающая (рис. 7.22а,б). Плавающая опора позволяет перемещаться в осевом направлении всему подшипниковому узлу, не вызывая дополнительных нагрузок для подшипника. Кроме того, такая схема не требует точного выполнения размера l.

Короткие валы, у которых температурное расширение вызывает небольшие осевые деформации, устанавливают по схеме «враспор» или «врастяг».

При установке «враспор» (рис. 7.22в) требуется минимальное количество крепежных деталей, поэтому такая схема наиболее распространена в редукторах. При установке подшипников необходимо предусмотреть «тепловой зазор» a, для компенсации удлинения вала при нагреве.

Установка «врастяг» (рис. 7.22г) сложнее конструктивно, но проще при сборке. Регулировка зазора в подшипниках осуществляется с помощью затягивания круглых гаек.

Рис. 7.22. Способы установки подшипников

МУФТЫ

Общие сведения

Муфтами называются устройства, предназначенные для передачи вращения между валами совместно работающих узлов (агрегатов) машин, между частями составных валов (в валопроводах, трансмиссиях), а также для соединения с расположенными на них деталями (зубчатыми колесами, звездочками и т.д.). Кроме передачи вращающего момента, муфты отдельных типов могут выполнять дополнительные функции (например, предохранять от перегрузки, компенсировать неточности взаимного расположения валов, соединять и разъединять валы по команде оператора и т.д.).

Большинство муфт стандартизированы. Их применяют готовыми, подбирая по таблицам справочников.

При применении муфт основная проблема – это неточность взаимного положения валов: несоосность и перекос (рис. 8.1). При установке на валы, имеющих небольшую несоосность и перекос, муфта стягивает их, в результате вал получает дополнительные изгибные нагрузки, приводящие к снижению усталостной прочности и долговечности, как вала, так и подшипников. Чем больше несоосность и перекос, тем сильнее эти нежелательные нагрузки.

а	б	в
Рис. 8.1. Неточности взаимного расположения валов

По своему назначению и особенностям конструкции муфты делятся на:

· Постоянные муфты – служащие для постоянного соединения валов;

· Сцепные управляемые муфты – позволяют соединять и разъединять валы по команде оператора;

· Самодействующие муфты – позволяют автоматически соединять и разъединять валы при заданном режиме работы.

Постоянные муфты

Постоянные муфты служат для постоянного соединения валов. Их ставят на те валы, которые по условиям работы требуют постоянного соединения узлов. Разъединение валов возможно в результате разборки муфты при остановленной машине.

Постоянные муфты бывают:

· Жесткие муфты;

· Компенсирующие муфты;

· Упругие муфты.

Жесткие муфты

Жесткие (глухие) постоянные муфты предназначены для жесткого соединения строго соосных валов. Кроме вращающего момента, они передают также изгибающий момент, перерезывающую (радиальную) и осевую силу, негативно сказывающихся на долговечности машины. Основная область применения – длинные валопроводы, а также валы при стесненных габаритах.

Рис. 8.2. Втулочные муфты

Втулочные муфты (рис. 8.2) являются простейшими. Муфта представляет собой втулку, насаживаемую на концы валов. От проворачивания на валу втулку удерживают штифты, призматические или сегментные шпонки, шлицы. Муфта отличается особо малыми габаритами, но сложна в монтаже, так как требует осевых перемещений агрегатов.

Рис. 8.3. Фланцевая муфта

Фланцевые (поперечно-свертные) муфты (рис. 8.3) применяются чаще втулочных. Муфта состоит из двух полумуфт, каждая из которых насаживается на свой вал отдельно. При монтаже узлов отверстия фланцев совмещаются и полумуфты стягиваются болтами. Если используются обычные крепежные болты, то вращающий момент передается за счет сил трения на торце полумуфты. Более предпочтительно использование призонных болтов, устанавливаемых без зазора, так как они передают значительно большую нагрузку. Фланцевые муфты допускают ударную нагрузку.

Компенсирующие муфты

Компенсирующие муфты служат для соединения валов с небольшими взаимными смещениями осей, связанных с неточностями изготовления, монтажа и упругими деформациями. В их конструкции предусмотрены некоторые части, имеющие небольшую свободу перемещения, благодаря чему на валы и подшипники не действует нежелательная дополнительная нагрузка, связанная с неточным монтажом.

Зубчатые муфты (рис. 8.4) состоят из двух втулок с внешними зубьями и двух обойм с внутренними зубьями. Зубчатые втулки насаживают на концы соединяемых валов. Обоймы соединены жестко с помощью болтов, посаженных в отверстия без зазора. Для повышения износостойкости активные поверхности зубьев выполняют твердыми (45-55 HRC), а внутрь муфты заливают масло. Зубья выполняют эвольвентного профиля бочкообразной формы, которая не вызывает концентрации нагрузок на их кромках.

Рис. 8.4. Зубчатая муфта

Муфты позволяют компенсировать перекос до 1,5°, несоосность – от 1,5 до 6,5 мм (в зависимости от диаметра вала).

Зубчатая муфта обладает высокой нагрузочной способностью, надежностью, компактностью, быстроходностью, но сложная и дорогая в изготовлении. Ее применяют для соединения высоконагруженных валов, особенно в тяжелом машиностроении, где передают большие моменты и затруднена точная установка валов.

Цепные муфты (рис. 8.5) состоят из двух звездочек (насаженных на соединяемые концы валов и имеющие одинаковый зубчатый венец), охватывающей их цепи и кожуха.

Муфты допускают несоосность валов до 1,2 мм и перекос до 1° (при применении двухрядной роликовой цепи с бочкообразными роликами – до 3…5°). Для предохранения от загрязнения и лучшего смазывания муфты целесообразно закрывать кожухом с уплотняющими элементами. Вращающий момент передается с помощью звездочек и цепи.

Рис. 8.5. Цепная муфта (тип 2)

Основное применение имеют однорядые муфты (тип 1). Применяют также муфты с двухрядной роликовой цепью (тип 2) и с зубчатой цепью.

Достоинства муфт: простота конструкции и обслуживания, надежность, технологичность изготовления, относительно малая масса и габариты, удобные монтаж и демонтаж. Недостаток – наличие окружных зазоров, из-за которых нельзя применять их для реверсивных приводов и приводов с большими динамическими нагрузками.

Шарнирные муфты (шарнир Гука) (рис. 8.6) предназначены для передачи вращающего момента между валами с взаимным уклоном до 40º, причем угол наклона осей может меняться. Используя сдвоенную муфту можно удвоить предельный угол между валами или передавать движение между параллельными, но смещенными валами (карданова передача). Применяя телескопический промежуточный вал, т.е. вал с изменяющейся длиной, можно изменять смещение валов во время работы.

Рис. 8.6. Шарнирная муфта

Помимо рассмотренных конструкций, на практике применяют поводковые, мембранные и другие муфты.

Упругие муфты

Назначение упругих муфт – снижение динамических нагрузок и предотвращение опасных резонансных колебаний. Кроме того, они допускают некоторую компенсацию неточностей взаимного положения валов. Известны случаи многократного повышения ресурса механизмов, подверженных динамическим нагрузкам, при использовании упругих муфт.

Упругие элементы могут быть металлическими (стальные пружины) или неметаллическими (обычно из резины или полиуретана). Они аккумулируют и частично рассеивают энергию динамических нагрузок. Достоинства упругих элементов из эластомеров:

· способность аккумулировать большее количество энергии на единицу массы, чем пружинная сталь, до 10 раз;

· значительная демпфирующая способность: относительное рассеивание энергии в упругих элементах из резины достигает 0,3…0,8;

· наличие электроизолирующей способности.

Муфты с упругим элементами из эластомеров технологичнее, чем со стальными, но ресурс их значительно меньше. Резина вследствие структурных изменений, ускоряемых внешними воздействиями, постепенно теряет свои упругие свойства.

Упругие муфты просты по конструкции, имеют высокие эксплуатационные качества. К недостаткам следует отнести сравнительно небольшой передаваемый вращающий момент и необходимость сдвига валов или полумуфт при монтаже. Податливость муфты позволяет соединять валы с довольно большими перекосами и смещениями, но при этом упругие элементы получают значительные дополнительные нагрузки и быстро выходят из строя. Кроме того, упругие элементы создают дополнительные нагрузки на валы и их опорные узлы. Их следует учитывать в расчетах подшипников. Поэтому неточность взаимного положения валов не должна быть слишком большой.

Рис. 8.7. Упругая втулочно-пальцевая муфта

Муфты упругие втулочно-пальцевые (МУВП) (рис. 8.7) широко применяются в машиностроении, особенно для приводов от электродвигателей, благодаря легкости изготовления, простоте упругих элементов и удобству их замены пакетами резиновых дисков. По конструкции она схожа с поперечно-свертной муфтой, но вместо болтов в одной полумуфте закреплены стальные пальцы, на которые надеты резиновые втулки. На диске второй полумуфты имеются отверстия, в которые входят пальцы с втулками. Толчки и удары смягчаются вследствие деформации резиновых втулок.

МУВП допускает, в зависимости от типоразмера, радиальное смещение осей валов на 0,2–0,4 мм, продольное смещение валов на 10–15 мм и угловое смещение на 1°. Работоспособность муфты определяется стойкостью втулок.

Рис. 8.8. Упругая муфта со звездочкой

Муфты упругие со звездочкой (рис. 8.8) состоят из двух одинаковых полумуфт, снабженных кулачками, между которыми помещается резиновая звездочка с четырьмя или шестью лепестками. Лепестки звездочки работают на сжатие, поэтому целесообразно придавать им бочкообразную форму. Муфта обладает небольшими радиальными размерами. Компенсирующие свойства, как и у МУВП, невелики.

Муфта допускают несоосность валов до 0,4 мм и перекос до 1,5°.

Муфты с торообразной оболочкой (рис. 8.9) обладают хорошими компенсирующими свойствами, благодаря большой крутильной, радиальной и угловой податливости, угол закручивания может достигать 5°. Она применяется там, где трудно обеспечить соосность валов, хорошо компенсирует динамические нагрузки, но имеет большие диаметральные габариты. Из-за большого угла закручивания муфту нельзя применять при реверсивных нагрузках.

В соответствии с ГОСТ Р 50892-96 муфты изготовляют с оболочкой выпуклого профиля и с оболочкой вогнутого профиля. Муфта с оболочкой выпуклого профиля допускают, в зависимости от типоразмера, радиальное смещение осей валов до 5 мм, продольное смещение валов до 11 мм и угловое смещение до 1,5°. Муфта с оболочкой вогнутого профиля при наибольших диаметрах соединяемых валов, равных 180 мм, допускает осевое (до 9 мм), радиальное (до 6 мм) и угловое (до 6°) смещения.

Рис. 8.9. Муфта с торообразной оболочкой

Даже при предельно допустимых для муфты смещениях радиальная сила и изгибающий момент невелики, поэтому при расчете валов и их опор этими нагрузками можно пренебречь.