Валы и оси

Вращающиеся элементы передач устанавливают на валах и осях. Вал (рис.25), являясь для посаженной на него детали (зубчатого колеса, звездочки, шкива и т.п.) поддерживающим звеном, в то же время передает крутящий момент либо от силовой установки ведущему звену первой передачи трансмиссии, либо от ведомого звена последней передачи трансмиссии исполнительному механизму или рабочему органу. Во всех случаях вал вращается вместе с поддерживаемыми им звеньями, для чего его соединяют с этими звеньями посредством шпонок — призматических, клиновых или сегментных стержней и пластин, закладываемых в продольные пазы вала и ступицы — центральной части соединяемой с валом детали, или шлицевых соединений — равномерно расположенных по окружности цилиндрической поверхности вала и ступицы пазов и выступов. По несущей способности шпоночное соединение уступает шлицевому. Его применяют в малонагруженных мелкосерийных изделиях. Шпоночное или шлицевое соединение может быть неподвижным — без возможности осевого перемещения соединяемых деталей относительно друг друга и подвижным — с возможностью такого перемещения. Вращающееся звено передачи может быть выполнено вместе с валом как единая деталь.

Различают прямые, коленчатые и гибкие валы. В трансмиссиях строительных машин применяют преимущественно прямые валы.

б	в
Рис.25. Валы: а — прямые; б — коленчатые; в — гибкие

Коленчатые валы применяют, в частности, в коленчато - рычажных механизмах, например в двигателях внутреннего сгорания. Гибкие валы служат для передачи вращающего момента между узлам и машин и агрегатами, меняющими свое взаимное положение три работе, например, в механизированном ручном инструменте, вибраторах, приборах дистанционного управления и контроля и т.п. Гибкий вал состоит из сердечника и нескольких плотно навитых на него слоев проволок с противоположной навивкой смежных слоев. Для защиты от повреждений, загрязнений и сохранения на валу смазки, а также защиты обслуживающего персонала от захвата вращающимся валом, его заключают в невращающуюся металлическую, резиновую или тканевую броню.

Ось не передает вращающего момента, а только поддерживает одно или несколько вращающихся звеньев передачи.

Подшипники скольжения (рис.26) в общем случае состоят из корпуса 2 и установленных в нем вкладышей 1, на которые опираются цапфы осей или валов. Форма рабочих поверхностей подшипников соответствует форме цапф вала. Корпус подшипников выполняют из чугуна, реже из стали. Вкладыши изготовляют из антифрикционных материалов (баббитов, свинцовистых бронз, чугунов, металлокерамики, пластмасс и др.), которые заливают или наплавляют на стальную, чугунную или бронзовую основу. По направлению действия нагрузок подшипники делят на радиальные, радиально-упорные и упорные. При вращении оси или вала в подшипнике цапфа скользит по его внутренней поверхности. Чтобы уменьшить трение, износ, нагрев и повысить КПД, трущиеся поверхности смазывают.

По конструкции подшипники скольжения разделяют на неразъемные и разъемные. В первом случае вкладыши изготовляют в виде втулок (рис.26,а), которые запрессовывают или крепят с помощью винтов к неразъемным корпусам. В разъемных подшипниках (рис.26, б) устанавливают обычно два вкладыша.

Расчет подшипников скольжения ведется по среднему давлению, создаваемому между цапфой и вкладышем.

Подшипники скольжения применяют в быстроходных валах, валах большого диаметра и сложной конфигурации, при установке которых они должны разъединяться; при ударных и вибрационных нагрузках, в воде, агрессивных средах и при большом загрязнении.

Рис.26. Подшипники скольжения

Муфты представляют собой устройства, соединяющие валы, оси, стержни, трубы, канаты и т.д. Рассмотрим муфты для соединения валов. Они различаются между собой по конструкции, назначению, принципу действия и управления.

По назначению муфты служат для:

• соединения двух валов, расположенных на одной геометрической оси или под углом друг к другу;

• соединения вала с зубчатым колесом, шкивом ременной передачи и другими деталями;

• компенсации несоосности валов, что вызвано неточностью изготовления или монтажа;

• включения и выключения одного из валов при постоянном вращении другого;

• предохранения узла или машины от перегрузки;

• уменьшения динамических нагрузок;

•обеспечения возможности одному из валов перемещаться вдоль оси и т.д.

По принципу действия муфты делят на механические (основные муфты в строительных машинах), электрические и гидравлические.

По виду управления механические муфты подразделяют на неуправляемые (постоянно действующие), управляемые (сцепные), автоматические и специальные. Наиболее распространенные неуправляемые муфты делят на жесткие, компенсирующие самоустанавливающиеся и упругие.

Жесткие муфты предназначены для жесткого соединения соосных валов и выполняются неразъемными (втулочные) и разъемными (фланцевые с плоскостью разъема, расположенной параллельно или перпендикулярно оси вала). Втулочная муфта состоит из втулки, закрепляемой на концах валов с помощью штифтов (рис.27, а), шпонок (рис.27,б) и шлиц. Они просты в изготовлении, но требуют точного совмещения осей валов и осевого перемещения одного или обоих валов при сборке или разборке. Фланцевые муфты (рис.27, в) состоят из двух полумуфт, соединенных болтами. В муфтах, где болты ставятся с зазором (вариант I), крутящий момент передается под воздействием момента трения, создаваемого затяжкой болтов, работающих на растяжение. Муфты, в которых болты ставятся без зазора и работают на срез (вариант II), способны передавать большие моменты и применяются для соединения валов диаметром до 200 мм.

Компенсирующие самоустанавливающиеся муфты применяют для соединения валов, имеющих некоторые неточности взаимного расположения геометрических осей, вызванные погрешностями изготовления, монтажа, а также упругими деформациями валов. К ним относят зубчатые муфты (рис.27,г), состоящие из двух полумуфт с наружными зубьями и наружной обоймы с внутренними зубьями. Полумуфты устанавливают на концах валов, а их зубья сцепляют с зубьями обоймы. Зубчатые муфты за счет смещения сопряженных зубьев компенсируют осевые, радиальные и угловые смещения валов.

Эти же функции выполняют и цепные муфты (рис.27, ж), состоящие из двух полумуфт в виде одинаковых цепных звездочек, которые одновременно охватывает однорядная, двухрядная роликовая или зубчатая цепь. Широкое применение имеют кулачково-дисковые, крестовые муфты, состоящие из двух полумуфт с прямоугольными пазами и среднего (плавающего) диска с крестообразно расположенными выступами (рис.27, д), а также муфты со скользящим вкладышем (рис.27,е). К недостаткам крестовых муфт относятся ограниченная скорость вращения и быстрый износ пазов полумуфт. Для соединения валов, наклоненных друг к другу под углом 45°, служат шарнирные муфты. Они разделяются на одинарные, состоящие из двух полумуфт-вилок, соединенных с помощью двух взаимно перпендикулярных шарниров (рис.27,з), и сдвоенные, позволяющие передавать вращение между параллельными и наклонными валами (рис.27, и). При необходимости осевого смещения валов во время работы их соединяют шарнирной сдвоенной муфтой с телескопическим промежуточным валом.

Упругие муфты предназначены для уменьшения динамических нагрузок, передаваемых через соединяемые ими валы, а также для компенсации неточности расположения соединяемых валов. Различают муфты с неметаллическими (резина) и металлическими (стальные витые и пластинчатые пружины, пакеты пластин и пружин) упругими элементами. К первым относятся втулочно-пальцевая муфта (подобна по конструкции жесткой фланцевой муфте с установкой на болтах одной из полумуфт резиновых втулок) (рис.28,а), муфта с резиновой звездочкой (рис.28,б), муфта с упругой торообразной оболочкой (рис.28,в) и т.п. Муфты с металлическими упругими элементами применяют для передачи больших крутящих моментов, они имеют незначительные габариты, долговечны, но сложны и дороги в изготовлении.

Рис.27. Жесткие-и компенсирующие муфты

Рис.28. Упругие муфты

Управляемые или сцепные муфты служат для соединения и разъединения валов в процессе работы машины с помощью механического, электрического, пневматического или гидравлического механизма управления. Различают муфты, в которых для передачи движения используется зацепление (кулачковые и зубчатые) и трение (фрикционные). Кулачковые и зубчатые муфты применяют для сцепления валов с практически равными угловыми скоростями. Кулачковая муфта (рис.29, а) состоит из двух полумуфт — неподвижной, жестко закрепляемой на одном валу, и подвижной, имеющей возможность перемещаться по направляющим шпонкам или шлицам вдоль оси другого вала при включении или выключении. На торцовых поверхностях полумуфт расположены кулачки треугольного, трапецеидального или прямоугольного профиля, входящие в зацепление в рабочем положении. При несимметричном профиле кулачков муфта является нереверсивной. Зубчатая сцепная муфта подобна по конструкции зубчатой компенсирующей муфте, но у нее наружная обойма выполняется подвижной.

Фрикционные муфты служат для осуществления плавного соединения и разъединения нагруженных валов, которые могут вращаться с различными угловыми скоростями. В зависимости от формы рабочих поверхностей эти муфты разделяют на дисковые (одно- и многодисковые) (рис.29, б), конусные (с одинарным или двойным конусом, рис.29, в) и цилиндрические (колодочные, ленточные, пневмокамерные и др.) (рис.29,г). Соединение валов обеспечивается силой трения между рабочими поверхностями

Рис.29. Сцепные муфты

неподвижных 7 и подвижных 2 полумуфт. При перегрузках между полумуфтами возможна пробуксовка, что позволяет использовать их как предохранительное устройство. Сцепляющиеся поверхности муфт изготовляют из закаленной стали, чугуна, текстолита и металлокерамики. Муфты могут работать со смазкой, которая уменьшает износ рабочих поверхностей и улучшает их разъединение под нагрузкой. При работе без смазки рабочую поверхность одной из полумуфт покрывают заменяемыми после изнашивания фрикционными накладками из металлокерамики или на асбестовой основе, имеющими высокий коэффициент трения (f =0,3...0,4). К фрикционным также относят электромагнитные дисковые и порошковые муфты с пневматическим и гидравлическим управлением.

Для включения различных механизмов строительных машин применяют специальные ленточные и пневмокамерные фрикционные муфты.

Ленточные муфты используют для включения барабанов лебедок. Основным элементом таких муфт является стальная лента с прикрепленными к ней фрикционными накладками, расположенными внутри или снаружи фрикционного шкива. В ленточной муфте наружного типа (рис.30.) шкив 7, жестко соединенный с барабаном 8 лебедки, охватывается снаружи лентой 3 с фрикционными накладками. Барабан свободно вращается на валу 9, получающим вращение от двигателя. Один конец ленты шарнирно соединен с

Рис.30. Ленточная муфта

крестовиной 2, жестко закрепленной на валу, а другой - с двуплечим рычагом 4, поворот которого относительно крестовины осуществляется гидравлическим или пневматическим цилиндром б одностороннего действия. При подаче сжатого воздуха или масла по трубопроводу 1 в цилиндр, поворачиваемый его штоком рычаг затягивает ленту относительно шкива, и под действием сил трения вместе с крестовиной начинает вращаться барабан лебедки. Муфта выключается при снятом давлении в цилиндре возвратной пружиной 5, возвращающей рычаг в исходное положение.

Рис.31. Пневмокамерная муфта

Пневмокамерные фрикционные муфты применяют для управления лебедками подъема ковша (груза), стрелы и механизмов реверса одноковшовых строительных экскаваторов и стреловых самоходных кранов, для включения привода рабочего органа траншейных экскаваторов и т.п. Основным элементом пневмокамсрной муфты (рис.31) является пневмокамера 7, выполненная из резины и упрочняющих тканевых прокладок. Пневмокамера помещена внутри желоба обоймы б, ступица 9 которой жестко закреплена на валу 10. На этом же валу свободно вращается барабан 1 лебедки, с которым выполнен заодно шкив 2 муфты. Пневмокамера связана с компрессором через воздуховод 8 и вращающееся соединение, расположенное на валу. При подаче сжатого воздуха под давлением 0,5...0,7 МПа пневмокамера расширяется и прижимает колодки 5 с фрикционными накладками 3 к внутренней поверхности шкива, передавая крутящий момент барабану лебедки. При выключении муфты колодки возвращаются в исходное положение под воздействием пластинчатых пружин 4.

К достоинствам таких муфт относятся плавность включения и отсутствие необходимости их регулировки. Недостатком является недолговечность камер.

Автоматические самоуправляемые муфты делят на центробежные, обгонные и предохранительные.

Центробежные муфты используют для автоматического соединения или разъединения валов при достижении ведущим валом заданной частоты вращения. Они представляют собой фрикционные муфты, сцепляющиеся и расцепляющиеся под действием центробежных сил.

Рис.32. Автоматические муфты

Обгонные муфты служат для передачи крутящего момента только в одном направлении и соединяют вал в том случае, когда скорость ведущего вала превысит скорость ведомого. Ведомый вал может свободно обгонять ведущий. Различают храповые и фрикционные обгонные муфты. Храповые муфты применяют редко в связи с резкими ударами при включении. Поэтому чаще используют бесшумные фрикционные шариковые или роликовые муфты. Такие муфты (рис.32,а) состоят из звездочки специальной конструкции 1 и обоймы (или шестерни) 2, представляющих собой две полумуфты, и шариков или роликов 3, которые расположены в пазах звездочки. Шарики (ролики) удерживаются в постоянном контакте с обоймой пружиной 5 с толкателем 4. Если ведущей является звездочка, соединение валов происходит только при вращении ее по часовой стрелке, а если ведущей является обойма (или шестерня), — против часовой стрелки. При обгоне звездочкой обоймы она сдвигается относительно обоймы по часовой стрелке, при этом шарики устремляются в сужающуюся часть паза и заклиниваются между полумуфтами. В случае противоположного вращения одной из ведущих полумуфт шарики перемещаются в широкую часть пазов и происходит разъединение валов.

Предохранительные муфты применяют для защиты машины от перегрузок. Различают муфты с разрушаемыми и неразрушаемыми элементами. Наиболее распространенной является муфта с одним или двумя срезными штифтами, передающими крутящий момент от одной полумуфты к другой. При перегрузке штифты срезаются, разъединяя полумуфты.

Дата добавления: 2014-01-05