Материал: Учеб.пособие. Выбор передачи

7.2. Параметры и выбор муфт

Объединение двигателей и редукторов в один агрегат осуществляется с помощью соединительных муфт. Конструктивно исполнение этого узла может быть реализовано установкой между двигателем и редуктором следующих элементов: только соединительной упругой муфты; упругой и соединительно-разобщительной муфт; одной муфты, выполняющей одновременно обе функции; только эластичной муфты с расположением разобщительной муфты в редукторе.

Эластичные муфты, установленные между двигателем и редуктором, обеспечивают:

- уменьшение динамических нагрузок в зацеплении благодаря демпфированию крутильных колебаний и сглаживанию неравномерного крутящего момента дизеля;

- снижение нагрузок на подшипники и валы редуктора и дизеля, возникающих из-за деформаций корпуса судна;

- облегчение центровки при монтаже так как конструкция муфт допускает более широкие пределы аксиальных и радиальных смещений осей валов.

В соединительных эластичных муфтах широко используются упругие металлические и неметаллические (преимущественно резиновые) элементы самых разнообразных конструктивных исполнений.

Из муфт с металлическими упругими элементами наиболее распространена упругодемпфирующая муфта типа Гейслингер. Демпфирующими элементами этой муфты являются пакеты плоских пружин 6, соединяющие ведущую и ведомую полумуфты (рис. 7.1). Пакеты пружин 6 на ведущей полумуфте установлены в продольных пазах, а в наружную обечайку 5 ведомой части вмонтированы посредством конического кольца 4 и разделительных клиновидных вставок 7, стянутых с торцов дисками 2, 8 и болтами 3.

Полости, где размещены пакеты пружин, заполняются маслом, поступающим из масляной системы дизеля через центральное отверстие ведущей полумуфты 1. Во время работы масло замедляет деформацию пружин, а, следовательно, и взаимное перемещение полумуфт; тем самым достигается уменьшение амплитуды колебаний передаваемого крутящего момента.

Демпфирующая способность упругих муфт характеризуется энергией, необратимо поглощаемой муфтой при деформации. Количественно она оценивается коэффициентом демпфирования Ψ, который представляет собой отношение энергии, поглощенной в муфте за один цикл колебания, к полной энергии, затраченной на деформацию муфты за этот же период. Очевидно, что с возрастанием количества энергии, поглощаемой в муфте, коэффициент Ψ приближается к единице.

Демпфирующие свойства муфты Гейслингер зависят от площади поперечного сечения каналов, через которые масло перетекает из одной камеры в другую, а также от частоты колебаний крутящего момента и от вязкости масла.

Амплитуда колебаний пакетов пружин ограничивается клиновидными вставками, допускающими кратковременную работу муфт с большими перегрузками (до трехкратного превышения номинального момента).

Для передачи крутящих моментов от 2 до 1080 тыс. Н∙м выпускаются муфты со следующими характеристиками:

- коэффициент демпфирования .…............................................0,4...0,9;

- удельная масса по моменту, кг/(Н∙м) ….........................0,03...0,0008;

- максимальная окружная скорость на внешнем диаметре, м/с....150;

- допускаемое осевое смещение, мм …...............................±(1,5...8‚0);

- допускаемое радиальное смещение, мм …................................до 2,7;

- допускаемый угол скручивания а_max, град .............................2,6...9,2.

Принципиально иную конструкцию имеют упругие муфты с металлическими элементами типа Вихита. Между двумя кронштейнами, соединенными один с ведущей, а другой с ведомой частью, установлены спиральные пружины вместе со своими ограничителями (рис. 7.2).

На концах ограничителей наклеен нейлон или неопрен. В кронштейнах, отлитых заодно с внутренней обечайкой муфты, установлены демпферы, которые прижимаются к наружной обечайке муфты.

Широкое распространение в судовых дизель-редукторных агрегатах получили муфты с резиновыми упругими элементами типов Вулкан и Спирофлекс. Упругим звеном муфты Вулкан служат две резинокордовые шины (рис. 7.3) ‚ которыми соединяются ведущая и ведомая полумуфты. Крепление шин к полумуфтам осуществляется посредством болтов и прижимных фланцев. Для упрочнения места крепления шин, через которые проходят болты, в шины закладывают перед вулканизацией стальные кольца (рис. 7.4).

Рис. 7.2. Муфта со спиральными пружинами:

1 - пружина; 2 - опорная плита; 3 - демпфер;

4 - предельный ограничитель; 5 - нейлон; 6 - закрытие

Муфта каждого типоразмера может собираться с резинокордовыми элементами, различающимися крутильной жесткостью. Типоразмерный ряд упругих муфт Вулкан охватывает диапазон допустимых длительных крутящих моментов от 400 до 1300∙10³ Н∙м и имеет следующие технические характеристики:

- коэффициент демпфирования ........................................................1,13;

- удельная масса по моменту, кг/(кН∙м) .....................................1,7...7,3;

- частота вращения, об/мин .....................................................5870...830;

- допускаемое осевое смещение, мм ........................................3,5+14‚0;

- допускаемое радиальное смещение, мм ..................................1,0+6‚0.

Упругое звено муфты Спирофлекс (рис. 7.5) представляет собой два одинаковых резинометаллических диска 9 и 10. Во избежание перегрузки упругих элементов в муфтах предусмотрены специальные упоры 3 и 4, ограничивающие деформацию по достижении допустимого угла скручивания а. Эти же упоры могут быть использованы и для передачи момента при выходе из строя упругих резиновых элементов. Муфты выпускаются для крутящих моментов от 1370 до 345000 Н∙м (отношение N_е/n= 0.141...35 кВт/мин^-1) и могут иметь различные соединительные элементы (фланцы, втулки и т.д.). Резиновые элементы муфт изготавливаются из резины трех разных качеств: MD, W, SHD, что позволяет варьировать крутильной жесткостью.

На рис. 7.6 приведены основные размеры муфт типа Спирофлекс, а в табл 7.1 - технические параметры этих муфт для дизельных агрегатов с СОД мощностью 3300...9900 кВт при n = 630 мин^-1. Обращает на себя внимание тот факт, что их удельная масса для всего диапазона мощностей составляет 14,3...18,4 кг/(кН∙м) и значительно меньше в сравнении с однотипными муфтами, которые выпускались ранее -для них она была равна 1740 кг/(кН∙м).

Рис. 7.6. Высокоэластичная муфта типа Спирофлекс

Таблица 7.1

Характеристики высокоэластичных муфт типа Спирофлекс

Применяют также соединительные муфты более простых конструкций с упругими элементами, изготовленными из резины.

Рассмотренные типы муфт не исчерпывают всего многообразия конструкций, созданных в мировой практике. Соединительно-разобщительные иди сцепные муфты, используемые в ДРА, по конструктивному исполнению также достаточно разнообразны. Из соединительно-разобщительных муфт, устанавливаемых вне редуктора, наиболее распространены шинно-пневматические муфты (ШПМ) радиального и осевого действия.

Технические характеристики этих муфт различаются весьма существенно. Сравнение массогабаритных ШПМ радиального и осевого действия показывает, что первые почти вдвое легче, но имеют на 15...20% больше диаметр.

В многомашинных агрегатах при соединении дизеля и редуктора с помощью упругой и радиальной шинно-пневматических муфт часто размещают муфты последовательно одну за другой (рис. 7.7).

На элементы передачи может быть установлена однорядная зубчатая муфта для облегчения их взаимного перемещения в осевом направлении и для снижения возможных осевых нагрузок (рис. 7.8)‚ с целью сокращения длины передачи упругую муфту в ряде случаев размещают внутри ШПМ (рис. 7.9).

Судовая ШПМ радиального действия состоит из двух барабанов - внутреннего и наружного. На внутренней поверхности наружного барабана закреплен резинокордовый баллон, который, раздуваясь, надавливает на фрикционные колодки. Разобщение муфты при отключении сжатого воздуха осуществляется под действием центробежных сил, перемещающих фрикционные накладки в радиальном направлении (рис. 7.10).

Муфты Фавик характеризуются следующими параметрами:

- диапазон по крутящему моменту, Н∙м ............................3100...331000;

- наружный диаметр, мм ...........................................................440...2080;

- длина, м ......................................................................................150...460;

- удельная масса по моменту, кг/(Н∙м) ................................0,020...0.012;

- насыщенность по длине, Н∙м/мм .............................................120...290;

- насыщенность по диаметру, Н∙м/мм...........................................504...90.

Выпускаемые в настоящее время радиальные ШПМ обеспечивают передачу мощности практически любого современного среднеоборотного дизеля. Параметры ряда ШПМ радиального типа, выпускаемых отечественной промышленностью, приведены в табл. 7.2.

Рис. 7.9. Соединение дизеля с редуктором посредством шинно - пневматической муфты Итон с размещенной внутри нее упругой муфтой Гейслингер:

1 - фланец дизеля; 2 - муфта Гейслингер;

3 - муфта Фавик; 4 - вал редуктора

Шинно-пневматические муфты радиального действия, обладая определенными упругими свойствами, допускают заметные смещения осей соединяемых валов: радиальное - до 2...3 мм, осевое - до 10...15 мм и излом - до 2 мм на 1 м длины. В связи с этим ШПМ широко используются также в составе прямых и редукторных передач при установке главных двигателей на амортизаторах.

В отличие от радиальных, осевые ШПМ практически не компенсируют смещения и изломы соединяемых валов. Муфты осевого действия обычно состоят из двух-трех ведущих и трех-четырех ведомых дисков, которые при включении сжимаются кольцевым баллоном, расширяющимся в осевом направлении. Включение муфт происходит под действием сжатого воздуха, а отключение - с помощью пружин после стравливания воздуха.