Зубчатые муфты ‒ механические соединительные устройства для передачи крутящего момента между валами и компенсации их несоосности при работе оборудования. Они состоят из двух зубчатых втулок (полумуфт), установленных на валы, и одной или двух обойм (гильз) с внутренними зубьями. Вал зубчатой муфты является элементом механического привода, предназначенным для передачи крутящего момента между двумя валами, имеющие небольшие осевые, радиальные или угловые смещения.

Конструкция муфты напоминает внутреннее зубчатое зацепление. Устройство состоит из:

Двух втулок с наружными зубьями

Насаживаются на концы соединяемых валов.

Две обоймы с внутренними зубьями

Соединяются между собой болтами, образуя жесткий корпус.

Уплотнения и крышки

Удерживают смазку внутри и защищают от пыли.

Преимущества зубчатых муфт:

·       Большая мощность. Передают момент до нескольких миллионов Н·м.

·       Компактность. При высоком передаваемом моменте.

·       Надежность. Работают на скоростях до 30 м/с. Демонстрируют стабильность в тяжелых температурных условиях.

·       Компенсирующая способность. Допускается угловое смещение до 1.5°

Для правильной работы механические соединительные устройства требуют качественной смазки и регулярного обслуживания. КПД зубчатой муфты является показателем эффективности передачи крутящего момента с одного вала на другой с учетом потерь на трение и сопротивление смазки.

Принципы работы зубчатой муфты

Основа работы устройства заключается в зацеплении наружных зубьев втулок (полумуфт), насаженных на валы, с внутренними зубьями общей обоймы.

Какой принцип работы зубчатой муфты:

1.     Крутящий момент передается от ведущего вала к ведомому через зубчатое зацепление.

2.     Зубья имеют бочкообразную форму. Это позволяет: компенсировать угловые, радиальные и осевые смещения валов; снизить контактные напряжения, обеспечить равномерную передачу нагрузки.

3.     Муфта функционирует в масляной/консистентной смазке, что уменьшает износ.

Как установить зубчатую муфту на вал:

Подготовка компонентов

Перед установкой необходимо полностью разобрать муфту и очистить все детали от консервационной смазки. Выполняется проверка валов. На них и шпоночных пазах не должно быть задиров и ржавчины. Наденьте на валы крышки муфты и резиновые уплотнительные кольца (O-rings) до момента монтажа втулки.

Способы посадки втулок на вал

Зубчатые муфты имеют посадку с натягом. Есть 3 метода:

1.     Тепловой. Втулки нагревают в масляной ванне, печи или индукционным нагревателем до температуры +120...150°C. Это расширяет отверстие, позволяя втулке свободно сесть на вал до упора.

2.     Статическая запрессовка. Использование винтовых приспособлений или домкратов. Давление должно осуществляться по оси, чтобы избежать перекоса и задиров на поверхностях.

3.     Ударный метод. Допускается только для небольших муфт с легким натягом.

Особенности центровки

Радиальное смещение: Рекомендуемый допуск составляет 0,2-0,5 мм. Угловое смещение не должно превышать 1°-1,5°. Осевой зазор: Между торцами втулок должен оставаться зазор (2-8 мм).

Сборка и смазка

Надвиньте обоймы с внутренними зубьями на втулки. Установите прокладку между фланцами обойм. Совместите отверстия и затяните болты с расчетным моментом затяжки. Через специальные пробки в корпусе закачайте консистентную смазку. Заполнение должно быть полным до момента появления излишек из контрольного отверстия.

Типы зубчатых муфт

Основные типы зубчатых муфт по конструкции:

·       С одной обоймой (МЗ). Отличаются простым исполнением. Применяется при небольших смещениях валов.

·       С двумя обоймами (МЗП). Эффективно компенсируют перекосы и осевые смещения.

·       С промежуточным валом. Используются при большом расстоянии между валами.

По способу соединения зубчатые муфты бывают со шпоночным креплением, шлицевым соединением и посадкой с натягом. Механические устройства по исполнению подразделяются на 2 исполнения: с цилиндрическими и коническими отверстиями. Размеры зубчатых муфт стандартизированы и выпускаются в соответствии с размерными сетками ГОСТ.

Как параметры выбора зубчатых муфт

При выборе зубчатых муфт учитываются параметры:

Расчетный крутящий момент

Tном ≥ Tраб × Kсервиса (K = 1,5-3,5 в зависимости от нагрузки). Типичные значения:1 000 -700 000 Н·м и выше. Номинальный и максимальный момент привода. Коэффициент запаса (обычно 1,5-2,5).

Максимальный момент

Пиковый/пусковой/ударный момент (обычно 2-3 × Tном).

Частота вращения

n, об/мин (важно для центробежных сил и смазки). До 3 000-6 000 об/мин. Допустимые обороты муфты. Влияние скорости на нагрев и износ.

Несоосность

Δr (радиальная), Δα (угловая), Δa (осевая). Δα ≈ 0,5–2°, Δr ≈ 0,3-1 мм.

Рабочая температура

Стандарт -40…+80 °C. Специальные исполнения до +150…+200 °C.

Тип смазки

Пластичная (долговременная), жидкая, консистентная. Периодичность смазки ‒ 6-12 месяцев.

Монтаж/демонтаж

Есть ли доступ к валам?

Диаметр валов

Посадочные размеры полумуфт. Тип крепления (шпонка, шлицы).

Окружающая среда

Пыль, вода, агрессивные среды. Температура, режим работы (постоянный, ударный).

Стандарты и совместимость

Соответствие ГОСТ, DIN, ISO. Возможность замены без переделки оборудования.

Алгоритм выбора устройств:

1.     Определяем Tраб × Kсервиса. Затем получаем требуемый Tном муфты.

2.     Смотрим каталоги. Выбираем ближайший больший размер по Tном и n.

3.     Проверяем допустимую несоосность для этого размера.

4.     Уточняем исполнение.

5.     Проверяем посадочные диаметры валов и тип соединения.

Замена муфты потребуется при передаче больших крутящих моментов, тяжелых/ударных режимах, наличии допустимых несоосностей валов.

Области применения зубчатых муфт

Применение зубчатых муфт востребовано в тяжелых и средненагруженных приводах. Они активно задействуются для промышленных за способность передавать огромные нагрузки при относительно компактных размерах.

Зачем нужны зубчатые муфты в тяжелом машиностроении, где требуется передача больших мощностей:

·       Приводы прокатных станов/подъемных кранов.

·       Турбины и мощные редукторы.

·       Горнодобывающее оборудование.

·       Судовые двигатели.

·       Металлургия (прокатные станы, ножницы, рольганги).

·       Нефтегаз (насосы, компрессоры, турбобуры).

Способность работы в тяжелых условиях при повышенных нагрузках делает назначение зубчатых муфт универсальным для разных сфер. Устройства обладают высокой нагрузочной способностью, компактными размерами, долговечности. Они способны компенсировать несоосность валов и выдерживать ударные нагрузки.