В шарнирных муфтах использован принцип работы пространственного шарнира Гука. Они служат для передачи вращающего момента между валами, имеющими большое угловое смещение осей (до 40…45°), которое может изменяться в процессе вращения муфты. Эти муфты применяют в широком диапазоне нагрузок от 12,5 Н·м до 30 кН·м.

Обычно муфта состоит из двух вилок и промежуточной детали в виде крестовины, шарнирно соединенной с концами вилок. Плоскости вилок повернуты относительно друг друга на 90°. Соединяя две муфты промежуточным валом, можно обеспечить передачу момента при радиальном смещении осей валов (рис. 21.14). Конструкция, в которой две шарнирные муфты соединяют промежуточным валом, называют карданным валом.

Рис. 21.14. Схема вала с шарнирными муфтами

Шарнирные муфты применяют:

· для компенсации неточности расположения валов, возникающей при сборке, при деформации рамы и рессор (в транспортных и других машинах);

· для передачи вращения «переставным» валам (шпиндели многошпиндельных сверлильных станков, валки прокатных станов и т.п.);

· для передачи вращения валам, изменяющим положение во время работы (консоли фрезерных станков и т.п.).

По габаритным размерам и передаваемым вращающим моментам шарнирные муфты делят на следующие типы:

· малогабаритные, предназначенные для передачи малых моментов от 12,5 до 1280 Н·м; у них шарниры размещены в габаритных размерах ступиц полумуфт;

· крупногабаритные, предназначенные для передачи средних и больших моментов от 10 до 800 000 Н·м.

При наличии углового смещения осей соединяемых валов вращение ведомого вала одинарной шарнирной муфты происходит неравномерно при равномерном вращении ведущего вала, что вызывает дополнительные динамические нагрузки.

Синхронное вращение ведомого и ведущего валов можно обеспечить:

1) постановкой двух последовательно расположенных шарнирных муфт с промежуточным валом. При этом оси ведущего и ведомого валов должны составлять одинаковые углы с промежуточным валом (), а вилки на обоих концах промежуточного вала должны быть расположены в одной плоскости (см. рис. 21.14);

2) применением сдвоенных муфт (рис. 21.15);

3) применением специальных синхронных шарнирных муфт (рис. 21.16).

Рис. 21.15. Муфта шарнирная (ГОСТ 5147-80)

Малогабаритные шарнирные муфты общего назначения (рис. 21.15) применяют для соединения цилиндрических валов с перекосом осей до 45° и передачи вращающего момента от 11,2 до 1120 Н·м.

Предусмотрено два исполнения муфты: I – одинарная (рис. 21.15, а); II – сдвоенная с промежуточной спаренной вилкой 7 (рис. 21.15, б). Одинарные муфты состоят из ступиц полумуфт 1, которые насаживаются на концы соединяемых валов и оканчиваются вилками. Вилки соединены между собой сухарем 2, пальцем 3, втулками 4 и штифтом 5. Полумуфты соединяют с валом штифтами 6.

При малых частотах вращения (до 200 об/мин) подбор муфт производят по номинальному вращающему моменту. При углах перекоса осей валов, отличных от нуля, допустимый момент, передаваемый шарнирной муфтой, равен:

.

При больших частотах вращения (более 200 об/мин) муфты подбирают по условию допустимой температуры нагрева шарниров по номограмме. Зная частоту вращения муфты и мощность или вращающий момент, определяют диаметр расточки в полумуфтах, а по нему по ГОСТ 5147-80 подбирают размер муфты.

Синхронные муфты отличаются тем, что при угловом смещении валов ведомая полумуфта имеет постоянную угловую скорость при постоянной скорости ведущей полумуфты. Муфта (рис. 21.16) состоит из наружной обоймы 1, выполненной заодно с валом и имеющей канавки для размещения шариков 4, сферического сепаратора 3, положение которого определяется делительным рычагом 2, внутренней обоймы 5, соединенной шлицами с валом 6, и чашки (сапаратора) 7. Центры кривизны канавок на наружной и внутренней обоймах лежат на оси муфты, но смещены относительно друг

друга. При смещении валов рычаг 2 поворачивается в гнезде обоймы 1 и вызывает смещение сепаратора 7 таким образом, чтобы плоскость расположения не изменялась. Муфта допускает угол перекоса валов до 35°.

Рис. 21.16 Синхронная шариковая муфта

При проверочном расчете муфты определяют нормальную силу (), действующую на шарик, по формуле:

,

где  – диаметр шарика; [] – допустимая нормальная сила, действующая на шарик (из условия отсутствия износа шариков и канавок ).

Диаметр шарика определяется по формуле:

.