Втулочная муфта

Втулочная муфта — глухая (жёсткая) муфта: цельная стальная втулка соединяет два соосных вала и передаёт крутящий момент без упругих элементов.

В поиске её называют и «муфта втулочная», и «глухая муфта». Слово «втулка» относится к детали, а «муфта» — к узлу целиком: втулка плюс штифты, шпонки и винты, которыми она крепится на валах.

Втулочные муфты ставят на небольшие приводы станков, редукторов, насосов и конвейеров, где валы выставлены строго соосно, а места мало. По ГОСТ 24246-96 они передают от 1 до 12 500 Н·м при окружной скорости на наружном диаметре до 70 м/с. Для валов с перекосом или толчками нужны упругие и компенсирующие муфты: чем они различаются, разбираем в статье «Виды муфт для соединения валов».

Принцип работы простой: оба вала входят во втулку, а момент с ведущего вала на втулку и дальше на ведомый вал передают штифты, шпонки или шлицы.

1. Монтаж. Концы валов вставляют во втулку с двух сторон; посадочное отверстие выполнено по H7.
2. Соединение. Втулку закрепляют на каждом валу штифтами, шпонкой со стопорным винтом или шлицами — по типу муфты.
3. Передача момента. Ведущий вал вращает втулку, втулка вращает ведомый вал. Зазоров и упругих звеньев между ними нет.
4. Работа. Любой перекос или смещение осей втулка передаёт на подшипники и валы, поэтому перед сборкой соосность проверяют.

В таблице — детали втулочной муфты, их назначение и то, что с ними происходит при эксплуатации.

Расходных частей, кроме крепежа, в муфте нет: изношенную посадку не восстановить, поэтому втулку заменяют целиком.

ГОСТ 24246-96 выделяет четыре типа втулочных муфт, и различаются они тем, как втулка соединяется с валом: штифтами, шпонкой или шлицами.

В таблице типы сравниваются по способу соединения, моменту и диаметрам валов.

Типы 1 и 2 вместе закрывают основной диапазон от 1 до 6 300 Н·м, тип 3 нужен для валов до 14 мм, а для шлицевых валов берут тип 4. При этом стандарт допускает цилиндрические штифты по ГОСТ 3128 в типе 1 и эвольвентные шлицы по ГОСТ 6033 в типе 4.

Штифтовые муфты (тип 1)

Конический штифт проходит сквозь втулку и вал и передаёт момент. Штифты ставят при сборке вместе с валами, а не заранее, поэтому для частого демонтажа этот тип неудобен.

Шпоночные муфты (типы 2 и 3)

Самое распространённое исполнение: шпонка передаёт момент боковыми гранями, а винт с пружинным кольцом удерживает втулку на валу вдоль оси. Паз под шпонку делаем по ГОСТ 10748, 23360 или 24071.

Шлицевые муфты (тип 4)

Шлицы передают момент по нескольким зубьям, поэтому тип 4 берёт самые большие моменты в ряду — до 12 500 Н·м.

Разъёмные втулки

Если валы нельзя раздвинуть, ставят втулку с продольным разъёмом, стянутую винтами. Это отдельный тип по ГОСТ 23106-78, а не тип ГОСТ 24246-96; такие втулки изготавливаем по чертежу.

Размеры втулочной муфты по ГОСТ определяют три параметра: номинальный момент, диаметр вала и длина втулки.

В таблице — выборка из ряда для типа 1: диаметры втулки D, длина L и штифт (диаметр малого торца × длина). Ряд 2 диаметров валов в стандарте дан в скобках, поэтому диапазоны шире основного ряда.

Например, втулка для вала 40 мм на 280 Н·м имеет наружный диаметр 60 мм и длину 120 мм. Муфты типов 2–4 имеют другие длины, их размеры берём из стандарта по вашему обозначению или по образцу.

Обозначение показывает, что заказываете: «Муфта втулочная 1-280-38-У3 ГОСТ 24246-96» — тип 1, момент 280 Н·м, отверстие 38 мм, климатическое исполнение У, категория 3.

Втулки по ГОСТ 24246-96 делают из стали 45 по ГОСТ 1050; допускается другой материал с механическими свойствами не ниже, чем у стали 45.

В таблице — требования стандарта, которые влияют на то, встанет ли муфта на вал.

Стандарт не требует закалки втулки и не нормирует её твёрдость. Если нужна термообработка или покрытие, укажите это в заявке.

Перед отгрузкой проверяем посадочное отверстие, шпоночный паз, биение и твёрдость, к муфте прикладываем паспорт.

Главный плюс втулочной муфты — простота и малый габарит, главный минус — она не терпит смещения валов и не гасит удары.

Преимущества

• Простая конструкция. Втулка и крепёж, без упругих и подвижных частей.
• Малые габариты. Наружный диаметр втулки типа 1 всего в 1,6–2 раза больше вала.
• Без упругой податливости. Вал поворачивается вместе со втулкой без «закручивания» упругого звена.
• Высокая скорость. ГОСТ допускает окружную скорость до 70 м/с на наружном диаметре.

Недостатки

• Нужна точная соосность. Любое смещение уходит в подшипники и валы.
• Удары не гасит. Пусковые толчки идут прямо в вал и шпонку.
• Монтаж с осевым сдвигом. Втулку надевают на конец вала, поэтому один из валов или агрегатов должен сдвигаться вдоль оси.
• Не защищает от перегрузки. При перегрузке срезается штифт или сминается паз.

В таблице втулочная муфта сравнивается с упругой МУВП и компенсирующей зубчатой.

Если валы стоят строго соосно и приводу не нужна защита от толчков, подойдёт втулочная муфта; при смещении или ударной нагрузке берут МУВП или зубчатую.

Для подбора нужны момент, диаметры валов, способ соединения с валом и данные о соосности.

1. Момент на валу. Муфту выбирают по расчётному моменту: номинальный умножают на коэффициент режима работы, который учитывает пуски и удары.
2. Диаметры обоих валов. Посадочные размеры берут по ряду 1 или 2; у типа 2 учитывают исполнение вала по ГОСТ 12080.
3. Способ соединения. Штифты, шпонка (какая по ГОСТ) или шлицы определяют тип муфты.
4. Длина посадки. Длина втулки должна уместиться между торцами валов с учётом осевого сдвига при монтаже.
5. Частота вращения. Для втулочных муфт предел — окружная скорость 70 м/с на наружном диаметре.
6. Соосность. Если валы смещены или есть удары, нужна упругая или компенсирующая муфта.
7. Условия. Климатическое исполнение и покрытие по условиям хранения и работы.

Паспорта и чертежа может не быть, это не мешает заказу. Пришлите ГОСТ-обозначение, чертёж или саму втулку с размерами: изготовим по ГОСТ 24246-96, по чертежу или по образцу.

Втулочную муфту чаще всего убивают несоосность валов, перегрузка и ослабший крепёж, а не возраст металла.

В таблице — причины износа, их признаки и меры.

Первым проверяйте соосность и винты: они дают те же симптомы, что и износ втулки.