Содержание статьи
Назначение и конструкция зажимных втулок
Зажимные конические втулки Taper Lock представляют собой стандартизированные элементы механических передач, предназначенные для быстрого и надежного крепления шкивов, звездочек, муфт и зубчатых колес на приводных валах без применения специализированного оборудования. Конструктивно втулка выполнена в виде усеченного конуса с центральным цилиндрическим отверстием, шпоночным пазом и продольным разрезом.
Основные конструктивные элементы втулки включают коническую наружную поверхность с углом конусности, внутреннее отверстие под вал с допуском, продольный разрез для обеспечения радиальной деформации, шпоночный паз для передачи крутящего момента, резьбовые отверстия для установочных винтов и демонтажные резьбовые отверстия. Угол конусности стандартизирован и обеспечивает самозаклинивание соединения при затяжке крепежных элементов.
Принцип работы конического соединения
Механизм передачи крутящего момента в системе Taper Lock основан на использовании сил трения, возникающих в результате радиальной деформации втулки. При затягивании установочных винтов втулка перемещается в осевом направлении внутрь конического посадочного отверстия ступицы шкива или звездочки. Продольный разрез втулки позволяет ей деформироваться, уменьшая внутренний диаметр и создавая плотный охват вала.
Одновременно наружная коническая поверхность втулки плотно прижимается к конической поверхности ступицы, создавая второй фрикционный контакт. Такая двойная система контактных поверхностей обеспечивает высокую передаваемую мощность при относительно компактных размерах соединения. Сила прижатия распределяется равномерно по всей конической поверхности, что минимизирует концентрацию напряжений.
Передаваемый момент
Крутящий момент, передаваемый втулкой, зависит от нескольких факторов: диаметра вала, площади контакта конических поверхностей, коэффициента трения между материалами, усилия затяжки крепежных элементов. Увеличение момента затяжки болтов приводит к росту контактного давления и соответственно к увеличению передаваемого момента.
Применение на бетонных заводах
На бетонных заводах зажимные втулки Taper Lock применяются в системах привода различного технологического оборудования. Бетоносмесители оснащены приводами, где втулки фиксируют шкивы клиноременных передач и звездочки цепных передач на выходных валах редукторов. Конвейерные системы для транспортировки инертных материалов используют втулки для крепления приводных барабанов и натяжных звездочек.
Дозирующее оборудование, включающее шнековые конвейеры и весовые дозаторы, также применяет конические втулки для установки приводных элементов. Системы подачи цемента и добавок, вибраторы для уплотнения бетонной смеси, приводы заслонок и шиберов выгрузки используют данный тип соединения благодаря его надежности и простоте обслуживания.
Типовое применение
На бетоносмесителе принудительного действия объемом два кубических метра привод осуществляется через двухступенчатый редуктор с выходной мощностью 37 кВт. На выходном валу редуктора диаметром 65 мм установлена звездочка цепной передачи, закрепленная втулкой типа 3020. Такое соединение обеспечивает передачу номинального момента при частоте вращения вала 24 оборота в минуту.
Размерный ряд втулок Taper Lock
Конические втулки производятся в широком диапазоне типоразмеров, обозначаемых четырехзначным кодом. Первые две цифры указывают на серию втулки, определяющую габаритные размеры, вторые две цифры обозначают номинальный наружный диаметр большего торца втулки в десятых долях дюйма. Каждая серия втулок доступна с различными диаметрами внутренних отверстий под вал.
| Типоразмер втулки | Наружный диаметр, мм | Длина втулки, мм | Диапазон посадочных диаметров, мм | Количество винтов | Резьба винтов |
|---|---|---|---|---|---|
| 1008 | 35,0 | 22,3 | 9-24 | 2 | M6 |
| 1108 | 38,0 | 22,3 | 10-28 | 2 | M6 |
| 1210 | 47,5 | 25,4 | 12-32 | 2 | M8 |
| 1610 | 57,0 | 25,4 | 14-42 | 2 | M8 |
| 1615 | 57,0 | 38,1 | 16-42 | 2 | M8 |
| 2012 | 70,0 | 31,8 | 18-50 | 2 | M10 |
| 2517 | 85,5 | 44,5 | 24-65 | 2 | M12 |
| 3020 | 108,0 | 50,8 | 28-75 | 3 | M12 |
| 3030 | 108,0 | 76,2 | 35-85 | 3 | M12 |
| 3525 | 127,0 | 63,5 | 38-90 | 3 | M12 |
| 4040 | 146,0 | 101,6 | 50-110 | 3 | M16 |
| 5050 | 178,0 | 127,0 | 65-140 | 3 | M20 |
Выбор типоразмера втулки осуществляется на основании диаметра вала, передаваемого крутящего момента, условий эксплуатации оборудования и габаритных ограничений. Для валов малого диаметра до 25 мм применяются втулки серий 1008-1210, для средних диаметров до 50 мм используются серии 1610-2517, для крупных валов свыше 65 мм устанавливаются втулки серий 3020 и выше.
Момент затяжки крепежных элементов
Правильная затяжка установочных винтов является критическим фактором для обеспечения надежности соединения. Недостаточный момент затяжки приводит к проскальзыванию втулки относительно вала, избыточный момент может вызвать разрушение резьбы или деформацию элементов соединения. Момент затяжки зависит от типоразмера втулки, класса прочности крепежа и условий смазки резьбы.
| Типоразмер втулки | Резьба винтов | Класс прочности 8.8, Н·м | Класс прочности 10.9, Н·м | Класс прочности 12.9, Н·м |
|---|---|---|---|---|
| 1008, 1108 | M6 | 5,6 | 8,0 | 9,5 |
| 1210 | M8 | 20,0 | 28,0 | 33,5 |
| 1610, 1615 | M8 | 20,0 | 28,0 | 33,5 |
| 2012 | M10 | 30,0 | 54,0 | 67,5 |
| 2517 | M12 | 50,0 | 92,0 | 115,0 |
| 3020, 3030 | M12 | 90,0 | 92,0 | 115,0 |
| 3525, 3535 | M12 | 115,0 | 92,0 | 115,0 |
| 4030, 4040 | M16 | 170,0 | 227,0 | 287,0 |
| 4535, 4545 | M16 | 190,0 | 227,0 | 287,0 |
| 5040, 5050 | M20 | 270,0 | 446,0 | 562,0 |
Монтаж и демонтаж втулок
Процедура монтажа конической втулки начинается с подготовительных операций. Все контактные поверхности вала, внутреннего отверстия втулки и конических поверхностей должны быть тщательно очищены от загрязнений, масла и старой смазки с использованием обезжиривающих растворителей. Наличие посторонних частиц или масляной пленки значительно снижает силу трения и может привести к проскальзыванию соединения.
Втулка вставляется в коническое посадочное отверстие шкива или звездочки с совмещением резьбовых отверстий. Шпонка устанавливается в паз вала перед посадкой узла. Установочные винты ввинчиваются в отверстия с резьбой на втулке и предварительно затягиваются вручную для обеспечения правильного положения деталей. Важно контролировать равномерность зазора у продольного разреза втулки.
Последовательность затяжки
Затяжка винтов выполняется в несколько этапов. Первоначально все винты затягиваются на 25-30 процентов от номинального момента в последовательности, обеспечивающей равномерное перемещение втулки. Затем момент увеличивается до 50 процентов, после чего выполняется окончательная затяжка до полного момента. После затяжки рекомендуется выполнить осадку соединения легкими ударами через латунную наставку по торцу втулки.
Демонтаж втулки осуществляется путем ослабления и выкручивания установочных винтов. Один или два винта устанавливаются в демонтажные резьбовые отверстия, предусмотренные в конструкции втулки. При закручивании демонтажных винтов они упираются в торец ступицы и выталкивают втулку из конического посадочного места. После извлечения втулки все детали осматриваются на предмет износа или повреждений контактных поверхностей.
Преимущества конусных втулок
Применение зажимных конических втулок обеспечивает ряд технических и эксплуатационных преимуществ по сравнению с традиционными методами крепления. Монтаж и демонтаж соединения не требует специализированного оборудования и может выполняться стандартными инструментами непосредственно на месте установки оборудования. Время, необходимое для замены изношенного шкива или звездочки, сокращается в несколько раз.
Конструкция с конической втулкой позволяет использовать один и тот же шкив на валах различных диаметров путем замены только втулки, что существенно снижает номенклатуру запасных частей. При повреждении шпоночного соединения или поверхности вала достаточно заменить втулку, стоимость которой значительно ниже стоимости всего узла. Точность центрирования обеспечивается конической формой без необходимости дополнительной обработки.
| Характеристика | Коническая втулка | Посадка с натягом | Шлицевое соединение |
|---|---|---|---|
| Время монтажа | 15-20 минут | 60-90 минут | 30-45 минут |
| Специальный инструмент | Не требуется | Пресс, нагреватель | Специальные фрезы |
| Взаимозаменяемость | Полная | Ограниченная | Средняя |
| Точность центрирования | Высокая | Очень высокая | Средняя |
| Простота демонтажа | Высокая | Низкая | Средняя |
| Стоимость запчастей | Низкая | Высокая | Средняя |
Материалы изготовления и требования
Зажимные конические втулки изготавливаются из серого чугуна марок СЧ20 или СЧ25, обеспечивающих необходимую прочность и износостойкость при относительно невысокой стоимости. Серый чугун обладает хорошими антифрикционными свойствами и способностью гасить вибрации. Для применений с повышенными требованиями к коррозионной стойкости используются втулки из нержавеющей стали.
Точность изготовления конических поверхностей определяется допусками на угол конусности и шероховатость поверхности. Шероховатость конической поверхности не должна превышать значения Ra 3,2 мкм для обеспечения равномерного контакта и передачи усилий. Внутреннее отверстие втулки выполняется с допуском Н7, что обеспечивает переходную посадку на вал.
Контроль качества
При входном контроле втулок проверяются габаритные размеры, отклонение от номинального угла конусности, шероховатость обработанных поверхностей, отсутствие трещин и раковин на поверхности чугуна. Резьбовые отверстия проверяются калибрами. Комплектность поставки включает втулку и установочные винты соответствующего класса прочности.
Хранение втулок должно осуществляться в закрытых складских помещениях с защитой от атмосферных осадков и прямого солнечного излучения. Конические поверхности покрываются консервационной смазкой для предотвращения коррозии. Срок хранения без переконсервации составляет 12 месяцев при соблюдении условий хранения.
Сопутствующие товары для приводных систем
Часто задаваемые вопросы
Повторное использование конической втулки допускается при условии отсутствия повреждений конических поверхностей и резьбовых отверстий. Перед повторной установкой необходимо тщательно осмотреть все контактные поверхности на предмет задиров, вмятин или следов коррозии. Если обнаружены дефекты глубиной более 0,1 мм, втулку следует заменить. При повторном монтаже обязательно используются новые установочные винты, так как резьба может быть повреждена при первой затяжке. Рекомендуется не использовать втулку более трех раз.
Проскальзывание втулки проявляется характерными признаками: появление следов истирания на поверхности вала в зоне контакта, нагрев соединения выше нормальной температуры, изменение положения шкива или звездочки относительно меток установки, посторонний шум или вибрация при работе привода. При обнаружении проскальзывания необходимо немедленно остановить оборудование, проверить момент затяжки винтов и состояние контактных поверхностей. Причинами проскальзывания могут быть недостаточный момент затяжки, загрязнение поверхностей маслом, износ конических поверхностей.
Для большинства применений в приводах бетонных заводов рекомендуется использовать крепежные элементы класса прочности 10.9 или 12.9. Класс прочности 8.8 допускается для легких режимов работы с низкими динамическими нагрузками. Винты класса 12.9 обеспечивают максимальную надежность соединения и применяются на оборудовании с ударными нагрузками, частыми пусками и остановками. При замене крепежа недопустимо использовать винты более низкого класса прочности, чем указано в документации оборудования. Класс прочности маркируется на головке винта цифровым обозначением.
Конические поверхности втулки и ступицы шкива не должны смазываться при монтаже. Наличие смазки значительно снижает коэффициент трения между контактными поверхностями, что приводит к уменьшению передаваемого крутящего момента и возможности проскальзывания. Все конические поверхности должны быть тщательно обезжирены и очищены перед сборкой. Допускается нанесение тонкого слоя противозадирной пасты на резьбу установочных винтов для предотвращения схватывания резьбы, но паста не должна попадать на конические поверхности.
Периодичность проверки момента затяжки зависит от условий эксплуатации оборудования. После первичного монтажа проверка выполняется через 8-10 часов работы, затем через 50 часов эксплуатации. Для оборудования, работающего в тяжелых условиях с высокими вибрациями и ударными нагрузками, проверка осуществляется ежемесячно. При нормальных условиях эксплуатации контроль затяжки проводится каждые три месяца или при плановом техническом обслуживании. Обязательная проверка требуется после любого ремонта привода или замены элементов передачи.
Установка конической втулки на изношенный вал возможна при условии, что износ поверхности вала не превышает допустимых значений. Если диаметр вала уменьшился на 0,3-0,5 мм, можно использовать втулку с отверстием меньшего диаметра. Локальные дефекты поверхности вала глубиной до 0,2 мм не критичны, так как радиальная деформация втулки компенсирует небольшие неровности. Однако при наличии глубоких рисок, задиров или коррозионных повреждений рекомендуется восстановить поверхность вала шлифованием или хромированием. Эксцентриситет изношенного вала не должен превышать 0,05 мм.
Замена конической втулки требуется при обнаружении следующих дефектов: износ или повреждение конической наружной поверхности с глубиной дефектов более 0,1 мм, износ внутренней цилиндрической поверхности, приводящий к увеличению диаметра отверстия, повреждение резьбы в установочных отверстиях, трещины на теле втулки, деформация продольного разреза. При плановых осмотрах оценивается общее состояние втулки, наличие следов перегрева или коррозии. Срок службы втулки при правильной эксплуатации составляет 3-5 лет в зависимости от условий работы.
Температурные условия эксплуатации оказывают влияние на надежность конического соединения. При повышении температуры происходит тепловое расширение материалов втулки, вала и ступицы, что может привести к изменению контактного давления. Чугунные втулки предназначены для работы в диапазоне температур от минус 40 до плюс 120 градусов Цельсия. При температурах выше 80 градусов рекомендуется периодически проверять момент затяжки винтов. Резкие перепады температуры могут вызвать изменение размеров деталей и ослабление соединения. На бетонных заводах температурный режим обычно находится в пределах нормы.
Отказ от ответственности
Данная статья носит исключительно ознакомительный и информационный характер. Представленные сведения основаны на общих технических данных и практическом опыте применения зажимных конических втулок в промышленных условиях. Автор не несет ответственности за возможные последствия применения изложенной информации без учета конкретных условий эксплуатации оборудования.
Перед монтажом и эксплуатацией зажимных втулок необходимо руководствоваться технической документацией производителя оборудования, соблюдать требования действующих стандартов и нормативных документов. При возникновении сомнений в правильности выбора или установки элементов приводных систем следует обращаться к квалифицированным специалистам.
Источники
- ISO 3912-1977. Конические втулки для соединений шкивов и звездочек с валами. Технические условия.
- ГОСТ 13576-81. Цепи приводные роликовые и втулочные. Звездочки. Технические условия.
- ГОСТ 1643-81. Передачи зубчатые цилиндрические. Допуски.
- DIN 6885. Шпонки призматические. Размеры.
- ГОСТ 3.1109-82. Единая система технологической документации. Термины и определения основных понятий.
- Решетов Д.Н. Детали машин: Учебник для студентов машиностроительных и механических специальностей вузов. М.: Машиностроение, 1989.
- Иванов М.Н., Финогенов В.А. Детали машин: Учебник для машиностроительных специальностей вузов. М.: Высшая школа, 2008.
