Следует выделить два возможных варианта расцентровки: расцентровка из-за несовпадения осей валов и расцентровка, обусловленная дефектным изготовлением соединительных муфт. В первом случае необходимо различать расцентровку, связанную с радиальным смещением валов (излом линии вала) и с угловым смещением валов (изгиб линии вала). При радиальном смещении валов (рис.11, а) на концы валов через полу муфты действуют дополнительные изгибающие силы, стремящиеся отклонить валы от осевого первоначального положения, данному отклонению препятствуют подшипниковые опоры, воспринимающие дополнительную нагрузку. Нагрузки, действующие на подшипниковые опоры, противоположны друг другу по направлению и вызывают рост вибрации подшипниковых узлов. Значительные нагрузки возникают при изгибе линии валов (рис. 11, б, в). Однако в данном случае нагрузки могут как совпадать по направлению, так и принимать противоположные направления. Возникающие дополнительные нагрузки на подшипниковые узлы асимметричны и являются суммой статической и динамической составляющих. Последняя является результатом неравномерного силового взаимодействия в зацеплении полумуфт.
Расцентровка, возникающая в результате сборки по дефектным полу муфтам, возникает реже. Возникающие в данном случае дополнительные нагрузки на подшипники аналогичны нагрузкам, возникающим при несовпадении осей валов. Они могут на подшипниковых узлах как совпадать по направлению, так и принимать противоположные направления, т.е. действовать в противофазе. Характерной особенностью данных нагрузок является их динамический характер. Точки приложения нагрузок жестко связаны с полумуфтами и в процессе вращения нагрузки меняют свое направление на 360° за один оборот вала, что приводит к изменению нагрузок на подшипники с частотой, совпадающей с частотой вращения вала соответственно.
Рис. 11. Схема расцентровок валов типа радиального (а) и углового (б, в) смещений осей: А, В, С, Д – подшипниковые опоры; R – реакции подшипниковых опор; 1,2 – ведомый и ведущий валы; 3 – проставки; 4 – полумуфты |
Наличие расцентровок, приводящих к дополнительным нагрузкам, может служить причиной появления других неисправностей, а именно интенсивного износа вкладышей подшипников скольжения, износа элементов зубчатого зацепления полу муфт, разрушения тел и дорожек качения радиально-упорных подшипников.
При вращении валов, сопряженных муфтами, без перекосов и смещений осей валов, а также при точном изготовлении муфт, все зубцы или пальцы последних нагружены равномерно, и на соединенные валы действуют только вращающие моменты. При наличии неточностей в шагах и форме зацеплений или втулок и пальцев нагрузка на зубцы или пальцы распределяется неравномерно, в результате чего на каждую полумуфту будет действовать радиальная неуравновешенная сила, вращающаяся вместе с муфтой. В предельном случае момент может передаваться ограниченным числом зубьев (пальцев). При этом действующая на вал неуравновешенная сила достигает наибольшего значения. Сила, действующая на палец, вызывает радиальную силу, момент относительно оси муфты. Противоположно направленная радиальная сила приложена к ведущей полумуфте. Эти силы вращаются с муфтой и создают дополнительный изгибающий момент на валу, т.е. в любой осевой неподвижной плоскости вызывают противофазные колебания с частотой вращения. Так как окружное усилие пропорционально передаваемому крутящему моменту, то размах виброперемещения каждого подшипника возрастает пропорционально передаваемой мощности.
В дополнение к указанным неуравновешенным силам действующим на валы при их вращении, перекос или смещение осей валов вызывают силы трения, препятствующие перемещению полумуфт. Эти силы создают периодически изменяющийся момент, который изгибает валы в плоскости перекоса или смещения их осей и вызывает вибрацию подшипников, а также периодически изменяющиеся изгибные напряжения на валах. На вибрацию основной частоты накладываются высокочастотные вибрации из-за неравномерной работы зубцов или пальцев
Муфты с хорошим состоянием рабочих поверхностей обеспечивают нормальную работу агрегата при расцентровке, достигающей значений 0,2-0,3 мм. Расцентровка приводит к быстрому износу элементов муфт.