 |
Жесткие компенсирующие муфты. Подвижные муфты.
|
|
|
|
Лекция 6 (2часа)
МУФТЫ. ПРИВОДЫ.
Общие сведения. Назначение, основные конструкции и классификация муфт.
Это устройства для соединения валов и передачи между ними вращающего момента.
Муфты могут передавать вращающий момент валам и другим деталям (колёсам, шкивам и т.д.). Они соединяют соосные и несоосные валы. Муфты существуют потому, что всегда есть некоторое смещение, перекос и взаимная подвижность валов. Конструкции муфт весьма разнообразны. Муфты турбокомпрессоров реактивных двигателей состоят из нескольких сотен деталей и являются сложнейшими саморегулирующимися системами, а есть муфты, состоящие из куска резиновой втулки.
Группы муфт различают по их физической природ: м уфты механического действия; муфты электрического (электромагнитного) действия; муфты гидравлического или пневматического действия.
Классы муфт различают по режиму соединения валов: нерасцепляемые (постоянные, соединительные) – соединяют валы постоянно, образуют длинные валы; управляемые – соединяют и разъединяют валы в процессе работы, например, широко известная автомобильная муфта сцепления; самодействующие – срабатывают автоматически при заданном режиме работы; прочие.
Классификация муфт
Основное назначение муфт — передача вращающего момента без изменения его значения и направления. Некоторые типы муфт дополнительно могут поглощать вибрации и толчки, предохранять машину от перегрузок, включать и выключать рабочий механизм машины без остановки двигателя. Основной характеристикой муфт является передаваемый вращающий момент. Муфты подбирают по ГОСТам, ведомственным нормам, каталогам или проектируют по расчетному моменту: Tp = K∙Tр, где К - коэффициент режима работы муфты; Тр – номинальный вращающий момент (наибольший из длительно действующих). В приводах от электродвигателя принимают: при спокойной работе и небольших разгоняемых массах (приводы конвейеров, испытательных установок и др.) К = 1,15...1,4; при переменной нагрузке и средних разгоняемых массах (металлорежущие станки, поршневые компрессоры и др.) К = 1,5...2; при ударной нагрузке и больших разгоняемых массах (прокатные станы, молоты и др.) К = 2,5...3.
|
|
|
Стандартные муфты каждого размера выполняют для некоторого диапазона диаметров валов.
Наиболее слабые звенья выбранной муфты проверяют расчетом на прочность по расчетному моменту Тр. Работа муфт сопровождается потерями. По опытным данным при расчетах КПД муфт обычно принимают η = 0,985...0,995. Основная характеристика муфты – передаваемый вращающий момент. Существенные показатели – габариты, масса, момент инерции. Муфта, рассчитанная на передачу определённого вращающего момента, выполняется в нескольких модификациях для разных диаметров валов. Муфты – автономные узлы, поэтому они легко стандартизируются. Муфты рассчитывают по их критериям работоспособности: прочности при циклических и ударных нагрузках; износостойкости; жёсткости.
Муфты глухие
Глухие муфты образуют жесткое и неподвижное соединение валов. Они не компенсируют ошибки изготовления и монтажа, требуют точной центровки валов.
Муфта втулочная. Соединение втулки с валами выполняют с помощью цилиндрических штифтов, сегментных шпонок или шлицевого соединения. Втулочные муфты применяют в легких машинах при диаметрах валов до 70 мм. Они характеризуются простотой конструкции и малыми габаритами. Прочность муфты определяется прочностью штифтового, шпоночного или шлицевого соединения, а также прочностью втулки. Необходимо проверить штифты на срез
|
|
|
τср=2·Ft/(π·dш2) ≤[ τ], где Ft=2·Трасч./d, Н – окружное усилие, срезающее штифт.[ τ], МПа- допускаемое напряжение на срез для материала штифта, dш, мм – диаметр штифта.
Муфта фланцевая. Фланцы полумуфт соединяют болтами, поставленными с зазором или без зазора. В конструкции, выполненной по первому варианту, крутящий момент передается силами трения, возникающими в стыке полумуфт от затяжки болтов, во втором варианте непосредственно болтами, работающими на срез и смятие. Соединение с валами осуществляется по цилиндрической или конусной поверхности. Передача крутящего момента на валы, как правило, через шпонки. Расчет на прочность выполняют для шпоночных соединений и болтов. Фланцевые муфты применяют для соединения валов диаметром до 200 мм. Крутящий момент передается болтами, которые рассчитываются на срез (болты устанавливаются без зазора): τср=4·Ft/(zб·π·dб2) ≤[ τ],
где Ft=2·Трасч./d, Н– окружное усилие, срезающее штифт; d, м- диаметр расположения болтов;
[ τ], МПа - допускаемое напряжение на срез для материала болтов; dб, мм – диаметр болта;
zб·-количество болтов.
При установке болтов с зазором определяют необходимую силу затяжки болтов: Fз=2·Трасч./(Dср·zб·f), где Dср, м- средний диаметр, соприкасающихся торцевых поверхностей полумуфт; zб·-количество болтов; f = (0,1…0,2) – коэффициент трения между торцами полумуфт.
Жесткие компенсирующие муфты. Подвижные муфты.
Жесткие компенсирующие муфты при соединении валов способны компенсировать незначительные радиальные, осевые и угловые смещения, обусловленные неточностями изготовления, монтажа, особенностями конструкции узлов и деформациями валов при работе. Компенсация отклонений от соосности валов достигается за счет подвижности жестких деталей муфты. Наиболее распространены зубчатые и цепные муфты.
Зубчатая муфта стандартизована. Состоит из двух обойм с внутренними зубьями эвольвентного профиля зацепляющимися с внешними зубьями втулок, установленных на концы валов. Обоймы соединяют между собой болтами, поставленными без зазора. Обоймы центрируют по вершинам зубьев втулок. Втулки изготовляют с отверстиями для цилиндрических и конических концов валов. Материал втулок и обойм - сталь 40 или 45Л.
|
|
|
Зубчатые муфты компенсируют радиальные, осевые и угловые
смещения валов за счет боковых зазоров в зацеплении, обточки зубьев втулок по сфере, бочкообразного профиля зуба. Компенсация смещений валов сопровождается относительным перекосом осей втулок и обойм, а, следовательно, скольжением зубьев. Угол перекоса оси каждой втулки относительно оси обоймы допускают до 1°30'. Для повышения износостойкости зубья закаливают. Зубчатое зацепление работает в масляной ванне. Масло заливают через отверстие в обойме. Для герметизации муфт применяют уплотнения - резиновые армированные манжеты. Зубчатые муфты имеют малые размеры, их применяют для передачи вращающего момента от 1000 до 63000 Н.м между горизонтальными валами диаметром (40…220)мм при окружных скоростях до 25 м/с. Зубчатые муфты подбирают по передаваемому моменту: ТГОСТ>K1∙K2 ∙K3 ∙Tр, где
TГОСТ — максимальный вращающий момент муфты по ГОСТ;
Тр - вращающий момент, передаваемый муфтой;
К1 – коэффициент ответственности (если поломка муфты может вызвать остановку машины,
К1 = 1; аварию машины - К1 = 1,2; человеческие жертвы - К1 = 1,8);
К2 — коэффициент условий работы машины (при спокойной работе К2 = 1; при переменной работе К2 = 1,2; при тяжелой работе, с толчками К2 = 1,5);
К3 - коэффициент углового смещения (К3 = 1, при угле перекоса валов γ ≤ 0,25°; K3 = 1,25 при γ = 0,5°; K3 = 1,5 при γ = 1,0°; К3 = 1,75 при γ =1,5°).
При компенсации муфтой смещений на концы валов действует радиальная сила: Fм =0,4∙103 ∙Тр/dм ,
где Tр - расчетный момент, передаваемый муфтой, Н.м; dм, мм - делительный диаметр зубчатого зацепления муфты.
Проверка муфты производится по напряжениям смятия рабочих поверхностей зубьев: σсм=Трасч./(0,9·m2·z2·b) ≤[σсм], где Трасч., Н·м– расчетный крутящий момент; m, мм – модуль зубьев муфты; [σсм]=(12…15) МПа -допускаемое напряжение смятия; b, м – длина зуба; z•- число зубьев.
Существуют муфты которые допускают соединение валов с повышенным взаимным смещением осей как вызванными неточностями, так и специально заданными конструктором. Ярким представителем этого семейства являются шарнирные муфты. Идея муфты впервые предложена Джироламо Кардано в 1570 г. и доведена до инженерного решения Робертом Гуком в 1770 г. Поэтому иногда в литературе они называются карданными муфтами, а иногда – шарнирами Гука. Шарнирные муфты соединяют валы под углом до 45о, позволяют создавать цепные валы с передачей вращения в самые недоступные места. Всё это возможно потому, что крестовина является не одним шарниром, а сразу двумя с перпендикулярными осями. Прочность карданной муфты ограничена прочностью крестовины, в особенности мест крепления пальцев крестовины в отверстиях вилок. Муфты выбираются по каталогу. Проверочный расчёт ведётся для рабочих поверхностей шарниров на смятие, проверяется прочность вилок и крестовины.
|
|
|
Кулачковые сцепные муфты.
Кулачковые сцепные муфты предназначены для соединения или разъединения валов при остановке или даже при работе машины с помощью механизмов управления.Допускают безударное включение только при равных угловых скоростях едущей и ведомой полумуфт Сцепные муфты применяются для соединения или разъединения валов или насаженных на них деталей (зубчатых колес, шкивов и пр.).
Кулачковые Зубчатые
Кулачковая муфта состоит из полумуфт, одна имеет торцовые выступы (кулачки), чаще всего трапецеидального или прямого профиля, а другая впадины такого же профиля.
 |
Необходимо проверить по условию износостойкости: р=3·Тср/(Dср·z·b·h)≤ [p],
где Тср, Н·м- крутящий момент передаваемый муфтой(средний); Dср·,м- средний диаметр кулачков;
b, мм- высота кулачка в радиальном направлении; h, мм – длина кулачка;
[p]=(80..120)МПа –допускаемое удельное давление при включении муфты без вращения валов;
[p]=(30..40)МПа –допускаемое удельное давление при включении муфты при вращении валов (поверхности кулачков закалены);
Проверка напряжения изгиба у основания кулачка: σи=к·Ft·h/(z·Wи) ≤ [σи],
где к = (3…6)- коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по кулачкам; Ft=2·Трасч./Dср, Н– окружное усилие, изгибающее кулачки; Dср, м – средний диаметр кулачков; h, мм – длина кулачка; [σи], МПа- допускаемое напряжение на изгиб; Wи=b·t2/6, мм3 – момент сопротивления; t, мм – размер основания кулачка, измеренный по хорде; b, мм- высота кулачка в радиальном направлении; z- количество кулачков.
Фрикционные сцепные муфты
Фрикционная муфта обеспечивает возможность плавного сцепления ведущего и ведомого валов под нагрузкой.
Фрикционные сцепные муфты выполняются в одностороннем и двустороннем исполнении. Основные размеры муфт приводятся в стандарте МН 5656-65. Соединение с валом подвижной втулки осуществляется шпонками или шлицами. Наружные диски устанавливаются в пазы включаемых деталей, а внутренние диски установлены в пазы вала. За счет усилия сжатия, осуществляется фрикционная связь между дисками и передача крутящего момента.
|
|
|
Передают вращающий момент благодаря силам трения, возникающим в контакте между элементами муфты. Силы трения легко регулируются изменением силы сжатия трущихся поверхностей. Поэтому фрикционные муфты допускают плавное сцепление при любой скорости, что успешно используется, например, в конструкции автомобильного сцепления. Кроме того, фрикционная муфта не может передать через себя момент больший, чем момент сил трения, поскольку начинается проскальзывание контактирующих фрикционных элементов, поэтому фрикционные муфты являются эффективными неразрушающимися предохранителями для защиты машины от динамических перегрузок. Встречаются различные формы рабочих поверхностей фрикционных элементов: дисковые, в которых трение происходит по торцевым поверхностям дисков (одно- и многодисковые); конусные, в которых рабочие поверхности имеют коническую форму;
цилиндрические, имеющие цилиндрическую поверхность контакта (колодочные, ленточные и т.д.).
Выбор муфты осуществляют по передаваемому крутящему моменту.
Проверяют удельное давление на поверхности дисков: р=12·к·Тн/((D23–Dвн3)·π·z·f)≤ [p],
где к=(1,3…1,5)- коэффициент запаса; к=(2…3,5)- коэффициент запаса для сельскохозяйственных машин; Тн, Н·м- крутящий момент передаваемый муфтой (номинальный); Dвн·, D2, мм- диаметры дисков; z =(n-1)- число пар трения; n- число дисков; f=(0,06…0,08)– коэффициент трения закаленных дисков; [p]=(0,5…0,6)МПа –допускаемое удельное давление при работе в масле;
Вычисляют усилие сжатия дисков при передаче крутящего момента: Fсж=2·к·Тн/(0,5·(D2+Dвн)·z·f),
 |  | ||
где Тн, Н·м- крутящий момент передаваемый муфтой (номинальный); Dвн, D2, м- диаметры дисков;
 |
Вычисляют усилие, необходимое для перемещения втулки в осевом направлении:
Fос=Fсж·h/(b·ctg(α+ρ)-с), Н
где h и b,мм – длина короткого и длинного плеча рычага соответственно; рекомендуется: b=0,5·D2; b/h={3…2} –выбрать из таблиц стандарта; α=(8…12)°; ρ= arctg (f); с=0,3·h;
|
|
|
