5.18.3. Муфты компенсирующие жесткие.
Из-за погрешностей монтажа имеется некоторая неточность расположения осей валов. Могут быть 3 вида отклонений:
1- продольное смещение; 2- радиальное смещение; 3- угловое смещение.
Часто встречаются все 3 отклонения.
При соединении глухими муфтами несоосные валы могут совмещаться за счет деформации опор и валов, что ведет к дополнительным нагрузкам. Здесь требуется высокая точность монтажа. Для снижения этих требований применяют компенсирующие муфты (рис. 5.96)
1 3 2
Рис. 5.96. Муфта кулачково- дисковая: 1,2- полумуфты; 3- промежуточный диск.
Перпендикулярность расположения пазов позволяет компенсировать эксентриситет и перекос валов. При этом выступы промежуточного диска скользят в пазах, а центр диска описывает окружность радиусом, равным эксцентриситету r.
Осевые зазоры между диском и полумуфтами позволяют компенсировать и продольное смещение валов. Так как перекос валов вызывает неблагоприятное распределение контактного напряжения в пазах, то такую муфту рекомендуют для компенсации эксентриситета до 0,04d при угловом перекосе до 30’.
Скольжение выступов приводит к их износу. Потому муфты периодически смазывают и не допускают больших напряжений смятия.
При расчете полагают, что зазор посадки выступов равен нулю. Тогда напряжения смятия на выступах можно рассчитать по выражению
см= 6КМкрD/[h(D3- d31)] [cv]= 15…20 МПа, (5-155)
где К - коэффициент динамичности режима нагрузки; h - рабочая высота выступов диска.
Обычно принимают D/d= 2,5…3.
Детали изготавливают из сталей ст.5 (поковка), 25Л. В тяжелонагруженных передачах используют стали 15Х, 20Х с цементацией рабочих поверхностей.
Компенсирующие муфты значительно уменьшают, но не устраняют полностью вредных нагрузок на валы и опоры, смязанных с несоосностью.
К.п.д. муфты равен
1- 5,3 r/(D+ d1). (5-156)
Обычно = 0,985…0,995.
5.18.4. Муфта зубчатая (рис. 5.97) .
Состоит из 2-х полумуфт 1,2 с наружными зубьями и разъемной обоймы 3 с двумя рядами внутренних зубьев. Наиболее распространен эвольвентный профиль зубьев с = 20. Муфта компенсирует все виды несоосности валов. В ней выполняют увеличенные боковые зазоры в зацеплении, торцевые зазоры, а зубчатые венцы обрабатывают по сферам радиусом r с центрами на осях валов.
Перекос валов не превышает 30’.
Во время работы зубья скользят друг по другу и изнашиваются. Для снижения износа в муфту задивают жидкую смазку. Из-за несоосности валов нагрузка между зубьями распределяется неравномерно. Зубья здесь выполняют бочкообразной формы для ослабления влияния кромочного контакта.
Рис. 5.97. Муфта зубчатая.
Приработка зубьев выравнивает распределение нагрузки и улучшает условия контакта.
В условном расчете допускают, что нагрузка распределена равномерно между всеми зубьями, соприкасающимися по всей длине и высоте.
Для наиболее распространенного зацепления напряжение смятия рассчитывают по формуле
см= K Mkp/(D20b0,9) [см]= 12… 15 МПа. (5-157)
Применяются следующие материалы: кованные и литые стали 45, 40Х, 45Л
Термообработка зубьев полумуфт до 40 HRC, зубьев обойм- до 35 HRC.
При проектном расчете
D0= {KM/(0,9[см])}1/3, (5-158)
где = b/D0= 0,12…0,16.
Обычно число зубьев составляет z= 30…80. Выполняют их по стандартным модулям. К.п.д. составляет м= 0, 985…0,995.
5.18.5. Муфты упругие (рис. 3.14) .
Существуют упругие муфты со сплошным упругим элементом; втулочно-пальцевыe; с цилиндрическими пружинами; с резиновой звездочкой.
В таких узлах полумуфты связаны между собой упругими элементами. Упругая связь позволяет компенсировать несоосность валов, снизить жесткость системы, уменьшить динамические нагрузки на детали привода.
Одной из основных характеристик упругой муфты является ее жестокость
СФ= dMкр /d (5-159)
или упругость
Ф= 1/СФ, (5-160)
где Mкр - крутящий момент, передаваемый муфтой; - угол закручивания.
Жесткость, упругость, муфты может быть как постоянной, так и переменной, зависящей от угла скручивания.
Эти характеристики, а также нелинейное демпфирование, обусловленное гистерезисными потерями в резине, оказывают очень сильное влияние на динамические свойства машины. В главе 3 показано, что уравнение движения исполнительного органа машины можно записать в форме
0(t)- pMкр0(t)= (t)(1+ hp+Jp2), (5-161)
где J - приведенный момент инерции вращающихся частей; - упругость механической системы; 0, - соответветственно, угловые скорости вращения входного вала и исполнительного органа; h - коэффициент потерь на трение, пропорциональное скорости вращения; p d/dt.
Следует заметить, что коэффициент потерь h включает как потери в нагрузке, так и потери на нелинейное демпфирование.
В связи с тем, что упругость муфт существенно больше упругости металлических деталей, то коэффициент в основном определяется упругостью муфты. (Определение его величины показано в гл.3.) Поэтому резонасная частота при использовании муфт оказывается существенно меньше, чем без них
рез= (ФJ)-1/2. (5-162)
При этом уменьшается также и амплитуда колебаний во время резонанса (см. гл.3). Все отмеченное, а также потери на нелинейное (гистерезисное) демпфирование, обычно способствует стабилизации работы машины.
Многие авторы, например [4] предлагают коэффициенты упругости муфт определять экспериментально. В принципе такая задача может быть решена аналитически (см. гл. 3).
Учитывая изложенное, рассмотрим некоторые конструктивные особенности упругих муфт.
Муфта упругая втулочно-пальцевая (рис.5.98)
Эта муфта имеет очень широкое применение в приводах с малыми и средними крутящими моментами. Муфты нормализованы для диаметров валов до 150 мм и крутящих моментов до 15 кНм.
Упругими элементами могут быть кольца (резиновые) трапецеидального сечения или гофрированные резиновые втулки.
Из-за небольшой толщины втулок муфты имеют малую упругость (податливость). Применяются для компенсации несоосности:
- по оси 1…5 мм; - по радиусу 0,3…0,6 мм; - по углу до 1.
Для проверки прочности пальцы рассчитывают на изгиб; резину – по напряжению смятия по поверхности сопряжения ее с пальцем
см= 2МкрK/(d1lzD1) [см]= 1,8…2 МПА, (5-163)
где z - число пальцев.
Рис. 5.98 Упругая втулочно-пальцевая муфта.
В другой муфте упругий элемент может быть выполнен в виде упругой оболочки типа автомобильной шины. Тогда радиальная несоосность будет составлять 2…6 мм; угловая несоосность – 2…6; угол закручивания влять 5…30.