5.18.7. Муфты автоматические.

Муфты предохранительные

Любая фрикционная муфта, отрегулированная на передачу предельного крутящего момента, выполняет функции предохранительной. В специальных предохранительных муфтах силы нажатия обеспечиваются постоянно действующими пружинами.

Существуют муфты со специальным разрушающимся элементом, например штифтом. После ее срабатывания штифт меняют. Такой элемент обычно проверяется на срез. Если число штифтов больше 1, то необходимо учитывать неравномерность распределения нагрузки. В этом случае необходима жесткая центровка полумуфт.

В качестве предохранительной может быть использована кулачковая муфта (рис.5.103)

Рис. 5.103

Муфта кулачковая предохранительная.

Рис. 5.104. Форма кулачков

В этой конструкции полумуфты 1,2 зацепляются кулачками (рис. 5.104), имеющими определенный угол наклона. От действия окружной силы в зацеплении возникает осевая сила F_a= F_ttg, которая стремится раздвинуть полумуфты. Этому противодействуют пружина 3 на рис. 5.94 и силы трения на кулачках и в шпонке (или шлицевом соединении).

Недостаток- удары кулачков при перегрузках, приводящие к большому шуму. Эти муфты не рекомендованы при работе с большими частотами вращения.

В промышленности применяются также

-муфты центробежные, автоматически останавливающиеся при заданной угловой скорости;

- муфты свободного хода;

- - с храповиком, передающие крутящий момент в одном направлении;

- - фрикционные или шариковые муфты свободного хода, обеспечивающие бесшумную работу.

ПРИЛОЖЕНИЯ

П 1. Расчет режимов гидрораздачи при создании неразъемного соединения.

Основные положения для расчета режима гидравлического вальцевания труб (по статье Krips H., Podhorsky M. Hydraulisches Aufweiten - ein neus Verfahren zur Befestigungen fjn Rohren.// VGB Kraftwerkstechnik. 56. 1976. № 7. S. 456- 464.).

При гидрораздаче в трубе (вначале) и в трубной доске создается осесимметричное поле напряжений.

Положив напряжения в осевом направлении равными нулю, уравнение равновесия деформируемого элемента запишем в форме

d(r_r)- _= 0, (П.1-1)

где _r, _-соответственно, радиальное и окружное напряжения.

Связь с деформацией записывается следующим образом

_r= dw/dr= E^-1(_r- _), (П1-2)

_= w/r= E^-1(_- _r), (П1-3)

где - коэффициент Пуассона.

Причем _r= r^-1dF/dr; _=d²F/dr²; F- функция напряжений.

Прибегая к условию совместности

d(r_)/dr- _r= 0 (П1-4)

и решая совместно (П1-2)…(П1-4), получим дифференциальное уравнение

d³F/dr³+ r^-1d²F/dr²- r^-2dF/dr= 0. (П1-5)

Его решение записывается в виде

F= Alg r+ Cr². (П1-6)

Константы А,С находятся из краевых условий

_r= - p_i; _ra= - p_a, (П1-7)

где p_i - давление внутри трубы; p_a - давление снаружи трубы.

Рис.П.1 Сечение трубы

Тогда

A= r²_irr²_a(p_a- p_i)/(r²_a- r²_i);

C= 0,5(p_ir²_i- p_ar²_a)/ (r²_a- r²_i). (П1-8)

Напряжения записываются в форме

 _ri= r²_ir²_a(p_a- p_i)/[(r²_a- r²_i)r²] + (p_ir²_i- p_ar²_a)/ (r²_a- r²_i) ,

_= - r²_ir²_a(p_a- p_i)/[(r²_a- r²_i)r²] + (p_ir²_i- p_ar²_a)/ (r²_a- r²_i) . (П1-9)

Используя условие текучести Мизеса, получим эквивалентное напряжение

_F=(²_r- _r_ + ²_ )^1/2= p_i (u²-1)^-1(3u²+ 1)^1/2, (П1-10)

где u= r_a/ r_i.

Тогда внутреннее давление, при котором начинается текучесть волокон внутренней поверхности трубы, равно

pⁱ_i= _F(u²-1)/(3u⁴+ 1)^1/2. (П1-11)

Волокна внешней поверхности начинают течь при давлении

p^a_i= 0,5_F(u²- 1). (П1-12)

Причем от давления p_i перемещение будет

w= p_irE^-1(1+ )(u²- 1)^-1[(r_a/r)²+ (1-)/(1+)],

а от давления p_a-

w= - p_arE^-1(1+ )(1- u^{- 2})^-1[(r_i/r)²+ (1-)/(1+)]. (П1-13)

Условие обеспечения контактного давления записывается в форме

p_i> 2_FR(3u⁴_R+ 1)(u²_p- 1)/[u²_p(1+ )+ 1- ]+ _FR(u²_R- 1)/2, (П1-14)

где _FR - предел текучести трубы; u_p= R_a/R_i (см. рис. П1.2); u_R= r_a/r_i.

Рис.П1.2

Сетка отверстий

Чтобы не было деформации перемычки должно выполняться неравенство

[p_i- _FR(u²_R- 1)/2](u²_p+

+ 1)/(u²_p- 1)) _Fp, (П1-15)

где _Fp - предел текучести доски,

или при p_i= p_0, граничном давлении, когда отсутствует деформация перемычки,

p₀/_FR  (_Fp/_FR) (u_p ²-1)/ (u_p ²+1)+(u²_R – 1)/2. (П3-16)

На рис. П1.3 приведена зависимость относительного граничного давления от геометрии трубы и трубной доски, из которой для заданной геометрии доски и материала трубы выбирается граничное давление, при котором отсутствует деформация перемычки.

Условие сцепления трубы с доской можно записать в форме

р_н./ (p_i- p₀)= {1+ (u²_p- 1)(u²_R- 1)^-1[u²_R(1- )+1+ ][ u²_p(1+ )+1- ]^-1}^-1. (П1-17)

В дальнейшем принимается _R =  _p= 0,3, E_R= E_p

На рис. П1.4 приведена зависимость относительного давления сцепления р_н от геометрии трубы и доски. По нему при выбранном давлении гидрораздачи p_i определяется давление сцепления после разгрузки.

Пример:

Пусть труба, закрепляемая в коллекторе, имеет следующую геометрию: d_a= 16 мм, d_i= 13 мм; диаметр отверстия в коллекторе D_i= 16,25 мм. В качестве характерного диаметра решетки возьмем диаметр D_a как показано на рис. 1, т.е. значения для наружной поверхности D_aн= 2[8,1+16,25)- 8,125]= 32,45 мм и внутренней поверхности D_aв = 2[(5,5+16,25)- 8,125]= 27,25 мм.

Характеристики металла трубы и доски: предел текучести металла трубы _FR= 220 МПа; - металла коллектора _Fp= 520 МПа.

Определим безразмерные характеристики трубы и решетки внутренней поверхности коллектора:

u_R= 16/13= 1,23; u_p= 27,25/16,25= 1,68.

Из рис. П1.3 считываем для u_p= 1 и u_R= 1,23 величину P_o/_FR=0,255.

Откуда давление, при котором “течет” труба

Р₁= 0,255х 220= 56,1 МПа.

Из рис. П1.3 считываем для u_p= 1,68 и u_R= 1,23 величину P_o/_FR=0,544.

Откуда давление, при котором деформация разгрузки коллектора равна деформации разгрузки трубы, соответствует величине

Р_o= 0,544x 220= 119,7 МПа.

При этом давление сцепления после разгрузки коллектора определяем из рис. П1.4 для u_R= 1,23; u_p= 1,68 и давления гидрораздачи Р_ш= 196 МПа

P _н/(Р₁- Р_о)= 0.33, т.е. Р_н= 0,33(196- 119,7)= 25, 18 МПа.

Рис. П1.3

Рис. П1.4

П2. Примеры расчета приводов.

П2-1. Расчет привода с одноступенчатым коническим редуктором.

Рис. П2.1

Привод с коническим зубчатым редуктором:

1- редуктор; 2,- ременная передача; 3- звездочка.

П2-1.1. Дано: Задание №

1. Схема привода (рис.П2.1)

2. Мощность на выходном вале (звездочке)- N₃ = 4,32 кВт.

3. Угловая скорость вращения выходного вала (звездочки)- ₃= 25,13 рад/сек.

4. Привод должен работать 8 час. в сутки 300 дней в году в течение 10 лет. Режим нагружения II, кратковременная перегрузка равна k_n =2. Применяется коническая пара с прямыми зубьями.

П2-1.2. Выбор электродвигателя.

Для выбора электродвигателя необходимо предварительно определить мощность, а затем частоту вращения ведущего вала, если заданы только выходные параметры передачи.

Мощность определяется по формуле

N_эд= N_вых/ ,

где = ₁₂…_i - общий к.п.д. привода; ₁- к.п.д. ременной передачи; ₂ - к.п.д. редуктора

Примерные значения к.п.д. даны в таблице П2-1[8]

Табл. П2-1

Тип передачи	Значения к.п.д.		Примечание
	В масляной ванне	Открытая
Зубчатая цилиндрическая	0,96- 0,98	0,94- 0,96
Зубчатая коническая	0,96- 0,97	0,93- 0,95
Червячная при числе заходов - z= 1 - z=2 - z=3…4	0,7- 0,75 0,75- 0,85 0,85- 0,93	0,44- 0,48	Для самотормозящей передачи
Ременная - с плоским ремнем - с клиновым ремнем		0,96- 0,98 0,95- 0,97
Цепная	0,95- 0,97	0,92- 0,95

Для данной схемы принимаем: ₁= 0,96; ₂= 0,96.

Тогда = 0,96*0,96= 0,92

и мощность электродвигателя должна быть не меньше

N_эд= 4,32/0,92= 4,96 кВт.

Частоту вращения электродвигателя можно определить из формулы

n₁= n₃u’,

где u’ - ориентировочное значение передаточного отношения всего привода.

Передаточное отношение можно оценить из таблицы П2-2

После определения мощности ведущего вала по каталогу определяется электродвигатель. Нужно отметить, что асинхронные двигатели самые распространенные допускают длительную перегрузку не выше 5- 10%.

Выбирать целесообразно более быстроходный двигатель, как менее тяжелый.

									Таблица П2-2
Тип передачи				uср	umax		Тип передачи			uср	umax
Зубчатая передача редуктора: а) цилиндрические колеса - прямозубые - косозубые - шевронные				3-4 3-5 4-6	12,5 12,5 12,5		Червячная: -редуктора -открытая Цепная			8-40 15-60 3-4	90 100 8
б) конические колеса Открытая зубчатая передача цилиндрическими колесами				2-3 4-6	6 20		Ременная: - плоскоременная открытая; - плоскоременная с натяжным роликом; - клиноременная			2-4 3-5 2-4	10 15 10

Для задания выбираем

для ременной передачи u’_рп= 3; для конического редуктора u’_р= 3.

Тогда общее передаточное отношение u’= 3*3=9, а частота вращения вала электродвигателя

n_эл= ₃u’*30/= 25,13*9*30/= 2160 об/мин.

Из полученных данных выбираем электродвигатель (см. соответствующую таблицу)- АО2-41-2; N_эд= 5,5 кВт; n_эл= 2910 об/мин.

Следовательно, передаточное отношение привода будет

u’= n_эл/ (30₃ /)= 2910/(30*25,13/)= 12,12.

Далее принимаем передаточное отношение ременной передачи u_рп= 3,03. Тогда передаточное отношение редуктора будет

u_p= u’/ u_рп= 12,12/3,03= 4.

Определяем скорость вращения на входе в редуктор

n₁= n_эд/ u_рп=2910/ 3,03= 960 об/мин.

П2-1.3. Расчет конического зубчатого редуктора (за основу взята методика, изложенная в книге Иванова М.Н. [4]). Используемые формулы и таблицы соответствуют обозначениям, примененным в [4].

I. Исходные данные:

i= 4; N₁=4,5 кВт; n₁=960 об/мин.

Редуктор изготовлен в отдельном закрытом корпусе; смазка- погружением колес в масляную ванну.

Конструкция редуктора, подобная разрабатываемому, приведена на рис. П2.2.

Рис. П2.2. Конструкция конического зубчатого редуктора.