12. Кулачковая предохранительная муфта

Кулачковые предохранительные муфты (рис. 12.1) используют при небольших скоростях, малых вращающих моментах и маховых массах соединяемых частей. Муфты этого типа основаны на замыкании с помощью пружин, поставленных с предварительным натяжением, полумуфт, снабженных на торцах кулачками. При перегрузках происходит срабатывание муфты, которое сопровождается значительными нагрузками и характерным звуком, поэтому кулачковые муфты называют сигнальными.

В конструкциях с малым трением пружинно-кулачковые муфты обеспечивают высокую точность срабатывания, так как упругие свойства пружин достаточно стабильны. Существенное влияние на точность срабатывания оказывает состояние рабочих поверхностей кулачков: твердость, шероховатость и точность изготовления.

Рис. 12.1. Кулачковая предохранительная муфта

Рабочие поверхности кулачков должны обладать достаточной твердостью, износостойкостью и способностью сопротивляться ударным нагрузкам. Кулачки изготавливают из стали 20Х с последующей цементацией и закалкой до твердости 56…57 HRC_э или из стали 40Х с закалкой до той же твердости. Число кулачков рекомендуется делать нечетным. Это позволяет упростить процесс изготовления и повысить точность расположения кулачков. Число кулачков принимают равным 3…15.

13. Расчет кулачковой предохранительной муфты

Рассчитать муфту (рис. 13.1) при следующих данных:

1. Номинальный крутящий момент Т = 100 Нм.

2. Диаметр вала d = 28 мм.

3. Коэффициент запаса (перегрузки)

Рис. 13.1. К расчету предохранительной кулачковой муфты

Р е ш е н и е

1. Определяем расчетный момент, при котором муфта будет выключаться:

.

2. Определяем диаметр окружности, проходящей через середины кулачков:

3. Окружное усилие при передаче номинального момента

.

4. Окружное усилие при передаче максимального момента (при перегрузке)

.

5. Усилие, необходимое для удержания муфты во включенном состоянии при передаче номинального момента:

,

где – угол наклона боковой поверхности кулачков; определение этого угла путем расчета приведено ниже.

6. Усилие, необходимое для выключения муфты при перегрузке, то есть при передаче расчетного момента:

7. Усилие, необходимое для включения муфты при возвращении к номинальному режиму работы, то есть после снятия перегрузки:

8. Принимая условие , получаем

9. При = 2; f = 0,05; D_с = 56 мм; d = 28 мм; = 1,45 получаем

–0,0803tg² + 0,4505tg – 0,3305 = 0

и .

10. Принимаем ; тогда

Таким образом, получено

,

что и необходимо для работы муфты.

11. Предварительно определим размеры элементов муфты. Ширина кулачков (размер в радиальном направлении):

.

Принимаем = 10 мм. Наружный диаметр кулачков

.

Высота кулачков (0,5…0,6) (0,5…0,6) 10; принимаем h = 6 мм.

Наружный диаметр подвижной втулки

.

Принимаем D_вт = 42 мм.

Длина подвижной втулки

Принимаем L = 35мм.

Число кулачков Z, радиус фаски r установим при расчете кулачков по контактным напряжения .

12. Сила нормального давления на кулачки

13. Необходимый по условиям контактной прочности радиус r передней кромки кулачков и их число Z могут быть подсчитаны из выражения

или

.

В этой формуле – приведенный радиус контактирующих в момент включения (выключения) передних кромок кулачков.

Если у ведущей и ведомой полумуфт эти радиусы равны, то

r₁ = r₂ = 2 , а

где r₁, r₂ – радиусы кромок кулачков ведущей и ведомой полумуфт соответственно;

Z – число кулачков, его определяют расчетом;

Е_пр – приведенный модуль нормальной упругости. Модуль упругости для стали Е = 2,1·10⁵ МПа. Если кулачки ведомой и ведущей полумуфт стальные, то

.

При твердости кулачков 60 HRC допускаемое контактное напряжение

Принимаем r₁ = r₂ = 2 мм, тогда

и

Принимаем Z = 10.

Длина кулачков на среднем радиусе муфты, который равен D_с = 56 мм, будет определяться как

(рис. 5).

14. Подсчитываем напряжение смятия при действии :

Допускаемое МПа.

15. Напряжение изгиба подсчитывают, если число кулачков Z > 11. При этом в расчет принимают от общего числа кулачков.

Приведем в качестве примера расчет кулачков на изгиб при Z = 11.

Напряжения изгиба в сечении у основания кулачков

Изгибающий момент = 15537 Нмм.

Момент сопротивления изгибу одного кулачка

Тогда

Для кулачков из цементированной стали 20Х