Краткие сведения о выборе и расчете муфт

Многие муфты, применяемые в машиностроении, стандартизо­ваны. Стандартизованные муфты, как правило, не рассчитывают, их подбирают по соответствующим таблицам справочников в зави­симости от диаметра вала, передаваемого момента и угловой скоро­сти. Так, например, крестово-шарнирные муфты Кардана —Гука подбирают по таблице ГОСТ 5147—69. В ответственных случаях муфты, подобранные по таблицам справочников, требуют провероч­ного расчета.

При проектировании новых муфт конструктивные размеры эле­ментов муфты определяют расчетом. Подбор и расчет муфгг ведут не по номинальному, а по так называемому расчетному моменту Т_р, определяемому из соотношения

где ft_p—коэффициент режима работы, принимаемый по табл. П58; Т—номинальный вращающий момент, соответствующий установив­шемуся режиму работы машины при постоянных мощности и угло­вой скорости.

Задача 71. Стальная втулочная муфта (см. рис. 279, б), соединяющая вал электродвигателя с валом центробежного насоса, передает момент: а) 7¹ = 75Н»м, б) Т = 105 Н»м. Проверить прочность муфты и штифтов, если: a) d=30 мм, dt=S мм; б) d=42 мм, ^ = 12 мм.

Решение, а) 1. По эмпирической формуле (240) находим наружный диаметр муфты D и c=d/D:

D« (1,7...1,5)d=(l,7... 1,5)30=51...45 мм.

Принимая D=48 мм, получаем с~d/D=z30/48=0,625.

2. Проверяем втулку муфты на кручение по формуле (193); при [т_к]=25МПа (низкое значение [т_к] объясняется ослаблением сечения муфты отверстиями под штифты или шпоночной канавкой, см. рис. 279, а).

По табл. П58 коэффициент режима работы Л?_р= 1,5.. .2. Принимая &_р=1,75, определяем расчетный момент: Гр=Л_рГ = 1,75X75 = 131 Н*м. Следовательно,

Т 16Тр _t 16*131 л Q{* ine п <у г 1

^%u~~Wl~~ *D»(1—с«)"~ Я.48М0-» (1-0,625*) ^b,yt>'^{IU 11а<}^1^ткЬ

3. Штифты проверяем на срез при [т_ср]=90 МПа для стали 45. Так кан

S_cp = 2ndi/4 и F_tp=2T_p/d, то Pip 4.2Г_Р 4-131 те п ^ г л

Задача 72. Фланцевая муфта (см. рис. 280), соединяющая концы валов при­вода шаровой мельницы, передает момент: а) Г = 1450 Н»м, б) Г=2150 1-Ьм. Фланцы полумуфт соединены шестью болтами, три из которых поставлены в от­верстия без зазора и предназначены для передачи ваданного момента.

Подобрать болты, если диаметр окружности, на которой расположены их оси: a) D₀ =165 мм; б) £>₀ = 230 мм.

Решение, а) 1. Для болтов назначаем сталь Ст4 и по табл. ПЗ определяем предел текучести: а_х = 255...235 МПа.

2. Принимая а_х=245 МПа, находим допускаемое напряжение при работе болта на срез (см. занятие 27):

[т_ср] = (0,25...0,30) а_х = (0,25.. .0,30) 245 = 61,4.. .73,6 МПа,

принимаем [т_ср]=67МПа.

3. По табл. П58 &_р=2,0.. .3,0. Принимая Л_р=2,5* вычисляем расчетный момент:

Г_Р=^_РГ=2,5-145=3630 Н-м.

4. Из уравнения прочности [см. формулу (227)]

т_ср=4/У(яЫо) = 4.2Гр/(яЫ2Д>) < [т_ср1; определяем диаметр d₀ ненарезанной части болта при / = 1| 2 = 3 и окружной 294

d_Q^ l/ *^Г,^Р ^l/ _f Л1^₇-та~===/278> 1Q~« = 16,7X10-» м. ^v Г *uzZ)₀ [^cpl ' я'ЬЗ'165'67'10³ Принимая do==17 мм, по табл. П29 назначаем для всех болтов резьбу М16.

Задача 73. Подобрать упругую втулочно-пальцевую муфту для соединения вала электродвигателя с валом редуктора, служащим для привода скребкового транспортера, при: а) Р = 7,5 кВт, я=1440 мин-*; б) Р = 17 кВт, /1=970 мин-*_#

Произвести проверочный расчет резиновых втулок муфты.

Решение, а) 1. Определяем номинальный момент, передаваемый муфтой:

7=9,55Р/л=9,55.7,5.Ю^r

³/И40 = 49,8 Н-м.

2. Вычисляем расчетный момент, принимая по табл. П58 коэффициент режима работы &р = 2,0:

7^=^7 = 2.49,8=^99,6 Н-м.

3. По табл. П59 (ГОСТ 21424—75) выбираем муфту, для которой допускаемый расчетный момент [7^,_р]=240 Н«м. Муфту меньших размеров принять нельзя, так как диаметр вала электродвигателя d=38 мм, а предыдущая меньшая муфта предназначена для соединения валов диаметром 28 мм (см. табл. П59).

Размеры выбранной муфты следующие (см. рис. 287 и табл. П59): £)_х = 95мм; /_в = 28 мм; с?_п = 14 мм, число пальцев z=6.

4. Проверяем резиновые втулки на смятие поверхностей их соприкасания с пальцами:

где Ft—окружная сила, передаваемая одним пальцем;

P_t=r_p/(0,5D₁2) = 99,6/(0,5-95-10-³.6) =350 Н; а_см=^/(^в) = 350/(14.28.10-в) = 0,895.10б Па«*[о_см].

где допускаемое напряжение смятия резины [a_CMJ = 2,0 МПа.

Задача 74. Рассчитать дисковую фрикционную муфту (см. рис. 290) для пере­дачи энергии от электродвигателя к деревообрабатывающему станку, если:

а) Р = 7 кВт, я=500 мин-*; б) Р = 10 кВт, /1 = 1460 мин-¹.

Материал рабочей поверхности фрикционного диска пол у муфты: а) ферродо,

б) металлокерамика.

Решение, а) 1. Фрикционная муфта работоспособна, если момент сил трения не меньше расчетного момента, т. е.

Tf=FD_cv/2 = z/QD_cp/2 ^ k_pT,

где г—число пар трущихся поверхностей; Q—сила прижатия дисков; D_cp—сред­ний диаметр рабочей поверхности дисков.

Кроме того, должно выполняться условие износостойкости рабочих поверхно­стей, согласно которому расчетное давление p = Q/S не должно превышать до­пускаемого [р].

Для дисковой муфты при кольцевой рабочей поверхности получим

p = Q/S = Q/(nD_C9b)<[pl

где Ь—ширина кольцевой поверхности дисков.

2. Для определения D_cp зададимся отношением ^ = D_cp/6, тогда из совмест­ного решения условий работоспособности и износостойкости муфты получим

Q ₌ 2k_vT 2k_vT

nD_cvb nD_cpbzfD_cp jiD?p(Z>_cp/*)z/ откуда

D_cf>&V2W_vT/(nzflp)).

Определяем средний диаметр рабочей поверхности дисков, принимая i|) = 5 (обычно -ф = 4...6). По табл. П58 принимаем А?_р=1,8. Номинальный момент

7 = 9,55Р/д = 9,55-7.10¹

³/500 = 134 Н-м.

Итак, при f=l (одна пара дисков); /=0.32 для прессованного материала на основе асбеста (ферродо) (см. табл. П60); [/7] = 0,25 МПа (см. табл. П60) получаем

1ЩТр\У Ji'1.0,32.0,25.10«~V^{9,61 10} *-°'^212м-

Принимаем D_cp=215 мм; при этом

&=£>_ср/<ф = 215/5=43 мм.

Определяем значение силы нажатия:

Q=2k_vT/(zfD_cv) = 2-1,8.134/(1.0,32-215.10-*) = 7,02- 10^s Н.

Такая сила нажатия очень велика. Для ее уменьшения следует увеличить число поверхностей трения (фрикционных дисков), т. е. применить многодисковую муфту. Если принять z=6, то

SfWJT-Af 2-5.1,8.134 _3/г——

Можно принять D_cp=120 мм и тогда

Q=2Aj_pr/(z/Z)_Cp) = 2-1,8-134/(6-0,32.120-Ю-⁸) =2,09-10³ H_g

что можно считать приемлемым. При полученном D_cp

Ъ=D_cp/t|)= 120/5=24 мм. Наружный диаметр диска муфты

Д, = А:р+* = 120+24 = 144 мм. Внутренний диаметр диска муфты

D_B=D_cp—6 = 120—24=96 мм.

Литература: [3, 4, б, 6, 9, 11]; задачи 15.10, 15.11, 15.15, [12].

Вопросы для самопроверки. 1. Дайте сравнительную характеристику жестких муфт. 2. На какие группы подразделяются компенсирующие муфты? 3. Какие муфты способны смягчать толчки и удары при передаче момента? 4. В каких случаях применяют сцепные, а в каких—предохранительные муфты? 5. Почему при частых перегрузках механизма не рекомендуется применять предохранитель­ные муфты со срезным штифтом? 6. С какой целью применяют обгонные муфты? 7. Как производится расчет многодисковой фрикционной муфты?