- •Воронеж 2011
- •1Основные положения
- •1.1Термины и определения. Классификация
- •1.2Основные сведения о проектировании и конструировании
- •1.3Стадии разработки конструкторской документации
- •1.4Стандартизация и взаимозаменяемость деталей машин
- •2Требования к деталям машин
- •2.1Особенности расчета деталей машин
- •2.2Виды нагрузок, действующих на детали машин
- •2.3Циклы напряжений и их параметры
- •2.4Методы определения допускаемых напряжений
- •3Соединения. Типы и характеристика
- •3.1Общая характеристика соединений
- •3.2Заклепочные соединения. Общие сведения
- •3.3Классификация заклепок и заклепочных швов
- •3.4Расчет прочных заклепочных швов
- •3.5Условное изображение заклепочных швов на чертеже
- •4Сварные соединения
- •4.1Общие сведения
- •4.2Принцип действия дуговой сварки
- •4.3Классификация способов сварки
- •4.4Классификация сварных соединений и швов
- •4.5Расчет стыковых сварных швов
- •4.6Расчет угловых сварных швов
- •4.7Уточненный расчет комбинированного сварного шва
- •4.8Условное изображение сварных швов на чертеже
- •Некоторые буквенно-цифровые обозначения швов
- •5Шпоночные и шлицевые соединения
- •5.1Типы шпоночных соединений
- •5.2Расчет шпоночных соединений
- •5.3Сегментные шпонки
- •5.4Конструкция и расчет шлицевых соединений
- •6Соединения с натягом
- •6.1Общие сведения
- •6.2Расчет цилиндрических соединений с натягом
- •7Клиновые и штифтовые соединения
- •7.1Назначение и классификация соединений
- •7.2Классификация
- •7.3Расчеты на прочность
- •8Резьбовые соединения
- •8.1Назначение и конструкция резьбовых соединений
- •8.2Классификация резьбовых соединений
- •8.3Распределение нагрузки между витками резьбы
- •8.4Виды разрушений в резьбовом соединении
- •8.5Силы, действующие в винтовой паре
- •8.5.1Величина окружной действующей силы(q)
- •8.5.2 Момент завинчивания гайки или винта
- •8.5.3Момент отвинчивания винта или гайки
- •8.5.4Расчет ненапряженных болтовых соединений
- •8.6Расчет напряженных болтовых соединений
- •9Передачи. Общие вопросы
- •9.1Назначение и классификация передач
- •9.2Классификация передач
- •9.3Основные кинематические характеристики передач
- •9.4Передачи с постоянным передаточным числом
- •9.5Передачи с переменным передаточным числом
- •10Ременные передачи
- •10.1Общие вопросы
- •10.2Плоскоременная передача
- •10.3Типы приводных ремней
- •10.4Шкивы (гост 17383-72).
- •10.5Кинематические силовые зависимости
- •10.5.1Относительное скольжение ремня.
- •10.5.2Динамика ременной передачи
- •10.5.3Напряжения в ремне
- •10.6Расчет передач по кривым скольжения
- •10.7Клиноременная передача
- •10.7.1Клиновые ремни (гост 1284 – 68).
- •10.7.2Шкивы клиноременной передачи
- •10.7.3Расчет кинематических передач
- •11Цепные передачи
- •11.1Общие вопросы
- •11.2Классификация цепных передач
- •11.3Достоинства и недостатки цепных передач
- •11.4Детали цепных передач
- •11.4.1Цепи
- •11.4.2Звездочки
- •11.5Основные параметры цепных передач
- •11.6Критерии работоспособности и расчета цепных передач
- •11.7Основы работы передачи
- •11.8Расчет передачи
- •11.9Конструирование цепных передач
- •12Зубчатые передачи
- •12.1Общие сведения
- •12.2Классификация зубчатых передач
- •12.3Точность зубчатых передач
- •12.4Материалы зубчатых колес
- •12.5Методы изготовления зубчатых колес
- •12.5.1Изготовление зубчатых колес без снятия стружки
- •12.5.2Изготовление зубчатых колес путем снятия стружки.
- •13Виды разрушения зубьев. Критерии работоспособности и расчета
- •13.1Виды разрушения зубьев
- •13.2Расчет основных геометрических параметров цилиндрических прямозубых колес
- •13.3Расчет зубьев цилиндрических прямозубых зубчатых колес на изгиб
- •14Расчет зубьев цилиндрических зубчатых колес на контактную прочность
- •14.1Расчет на контактную прочность
- •14.2Особенности расчета и конструкции косозубых и шевронных зубчатых колес
- •15Общие сведения о конических зубчатых передачах
- •15.1Расчет основных геометрических параметров конических прямозубых колес
- •15.2Расчет зубьев прямозубых конических передач
- •16Расчет допускаемых напряжений
- •16.1Расчет допускаемых напряжений
- •16.2Силы, действующие на валы от зубчатых колес
- •16.2.1Прямозубые цилиндрические колеса
- •16.2.2Косозубые цилиндрические колеса
- •16.2.3Прямозубые конические колеса
- •17Винтовые и гипоидные передачи
- •18Червячные передачи
- •18.1Эвольвентный червяк
- •18.2Материалы. Критерии работоспособности и расчета червячных передач
- •18.3Расчет основных геометрических параметров червячных передач
- •18.4Червячные колеса
- •18.5Силы, действующие в червячном зацеплении
- •18.6Расчет на изгиб зубьев червячного колеса
- •18.7Расчетная нагрузка и допускаемые напряжения
- •18.8Тепловой расчет червячных передач
- •19Понятие о системе допусков и посадок
- •19.1Понятие о взаимозаменяемости
- •19.2Допуски размеров, посадок
- •19.3Квалитеты
- •19.4Система отверстия и система вала
- •19.5Предельные отклонения формы и расположения поверхностей
- •20Зубчатые и червячные редукторы. Общие сведения
- •20.1Зубчатые и червячные редукторы
- •20.2Классификация редукторов
- •20.3Принципиальная конструкция цилиндрического редуктора
- •20.4Расчет основных конструктивных параметров редукторов
- •21Валы и оси
- •21.1Общие вопросы
- •21.2Конструкция валов. Элементы вала
- •21.3Материалы валов и их термообработка
- •21.4Критерии работоспособности и расчета валов
- •21.5Расчетная схема и расчетные нагрузки
- •21.5.1Размещение опор вала
- •21.5.2Определение сил в зацеплении закрытых передач
- •Определение сил в зацеплении передачи
- •21.6Определение консольных сил
- •21.7Расчет осей и валов на статическую прочность
- •21.8Расчет валов на статическую прочность
- •21.9Расчет вала на статическую прочность при совместном действии изгиба и кручения
- •21.10Расчет осей и валов на выносливость
- •21.11Расчет осей и валов на жесткость
- •21.12Расчет валов на колебания
- •21.13К определению расстоянии между опорами ведомого вала
- •21.14Последовательность расчета пролета вала
- •22 Подшипники качения
- •22.1Подшипники качения. Общие сведения
- •22.2Классификация
- •22.3Обозначение подшипников
- •22.4Точность подшипников качения
- •22.5Причины выхода подшипников из строя и критерии расчета
- •22.6Расчет подшипников качения на долговечность
- •22.7Определение приведенной нагрузки и подбор подшипников качения
- •22.8Подбор подшипников качения
- •22.9Статическая грузоподъемность подшипников
- •22.10Распределение нагрузки между телами качения
- •22.11Смазка подшипников качения
- •22.12Посадки подшипников
- •22.13Зазоры в подшипниках
- •23Подшипники скольжения
- •23.1Общие сведения
- •23.2Классификация
- •23.3Конструкции подшипников скольжения
- •23.4Подшипниковые материалы
- •23.5Критерии работоспособности и расчета подшипников скольжения
- •23.6Условные расчеты подшипников
- •23.7Тепловой расчет подшипников
- •23.8Проектировочный расчет подшипников жидкостной смазки
- •24Конструирование подшипниковых узлов
- •24.1Схемы установки подшипников
- •24.2Конструирование опор валов конических шестерен
- •24.3Конструирование опор валов-червяков
- •24.4Установка элементов передач на валах
- •24.5Назначение диаметров вала
- •24.6Длины характерных участков вала
- •24.6.1Основные способы осевого фиксирования колес (шкивов)
- •25Муфты
- •25.1Муфты. Общие сведения
- •25.2Классификация муфт
- •25.3Подбор стандартной муфты
- •25.4Конструкции муфт
- •25.4.1Жесткие муфты. Вид неразъемные
- •25.4.2Муфты, разъемные в плоскости, параллельной оси вала
- •25.4.3Муфты, разъемные в плоскости, перпендикулярной оси вала
- •25.4.4Компенсирующие муфты
- •Заключение
- •Библиографический список
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
25.4.4Компенсирующие муфты
Зубчатая муфта (ГОСТ 5006-55) относится к подгруппе компенсирующих, нерасцепляемых муфт. Компенсирующие муфты предназначены для соединения валов с небольшими смещениями их осей, вызванными неточностью изготовления, монтажа и упругими деформациями. Эта муфта не смягчает толчков и поэтому относится к подгруппе жестких муфт. Зубчатая муфта состоит из двух втулок с внешними зубьями и надетой на них обоймой с внутренними зубьями.
Зубчатые втулки 2 (рис. 24.6) насаживают на концы валов, а обоймы 1 стягивают винтами. Зубья втулок и обоймы имеют эвольвентный профиль. Зубчатые муфты обладают большой несущей способностью (до 100000 Нм), т.к. одновременно в муфте работает большое число зубьев. Соединяют валы Ø 40…560 мм. Допускают значительные частоты вращения (Vскр≤ 1º). При большом угловом смещении на валы начинает действовать изгибающий момент, величина которого может достигать 0,1 Мкр.
Рис. 25.151. Конструкция муфты зубчатой
Детали муфты изготавливают из стали 40. Зубья втулок закаливают до твердости HRC 40, а зубья обойм до HRC 35. Зубьям придают бочкообразную форму. Число зубьев каждого венца Z = 30…80.
Для уменьшения износа зубьев в муфту заливают нигрол (смазка большой вязкости). Считается, что нагрузка распределяется равномерно между всеми зубьями и что контакт происходит по всей длине зуба (в) и рабочей высоте (h).
Основным критерием работоспособности муфт является износостойкость зубьев. Условие износостойкости:
где Р – давление на поверхности зубьев, Н/мм;
в – длина зуба, мм;
Дγ = m · z – делительный диаметр, мм;
[р] = 15 Н/мм2 – допускаемое давление;
Мр – расчетный момент, Н · мм2.
здесь К1 – коэффициент безопасности.
К1 = 1, если поломка муфты не вызывает аварии;
К1 = 1,5, если поломка муфты ведет к аварии ряда машин;
К1 = 1,8, если авария муфты ведет к человеческим жертвам;
К2 – коэффициент условий работы муфты;
К2 = 1 спокойная работа;
К2 = 1,5 – работа с ударами, неравномерно нагруженных и реверсивных механизмах.
Зубчатые муфты широко применяются, особенно в тяжелом машиностроении.
Муфта со змеевидной пружиной состоит из двух полумуфт с зубьями специального очертания, между которыми свободно заложены секции ленточной змеевидной пружины прямоугольного сечения (рис. 24.7). Кожух, состоящий из двух половин, удерживает пружину от выскакивания под действием центробежных сил и служит резервуаром для пластичного смазочного материала, который меняют через каждые четыре месяца.
Муфта надежна в работе и долговечна. Применяется для передачи больших крутящих моментов. Потери в муфте оцениваются КПД, η ≈ 0,98.
Рис. 25.152. Упругая муфта со змеевидной пружиной а) конструкция муфты; б) схема взаимодействия элементов в) упругая втулочно-пальцевая (МУВП)
Назначение упругих муфт – смягчение толчков нагрузки и предотвращение опасных колебаний. Упругие муфты обладают жесткостью (податливостью), а также демфирующей способностью. Муфты могут иметь постоянную или переменную жесткость. Первые имеют линейную характеристику ( , а вторые – нелинейную. Упругие муфты состоят из двух полумуфт и упругих элементов – металлических (стальные пружины) и неметаллических (резиновые втулки).
Муфта упругая втулочно-пальцевая (МУВП) получила широкое распространение, особенно в передачах от электродвигателя (рис. 24.8). Полумуфта (1) и (2) насаживаются на концы валов с натягом с помощью призматических шпонок. Сами муфты между собой соединяются пальцами (3), на которых устанавливаются резиновые кольца (4).
Рис. 25.153. Конструкция муфты упругой втулочно-пальцевой
Полумуфты изготавливают из чугуна СЧ ч1 – 40, пальцы – из нормализованной стали 45, а кольца – из специальной резины. Пальцы проверяют на изгиб по сечению (А – А).
где Д0 – диаметр окружности на которой расположены пальцы;
Z – количество пальцев;
Ln – длина цилиндрического участка пальца;
dn – диаметр;
[σ]u = 80 … 90 Н/мм2.
Проверяют также допускаемое давление между пальцами и упругими муфтами:
Допускаемое давление Н/ мм2.
Управляемые (сцепные) муфты предназначены для соединения и разъединения валов при малой частоте вращения и на ходу. Различают кулачковые и зубчатые муфты, включаемые без вращения и при низкой частоте вращения и фрикционные, включаемые и выключаемые под нагрузкой.
Для передачи значительных моментов при несчастных включениях, невысоких требованиях к плавности включения применяют и при необходимости осуществления жесткой кинематической связи применяют кулачковые и зубчатые муфты.
Для плавного соединения и разъединения валов под нагрузкой применяют фрикционные муфты.
Кулачковые муфты состоят их двух полумуфт с торцевыми кулачками (выступами), входящими во впадины, между кулачками сопряженной полумуфты.
Включение и выключение осуществляется осевым перемещением одной полумуфты или с помощью скользящей шпонки.
|
|
Рис. 25.154. Кулачковая муфта
Обычно для уменьшения износа кулачков перемещают ведомую полумуфту.
Кулачковые муфты требуют весьма точного центрирования валов, что обычно достигают устраивая опору для ведомого вала в расточке ведущего.
Для кулачковых муфт характерно полное отсутствие проскальзывания и небольшие габариты, но их можно включать только при низкой частоте вращения (окружная скорость менее 1 м/с). Включение муфты сопровождается ударами.
На практике применяют следующие основные профили кулачков:
1) треугольный применяется при малых скоростях и моментах. Легко включается, но при передаче больших моментов возможно самовыключение;
2) прямоугольный применяется при высоких моментах, не требует осевого поджатия, но не обеспечивает сцепление без зазора и поэтому плохо работает при реверсивной нагрузке;
3) трапециидальный применяется при высоких моментах и скоростях, занимает промежуточное положение между треугольным и прямоугольным профилем.
В большинстве случаев рабочие (боковые) поверхности кулачков выполняют плоскими, однако в условиях крупносерийного производства кулачки нарезают высокопроизводительным методом огибания на зуборезных станках. При этом боковая поверхность кулачков становится дуговой.
Для удовлетворительной работы кулачковых муфт необходимо обеспечивать высокую твердость кулачков и посадочной поверхности подвижной полумуфты.
Муфты изготавливают из сталей 20Х, 12ХН3А (цементация и закалка до твердости HRС 54-60) или из сталей 40Х, 40ХН, 35 ХГСА с закалкой до HRС 40-45.
Критериями работоспособности кулачковых муфт является прочность и долговечность кулачков по контактным напряжениям и по изгибу.
Условное контактное напряжение в предложении равномерной работы всех кулачков равно:
где Д0 – средний диаметр окружности кулачков;
Z – число кулачков;
в – ширина кулачка, измеряемая по радиусу;
h – высота кулачка, измеряемая по оси муфты.
[p] = 800 … 1200 МПа – для муфт не включенных на ходу;
[p] = 300 … 400 МПа- для муфт включенных на ходу.
Номинальное напряжение изгиба у основания кулачков в предположении, что сила приложена к вершине кулачка (неполное включение) равна:
где W – момент сопротивления кулачка изгибу;
k – коэффициент неравномерности кулачков (R = 2 … 5);
n – коэффициент безопасности,
Работа фрикционных муфт (рис. 24.10) основана на использовании сил трения между элементами муфты. Основным достоинством фрикционных муфт является возможность их плавного включения под нагрузкой. Фрикционные муфты очень широко применяются в транспортных машинах, кузнечно-прессовом оборудовании, землеройных машинах.
По форме рабочих поверхностей муфты делят на:
а) дисковые (с плоской рабочей поверхностью);
б) конусные (с конической рабочей поверхностью);
в) цилиндрические шинно-пневматические (с цилиндрической рабочей поверхностью).
По условиям смазки трущихся поверхностей различают сухие и масляные фрикционные муфты. Сухие фрикционные муфты имеют меньшее усилие нажатия поверхностей трения, а муфты, работающие в масле обеспечивают более стабильную величину передаваемого момента.
Основными критериями работоспособности фрикционных муфт являются:
а) прочность сцепления, т.е. способность передавать требуемый момент;
б) износостойкость поверхностей трения;
в) теплостойкость.
Рис. 25.155. Конструкция управляемых фрикционных муфт а) многодисковая муфта; б) пневмошинная муфта; в) конусная муфта
Практические расчеты фрикционных муфт ведут на прочность сцепления и на стойкость рабочих поверхностей по допускаемому давлению.
За расчетный для фрикционной муфты принимают момент, умноженный на коэффициент запаса , а допускаемые давления МПа (сухие муфты) и МПа (для муфт со смазкой).
Крутящий момент, который может передавать дисковая муфта, равен:
где Q – осевая сила сжатия дисков;
β – коэффициент запаса сцепления;
R, r – наружный и внутренний радиусы кольцевой поверхности;
– средний радиус поверхности трения;
[p] – допускаемое давление;
i – число пар поверхностей трения (равное сумме чисел наружных и внутренних дисков вместе с крайними фланцами минус 1).
Потребляемая сила сжатия дисков:
Конусные муфты имеют меньшее усилие сжатия фрикционных элементов и хорошо расцепляются (выключаются).
Включение и выключение конусной муфты осуществляется осевым перемещением одной из полумуфт. Конические поверхности трения позволяют реализовать значительные нормальные давления на поверхности трения, что снижает потребное усилие включения.
Для облегчения расцепления муфты угол наклона образующей конуса α назначается меньше угла трения покоя и составляет 10 … 15º.
Момент, передаваемый конусной муфтой, равен:
Потребное усилие включения муфты:
Цилиндрические шинно-пневматические муфты. В этих муфтах трение создается между колодками резинового баллона, связанного с одной полумуфтой и цилиндрическим ободом второй полумуфты. Для включения такой муфты в камеру баллона подается сжатый воздух, прижимающий колодки к цилиндрическому барабану.
Шинно-пневматические муфты обладают рядом достоинств:
удобство управления;
2) возможность регулирования предельного момента и скорости включения;
3) компенсация осевых, радиальных и угловых смещений (на практике наблюдаются радиальные смещения 2–3 мм);
4) самокомпенсация износа и отсутствие необходимости периодической регулировки;
5) хорошая демпфирующая способность (смягчение толчков, гашение крутильных колебаний).
К недостаткам муфты относят высокую стоимость баллона, старение резины, чувствительность муфты к попаданию на резину масла, кислот и щелочей.
Шинно-пневматические муфты принимают в основном в тяжелом машиностроении: в буровых лебедках, в экскаваторах и т.д.