Подбор муфт и проверка па прочность основных элементов

Постоянные муфты подбирают по передаваемому моменту с учетом диаметра большего из соединяемых валов. Расчетный момент

Т_р = K T, (6.1)

где K – коэффициент режима работы (при спокойной нагрузке K = 1,15...1,4; при переменной нагрузке K = 1,5...2; при ударной нагрузке K = 2,5...3);

Т – номинальный вращающий момент.

Зубчатые муфты подбирают по передаваемому моменту по формуле

Т_р = K₁ K₂ K₃T, (6.2)

где K₁ – коэффициент ответственности;

K₂ – коэффициент условий работы;

K₃ – коэффициент углового смещения.

Многодисковые фрикционные муфты рассчитывают по моменту сил трения

T_f ≥ βT_p, (6.3)

где β – коэффициент запаса сцепления.

Предохранительную муфту со срезным штифтом рассчитывают по предельному моменту

Т_пр = 1,25KТ, (6.4)

где K – коэффициент перегрузки.

Основные элементы муфт рассчитывают следующим образом.

Фрикционная муфта

Расчетный момент трения T_f ≥ βT_p,

T_f = f Q R_ср Z, (6.5)

где β – коэффициент запаса сцепления (β = 1,3 ... 1,5);

f – коэффициент трения;

R – средний радиус диска, ;

Z – число пар трущихся поверхностей;

Q – усилие пружины:

. (6.6)

Предохранительная муфта со срезным штифтом

Расчетный разрушающий момент

Т_разр ≥ Т_пр; Т_пр = 1,25Т_max, (6.7)

где Т_пр – предельный момент; T_mах – наибольший момент, передаваемый при нормальной работе.

Таким образом

Т_разр ≥ 1,25Т_max; Т_max = KT. (6.8)

Диаметр штифта определяется из расчета на срез

, (6.9)

где Q – поперечная сила, ;

А_с – площадь среза штифта, ;

d_ш – расчетный диаметр штифта.

Расчетный диаметр штифта равен

, (6.10)

где z – число штифтов;

τ_в – предел прочности на срез;

R = D / 2; D – диаметр расположения штифта.

Контрольные вопросы

1. Для чего используются муфты?

2. На какие группы и по каким признакам классифицируют муфты?

3. Достоинства и недостатки глухих муфт?

4. Назовите виды несоосности валов. Какие муфты компенсируют их вредное влияние?

5. Какие функции выполняют упругие муфты?

6. Какие функции выполняют сцепные муфты? Назовите их разновидности.

7. Для чего используют самоуправляющиеся муфты?

8. Преимущества и недостатки различных типов предохранительных муфт?

6.2. Пружины и рессоры

6.2.1. Основные понятия

Упругие элементы – пружины и рессо­ры – широко распространены в машино­строении. Их применяют:

1) для создания заданных постоянных сил – начального сжатия или натяжения в передачах трением, фрик­ционных муфтах, тормозах, предохрани­тельных устройствах, подшипниках; а так­же для уравновешивания сил тяжести и других сил;

2) для силового замыкания кинематических пар, в основном в кулачковых, чтобы исключить влияние зазоров на точность перемещений или упростить конструкции;

3) для выполнения функций двигателя на основе предварительного аккумулирования энергии путем завода, например часовые пружины;

4) для виброизоляции в тран­спортных машинах – автомобилях, ваго­нах, в приборах, в виброизоляционных опорах машин и т.д.; механизм вибро­изоляции удобно наблюдать, например, при езде автомобиля; колеса автомобиля, следуя за рельефом дороги, совершают резкие колебания, которые почти не пере­даются кузову автомобиля;

5) для восприятия энергии удара – буферные пружины, применяемые в подвижном железнодорожном составе, артиллерийских орудиях и т. д.; благодаря упругим элементам энергия удара поглощается на больших перемещениях и сила удара соответственно уменьшается; буферные и виброизоляционные пружины в отличие от предыдущих аккумулируют не полезную, а вредную для работы машины энергию;

6) для измерения сил, температур, перемещений, осуществляемых по упругим деформациям пружин в измерительных приборах.

Работа упругих элементов в машинах заключается в накоплении энергии и ее последующей отдаче или в осуществлении требуемого постоянного нажатия. Для возможности накопления большого количества энергии на единицу массы целесообразно применять элементы с возможно более равномерным напряженным состоянием. При этом упругие элементы имеют минимальные габариты.

Рассмотрим металлические упругие элементы. Основное распространение в машиностроении имеют металлические упругие элементы растяжения и сжатия (рис. 6.3).

Рис. 6.3. Основные типы пружин

В широком диапазоне нагрузок указанным требованиям в наибольшей степени удовлетворяют витые цилиндрические пружины растяжения и сжатия (см. рис. 6.3 , а, б). В этих пружинах витки подвергаются напряжению кручения под действием постоянного момента. Цилиндрическая форма пружины удобна для ее размещения в машинах. В пружинах, работающих на изгиб, трудно создать равномерное напряженное состояние по длине.

Чем тоньше проволока, тем податливее могут быть витые пружины. При необходимости повышенной податливости в условиях стесненных габаритов применяют многожильные витые пружины.

Для больших нагрузок при малых упругих перемещениях и стесненных габаритах по оси приложения нагрузки применяют тарельчатые пружины (см. рис. 6.3, в).

Для больших нагрузок при необходимости рассеяния большого количества энергии (амортизаторы) применяют кольцевые пружины (см. рис. 6.3, г), в которых кольца при нагружении вдвигаются одно в другое, причем наружные кольца растягиваются, а внутренние сжимаются.

При стесненных по оси габаритах и не стесненных габаритах в боковом направлении применяют упругие элементы, работающие на изгиб,– рессоры (см. рис.6.3, д).

Пружины кручения в обычных условиях применяют в виде витых цилиндрических пружин (см. рис. 6.3, е), а при стесненных габаритах по оси и преимущественно при небольших крутящих моментах – в виде плоских спиральных пружин (см. рис. 6.3, ж).

При не стесненных по оси габаритах, значительных крутящих моментах, необходимости восприятия некоторых изгибающих моментов и при небольшой требуемой податливости применяют торсионные валы (см. рис. 6.3, з).

Упругие элементы относят к деталям машин, требующим достаточно точных расчетов. В частности, их обязательно рассчитывают на жесткость. При этом неточности расчета не могут быть компенсированы запасами жесткости.

Материалы для изготовления пружин

Материалы для пружин должны иметь высокие и стабильные во времени упругие свойства. Делать пружины из материалов низкой прочности нецелесообразно. Масса геометрически подобных пружин при заданной нагрузке и упругом перемещении обратно пропорциональна квадрату допускаемого напряжения. Это связано с тем, что пружины из менее прочных материалов в целях сохранения заданной жесткости приходится делать повышенных диаметров и, следовательно, витки их нагружены большими моментами, чем у пружин из более прочных материалов. Эффективность применения высокопрочных материалов для пружин связана также с меньшей концентрацией напряжений в пружинах, чем в других деталях, и с меньшими размерами сечений витков.

Основными материалами для пружин являются высокоуглеродистые стали (У9А … У12А); стали, легированные кремнием (60С2А), марганцем (65Г), хромом, ванадием, никелем (50ХГА, 50ХФА, 65С2ВА и др.). Углеродистые и кремнистые стали обладают невысокой прокаливаемостью и поэтому применяются для пружин малых сечений. Марганцовистые стали обладают лучшей прокаливаемостью, но чувствительны к перегреву при закалке. Хромомарганцевые, хромованадиевые и хромокремнемарганцевые стали обладают высокой прочностью при действии переменных напряжений и применяются для пружин ответственного назначения. Для работы в химически активной среде применяют пружины из цветных сплавов, бериллиевых бронз (БрБ-2), кремнемарганцевых бронз (БрКМЦЗ-1, БрОЦ4-3 и др.). Бериллиевые бронзы относятся к самым совершенным универсальным материалам для упругих элементов.

Заготовками для пружин служат проволока, а также лента и полосовая сталь.

Пружины из проволоки диаметром до 8 … 10 мм изготовляют холодной навивкой преимущественно из проволоки, прошедшей термообработку, и после навивки подвергают только отпуску. Пружины больших сечений подвергают навивке в горячем состоянии, потом закаливают.

Пружины статического, ограниченно кратного действия и подвергаемые переменным напряжениям с коэффициентами цикла, не сильно отличными от единицы, дополнительно подвергают пластическому деформированию, так называемому заневоливанию.

Параметры стальной углеродистой проволоки для пружин холодной навивки без последующей закалки, имеющей наибольшее применение в машиностроении, регламентированы и стандартизованы. Проволоку выпускают диаметром до 8 мм трех основных классов: нормальной прочности III, повышенной прочности II и высокой прочности I.