книги из ГПНТБ / Есипенко, Я. И. Муфты повышенной точности ограничения нагрузки

Моменты М у и М у определяются углами (ф4 — ср2)0 и (ф3 —

-ф4)о-

Винтервале времени Д/4 момент М„ изменяется от нуля

до величины, определяемой точкой Г . Усредняем значение М м в интервале Д ^ и подставляем его в уравнение (176). На основании выбранного метода решения значение при­ ращения Дсо4 соответствует катету прямоугольного тре­ угольника с острым углом ос4, представляющему собой ал­ гебраическую разность моментов, стоящих в знаменателе левой части уравнения (176).

Угловые скорости сй23 и со4 в интервале Д/4 изменяются незначительно, поэтому в первом приближении считаем,

по которой определяем крутящий момент Му, действующий в конце интервала Д/4.

Полюсное расстояние при графическом интегрировании

н = - £ е ~ .

Зная пределы изменения крутящего момента Му в ин­ тервале времени Д^4, усредняем его значение и, пользуясь уравнением (176), определяем более точное значение Д(»4.

Усредненное значение Му подставляем в уравнение (175),

Мл в интервале времени Д/4 соответствует ранее получен­ ному значению ш3 — <в4 = шотн. Приращение угловой ско­ рости Дсо23 также определяем как катет прямоугольного треугольника с острым углом а 23, равный алгебраической сумме крутящих моментов, стоящих в знаменателе выраже­ ния (175).

В интервале Д/2 крутящий момент Мы изменяется в пре­ делах, обозначенных точками /" и 2'. Подставляя его сред-

* Методы графического интегрирования подробно излагаются в учебниках и учебных пособиях курса «Теория механизмов и машин».

ПО

нее значение в уравнение (176), находим со4 в интервале вре­ мени А/2.

Аналогично решаем уравнение (175) и (174) в последую­ щих интервалах времени А^ до момента, когда наступит условие, описанное неравенством (173). После этого следует пользоваться уравнениями (177) и (178) вместо уравнения (176), так как муфта начинает буксовать. Значение момен­ та М определяем, учитывая величину относительной угло­ вой скорости ш23 = со2 — ш3. На графике М = Ф (со2 — со3) точка а соответствует моменту трения покоя (to23 = со2 —

— (о3 = 0), а точка b — началу буксования ( со ф 0). Время 4 (рис. 44 ) от начала приложения момента Л4М

до начала буксования муфты называется временем срабаты­ вания предохранительной муфты. Оно также, как и время tT торможения рабочего органа (массы 4), зависит от характера

Выясним, как влияет момент М муфты и характер при­ ложения перегружающего момента на динамические про­ цессы, возникающие при перегрузке машины. Пользуясь той же методикой решения дифференциальных уравнений,

(штриховая кривая на рис. 44). Муфта передает крутящий

111

нии времени tc = tc с момента приложения Мм. Результаты решений представлены на рис. 45. Сравне­

ние величин деформаций упругих звеньев (ф4 — ср2) и (ф3 —

— Ф4), полученных при решении 1-го варианта задачи (сплош­ ные кривые, рис. 45, а), с ранее рассмотренным решением (штриховые кривые на рис. 45, а) показывает, что ампли­ туда их колебаний, когда в кинематическую цепь включе­ на муфта, у которой при буксовании' М = const, значи­ тельно больше, чем амплитуда колебаний упругой деформа­ ции звеньев системы с муфтой, у которой при буксовании

Мф const.

Деформация упругих звеньев в приводе по условию 1-го

варианта задачи больше. Время t7 торможения рабочего ор­ гана, а следовательно, и нагрузка на рабочий орган также больше.

В приводе с муфтой, у которой М = Ф (со2 — а>3), ПРИ выполнении условий П-го варианта задачи возникают ав­ токолебания, амплитуда которых (рис. 45, б) значительно превосходит амплитуды колебаний, возникающих в приво­ де, соответствующем условию Ш-го варианта (рис. 45, в).

Результаты решения IV-ro варианта задачи (рис. 45, г) показывают, что в этом случае только электрическая защита машины от перегрузки, реагирующая на увеличение тока в обмотках двигателя, недостаточна. Деформация звеньев машины и нагрузка на рабочий орган, судя по величине tT, больше, чем в любом из рассмотренных вариантов с фрик­ ционной предохранительной муфтой.

Выбор той или иной конструкции предохранительного устройства должен обязательно сопровождаться динамиче­ ским анализом ее работоспособности при различных режи­ мах нагружения [8]. Если же учитывать и тот факт, что величина предельного крутящего момента (положение точ­ ки а на рис. 44) может изменяться в весьма большом диапа-

112

Рис. 45. Графики изменения относительных углов закру­ чивания упругих элементов привода.

зоне, то при выборе конструкции предохранительной фрик­ ционной муфты предпочтение следует отдавать муфтам повышенной точности ограничения нагрузки.

МНОГОДИСКОВАЯ МУФТА С КУЛАЧКОВЫМ ОТЖИМНЫМ УСТРОЙСТВОМ и

ХАРАКТЕРИСТИКОЙ, ЗАВИСЯЩЕЙ ОТ ПРОФИЛЯ КУЛАЧКА

В большинстве случаев при действии максимальных мо­ ментов существующие упругие муфты становятся жестки­ ми. Поэтому работа машин при моментах, превышающих максимальный допустимый, нежелательна. К числу недоста­ тков существующих муфт следует отнести также и то, что предварительная затяжка упругих элементов и, соответст­ венно, характеристика муфты не регулируется. Поэтому в процессе эксплуатации муфты нельзя просто и быстро ограничить нежелательное увеличение амплитуд колебаний -системы как при прямом, так и при обратном ходах ма­ шины [22], [29].

Рассмотрим конструкцию упругой фрикционно-предо­ хранительной муфты Я. И. Есипенко, обладающей большой упругостью при передаче крутящих моментов, близких по величине к расчетным. Угол относительного поворота полумуфт может быть порядка (0,2-f-0,25) я. Кроме того, при всех прочих равных условиях в зависимости от профи­ ля кулачка и принятой конструкции пружины (цилиндри­ ческая винтовая или коническая) характеристика муфты будет линейной или нелинейной. Если действует крутящий момент, превышающий заданный, при котором должна сра­ ботать муфта, то упругая муфта автоматически переклю­ чается на фрикционную предохранительную, посредством которой соединяемые валы, преодолевая силы трения между дисками, разъединяются. Регулируя первоначальную за­ тяжку пружин упругой и предохранительной муфт, легко и быстро можно изменить параметры, влияющие на колеба­ ния системы. Муфта мало чувствительна к изменению коэф­ фициента трения между дисками, и колебания последнего в незначительной степени влияют на величину момента, при котором срабатывает муфта.

Принцип действия муфты заключается в следующем. Ба-

114

рабан 3 муфты (рис. 46) закрепляется неподвижно на одном из соединяемых валов. Диски 5 соединены с барабаном 3 по­ средством пальцев 4 и могут перемещаться вдоль их осей.

Рис. 46. Схема упруго-предохранительной муфты с кулачковым от­ жимным устройством.

Полый вал 10, на котором неподвижно закреплен кулачок 13, соединен с другим валом привода. На кулачке 13 концентрично с валом 10 свободно установлен упорный диск 2 с пальцами 1. Толкатель 12 кулачкового механизма, уста­ новленный на этом же валу, может не только поворачивать­ ся, но и перемещаться вдоль оси. Диски 6, а также нажимной диск 7, установленные на пальцах 1, и диски 5, установлен­ ные на пальцах 4, сжаты пружинами 8. Толкатель 12 со­ единен с нажимным диском 7 направляющими шпонками 9.

Кулачок 13 и толкатель 12 сжаты пружиной И. Пружины 8 затянуты с силой, достаточной для передачи заданного крутящего момента. Предварительно затянутая пружина 11 уравновешивает осевую силу, возникающую при взаимо­ действии кулачка 13 и толкателя 12 при нагружении муфты крутящим моментом. От величины крутящего момен­ та, передаваемого муфтой, зависит величина осевой силы и, соответственно, деформация пружины 11. С увеличением крутящего момента деформация пружины 11 увеличивается, а зазор s между заплечиком толкателя 12 и нажимным дис­ ком 7 уменьшается. Муфта при этом работает как упругая с угловым смещением кулачка 13 относительно толкателя 12. Жесткость пружины 11, первоначальная ее затяжка и за­ зор s рассчитаны так, что с увеличением крутящего момента до некоторой величины, зазор s уменьшается до нуля, вследствие чего упругая муфта автоматически переклю­ чается на фрикционную предохранительную повышенной точности.

При дальнейшем росте крутящего момента толкатель 12 давит на диск 9, и давление между поверхностями трения постепенно снижается. В итоге наступает такой момент, когда диски 5 и 6 проскальзывают, разъединяя таким обра­ зом ведущий и ведомый валы муфты. Для обеспечения зна­ чительного перемещения толкателя 12 вдоль ступицы 10 (рис. 47) и небольших потерь на трение в прорези выступов толкателя установлены шариковые самоустанавливающиеся подшипники 14 на неподвижных осях 15. Нажимной диск 7 центрируется ступицей толкателя 12 с направляющи­ ми шпонками 9. Предварительная затяжка пружин 8 осуще­ ствляется и корректируется гайками 16, а пружины 11 — гайкой 18 (номера позиций на рис. 47 соответствуют номе­ рам позиций на рис. 46 *).

* На рис. 47 выше оси показана конструкция муфты для валов боль­ шого диаметра, ниже оси — для валов малого диаметра и соответствует сечению Б — Б, показанному на рис. 49.

116

Рассмотрим в статике зависимость между силами, урав­ новешивающими систему элементов муфты.

Осевое усилие Sx (рис. 46 и 49), создаваемое крутящим моментом М, приложенным к валу муфты, определяется ра­ венством

где dK— средний диаметр кулачка; а2 — угол наклона ра­ бочего профиля кулачка; р2 — угол трения при качении. Усилие Тх пружин 8, обеспечивающее передачу крутящего момента Мп под действием сил трения между дисками, определяется по известному равенству

Зависимость между расчетным коэффициентом трения /р и усилием сжатия дисков, которое является достаточным для передачи крутящего момента М п, записываем в соответствии с формулой (180):

в соответствии с принятым расчетным коэффициентом тре­ ния / р, является постоянной величиной. Величина этого усилия может быть отрегулирована гайками 16 (рис. 47) в соответствии с заданным условием работы муфты. Как

118

и отверстиями диска 7; dn — диаметр окружности центров

пальцев 1.

В рассматриваемый момент усилие Sx передается на диск 7 непосредственно, и сила трения между направляющей

где fm, fn — соответственно больший и меньший коэффи­ циенты трения для принятых материалов дисков, которые рекомендуются в справочной литературе; / im, fin — со­ ответственно больший и меньший коэффициенты трения

119