книги из ГПНТБ / Поляков В.С. Муфты. Конструкции и расчет

Уплотнение наполнителя происходит как под действием центро­ бежных сил в работающей муфте, так и за счет оседания его в нера­ ботающей муфте (слеживание), в результате чего частицы наполни­ теля теряют подвижность в рабочем зазоре муфты. Старение напол­ нителя особенно активно протекает в условиях высоких температур, возникающих в рабочем зазоре от взаимного трения частиц напол­ нителя при работе муфты в ре­ жиме скольжения.

Порошковые муфты можно классифицировать по следую­ щим основным признакам:

1)форме и расположению рабочих зазоров относительно оси вращения;

2)количеству рабочих за­

зоров;

3)количеству катушек упра­

вления;

4)способу подвода тока к об­ мотке управления (вращающая­ ся или неподвижная обмотка);

5)соотношение моментов инерции ведомой и ведущей ча­ стей.

Некоторые конструктивные схемы муфт различных типов представлены на рис. 147 Г54].

Муфты могут быть: униполяр­ ные (рис. 147, а—е) и многопо­ люсные (рис. 147, эіс, з), причем каждая может иметь одну или несколько обмоток; однообмоточ­

ные двухслойные (рис. 147, а) и однообмоточные многослойные (рис. 147, б); многообмоточные

многослойные цилиндрические: инерционные (рис. 147, в) (моменты инерции обоих полумуфт равны), малоинерцнонные (рис. 147, г) (момент инерции ведомой половины значительно меньше, чем ведущей половины муфты); многообмоточные многослойные диско­ вые малоинерционные (рис. 147, ö); однообмоточные с неподвижной обмоткой (рис. 147, е), с радиальным и тангенциальным располо­ жением обмоток (рис. 147, ж); те же с последовательно-параллель­ ным соединением обмоток (рис. 147, з).

Наибольшее распространение получили цилиндрические одно­ обмоточные конструкции муфт как наиболее простые в изготовлении и эксплуатации.

На рис. ■ 148 показана конструкция, разработанная в ГДР 1611.

Номинальный вращающий момент муфты—'315 кгс ■м. Наруж­ ный диаметр 615 мм, длина 295 мм. Массивный ротор 4 может соеди­ няться либо с валом приводного двигателя, либо с валом редуктора. Ротор вращается в подшипниках, посаженных в крышках 1 и 3 наружного корпуса 2. В кольцевом пазу размещена обмотка возбуж­ дения 8, закрытая немагнитным кольцом 9. Концы обмотки выведены на контактные кольца 12, насаженные на выступе ротора. Цилиндри­ ческие поверхности корпуса и ротора образуют рабочий зазор 10, заполняемый порошком. Уплотняется он магнитными ловушками, выполненными в виде заостренных шайб 11, закрепленных на тор­ цовых поверхностях ротора. Частицы порошка, прилипая к зао­ стренному краю шайбы, препятствуют перетеканию наполнителя из рабочего слоя в зону подшипников. Дополнительно к магнитным ловушкам перед подшипниками установлены уплотнительные кольца 7. Подшипники закрыты крышками 5 и сальниками 6.

Муфта аналогичной конструкции, разработанная в Гппроиефтемаше для привода буровой установки, имеет следующие параметры [61]:

ющнх муфт применяют материалы с высокой начальной проница­ емостью — пермаллой, пермендюр. Для магннтопроводов регули­ руемых муфт наиболее пригодна низкоуглеродпстая электротехни­ ческая сталь железо Армко. Магнптопроводы медленно действующих муфт изготовляются из стали 10. Для муфт, рассчитанных на пере­ дачу больших моментов, применяются стали 15 и 20.

Немагнитные детали муфты. К немагнитным деталям муфты относятся крышки, валы, подшипники, крепежные детали и т. д. Для уменьшения магнитного рассеивания эти детали изготовляются из немагнитных и маломагнитных материалов. Используют мало­ магнитную сталь аустенитного класса, нержавеющую немагнитную сталь (хромистую, хромоникелевую, хромомарганцевую), а также латунь, дюраль и др.

Уплотнительные материалы. Уплотнения в муфте предназначены для защиты подшипников от попадания частиц наполнителя и пре­ дотвращения утечки наполнителя из рабочего зазора. Применяются войлочные или фетровые сальники, графитовые кольца, манжеты из резины и кожи. Используются магнитные ловушки-уплотнения из постоянных магнитов и электромагнитов, задерживающих желез­ ные частицы наполнителя.

3. Характеристики порошковых муфт

Работа муфты в любом режиме определяется следующими харак­ теристиками: статической, механической, регулировочной и дина­ мической.

Статическая характеристика представляет зависимость крутя­ щего момента Аікр от тока управления / у, определяемую при затор­ моженной ведомой части муфты.

Вид зависимости Мкр + / (7У), представленной на рис. 149, а, свидетельствует о существовании начального момента М = М 0, обусловленного в основном трением частиц наполнителя о поверх­ ность ведущей и ведомой частей муфты.

Характеристика имеет вид гистерезисной кривой с восходящей и нисходящей ветвями, отражающими совместное действие магнит­ ных и механических сил в рабочем зазоре муфты. Характер проте­ кания кривой свидетельствует о том, что муфта хорошо регулирует крутящий момент.

Механической характеристикой называют зависимость скольже­ ния от величины момента М, передаваемого муфтой, при постоянных

муфты. Из этой характеристики (рис. 149, б) следует, что при дости­ жении предельного значения момента Л4пр муфта быстро переходит в режим полного скольжения, причем угол наклона характеристики зависит от величины вихревых токов, наводимых в сплошных магнитопроводах.

Регулировочная характеристика представляет зависимость час­ тоты вращения ведомой части муфты tu от величины тока управления

свидетельствует о том, что при достаточно большом токе, обеспе­ чивается синхронное вращение ведущей и ведомой части муфты.

С уменьшением тока управления ведомая часть начинает про­ скальзывать, т. е. л2 <с пг. Значение тока /„ соответствует п„ = О и 5 = 1 и определяется в каждом конкретном случае величиной нагрузочного момента и количеством наполнителя в рабочем зазоре муфты.

Динамической называют характеристику, определяющую изме­ нение момента муфты М при скачкообразном приложении напряже­ ния U. Вид зависимости М = f (t) представлен на рис. 149, г. Нара­ стание тока /„ в обмотке управления при скачкообразном изменении напряжения происходит по экспоненциальному закону и вызывают такой же характер нарастания момента-

Отставание нарастания момента на время т относительно тока возбуждения объясняется временем, затрачиваемым на процесс образования связок в рабочем зазоре муфты.

Следует отметить, что одновременно протекающие в рабочем зазоре муфты электромагнитные, механические и тепловые процессы затрудняют аналитическое определение характеристик муфт, поэ­ тому их находят экспериментально.

4. Расчет электромагнитных порошковых муфт

Рассмотрим расчет порошковых муфт, основываясь на методике ЭНИМС [551. Эта методика разработана применительно к условиям станкостроения, однако обычно она используется при расчете муфт и для других отраслей машиностроения.

Различаются следующие режимы работы муфты: а) іц — п2 = 0 (установившийся режим);

б) /г, — п, = / (t) Ф 0 (режим скольжения). Основой расчета является зависимость:

где М — момент, передаваемый муфтой в кгс -м; крж— коэффици­ ент режима работы (для установившегося режима крж= 1 ,0 , а для режима скольжения /ерж = 0,7 -н 0,9); D — средний диаметр муфты по рабочим зазорам в см; т — число рабочих зазоров (число слоев

порошка); Æ„ = — отношение ширины рабочего зазора b к сред­

нему диаметру; р — удельная сила сцепления в рабочем зазоре в кгс/см2.

Следовательно, при заданных геометрических параметрах муфты ее момент является функцией р: величина р определяется следующим

где k„ — коэффициент, зависящий от материала наполнителя; k№=

=1 — для карбонильного железа и масла, если железо и смеси по

объему составляют 0,3—0,45; /г,, — 1,4 — для карбонильного чистого железа с содержанием железа в смеси по объему 0,65; к„ = 1,1 — для карбонильного железа и окиси цинка при содержании железа и двуокиси кремния с тем же содержанием железа; k3— коэффициент, учитывающий влияние числа рабочих зазоров на плотность напол­ нителя; k v — коэффициент, учитывающий линейную скорость дви­ жения частиц в зазоре (рис. 150) и зависящий также от величины зазора б; /гп, п — величины, зависящие от плотности наполнителя

иразмера зазора ô (рис. 151) при содержании в рабочей смеси 0,30

и0,45 железа (по объему).

При числе зазоров 1, 2, 4, 6 , 8 коэффициент к3соответственно при­ нимает 1; 0,95; 0,9; 0,8; 0,7.

Намагничивающая сила, необходимая для создания индукции

по рис. 152, причем верхняя кривая соответствует сухому напол-

1.1

1.0

О.з

0.8

О2,5 5.0 7.5 Ѵ.м/С

нителго; а — коэффициент (рис. 153), зависящий от индукции и значения коэффициента

ии

Диаметр обмоточного провода определяется пз условия обеспе­ чения необходимой намагничивающей силы:

d = 2 J/^ MMJ (35)

где D0— средний диаметр обмотки в м; р — удельное сопротивление провода в Ом -мм2/м; U — напряжение, подводимое к обмотке в В.

где N — мощность омических потерь в катушке в Вт.

По зависимостям (31) — (37) определяются основные параметры муфты.

Необходимая намагничивающая сила определяется по формуле

Для магннтопровода из обычной стали величину /со удваиваем

Выбираем провод ПСДК диаметром d — 0,44 м, с учетом изоля­

что допустимо для провода с кремнийорганической изоляцией. Помимо указанных расчетов, некоторые авторы [32; 611 проводят расчеты магнитной цепи и тепловые расчеты для конкретных типов муфт и конкретных условий их работы, которые дают в большинстве случаев лишь ориентировочные решения и уточняются эксперимен­

тальными данными.

Глава IV

МУФТЫ СВОБОДНОГО ХОДА

1. Общие сведения

Назначение муфты свободного хода (обгонной) состоит в том, чтобы передать крутящий момент в направлении от ведущей детали к ведомой. Вместе с тем, особенностью данной муфты является то, что она, во-первых, передает крутящий момент только в за­ данномнаправлении п, во-вторых, только до тех пор, пока угловые скорости вращения ведущего и ведомого звеньев остаются одинаковыми; как только угловая скорость ведомого звена по тем или иным причинам превысит скорость ведущего, муфта автомати­ чески разобщает сцепленные части.

По принципу действия муфты можно разделить на два основных вида: фрикционные, действующие вследствие заклинивания между полумуфтами вспомогательных элементов (шариков, роликов нт. п.), и храповые, работающие по принципу зацепления. Наибольшее распространение получили фрикционные муфты вследствие таких преимуществ, как способность работать при высоких скоростях и при любом числе включений, минимальный мертвый ход, меньшие ударные нагрузки и почти полная бесшумность. Храповые муфты пригодны лишь при сравнительно малых скоростях вращения (п < 100 -г- 150 об/мин), создают сильный шум при холостом ходе; включение их сопровождается значительными ударными нагруз­ ками.

Среди фрикционных муфт свободного хода в машиностроении и приборостроении используются роликовые муфты благодаря точ­ ности в работе, бесшумности, способности передавать значительные нагрузки при сравнительно малых размерах, технологичности кон­ струкции, простоты обслуживания и др. .

По назначению и конструктивным признакам роликовые муфты классифицируются следующим образом (рис. 155).

В настоящей главе рассматриваются только фрикционные роли­ ковые муфты свободного хода. Ограничимся освещением лишь неко­ торых из них, наиболее типичных или оригинальных. Расчет при­ жимных устройств, влияние сил инерции и податливости элементов