книги из ГПНТБ / Поляков В.С. Муфты. Конструкции и расчет
.pdfРассмотрим устройство и принцип действия роликовой муфты свободного хода (рис. 156).
Муфта состоит из обоймы 4, звездочки 3, нескольких роликов или шариков 5, толкателей 2 и пружин /.
Рис 156 Схема устройства роликовой муфты свободного хода
Количество роликов — от 3 до 8 , а иногда и больше. При значи тельной длине ролика может быть установлено по два толкателя 2 на каждый ролик. Известны конструкции муфт, не имеющие толкате лей. Во избежание перекоса роликов в таких случаях желательно устройство сепараторов.
Ведущим элементом муфты могут быть как звездочка 3, так и обойма 4.
Для передачи крутящего момента необходимо создать условия для заклинивания роликов 5 между поверхностями ведущего и ведо мого элементов муфты. Обычно внутренняя поверхность обоймы выполняется как поверхность цилиндра. Для получения постоянных по величине углов заклинивания роликов поверхность AB звез дочки 3 (рис. 156, а), профилируется иногда по логарифмической
Паз под иг/іом
Рис. 157. Принципиальная схема роликовом муфты свободного хода
спирали. Большое распространение получили также муфты с профи лированием звездочки по прямой (рис. .156, б), здесь участок AB является отрезком прямой линии. Эта муфта — одностороннего действия. Если ведущим звеном является звездочка, момент пере дается в направлении Мр, если ведет обойма — в направлении М 2- Принципиальная схема муфты показана также на рис. 157, а. На этом же рисунке изображены схемы устройства муфт: одинарной двустороннего действия (рис. 157, б); двойной двустороннего дей ствия (рис. 157, в) и реверсивной (рис. 157, г).
Одинарная муфта двустороннего действия. Муфты этого типа связывают три кинематические цепи и служат для передачи движе ния и момента ведомому валу попеременно от одной из двух кинема тических цепей. Отличаются от муфт одностороннего действия нали чием вилки (сепаратора) 4, имеющей самостоятельный источник дви жения. Ведущим может быть любое из звеньев, т. е. обойма 2, либо вилка 4, либо звездочка 1, следует отметить, что между вилкой и звездочкой имеется жесткая кинематическая связь и, следовательно, они всегда вращаются совместно.
Если ведет обойма 2 (рис. 157, б),то, вращаясь по часовой стрелке, она увлекает ролики в узкую часть клина. С момента заклинивания наступает равенство сщ = с этой угловой скоростью будет вра щаться вся система, причем благодаря прорезям заклиненные ролики 3 ведут вилку. Если момент, приложенный к вилке, окажется доста точным для преодоления сопротивления роликов расклиниванию, то произойдет разъединение обоймы и звездочки. Вращаясь против часовой стрелки со скоростью ш2 > (щ обойма не ведет.
Если ведет звездочка, то при движении против часовой стрелки происходит заклинивание роликов; вся система вращается как одно целое со скоростью со^ При движении по часовой стрелке звездочка вызовет расклинивание системы.
Двойная муфта двустороннего действия (рис. 157, б). При сравне нии рис. 157, б с рис. 157, в видно, что двойная муфта отличается от одинарной удвоенным числом роликов и рабочих заклинивающих поверхностей, разнозначно направленных. Заклинивание происхо дит при вращении как звездочки, так и обоймы в любую сторону. Если ведущей является обойма, то полный крутящий момент пере дается звездочке и ограниченный — вилке. Вилка может вести только звездочку, которая передает вращение как обойме, так и вилке.
Реверсивная муфта (рис. 157, г). Она соединяет две кинемати ческие цепи. В зависимости от включения она может передавать момент в обоих направлениях; ролики 3 заклинивают муфту в од ном направлении, ролики 9 — в обратном. Ролики 3 и 9 располо жены попарно на рабочих поверхностях прямого и обратного ходов
иимеют общую распорную (прижимную) пружину, установленную
вотверстии специального выступа на звездочке. Между каждой па рой роликов расположен зуб вилки переключения 4. Если повернуть
изафиксировать зуб переключателя относительно звездочки так, чтобы он переместил ролик 3 (на правой проекции рис. 157, г) по
часовой стрелке, то ролик окажется в широкой части клина, т. е. в положении холостого хода. Наоборот, правый ролик 9, при дви жении звездочки против часовой стрелки, заклинит муфту и передаст момент того же направления. Схема механизма переключения сле дующая: на валу 6 по скользящей посадке установлена втулка 5, которая может скользить вдоль оси вала 6, будучи направляема
штифтом 7 (ось |
паза втулки параллельна оси вала). Втулка 5, |
в свою очередь, |
имеет штифт S, который скользит в косом пазу |
ступицы переключателя 4 при осевом перемещении втулки 5. Так как паз в ступице расположен под углом к оси вала 6, то осевое движение втулки 5 вызывает поворот на некоторый угол пере ключателя 4 относительно звездочки 1.
Управление переключением может осуществляться (дистанци онно или непосредственно).
2. Некоторые теоретические сведения
Рабочий профиль обоймы имеет форму окружности, профиль звездочки — фасонный. В простейшем случае рабочая поверхность звездочки представляет плоскость. Наряду с технологическими досто инствами плоская рабочая поверхность имеет и существенные экс плуатационные недостатки; по мере износа сказывается искажение угла заклинивания сравнительно с исходным углом. Поэтому, с точки
Рис. 158. Схема муфты с цилиндрическими роликами
зрения долговечности, предпочтителен неплоский профиль: по логарифмической или архимедовой спирали. Это справедливо для муфт с цилиндрическими роликами, муфты же с эксцентриковыми роликами отличаются тем, что как обойма, так и звездочка профи лируются по окружности.
Муфта с цилиндрическими роликами (звездочка внутренняя, рабочая поверхность звездочки — плоскость). При внутреннем диа метре обоймы D (рис. 158) и диаметре ролика d определяется вели чина с:
с = у[(£> — d)cosa = d], |
(1) |
если принять
Къ то с = |[ ( К і — l) c o s a — 1 ].
Из треугольника ABE следует:
BE = ~ cos а — с\ AB = d cos ^ ;
D
тгcos a —c
d, cos a
Так как
cos a = D - d '
TO |
|
|
D + 2c |
(3) |
|
V2 (D -d)- |
||
|
Из уравнений (2) и (3) видно, что с увеличением с и диаметра ролика d угол заклинивания а уменьшается, а с увеличением D
повышается. Из рис. 158 следует, |
что |
|
||||
|
|
, |
D — d |
■ |
|
|
|
|
о = — 5— sina; |
|
|||
|
|
|
D — d |
■ 0 |
|
|
|
|
Ci = —g— sin ß. |
|
|||
Погрешности изготовления деталей муфты оказывают сущест |
||||||
венное влияние на угол заклинивания. |
|
|||||
Обозначим: |
|
|
|
|
|
|
D6 и DH— наибольший |
и |
наименьший предельные |
размеры |
|||
внутреннего диаметра обоймы; |
|
|||||
d6 и dM— наибольший |
и |
наименьший предельные |
диаметры |
|||
ролика; |
|
|
и наименьшее значения величины с; |
|||
с6 и см— наибольшее |
||||||
а6 и а м— наибольшее и наименьшее значение угла заклини |
||||||
вания. |
напишется |
так: |
|
|||
Тогда формула (1) |
|
|||||
c6 = |
2 |
[(£>„ - |
d6) cos a M- d6] ; |
|
||
cM= j |
[{D6- |
da) cos a 6 — rfM] , |
|
|||
откуда |
|
|
|
|
|
|
В табл. 43 указаны предельные отклонения размеров с и сѵ принятые в нормали МЫЗ—61.
Предельные отклонения размеров с и г,
D |
С |
Cl |
D |
С |
|
(ДОП. |
(Доп. |
|
|||
по А ) |
|
|
по А ) |
|
|
32 |
11,92-0,01 |
13,0—0,2 |
100 |
36,76—0,06 |
40,5—0,5 |
40 |
14,90—0,01 |
10,3-0,2 |
125 |
46,20—0,08 |
50,8-0,5 |
50 |
18,87—0,02 |
21,2—0,3 |
160 |
59,61—0,13 |
62,5—0,6 |
65 |
24,34—0,03 |
26,6—0,3 |
200 |
74,52—0,14 |
81,5—0,6 |
80 |
23,80—0,04 |
32,6-0,3 |
|
|
|
При выходе ролика из узкой части клина в широкую, т. е. при свободном ходе муфты, центр ролика переместится из точки в точку Ръ войдя в контакт с плоскостью NN (штриховые линии на
Q
Рис. 159. Зависимость отношения -г от угла а
а
рис. 158). При этом должен быть обеспечен радиальный зазор S, величина которого связана с размером а. Взаимная связь величин S и а представлена следующими выражениями:
1 |
- « - а д ■•"*]= |
2 |
(D —d) cos а
COS ф
D — d - 2 S 1
Угол заклинивания связан с параметром муфты D; d\ с. Найдем эту связь, пользуясь формулой (2 ),
|
|
|
cos а |
_ * * + ■ |
|
|
|
|
/м - і |
• |
|
|
|
|
|
||
|
Влияние |
~ ПР1'1 |
заданном К1 показано рис. 159. В среднем можно |
||
|
принимать |
Кг = |
8 . |
|
|
. |
Муфта с эксцентриковыми роликами. Между двумя цилиндриче |
||||
|
скими поверхностями наружной и внутренней обойм размещаются |
||||
|
эксцентриковые |
ролики (рис. 160). При coj > |
со, ролики заклини |
||
ваются. Преимуществами такой конструкции являются: а) простота
Рис. 160. Схема муфты с эксцентриковыми роликами
выполнения обеих обойм; б) возможность разместить большее коли чество заклинивающих тел; в) относительно больший радиус контак тирующей поверхности г. Вообще говоря, не обязательно радиусы г ролика должны быть одинаковы: наоборот, для снижения контакт ных напряжений желательно, чтобы
г2 > П.
где г2 — радиус поверхности ролика, обращенной к внутренней обойме; г, — то же, к наружной обойме.
Подобно тому как в муфте с цилиндрическими роликами глав ным параметром является угол заклинивания а, здесь такую же роль играет угол ср.
Эксцентриситет находим из выражения |
|
|
||
е = Y (R! - |
г)2 + (Я2 + |
г)2 — 2(R1 — г) (R2+ |
/•) cos ß. |
(4) |
Вследствие малости угла ß можно принять cos ß = |
1, тогда |
|
||
е = Y Ri + 4г 2 -f R\ + 4rR2— 4rR1— 2RXR2= R.2-f 2r — |
|
|||
S lll cp - |
OB sin fi |
R, sin R |
p; - |
|
AB - - |
ÿ R.,+ R,_ 2R^ œ s |
|
||
Величина cos ß может быть найдена из выражения (4)
cos ß
(/?l - r ) 3 + ( / ? 2 + /-)2 - ßa
2 (R, - Г ) (R. + r)
Заклинивание и заклиненное состояние. Рассмотрим случай с одиночным расположением цилиндрических роликов.
В. Ф. А4альцев [28] обосновал следующие положения:
а) силы, действующие на ролик как в процессе заклинивания, так и в заклиненном состоянии, однозначны;
б) силы трения, действующие на ролик как со стороны обоймы, так и со стороны звездочки (рис. 161, а), действуют на него в направле-
Рис. 161. Силы трения, действующие на ролик
нии сужающейся части клина. Экспериментально было установлено, что
е < г у ; r ß C P iji
(на рис. 161, а жирными линиями изображены поверхности обоймы, ролика и звездочки, бывшие в контакте в процессе заклинивания).
Следовательно имеет место не только перекатывание ролика по рабочим поверхностям, но и скольжение. Это также доказывает интенсивный износ участка ß (рис. 161, а). Следовательно, схема сил трения должна быть такой, какая показана на рис. 161, б.
При |
условии coj > со2 |
ролик оказывается зажатым между звез |
дочкой |
и обоймой (рис. |
162) и на него действуют силы нормаль |
ные |
и ЛС и касательные — силы трения f xNx и /2ЛС. |
|
Если обойма и звездочка выполняются из одинаковых материа лов, то можно считать, что = f2 = f = tg p и f1N1 = fNi', f2N2 =
= fN2. Здесь / — коэффициент трения скольжения; |
p — угол тре |
|
ния. |
ролика: |
|
Условия равновесия |
|
|
2 х = — fN 1-}-N2sin а — fN2cos а —0; |
(5) |
|
£ у = — |
+ /V2cos a-j-/AÇ sin сс = 0 ; |
(6) |
|
_ /A /2 + / ^ = 0. |
(7) |
Подставляя значение /ЛД = N., sin а — /ЛД cos а в формулу (7), по лучим
sin а |
_, |
а |
1+ cos а |
° |
2 1 |
т. е.
tg I = tgp
и
Условие заклинивания
et < 2 р. |
(8 ) |
К выражению (8 ) приходят и некоторые другие авторы. Однако по этому вопросу в литературе существуют значительные разногла сия.
|
Рис. |
162. Схема сил, действующих на ролик |
|
|||
Для примера приведем |
выводы |
некоторых авторов. |
|
|||
1. |
По условиям |
стадии |
заклинивания [25] |
|
|
|
|
|
tx : Т рс |
рк, |
|
|
|
по условиям заклиненного состояния |
|
|
||||
|
|
сс < |
2 рс и Д ф Д, |
|
|
|
где |
рс — угол трения скольжения; |
рк — угол |
трения |
качения. |
||
2 . a= sc2 p.2> где |
р2 — угол трения скольжения |
ролика |
по звез |
|||
дочке (см. [62]). |
|
|
|
|
|
|
3. |
Статическое состояние 1361 |
|
|
||
|
« < |
2 (рз —Е); |
a < 2 (pj-f|), |
|
|
где р. , — угол трения |
скольжения ролика по обойме; р, - |
угол |
|||
трения скольжения ролика по звездочке; | |
— угол трения качения. |
||||
Динамические условия: |
|
|
|
||
|
« < 2 ( p - 4 £ ) ; |
«ДІМ^ т^ п Ж . |
|
||
Ударное заклинивание а < |
р. |
|
|
||
Если взять за основу выражение (8 ), приняв для надежности |
|||||
запас |
в 309», jo |
а = 0,7- 2р= 1,4р. |
|
|
|
|
|
|
|
||
Если |
р — tgp — / = |
0,12, |
то |
tg а = 1,4-0,12 = |
0,168, |
т.е. а = 9°30'.
Впрактике конструирования принимают а = 4 -ь 10°. Опре делим погрешности, допущенные при выводе формул (5) — (7). Возьмем, например, муфту с параметрами: D = 200 мм; d = 25 мм; длина ролика / = 40 мм; число роликов г = 5; а — 6 °. Эта муфта может передавать крутящий момент М = 5000 кгс -см, при котором
нормальное давление на ролик достигает величины N = 2000 кгс. В то же время, при п = 500 об/мин и массе ролика 0,154 кг центро бежная сила
Ап = niüAR0= 3,8 кгс.
В начальный период самозаклннмвания силы инерции, действу ющие на детали муфты, особенно на ролик, и сила пружинного при жимного устройства, обусловливающая трение ролика о звездочку, обойму H о само устройство, оказывает еще заметное действие на величину основных сил. Кроме того, если в заклиненном состоянии
масляная пленка на элементарных |
площадках контакта ролика |
с обоймой и звездочкой разрывается |
(в силу больших давлений), то |
в начальный период процесса самозаклннивания ее необходимо учи тывать. Иначе говоря, рассматривая заклиненное состояние, можно исходить из предположения о сухом трении и соответствующем ему коэффициенте трения, тогда как в начальный период естественнее предполагать наличие масляной пленки между заклинивающимися телами. В настоящее время нет единой теории заклинивания муфт свободного хода. При выборе угла а необходимо обеспечить надеж ность работы муфты. Так, если исходить из сухого трения и величи ны f = 0,15, то из выражения a sg 2 р получим
а eg 17° (!).
Однако, как указывалось, в практике принято 10° > а > 4°. Применение фрикционных самозаклинивающихся муфт предпо
лагает и обратный процесс, т. е. саморасклиииваиие. Оно связано с переменой величины относительных угловых скоростей звездочки