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

П р и м е р . Произведем поверочный расчет муфты со змеевидными пружи­ нами постоянной жесткости, установленной между турбиной и редуктором.

N = 570 л. с.; п = 8030 об/мин; число зубьев z — 56; размеры — см. рис. 47; Dcр = 170 мм; материал; пружины — сталь 58СН2А, полумуфт — ОХМ; М ко —

2 8 ,6 (2 4 .3 - 12- 1,2 + 3-3,14.0,898) 1 ,2 - 4 (1,22+1,2 ■0,15+0,15=)24 24 - 2,2 • 10° • 18 • ІО'3

=0,0218.

а— 1°15'.

Таким образом, сила Я действительно является предельной силон, при кото­ рой пружина вследствие прогиба коснется зуба в точке Б (рис. 47).

Максимальный угол закручивания муфты по формуле (43)

а- (24/— 16а + 3л7) М Фирсд- 3EJzD*p ~

или

Ф = 0°2Г.

Жесткость муфты по формуле (44)

Муфта с криволинейными пружинами. На рис. 48 показана такая упругая муфта. Полумуфты 1 и 2 снабжены фасонными выступами,

между которыми закладываются пружины 5. Муфта заливается маслом 5, уровень которого в неподвижной муфте должен быть несколько ниже кольцевого зазора между полумуфтой 2 и уплот­ няющим кольцом 4. Размеры пружин выбираются из расчета пере­ дачи среднего крутящего момента; при ударных нагрузках поверх­ ности выступов полумуфт 1 и 2 касаются друг друга, и муфта ста­ новится жесткой.

Эта муфта отличается относительной простотой изготовления и малыми габаритами.

Муфта с пакетами гильзовых пружин (рис. 49, а). Муфта состоит из двух полумуфт (рис. 49, б), в круглые гнезда которых заклады­ ваются пакеты пружин (рис. 49, в). При передаче крутящего момента (рис. 50) пружины сжимаются, благодаря чему полумуфты полу­ чают относительное угловое смещение. Муфты данного типа изго­ товляются как с линейной, так и с нелинейной характеристикой.

Впоследних внутри пакетов помещается сердечник а (рис. 51, а).

Сповышением нагрузки величина контактной поверхности между

сердечником и пружиной будет увеличиваться, а жесткость пру­ жин — возрастать.

Меняя толщину h отдельных пружин, эксцентриситет Д и диа­ метр d сердечника, можно в широких пределах изменять характе­ ристику муфты при использовании одних и тех же деталей полумуфт. Благодаря наличию радиального зазора между полумуфтами имеется возможность соединения валов при небольшом смещении их осей. Для уменьшения износа пружин необходимо обеспечить

их смазку. Муфты могут изготов­ ляться как с одним, так и с двумя рядами пакетов пружин, распо­ ложенных вдоль оси вала или смещенных по окружности.

Рис. 49. Муфта с пакетами гильзовых пружин

При работе на поверхности контакта пружин возникают силы трения, влияющие на характеристику муфты и в некоторой степени способствующие гашению вибраций. Однако ввиду малой величины пути трения в данной конструкции и трудностей, связанных с рас­ четом сил трения, влияние этих сил не учитывается.

Обозначим:

R — радиус окружности расположения центров пружин; b и h — ширина и толщина пружины;

Угол закручивания полумуфт в рад.

где hi и Г; — толщина и средний радиус /-й по порядку пружины (номером 1 может быть обозначена самая малая или самая большая по диаметру пружина).

Жесткость пружины равна

c = Ezb№ \ (ГіЛ3

6л / ■' - 1 •

Наибольшее нормальное напряжение в пружине

Рис. 50. Расчетная схема муфты с пакетом гильзогых пружин

Для наилучшего использования материала пружин следует стремиться к тому, чтобы напряжения во всех пружинах были бы

одинаковыми. Для этого необходимо, чтобы отношение ~ для всех

пружин было одно и то же. Для упрощения конструкции пакеты пружин можно изготовлять из пластин 3 — 4 различных толщин.

П о р я д о к р а с ч е т а

1.На основе заданного диаметра вала выбирают радиус окруж­ ности центров R.

2.По конструктивным соображениям назначают наибольший диаметр пакета пружин и число пакетов в муфте г.

3.Исходя из конструктивных и технологических соображений, определяют толщину внутренней пружины. При этом можно руко-

водствоваться следующим: отношение /; может находиться в пре­

Обод демпфера связан с ведущей полумуфтой гильзовыми пружи­ нами, которые вставлены в гнезда с предварительным натягом. При работе установки в режиме, далеком от резонанса, обод неподви­ жен относительно полумуфты. При приближении к резонансной скорости вращения увеличивается амплитуда крутильных колеба­ ний, и обод начинает колебаться относительно полумуфты. При этом часть энергии этих колебаний поглощается в результате упру-

Рис. 52. Муфта с пакетом цилиндрических витых пружин

гого гистерезиса и внешнего трения в пакетах гильзовых пружин. Эксперименты, проведенные на заводе, показывают, что примене­ ние описанной муфты позволило вдвое уменьшить касательные напряжения в опасном сечении коленчатого вала. При этом были в значительной мере уменьшены резонансные явления (стук и т. п.).

Муфта типа «Дели-Демаг». Конструкция этой муфты (рис. 52, а, б) является в известной мере дальнейшим развитием конструкции упругой муфты с пакетами гильзовых пружин, в отли­ чие от которой муфта «Дели—Демаг» лишена некоторых сущест­ венных недостатков, свойственных названной муфте.

Муфта состоит из двух полумуфт 1 и 2, обоймы 6 и упругих элементов 5 и 8. Последние представляют собой пакеты винтовых пружин с прямоугольным сечением витков. В пакете несколько

винтовых пружин вложены одна в другую без зазора. Упругие элементы расположены в гнездах, образованных выемками на ци­ линдрической поверхности полумуфт н обоймы. Для подачи смазки служат ниппели 3. Кольцо 7 предохраняет упругие элементы от взаимного касания. Крышки 4 и 9 фиксируют положение обоймы и предохраняют пакеты пружин от выпадения.

б) . МКр-Мтах

V

Рис. 53. Расположение полумуфт и пружин при изменении крутящего мо­ мента

пружины, перекатываясь в гнездах, сжимаются и уменьшаются в диаметре. По мере увеличения угла взаимного поворота полумуфт и сжатия упругих элементов возрастает их жесткость и, соответ­ ственно, передаваемый крутящий момент.

Необходимо отметить следующие особенности муфты «Дели — Демаг». С увеличением угла закручивания полумуфт ср растет не только сжимающая сила Р, но и плечо h этой силы относительно оси муфты (рис. 53, а и б). Благодаря этому крутящий момент растет быстрее, чем угол ср. Окружное перемещение одной полумуфты относительно другой, в отличие от муфты с пакетами гильзовых пружин, за счет обкатывания и проскальзывания витых цилиндри­ ческих пружин значительно больше величины сжатия пружины.

Соответственно увеличивается и угол ср, а также путь и работа сил трения на контактных поверхностях пружин. В результате перечисленных особенностей муфта отличается значительной энер­ гоемкостью и хорошей демпфирующей способностью. По данным фирмы Демаг, благодаря выраженной нелинейности характери­ стики, муфта очень хорошо сопротивляется возникновению вибра­ ций, возможных в работе передачи. Муфта работает мягко при малых нагрузках и может плавно, без ударов воспринимать боль­ шие нагрузки. Кроме того, она обладает удовлетворительной ком­ пенсационной способностью: допустимое радиальное смещение осей валов равно 0,15 мм, угловое — до 1°.

Рис. 54. График зависимости угла закручивания муфты от крутящего момента

Характеристика муфты, построенная по экспериментальным данным фирмы, представлена на рис. 54. Из графика видно, что при углах ф = 3 и 6° крутящий момент у муфты «Дели» соответст­ венно в 4,5 и 2,2 раза меньше, чем у муфт с постоянной жесткостью. Работа упругой деформации пружин во много раз больше, чем у обычных муфт, допускающих малые углы закручивания. Этим объясняется большая энергоемкость муфты. Период колебаний муфты «Дели» изменяется вместе с углом ф (т. е. с крутящим момен­

у муфт постоянной жесткости. Поэтому возникает расхождение между периодами крутильных колебаний массы и периодически действующих нагрузок, что исключает возможность резонанса.

По данным фирмы «Демаг», муфты обладают большим углом закручивания: теоретически до 9°, практически этот угол прини­ мается равным 6°, если муфта имеет два ряда упругих элементов, и 3° при одном ряде. При относительно небольших размерах муфты

способны передавать весьма значительные крутящие моменты. Для уменьшения износа пружин последние должны непрерывно смазываться.

Расчет сил, возникающих в упругих элементах, является весьма трудным. Поэтому приходится ограничиваться приближенными методами, основанными на ряде допущений о характере деформации пружин и перемещении их в гнездах полумуфт. Ниже приводятся

Значения коэффициента режима работы k, рекомендуемые фир­ мой для этих муфт, приведены в табл. 15.

Обозначим:

Ar — уменьшение радиуса пружины при ее сжатии; п — число витков пружины; b и h — ширина и толщина сечения витка пру­ жины; J — момент инерции поперечного (осевого) сечения витка

пружины [ j — ту); г — средний радиус недеформированной пру­

жины; гд — средний радиус пружины после деформации; Р — сум­ марная сжимающая сила, приложенная к одной пружине со стороны обоймы (или полумуфты) на длине линии контакта.