Детали машин / Konspekty_lekcii / Конспекты лекций / Лекция 12. Муфты, упругие элементы

Лекция 12

МУФТЫ. УПРУГИЕ ЭЛЕМЕНТЫ

П л а н л е к ц и и

1.Назначение муфт.

2.Классификация муфт.

3.Нерасцепляемые муфты.

4.Сцепные управляемые муфты.

5.Сцепные самодействующие муфты.

6.Подбор муфт.

7.Назначение, классификация пружин.

8.Конструкции и расчет пружин.

1.Назначение муфт

Муфты предназначены для передачи механической энергии – крутящего момента между двумя соединенными валами. В зависимости от условий эксплуатации муфты могут соединять валы постоянно, либо периодически при помощи оператора, либо по достижении определенных условий эксплуатации.

В работе механических систем возможны случайные или периодические колебания передаваемого момента, что отрицательно сказывается на динамике машин. Для сглаживания изменений крутящего момента муфта должна обладать упругими свойствами, позволяющими демпфировать (смягчать) случайные изменения момента.

Соединяемые валы при монтаже механизмов с монтажным зазором λ (рис. 12.1, а) будут иметь погрешности установки, которые можно группировать в виде:

погрешности осевого смещения валов a (рис. 12.1, б); погрешности радиального смещения валов r (рис. 12.1, в); погрешности углового перекоса валов (рис. 12.1, г).

Чтобы соединить валы между собой с заданными погрешностями монтажа, необходимы муфты, способные компенсировать эти неточности.

2. Классификация муфт

На рис. 12.2 приведена схема классификации типовых конструкций муфт, используемых в технических устройствах.

По функциональному признаку и назначению различают три типа муфт: нерасцепляемые, или постоянные, муфты, обеспечивающие постоянное

соединение валов; сцепные управляемые муфты, допускающие периодическое соединение

и разъединение валов;

сцепные самодействующие (автоматические) муфты.

1

λ

а

λ

∆a

б

λ

∆r

в

λ

∆γ

г

Рис. 12.1

2

где Ψ – относительное рассеивание энергии колебаний, характеризует демпфирующую способность муфты и равно отношению рассеиваемой энергии к энергии упругой деформации за цикл колебаний; f – круговая частота собственных колебаний;

где c – угловая крутильная жесткость муфты; Θ1 и Θ2 – приведенные моменты масс кинематической цепи до и после муфты.

Передаваемый крутящий момент

где Тс и Тд – статический и динамический крутящие моменты.

Вдорезонансной зоне (ω < f ) µ > 1. В расчетах принимают µ = 1 только при малой скорости вращения вала ω и высокой жесткости с.

Взоне резонанса ω ≈ f и фактор µ ≈ 2π/Ψ может оказаться значительным. Жесткие и упругие муфты с постоянной жесткостью для работы в этой области не пригодны, так как Ψ → 0 и µ → ∞. Муфта получает значительную перегрузку даже при небольших колебаниях моментов.

Упругие муфты с переменной жесткостью автоматически выходят из зоны резонанса вследствие изменения их жесткости при увеличении угла относительного поворота валов. Упруго-демпфирующие муфты используют только при небольших колебаниях моментов.

Важной характеристикой постоянных муфт является способность работать при тех или иных отклонениях взаимного расположения валов. По этому признаку различают:

неподвижные (глухие) муфты, не предусматривающие компенсации отклонений и поэтому требующие весьма точного расположения валов;

подвижные компенсирующие жесткие муфты, допускающие небольшие монтажные отклонения по всем координатам относительного положения валов за счет деформаций или относительного сдвига деталей;

подвижные упругие муфты, смягчающие колебания крутящего момента.

Неподвижные, или глухие, муфты. Глухие муфты создают взаимную неподвижность соединяемых деталей. Валы, соединенные такими муфтами, работают как одно целое. Поэтому наряду с передаваемым крутящим моментом они воспринимают также изгибающий момент, поперечные и осевые нагрузки. Глухие муфты требуют очень точного взаимного расположения валов.

4

К глухим муфтам относятся втулочные, продольно-свертные и фланцевые муфты.

В т у л о ч н а я м у ф т а (рис. 12.3) является простейшей приводной муфтой. При монтаже обычно возникает необходимость в осевом смещении валов. В связи с этим для втулочных муфт, как правило, не используют посадки с гарантированным натягом.

5

Втулочные муфты обычно применяют для диаметров валов не более 60–70 мм. Выбранная муфта в ответственных случаях проверяется на срез штифтов и смятие втулки штифтом.

П р о д о л ь н о - с в е р т н а я м у ф т а состоит из двух половин, соединенных болтами. Для уменьшения длины болты вставляются с противоположных сторон.

Основное достоинство продольно-свертных муфт – легкий монтаж,

без осевого смещения. Недостаток – трудность балансировки, малая пригодность при ударных нагрузках.

Основное применение – трансмиссионные валы (в настоящее время применяют довольно редко).

Ф л а н ц е в а я м у ф т а (рис. 12.4) имеет наибольшее распространение. Состоит из двух полумуфт, соединенных болтами. Крутящий момент передается силами трения при постановке болтов без зазоров и сопротивлением самих болтов на сдвиг. В этом случае муфты получаются меньших размеров.

Подвижные компенсирующие муфты обеспечивают надежную рабо-

ту при наличии небольших осевых, радиальных и угловых смещений валов: такие муфты не сглаживают резких изменений крутящих моментов и угловой скорости, но компенсируют осевые, радиальные и угловые смещения валов, возникающие из-за неточностей изготовления и монтажа, упругих и температурных деформаций, зазоров в опорах и других причин.

К подвижным компенсирующим муфтам относятся зубчатые, цепные, крестовые, шарнирные.

З у б ч а т а я м у ф т а с эвольвентным профилем (рис. 12.5) состоит из двух втулок с внешними зубьями и скрепленных болтами двух обойм с внутренними зубьями (ГОСТ 5006–55).

Втулка зубчатая

Обойма

Рис. 12.5

6

Т

Рис. 12.7

Зубчатые муфты характеризуются большой нагрузочной способностью, компактностью, технологичностью, малыми размерами. Они широко применяются для соединения горизонтальных тяжелонагруженных валов диаметрами d = 40–560 мм при скорости до 25 м/с. Пределы допустимых смещений: осевые – 0,7–10,5 мм, угловые – до 1º 30'.

Ц е п н а я м у ф т а (рис. 12.6) состоит из двух полумуфт, звездочек, имеющих одинаковые числа зубьев, охватывающей их общей цепи и замкнутого кожуха, заполненного пластинчатой смазкой (ГОСТ 20742–75).

7

Применяются цепи роликовые однорядные и двухрядные, а также зубчатые. Компенсация смещений происходит за счет относительной податливости деталей цепи и их деформации. Муфты допускают перекосы до 1º и радиальное смещение до 1,2 мм. Муфты простой конструкции отличаются малыми размерами. Из-за наличия угловых зазоров эти муфты нельзя применять при реверсивной работе привода (реверс будет сопровождаться ударами) и в приводах с большими динамическими нагрузками.

К р е с т о в а я, и л и к у л а ч к о в о - д и с к о в а я, м у ф т а (рис. 12.7) используется в основном для компенсации поперечного (радиального) смещения валов: она обеспечивает компенсацию небольших осевых и угловых смещений.

Муфта состоит из двух полумуфт и промежуточного диска, у которого крестообразно расположены выступы (по одному с каждой стороны).

Муфта работает со значительным износом, поэтому основным критерием работоспособности является износостойкость рабочих поверхностей. Давление p по длине граней принимают пропорциональным деформациям смятия. При отсутствии зазора давление на рабочей грани

где D – наружный диаметр промежуточного диска; e – внутренний диаметр промежуточного диска; h – высота промежуточного диска;

с зазором

В настоящее время изготовляют крестовую муфту с прокладками из пакета резины и металлических листов.

Ш а р н и р н а я м у ф т а (или шарнир Гука) предназначена для передачи крутящего момента между валами с пересекающимися осями (угол пересечения – 40–45º). Это возможно благодаря наличию двух шарниров с двумя взаимно перпендикулярными осями (рис. 12.8).

Шарнирная муфта рассчитывается по напряжениям смятия в шарнирах и на прочность вилок, крестовины или кольца.

Недостаток шарнирной муфты – неравномерность вращения ведомого

вала.

Подвижные упругие муфты. В упругих муфтах усилие между полумуфтами передается через упругие элементы, и это определяет их основные свойства: способность амортизировать толчки и удары, гасить колебания и предупреждать резонанс. Наряду с этим такие муфты компенсируют смещение валов.

8

Рис. 12.8

Муфты с постоянной жесткостью имеют линейную характеристику крутильной жесткости, т. е.

с = Т/ ,

где – угол закручивания.

Муфты с переменной жесткостью имеют нелинейную характеристику крутильной жесткости, т. е.

с = dТ/d .

Демпфирующие свойства муфты, т. е. способность рассеивать энергию при деформировании, зависят от материала и конструкции упругих элементов.

К подвижным упругим муфтам относятся муфты упругие с постоянной и переменной жесткостью, втулочно-пальцевые, с резиновой звездочкой, с торообразной оболочкой.

9

У п р у г а я м у ф т а с п о с т о я н н о й ж е с т к о с т ь ю показана на рис. 12.9. В ней крутящий момент между полумуфтами передается через торсионный вал и витые цилиндрические пружины сжатия 1 с ограничителями 2, которые ставятся с предварительным сжатием F0.

При Т < Т0 = F0RZ (где Т0 – момент предварительного сжатия, R – радиус расположения пружин, Z – количество пружин) муфта работает как жесткая, при Т > Т0 становится упругой, по достижении максимальной деформации пружина снова работает как жесткая.

Расчет муфты с цилиндрическими пружинами сводится к расчету пружины. Остальные размеры муфты назначают конструктивно.

R

1

2

Рис. 12.9

Рис. 12.10

10