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

М у ф т а с п е р е м е н н о й ж е с т к о с т ь ю хорошо обеспечивает смягчение толчков при пусках. Муфта со змеевидной плоской пружиной показана на рис. 12.10. Пружина является наиболее ответственной деталью муфты. Передаваемая нагрузка распределяется между большим числом витков пружины, что позволяет выполнять муфты небольших размеров. Рабочие поверхности зубьев очерчены дугами окружностей. Муфта допускает и компенсирует осевое 0,5–3,0 мм, радиальное 4–20 мм и угловое 1º 10 смещения. Применяется главным образом в тяжелом машиностроении.

М у ф т а у п р у г а я в т у л о ч н о - п а л ь ц е в а я (МУВП, рис. 12.11) – одна из наиболее распространенных упругих муфт (ГОСТ 21424–75).

Полумуфта Полумуфта

Палец

Втулка

Рис. 12.11

d

11

Момент передается через резиновые гофрированные втулки, взаимодействующие с поверхностями отверстий одной из полумуфт и стальными пальцами, установленными в другой полумуфте. Эти муфты допускают радиальное смещение валов 0,2–0,5 мм, осевое – 1–5 мм, угловое – до 1º.

Работоспособность муфт определяется стойкостью втулок.

М у ф т а с р е з и н о в о й з в е з д о ч к о й (рис. 12.12) состоит из двух полумуфт с торцевыми кулачками и резиновой звездочкой, зубья которой расположены между кулачками (ГОСТ 14084–76). При передаче момента в каждую сторону работает половина зубьев.

Муфта очень компактна, применяется для соединения быстроходных валов. Материал полумуфт – сталь 35, материал звездочек – резина с пределом прочности при разрыве 16 Н/мм2. Муфта допускает радиальное смещение валов до 0,2 мм и угловое – до 1º 30'. Характерными особенностями этих муфт является незначительная жесткость при кручении (при Тmax = 15º).

М у ф т а у п р у г а я с т о р о о б р а з н о й о б о л о ч к о й (рис. 12.13) состоит из двух полумуфт, упругой оболочки, по форме напоминающей автомобильную шину, и двух колец, зажимающих при помощи винтов оболочку (ГОСТ 20884–75). Эта муфта обладает высокими упругими и демпфирующими свойствами, обеспечивает шумо- и электроизоляцию узлов привода, удобна и надежна в эксплуатации. Применяется в конструкциях, где трудно обеспечить соосность валов при переменных и ударных нагрузках. Муфта допускает радиальное смещение валов 1,6–5 мм, осевое – 5–11 мм и угловое – до 1º 30'.

Т

Т

d d1

Полумуфта

Рис. 12.13

12

Упругим элементом является резиновая или резинокордная оболочка. Срок службы последней в несколько раз больше, хотя она и сложнее в изготовлении. К недостаткам муфты следует отнести ее большие размеры по диаметру и появление осевых нагрузок на опоры валов, вызываемых центробежными силами, действующими на упругий элемент.

4. Сцепные управляемые муфты

Сцепные управляемые муфты предназначены для соединения или разъединения валов (или валов и установленных на них деталей) на ходу или в неподвижном состоянии при помощи специальных механизмов управления. Они широко используются при частых пусках и остановках.

По способу передачи крутящего момента Т различают кулачковые и зубчатые (Т передается зацеплением), фрикционные (Т передается силой трения) и электромагнитные муфты.

К у л а ч к о в а я м у ф т а состоит из двух полумуфт с торцевыми кулачками (выступами), входящими во впадины между кулачками сопряженных полумуфт. Включение и выключение осуществляется осевым перемещением одной из полумуфт. Профили кулачков показаны на рис. 12.14. Кулачковая муфта отличается малыми габаритами, простотой конструкции, небольшой стоимостью. Недостаток муфты – недопустимость включения на быстром ходу без синхронизатора и износ кулачков.

Критериями работоспособности являются прочность и долговечность кулачков по изгибным и контактным напряжениям.

Условное контактное напряжение

2Т , dср Zbh

где dср – средний диаметр кулачка, мм; Z – число кулачков; b и h – ширина по среднему радиусу и высота кулачка, мм.

A–A

α

Рис. 12.14

13

Изгибные напряжения

σиз 2kTh [σ]из,

dср ZW

где k – коэффициент неравномерности работы кулачков, k = 2–3; W – изгибающий момент сопротивления опасного сечения кулачка.

Кулачковая муфта может работать и как постоянная муфта, если обе полумуфты жестко закреплены на валу.

З у б ч а т а я с ц е п н а я м у ф т а (рис. 12.15) имеет наружные зубья на полумуфтах 1, внутренние – на перемещаемой обойме 2. Если необходимо часто включать и выключать муфту на ходу, используют синхронизатор, выравнивающий скорости валов перед их соединением.

Ф р и к ц и о н н а я м у ф т а передает крутящий момент за счет сил трения, создаваемых на рабочих поверхностях цилиндрической (рис. 12.16, а), конической (рис. 12.16, б) формы и торцах дисков (рис. 12.16, в).

Необходимое давление на трущихся поверхностях создается с помощью механизмов включения различных конструкций. Из них наиболее распространены кулачково-рычажные механизмы.

2

1

Рис. 12.15

F

F

F

14

Основными критериями работоспособности фрикционных муфт являются надежность сцепления, высокая износо- и теплостойкость трущихся поверхностей. Эти муфты не пригодны в тех случаях, когда требуется строгое соответствие угловых скоростей соединяемых валов, так как при случайном проскальзывании муфты это условие нарушается.

По условиям смазки муфты бывают масляные и сухие. Смазка служит для уменьшения износа, улучшения расцепления рабочих поверхностей и отвода тепла. В масляных муфтах трущиеся детали изготавливаются из закаленной стали, в сухих применяют пары трения «сталь – фрикционный металл», например накладки из асбестопроволочной прессованной ткани, фрикционной пластмассы, металлокерамические покрытия. Основным критерием работоспособности фрикционной муфты является износостойкость трущихся поверхностей.

Работа сил трения при проскальзывании в момент пуска вызывает нагрев муфт, поэтому их проверяют на нагрев.

5. Сцепные самодействующие муфты

Сцепные самодействующие муфты автоматически срабатывают в определенных условиях. Они выполняют одну из следующих функций:

1)ограничение передаваемой нагрузки (предохранительные муфты);

2)передачу момента только в одном направлении (обгонные муфты);

3)включение и выключение при заданной скорости (центробежные

муфты).

Предохранительные муфты срабатывают, когда крутящий момент превышает установленную величину Тmax. При расчете таких муфт во избежание случайных выключений за расчетный принимается момент

Тр = 1,25Тmax.

Предохранительные муфты устанавливают по возможности ближе к источнику перегрузок для снижения инерционных усилий от вращающихся масс привода. К таковым относятся муфты фрикционные, с разрушающим элементом, пружинно-кулачковые.

Ф р и к ц и о н н ы е п р е д о х р а н и т е л ь н ы е м у ф т ы выпускают двух основных типов: конусные (рис. 12.17, а) и дисковые (рис. 12.17, б). Конструкция аналогична управляемым (сцепным) фрикционным муфтам. Сила нажатия создается пружинами, регулированными на предельную нагрузку Тпред. Пружины периодически регулируют, так как по мере износа поверхностей трения диски сближаются. Чаще других используются сухие многодисковые муфты, размеры которых регламентированы ГОСТ 15622–70.

15

Центробежные муфты (рис. 12.21) обычно применяются для облегчения управления, для разгона машин и механизмов, имеющих значительные маховые моменты, для повышения плавности пуска.

Иногда их используют для предотвращения разноса при изменении положения подвижных элементов 1: по достижении ведущим валом заданной частоты она автоматически соединит концы валов.

6. Подбор муфт

Широкое применение муфт вызвало необходимость в их унификации, нормализации и стандартизации. За исходные критерии взяты: предельный крутящий момент Тпред и диапазон посадочного отверстия для валов d.

Подбор муфт осуществляется по следующим критериям работоспособности:

1.Назначение муфты по условиям эксплуатации.

2.Диаметр посадочного отверстия d. Для одного и того же Тпред этот показатель выполняют в определенном диапазоне диаметров, что упрощает соединение валов, например электродвигателя и редуктора.

3.Передаваемый крутящий момент Тпред. Выбор муфты производят по расчетному крутящему моменту с учетом наиболее тяжелых условий нагружения:

Тпр Тс Тд Тнk Т ,

где Тс – статический передаваемый момент, Н м; Тд – момент от динамических усилий, Н м; k – коэффициент перегрузки; [T] – допускаемый крутящий момент муфты данного типоразмера.

7. Назначение и классификация пружин

Общие сведения. Упругие элементы (пружины и рессоры) широко распространены в выпускаемых промышленностью изделиях. Они выполняют следующие функции:

создание сил в передачах трения, муфтах, тормозах и для устранения зазоров в кулачковых и других устройствах;

виброизоляция в транспортных машинах и уменьшение нагрузки на основание (фундамент);

поглощение энергии ударов (пружины КА, рессоры автомобилей);

двигателя (пружинный двигатель раскрытия антенн на КА);

измерение параметров (сил и вибраций) и др.

19

Пружины и упругие элементы широко используют в конструкциях в качестве виброизолирующих, амортизирующих, аккумулирующих, натяжных, динамометрических и других устройств.

Классификация пружин. По виду воспринимаемой нагрузки различают пружины растяжения, сжатия, кручения и изгиба. По геометрической форме их называют винтовыми, спиральными, прямыми и др. Наибольшее распространение получили витые пружины растяжения, сжатия и кручения, изготовленные из проволоки круглого сечения, а иногда квадратного и прямоугольного. Например, из ленты прямоугольного сечения делаются плоские спиральные пружины и пружины изгиба. Для повышения податливости пружин сжатия при ограниченных габаритах можно использовать составные и многожильные витые пружины, изготовленные из тросов, свитых из двух-шести проволок.

В машиностроении распространены винтовые цилиндрические пружины растяжения (рис. 12.22, а), сжатия (рис. 12.22, б) и кручения (рис. 12.22, в), а также фасонные пружины сжатия (рис. 12.22, г – е).

Их изготавливают из проволоки круглого сечения путем навивания на оправке.

Рис. 12.22. Эскизы пружин

В конструкциях применяют реже специальные пружины: тарельчатые и кольцевые (рис. 12.23, а, б) – сжатия; спиральные (рис. 12.23, в) и стержневые (рис.12. 23, г) – кручения; листовые и рессоры (рис. 12.23, д) – изгиба.

Пружины растяжения навивают без просветов между витками и даже с начальным надавливанием витков, компенсирующим частично внешнюю нагрузку.

Пружины сжатия навивают с просветом между витками, который должен на 10…20 % превышать осевые упругие перемещения каждого витка при наибольшей внешней нагрузке.

Пружины кручения навивают с малым углом подъема и небольшими зазорами между витками (0,5 мм).

Статическое нагружение характеризуется постоянным или периодическим нагружением пружины с плавным изменением действующих сил. Такой нагрузке подвергаются пружины фиксаторов и стопоров,

20