ОПМ / ЛекцииДеталиМашин_1 / Лекция 10. Муфты

Назначение муфт, применение в машинах

Муфтами приводов называют устройства, основное назначение которых – соединение валов и передача вращающего момента без изменения значения и направления. Некоторые типы муфт дополнительно могут способствовать снижению в машинах вредных нагрузок, предохранять от перегрузок, включать и выключать исполнительный элемент машыны.без остановки двигателя.

Для приближенного расчета вращающего момента Т_к , нагружающего муфту в приводе, используется зависимость:

Т_к = Т_н + Т_Д = КТ_Н

Где Т_Н – номинальный длительно действующий момент;

Т_Д – динамическая составляющая момента;

К – коэффициент режима работы (К = 1,1 … 1,4 при спокойной работе – приводы конвейеров, испытательные установки; К = 1,5 … 2,0 при неравномерной работе – поршневые компрессоры, металлорежущие станки, мельницы; К = 2,5 … 3,0 – при ударной нагрузке – молоты, прокатные станы).

Установка полумуфт на валы

Устанавливаются на цилиндрические или конические концы валов. При постоянном направлении вращения и умеренно нагруженных валах

(τ ≤ 15 Н/мм²) полумуфты сажают на гладкие цилиндрические валы по переходным посадкам типа Н7/k6. Н7/m6. При реверсивной работе, при сильно нагруженных валох (τ > 15 Н/мм²) применяют посадку Н7/n6

Для передачи вращающего момента используют шпоночное соединение. Установку полумуфт на цилиндрические шлицевые концы валов применяют, если при расчетешпоночного соединения длина посадочного отверстия получается большнй 1,5d.

Муфты классифицируются:

По управляемости:

1. неуправляемые (постоянные ,нерасцепляемые), обеспечивающие постоянное соединение валов.Длинные валы по условиям изготовления и транспортировки делают составными, соединяя отдельные части некомпенсирующими (глухими) муфтами.Для снижения вредных нагрузок на валы вследствии их смещения применяют компенсирующие муфты: жесткие и упругие. Упругие способны сглаживать динамические нагрузки (толчки, удары, вибрацию) вследствии наличия металлических и неметаллических упругих элементов.

2. управляемые (сцепленые) , соединение и разъединение во время работы По принципу работы Различают муфты с профильным замыканием (кулачковые, зубчатые) и фрикционные. По форме поверхности трения фрикционные делят на дисковые,конусные и цилиндрические

3. Самоуправляемые, срабатывают автоматически при изменении режима работы. Для предохранения от перегрузок, от неправильной эксплуатации служат предохранительные муфты. Для обеспечения плавного пуска машин с большими ускоряемыми массами применяют центробежные муфты. Передачу момента и вращения только в одном направлении обеспечивают автоматически срабатывающие обгонные муфты. (муфты свободного хода).

Расчетный момент.

Основной характеристикой нагруженности муфты является передаваемый вращающий момент Т, Н.м.:

Т = Т_Н + Т_Д = Т_Н(1 + Т_Д/Т_Н) = КТ_Н

Т_Н – номинальный момент (по потребляемой мощности двигателя, по частоте вращения)

Т_Д – Динамический момент;

К – коэффициент динамичности (режима работы)

К = 1,1 …1,5 – спокойная работа, небольшие массы;

К = 1,5 …2,0 – неравномерная работа, средние массы;

к = 2,5 …3,0 – ударная нагрузка, большие массы

Наиболее слабые звенья выбранной муфты проверяют расчетом на прочность по расчетному моменту. Расчеты на прочность включают в себя расчеты шпоночных и шлицевых соединений, используемых для передачи вращающих моментов. между валами и полумуфтами. Во избежание случайных выключений муфты рассчитывают по предельному моменту: Т_пред = 1,25Т_мах

Муфты, постоянно соединяющие валы

Глухие муфты

1. Втулочная муфта – Ст.5, Ст.3.; наружный диаметр D =( !,5…!,6)d,

где d – диаметр вала. Длина муфты L = (2.5 …4)d

2. Фланцевые муфты – полумуфты – ступицы с фланцем, соединенные болтами. Сила действующая на один болт, F_t = 2T10³/zD₁, где T- расчетный вращающий момент; z – число болтов поставленных без зазора; D₁ – диаметр, расположения оси болтов. Диаметр стержня болта([τ] < (0,2…0,3)σ_Т

t = 4F_t/πd²₀ ≤ [τ] d₀ ≥

При установке болтов с зазором – вращающий момент силами трения на фланцах Т_тр = F_зат f z D₁/2 10³; F ≥ 2T10³/zfD₁ = 2TS10³/zfD₁

f = 0,15 …0,2; S = 1,2…1,5

Внутренний диаметр резьбы болта определяем из условия:

σ_р = 1,3 F_зат 4/πd²₃≤ [σ]_p d₃≥

Материал полумуфт – стали 40, 35Л; чугуны СЧ30.

Полумуфты устанавливаются с натягом

Компенсирующие муфты

• для соединения валов с несовпадающими осями. Смещение валов приводит к дополнительным нагрузкам деталей муфт, валов и их опор.

В связи с неизбежным смещением соосных валов для их соединения применяют:

Жесткие муфты

1. Зубчатые муфты – состоит из двух одинаковых ступиц (втулок), имеющих внешние зубчатые венцы и двух одинаковых обойм с внутренними зубчатыми венцами. Обоймы стянуты болтами равномерно расположенными по окружности. В крышках , закрывающих внутреннюю полость муфты расположены специальные резиновые уплотнения, удерживающие жидкую смазку внутри муфты. Число зубьев и их размеры подобраны таким образом что бы зубья венца втулки располагались с некоторым зазором между зубьями обоймы, образуя зубчатое соединение

Муфты обладают большой несущей способностью и надежностью из за большого числа зубьев, передающих вращающий момент. Хорошо работают при значительных частотах вращения. Материал – 35ХМ, 40, 45, 40Л, 45Л.

2. Цепные муфты – полумуфтами служат звездочки, соединительный элемент – цепи роликовые однорядные, двухрядные и зубчатые. Достоинство : при монтаже и демонтаже не требуется осевого смещения узлов.

Исполнение полумуфт – цилиндрические со шпонкой, конические со шпонкой с резьбовым концом, шлицевые с эвольвентными или прямобочными шлицами. Обозначение: Муфта 500 – 1- 50 –1 –56 2 (крутящий момент 500Н.м., тип 1, диаметр вала 50мм, исполнение 2. Размеры муфт по таблицам.

Силу с которой муфта воздействует на вал, можно принимать в долях от окружной силы на делительном диаметре звездочки:

F_M ≈ 0,25F₀

3. Шарнирные муфты – для передачи вращающегося момента с большими углами перекоса

4. Пальцевая муфта с металлическими дисками – компенсирует угловое смещение валов

   1. Муфты упругие втулочно–пальцевые (МУВП) – простота конструкции, удобство замены резиновых упругих элементов. Компенсирующая способность невысокая. Пальцы муфты изготавливают из стали 45 и рассчитывают на изгиб:

   2. σ_и= 2 10³Т_к(0,5 l_вт + С)/Z_cD₀0.1d³_n≤[σ]_u = (0,4 … 0,5)σ_Т

Радиальную силу действующую на вал , определяют F_M = 50

Упругие муфты – наличие упругого элемента, универсальна.

1. Муфты с неметаллическими упругими элементами (резино – кордные, резиновые)

2. Муфты с упругим элементом в виде резиновой торообразной оболочки – обладают большой крутильной, радиальной и угловой податливостью. При отклонении валов от соосности муфта нагружает валы осевой; при компенсации осевого смещения валов – радиальной силой; изгибающим моментом – при компенсации радиального и осевого смещения.

Ориентировочные размеры:

D ≥ 28; D₁ = 0,75D ; δ = 0,05

После предварительных расчетов проверяют прочность оболочки в кольцевом сечении диаметром D:

τ_K = 2 10³T_K/(πD₁²δ) ≤ [τ]_K

Оболочки D ≤ 300 мм выполняют из резины: допускаемые касательные напряжения [τ]_K = 0,45 … ).50 Н/мм². При D > 300 мм для повышения нагрузочной способности и срока службы оболочки армируют нитями корда. Для них [τ]_K = 0,7… 0,75 н/мм²

3. Муфта с конической шайбой

4. Муфты с металлическими упругими элементами (стальные стержни)

Муфты сцепные управляемые

1. Муфты сцепные кулачковые – при больших вращающих моментах, когда угловые скорости валов равны. Материал обеспечивает высокую твердость рабочих поверхностей 20Х, 12ХН3А, 40Х, 40ХН, 35ХГСА

2. Муфты сцепные фрикционные (сухие, со смазкой) – передают вращающий момент за счет сил трения на рабочих поверхностях, создаваемых плавным прижатием рабочих поверхностей. Меняя силу прижатия можно регулировать момент сил трения

Муфты сцепные самоуправляемые

Муфты предохранительные:

1. Муфты предохранительные с разрушающим элементом – малые габариты, высокая точность срабатывания. При перегрузке предохранительный элемент срезается, полумуфты размыкаются.

2.Муфты предохранительные фрикционные – автоматически восстанавливают работоспособность машины после прекращения действия перегрузки, однако точность срабатывания их невелика из за непостоянства коэффициента трения на трущихся поверхностях дисков.

Муфты свободного хода

1. Муфты с эксцентриковыми роликами

Муфты центробежные (пусковые)

1. Колодочная нормально – разомкнутая муфта.