Методички / Курс деталей машин
.pdfЛекция №24
Тема 27: Муфты
27.1. Общие сведения
Муфтами в технике называют устройства, служащие для соединения концов валов, стержней, труб, кабелей и т.п. деталей. В курсе "Детали машин и основы конструирования" изучаются муфты для соединения валов. Потребность в соединении валов связана с тем, что большинство машин компонуют из ряда отдельных сборочных единиц с входными и выходными валами, которые соединяют с помощью муфт. Одновременно муфты могут выполнять и другие функции. В современном машиностроении применяют большое количество муфт,
различающихся по принципу действия и управления, назначению и конструкции.
1. По принципу действия различают муфты:
1.1.механические;
1.2.гидродинамические;
1.3.электромагнитные.
Вкурсе "Детали машин и основы конструирования" изучают только
механические муфты, которые для краткости называют просто «муфты».
2.По принципу управления муфты разделяют на:
2.1.неуправляемые (постоянно действующие);
2.2.управляемые (сцепные);
2.3.самоуправляемые (автоматические).
А) Неуправляемые муфты подразделяют на:
2.1.1.глухие;
2.1.2.компенсирующие;
2.1.3.упругие.
Б) Сцепные муфты производят двух конструкций:
2.2.1.кулачковые;
2.2.2.фрикционные.
– длина муфты L = 3dх = 2 1,5 dх, где 1,5 dх – максимальная длина полумуфты, позволяющий втулке работать без упора (центрирование по диаметру).
Соединение втулки с валами выполняют с помощью штифтов, шпонок или шлицев. Втулочные муфты применяют в лёгких машинах при диаметрах dх 100 мм. Прочность муфты определяется прочностью соединения.
Достоинства:
1.Простота конструкции.
2.Малые габариты.
2. Фланцевые муфты (рис. 27.2) стандартизованы по ГОСТ 20761, их применяют для соединения валов с dх 250 мм. Полумуфты изготовляют литьём из чугуна или стали, а болты – из высоколегированной стали. Полумуфты устанавливают на гладкие цилиндрические концы валов по переходным посадкам
H7/k6, H7/m6, H7/n6. Болты устанавливают с зазором или без зазора. Установка болтов без зазора позволяет получить муфты меньших габаритов и поэтому более распространена. Расчёты на прочность выполняют для шпоночных и шлицевых соединений с валом и болтов. Фланцевые муфты широко распространены в машиностроении.
Достоинства:
1.Простота конструкции.
2.Сравнительно небольшие габариты.
Недостаток – необходимость строгой соосности валов и перпендикулярности торцов валов осям.
3. Продольно-свертные муфты (рис. 27.3) изготовляют по ГОСТ 23106.
Они состоят из двух полумуфт с плоскостью разъёма, совпадающей с осью валов,
между которыми зажимаются болтами хвостовики соединяемых валов. Муфты малых и средних размеров передают вращающий момент только трением между валами и муфтой. Зазор между полумуфтами составляет 2…3 мм. В муфтах больших размеров между валами и муфтой вводится шпонка, которая передаёт основную часть вращающего момента. Муфту применяют при dх = 20…140 мм.
Расчёт сводится к назначению количества и определению диаметра болтов. Он выполняется подобно расчёту клеммового соединения, исходя из предположения,
что даже при наличии шпонки вращающий момент передается только трением.
Рис. 27.3. Продольно-свёртная муфта
Достоинство – удобство монтажа.
Недостатки:
1.Большая масса и ограниченная быстроходность (nmax = 250 об/мин).
2.Трудность балансировки.
3.Непригодность при ударных нагрузках.
Муфты имеют ограниченное применение.
27.3. Виды несоосности валов Вследствие погрешностей изготовления и монтажа всегда имеется
некоторая неточность взаимного расположения осей соединяемых валов.
Различают три вида отклонений от номинального расположения валов (рис. 27.4):
–продольное смещение а;
–радиальное смещение r (эксцентриситет);
–угловое смещение (излом осей).
l
r
l |
r |
|
Рис. 27.4. Виды несоосности валов
На практике встречается комбинация указанных отклонений, которую называют общим термином «несоосность валов». В конструкциях муфт несоосность валов компенсируется одним из трех способов:
1.Большими зазорами в сопряжениях деталей (обычно при малых скоростях
инагрузке).
2.Скольжением одних деталей относительно других.
3.Упругой податливостью деталей.
В первых двух способах компенсация вредного влияния несоосности валов достигается вследствие подвижности жёстких деталей. Такие муфты называются компенсирующими жёсткими. При использовании последнего способа муфты называются упругими.
27.4.Компенсирующие жёсткие муфты
4.Зубчатые муфты по ГОСТ 5006 применяют в высоконагруженных конструкциях для валов с диаметром dх = 40…560 мм. Муфта состоит из двух
втулок с внешними зубьями и разъёмной обоймы с двумя рядами внутренних
зубьев. Наиболее распространён эвольвентный профиль зубьев с углом профиля= 20 и рабочей высотой зуба h 1,8m.
|
r |
Рис. 27.5. Зубчатая муфта |
Рис. 27.6. Муфта Ольдгейма |
Муфты компенсируют все виды несоосности валов. С этой целью выполняют торцовые зазоры и увеличенные боковые зазоры в зацеплении,
зубчатые венцы полумуфт выполняют по сферам, а зубья делают бочкообразными. Допускаемые смещения валов определяют из того условия,
чтобы углы между осью обоймы и осью вала составляли < 0,5 (рис. 27.5).
Практически это позволяет компенсировать радиальное смещениеr = 1,5…6,5 мм или угловое смещение = 1,5 . Муфта имеет весьма широкое применение.
Компенсация несоосности валов при работе муфты сопровождается скольжением в местах соприкасания зубьев и их износом. Износостойкость
является основным критерием работоспособности и расчёта. Для уменьшения износа в обойму заливают масло. Расчётное давление определяют по формуле:
p |
2K T |
[ p] 12...15МПа, |
(27.1) |
|
|||
|
A zD0 |
|
|
где К – коэффициент концентрации нагрузки, К = 1,1…1,3. |
|
||
z – число зубьев полумуфты; |
|
||
D0 – делительный диаметр; |
D0 =mz; |
|
|
А – проекция рабочей поверхности зуба на его среднюю диаметральную |
|||
плоскость: |
|
|
|
|
A bh. |
(27.2) |
|
После подстановки в формулу (27.1) и преобразования получают:
p |
K T |
(27.3) |
|
|
. |
||
, D b |
|||
|
|
|
|
5. Муфта кулачково-дисковая |
(Ольдгейма) по ГОСТ 20720 |
(рис. 27.6) |
|
состоит из двух полумуфт и промежуточного диска. На внутреннем торце каждой полумуфты образовано по одному диаметрально расположенному пазу. На обоих торцах диска выполнено по одному выступу, которые расположены по взаимно перпендикулярным направлениям. У собранной муфты выступы диска входят в пазы полумуфт. Таким образом диск соединяет полумуфты.
Перпендикулярное расположение пазов позволяет муфте компенсировать эксцентриситет и излом валов. При этом выступы скользят в пазах, а центр диска описывает окружность радиусом r. Зазоры между диском и полумуфтами позволяют компенсировать также и продольные смещения валов. Перекос валов вызывает неблагоприятное распределение давления в пазах, поэтому муфту применяют, в основном, для компенсации эксцентриситета: r < 0,05dх; при этом
1 .
Скольжение выступов в пазах сопровождается их износом. Интенсивность износа возрастает с увеличением несоосности и частоты вращения. При dх 60 мм nmax = 250 об/мин; при dхв > 60 мм nmax = 100 об/мин. Для уменьшения износа поверхности трения муфты периодически смазывают и не допускают в них большого давления. Смазывание является основным условием расчёта всех компенсирующих жёстких муфт. Расчёт на износостойкость по давлению ведут
по формуле:
p |
6 KTD |
|
[ p] 15...20МПа, |
(27.4) |
|
|
|||
h(D3 d 3 |
) |
|||
|
хв |
|
|
|
где К – коэффициент динамичности режима нагрузки;
D – наружный диаметр муфты; на практике принимают D/dх= 2,5…3.
При малом эксцентриситете формула (27.4) может быть записана в виде:
p |
8T |
[ p]. |
(27.5) |
|
hD2 |
||||
|
|
|
Лекция №25
27.5.Упругие муфты
27.5.1.Назначение и динамические свойства муфт
Характерным элементом упругих муфт является звено или ряд звеньев,
способных деформироваться в процессе работы, причем способность к упругой деформации является главной особенностью муфты. Важнейшими свойствами муфт являются способность амортизировать (ослаблять) и демпфировать
(заглушать, успокаивать) колебания внешней нагрузки.
1. Способность смягчать (амортизировать) толчки и удары. При резком изменении нагрузки на один из валов влияние этого изменения на другой вал может быть значительно уменьшено за счёт деформации упругих элементов муфты. Кинетическая энергия удара при этом частично поглощается упругим элементом и переходит в тепло, частично аккумулируется упругими элементами,
превращаясь в потенциальную энергию деформации.
2. Способность служить средством защиты от резонансных крутильных колебаний, возникающих в механизме вследствие неравномерности вращения.
Например, если в двигателе внутреннего сгорания имеется звено с собственной частотой колебания, равной числу вспышек в цилиндрах, то это звено может разрушиться.
3. Способность компенсировать несоосность валов.
Одной из основных характеристик упругой муфты является её жесткость.
Для муфт постоянной жесткости коэффициент жёсткости:
C |
T |
const , |
(27.6) |
где – угол закручивания муфты моментом Т (рис. 27.8).
В зависимости от характеристики различают муфты с постоянной и переменной жёсткостью. Переменной жёсткостью обладают муфты с неметаллическими упругими элементами, материалы которых (резина, войлок и
