Таблиця 9.18 – Розміри і параметри ланцюгової однорядної муфти

157

Муфта має лінійну характеристику при крученні доти, поки пружина не дотикається до скосу паза. При подальшій деформації пружини характеристика муфти нелінійна. Напруження згину в пластинах пружин визначається за формулою

Рисунок 9.16 - Муфта з радіальними пластинчастими пружинами

Таблиця 9.19 – Розміри муфти з радіальними пластинчастими пружинами

де σ згadm – допустимі напруження згину для матеріалу пластин, МПа; W– мо-

158

мент опору поперечного перерізу пакета пластин,мм3; а – відстань між півмуфтами у місці фіксування пружин, мм; F2 – колова сила, що діє на пакет

Тут Т2 – крутний момент на муфті, Нм; m – кількість пакетів; R – радіус півмуфти, де зафіксовані пакети пружин, м.

Момент опору поперечного перерізу обчислюється за формулою

кість пластин у пакеті; Пластини виготовляють з термооброблених сталей марок 65Г ГОСТ

105088 або 65С2А ГОСТ 4543-89.

9.4 Керовані муфти

Муфти цієї групи призначені для з'єднання і роз'єднання валів під час зупинки і роботи приводу за допомогою механізмів керування.

Кулачкова муфта. Для передачі значних моментів при нечастих включеннях і необов'язковій плавності з'єднання застосовують кулачкові або зубчасті муфти. Вони мають значно менші габаритні розміри і масу, чим фрикційні муфти, однак для їхньої роботи потрібно висока точність установки валів.

Застосовують три основні профілі кулачків: трикутний, трапецеїдальний і прямокутний (рис.9.17). Трикутний профіль (рис.9.17, а); має перевагу над іншими в легкості і швидкості включення, що обумовлено великим чис-

лом кулачків (z =15...60). Кут профілю α=300…450. Трикутний профіль застосовується в муфтах, які передають невеликі крутні моменти.

Трапецеїдальний профіль (рис.9.17, б) застосовують у муфтах, які передають великі крутні моменти при великих частотах обертання валів. Кут

профілю до осі α=3…5°, число кулачків від 3 до 15. Муфти з трапецеїдальними і трикутними профілями кулачків мають потребу в невеликому

осьовому підтисканні і після включення (якщо α > ρ, де ρ — кут тертя), тому що в них виникають осьові сили, які намагаються розсунути півмуфти.

Прямокутний профіль (рис.9.17, в) застосовують у муфтах важко навантажених машин. Цей профіль забезпечує зчеплення півмуфт із зазором, тому погано працює при реверсивному навантаженні. Муфти важче включаються, але не вимагають постійної осьової сили притиснення і мають правильний контакт зубців по поверхні при неповному включенні муфти.

Несиметричні трикутні і трапецеїдальні профілі (рис.9.17, г, д) застосовують у муфтах для з'єднання валів з постійним напрямом обертання. Для полегшення включення муфти застосовують підрізані головки кулачків

(рис.9.17, е).

Профілі кулачків у поздовжньому перетині показані на рис.9.20, ж, з, і. Трикутний профіль має зменшену до осі муфти висоту (рис.9.20, з), тому що крок пропорційний радіусу, а профілі у всіх перетинах подібні.

159

Матеріал кулачкових муфт повинен забезпечувати високу твердість робочих поверхонь кулачків і посадкової поверхні рухомої півмуфти. Для півмуфт використовують сталі типу 20Х, 12ХНЗА з цементацією і гартуванням до твердості 54…60 НRС. Муфти великих розмірів виготовляють із сталі 45 або 45Л, а у відповідальних конструкціях при частих включеннях і вимиканнях - із сталі 40Х, 40ХН, 35ХГСА та ін. Робочі поверхні кулачків гартують до твердості 40…45 НRС.

Рисунок 9.17 – Профілі кулачків

Допустимі контактні напруги σНР для твердих робочих поверхонь ку-

лачків приймають: 90…120 МПа - для муфт, що включаються в стані спокою, 35…70 МПа - для муфт, що включаються на ходу. Більші значення приймають для муфт із малим числом кулачків, менші - для муфт із великим числом кулачків.

Критеріями працездатності кулачкових муфт є міцність кулачків на зминання робочих поверхонь і на згин. Кулачки зношуються при неспіввісних валах і при включенні муфти на ходу.

Контактні напруження підраховують припускаючи, що рівномірно навантажені всі кулачки

де Тр - розрахунковий крутний момент; dср — середній діаметр муфти (по кулачках); А - площа проекції опорної поверхні кулачка на діаметральну площину; z - число кулачків.

Номінальне напруження згину в основі кулачків при умові, що сила прикладена до вершин кулачків,

де h - висота кулачків; k - коефіцієнт нерівномірності навантаження кулачків, рівний 2...5 (менші значення - при більшій точності виготовлення і ма-

160

лому числі кулачків і навпаки); W – осьовий момент опору перерізу основи кулачка; n – коефіцієнт безпеки, n ≥1,5.

Рисунок 9.18 - Кулачкова муфта з несиметричною трапецеїдальною формою кулачків

Таблиця 9.20 – Розміри кулачкових муфт з несиметричною трапецеїдальною формою кулачків

На рис.9.18 зображена кулачкова муфта, яка складається з двох півмуфт 1, 2 з торцевими кулачками 3. При включенні кулачки однієї півмуфти входять у впадини другої. Включення і виключення муфти здійснюють переміщенням однієї з півмуфт вздовж вала за допомогою вилки 4.

9.5 Запобіжні муфти

Запобіжні муфти служать для запобігання деталей машин від перевантажень. Їх застосовують у машинах ударної дії у зв'язку із складністю точ-

161

ного розрахунку сили удару і наявністю значних інерційних мас; у машинах, що обробляють неоднорідний матеріал з твердими включеннями (землерийні, грунтообробні, дробильні та інші машини); в автоматичних машинах у зв'язку з відсутністю постійного контролю за їхньою роботою.

Вимоги, які ставляться до запобіжних муфт:

1)надійність і безвідмовність дії;

2)точність спрацьовування, яка обумовлена здатністю роз'єднувати кінематичний ланцюг при заданому крутному моменті;

3)можливість контролю величини граничного крутного моменту;

4)здатність автоматично відновлювати свою працездатність після спрацьовування.

Муфти з руйнуючим елементом. Запобіжні елементи цих муфт найчастіше працюють на зріз; у цьому випадку їх виконують у формі циліндричних штифтів або у вигляді призматичних шпонок. Ці муфти відрізняє висока несуча здатність, простота конструкції, що й обумовило їхнє широке поширення незважаючи на ряд властивих їм недоліків:

1)поступове зниження міцності запобіжного елемента внаслідок нагромадження втомних ушкоджень;

2)зниження точності спрацьовування при числі запобіжних елементів більше одного внаслідок нерівномірного їх навантаження;

3)додаткове навантаження на вали й опори при наявності одного запобіжного елемента;

4)необхідність заміни запобіжного елемента після спрацьовування муфти, що зв'язано з зупинкою машини;

5)залежність точності спрацьовування від похибок виготовлення.

Такі муфти застосовують у машинах з рідкими випадковими перевантаженнями.

На рис.9.19, а (табл.9.21) наведена конструкція й основні розміри муфти із зрізним штифтом. Обидві півмуфти розташовані на валу 1. Півмуфта 2 з'єднана з валом шпонкою, а півмуфта 6 сидить на ньому вільно і з'єднана шпонкою з деталлю, що розташована на її маточині. Півмуфти з'єднані циліндричним штифтом 4, розташованим у втулках 3 і 5, виготовлених із сталі 40Х с наступною термообробкою до твердості 50…60 НRС.

Щоб уникнути ушкодження торців півмуфт задиркою зрізаного штифта на них передбачені кільцеві канавки шириною f і глибиною g. Для полегшення заміни штифта на зовнішню поверхню півмуфт наносять риски, при сполученні яких осі отворів втулок 3 і 5 збігаються. Замість гладких штифтів можуть застосовуватися штифти з проточкою. Як показав експеримент, вони мають більш стабільні характеристики і простіше усуваються після руйнування (задирка не виступає за межі діаметра штифта). Штифти виготовляють із сталей марок У8А, У10А або 40, 45, 50.

Величина крутного моменту, що обмежує використання муфти

де А – площа поперечного січення штифта (чи шпонки); k0 – коефіцієнт пропорційності (табл. 9.22);

σв – границя міцності при розтягу матеріалу запобіжного елемента; R – радіус кола, на якому розміщений запобіжний елемент.

162

Після

складання

Рисунок 9.19 – Муфта зі зрізними штифтами

Таблиця 9.21 – Розміри деталей муфт (рис.9.19,а)

163

Розділ 9 Муфти

Таблиця 9.22 – Значення коефіцієнта k0 для штифтів

Примітки. Дані отримані при випробуваннях штифтів зі сталей марки У10А, 45 і 50.

Таблиця 9.23 – Розміри і параметри елементів муфт (рис.9.19, б)

При проектному розрахунку визначають діаметр штифта

164

10 КОНСТРУЮВАННЯ ДЕТАЛЕЙ РЕДУКТОРА

10.1 Конструювання зубчастих і черв’ячних коліс та черв’яків

Сталеві зубчасті колеса виконують точеними з круглого прокату, кованими, штампованими і литими. Спосіб виготовлення і конструкція колеса визначаються його розмірами і серійністю виробництва.

Шестірні часто виготовляють як одне ціле з валом (вал-шестірня). Цільна конструкція зменшує загальну вартість вала і шестірні, збільшує жорсткість вала, що сприятливо позначається на роботі зубчастого зачеплення, особливо при консольному розташуванні одного з коліс.

Шестірні виготовляються також знімними, якщо це виправдано конструктивно, технологічно чи економічно (наприклад, шестірня з легованої сталі, вал - з вуглецевої) і відстань х від впадини зубця до шпонкового пазу більша 2,5mt для циліндричних і 1,8me для конічних шестірень (рис.10.1).

В одиничному і дрібносерійному виробництві зубчасті колеса діаметром меншим 150 мм виконують із круглого прокату чи поковок, а заготовки коліс більшого діаметра (до 600 мм) - вільним куванням. Такі заготовки обробляються по всіх поверхнях.

У середньо-, крупносерійному і масовому виробництві при діаметрах до 600 мм колеса виготовляють переважно штампованими.

Штампування відрізняється високою продуктивністю і максимально наближують форму заготовки до форми готового колеса. Для полегшення заповнення штампа металом і звільнення його від заготовки штамп і заготовка повинні мати відповідні радіуси заокруглень і штампувальні ухили (~5°).

Внутрішня поверхня обода, зовнішня поверхня маточини, бокові поверхні диску штампованих коліс звичайно не обробляються.

Колеса великих діаметрів виготовляють литими, а в індивідуальному виробництві – зварними.

Чавунні колеса у тихохідних малонавантажених передачах виготовляють найчастіше литими. У коліс литої конструкції в дисках роблять 4...6 отворів. Отвори призначені для кріплення колеса при обробці заготовки, що дозволяє обробляти отвір під вал і зовнішню поверхню обода з однієї установки. Великі розміри отворів зменшують масу коліс.

У колесах дискової конструк-

163

ції симетричне розташування диску, щодо обода колеса, зовсім не обов'язкове. Розташування диску біля одного з торців обода дозволяє у ряді випадків істотно зменшити нерівномірність розподілу навантаження по ширині вінця, а також спрощує технологію кування колеса в однобічних підкладних штампах, а в литих колесах спрощує модель і виливки.

Виступаюча по обидва боки вінця маточина дає можливість нарізати зубці тільки на одному колесі, а маточина, що виступає лише з одного боку, дозволяє нарізати зубці на двох колесах одночасно. При однаковій довжині маточини і ширині вінця можливе одночасне нарізування зубців на декількох колесах.

У маточині литого колеса іноді для полегшення колеса проти шпонки робиться прилив, що дозволяє виготовити іншу частину маточини більш тонкою.

Таблиця 10.1 - Розміри елементів зубчастих коліс.

В масовому виробництві циліндричні колеса при нарізанні зубців обробляють «пакетами» по два і більше. При цьому маточина не повинна виступати за торець вінця,

тобто lст≤ b.

Позначення: dв – діаметр вала; mn – модуль нормальний; mе – зовнішній коловий модуль; b – ширина зубчастого вінця; Re – зовнішня конусна відстань.

164

165

166

При діаметрах d ≥ 500 мм важко навантажені колеса можуть виконуватися бандажними. Бандаж (обід) виконується з легованої сталі, центр – із дешевої вуглецевої сталі литим чи зварним, а також - литим чавунним (рис.10.2,д). Товщина бандажу (мм) по впадинах зубців:

при z<150.

Найбільш розповсюдженим і продуктивним є нарізування зубців чер- в'ячною фрезою. Ширина канавки між півшевронами шевронного колеса при нарізуванні зубців черв'ячною фрезою визначається за табл.10.3.

Таблиця 10.3 - Ширина канавки k, мм для виходу черв’ячної фрези

167

Витки черв’яків виконують у більшості випадків за одне ціле з валом (рис. 10.6): фрезеруванням при d0 > df1 чи нарізанням на токарних станках при d0 < df1, чим забезпечується вільний вихід різця.

Черв'ячні колеса для економії кольорових металів виконують із бронзовим вінцем і чавунним чи (рідше) сталевим центром.

b1

a)

б)

Рисунок 10.6 - Черв’яки:

а – з фрезерованими витками; б – з витками, нарізаними на токарному верстаті.

Для коліс невеликих і середніх діаметрів найбільш часто застосовується бандажна конструкція, у якій бронзовий обід сідає на колісний центр по посадці з гарантованим натягом. Конструкція цього з'єднання показана на рис.10.7. Для з'єднання обода і колісного центра застосовують посадки

Hp67 , Hr67 , Hs67 , Hs77 , Hs78 .

При нагріванні до високої температури посадка може ослабнути внаслідок розходження в коефіцієнтах лінійного розширення бронзи і чавуну. Для запобігання взаємного окружного й осьового зсуву вінця і маточини їх з'єднують гвинтами по поверхнях рознімання. Як правило, використовують стандартні гвинти із шестигранною головкою, їх сильно затягують. Після затягування зайву частину гвинтів зрізають, а ту частину що залишилася закернують у декількох місцях. При свердлінні отворів під гвинти у площині спряження двох деталей, свердло веде в бік менш твердої деталі. Для усунення цього, центр отвору зміщують у бік більш твердої деталі. При чавунному центрі такий зсув можна не робити. Посадочну поверхню виконують з упорним буртиком або без нього. Щоб уникнути центрування по двох поверхнях діаметр розточки у вінці під буртик повинен бути на 0,5...1 мм більшим діаметра буртика центра колеса. Розміри, буртика: h = (0,15…0,2)b2, t=0,1b2. У з'єднанні без буртика гвинти ставлять із двох сторін у шаховому порядку.

168

з)

е)

Рисунок 10.7 - Конструкція черв’ячних коліс:

а– з напресованим і фіксованим гвинтом вінцем; б – з напресованим вінцем;

в– з прикрученим вінцем; г – суцільнолите черв’ячне колесо; д – фіксація вінця;

е– біметалічна конструкція черв’ячного колеса; ж – закруглення зубця колеса;

з– фаска зубців колеса.

169

У колесах великих діаметрів (dам2 ≥ 400 мм) вінець ставлять на болтах для отворів з-під розверстки (рис.10.7,в). У серійному і масовому виробництві застосовують біметалічну конструкцію (рис.10.7, е), у якій вінець відлитий у форму з попередньо вставленим у неї центром. Кути по краях зубців притупляють фаскою або округленням (рис.10.7, ж, з).

Часто торці зубців оформляють відповідно до кута обхвату 2γ (рис.10.7, б). При цьому зменшується можливість поломки зубця при зсуві плями контакту до одного з торців. Конструкція центра виконується аналогічно конструкції литих зубчастих коліс. Робочі креслення зубчастих і черв’ячних коліс зображені на рис.10.8…10.13.

10.2 Конструювання шківів пасових передач та зірочок ланцюгових передач

Шківи плоскопасових передач. При коловій швидкості υ ≤ 15 м/с

шківи виготовляють з чавуну СЧ15, для υ =15…30 м/с – із СЧ20. При великих швидкостях, внаслідок дії відцентрових сил, міцність чавуну недостатня. Якщо швидкість менша 45 м/с, застосовують сталеві шківи марки 25Л.

170

Частіше шківи виготовляються литими, а при малих діаметрах - точеними.

Рисунок 10.8

171

Рисунок 10.9

172

Рисунок 10.10

173

Рисунок 10.11

174

Рисунок 10.12

175

Рисунок 8.13

176

Стандарт ГОСТ 17383-73 регламентує три види конструктивного виконання робочої поверхні ободу шківа: опуклий (рис.10.14, а, б); циліндричний (рис.10.14, б); циліндричний з подвійною конусністю (рис.10.14. г). Там же наведені значення стріли опуклості h (табл.10.5).

Опуклість робочої поверхні ободу запобігає сповзанню паса. Опуклість переважно роблять на більшому шківі, тому що напруження від згину паса менші, ніж на малому шківі. При u = 1 робиться опуклим ведений шків, а при υ > 25 м/с опуклими мають бути обидва шківи. За конструкцією литі і точені шківи виконуються монолітними (рис.10.14, а), з диском (рис.10.14, б), із спицями. Якщо висока точність монтажу передачі не може бути забезпечена, для попередження сповзання паса застосовують шківи з ребордою.

У дисках передбачають отвори для кріплення шківа при обробці, полегшення транспортування та зменшення маси, а також для виходу ливарних газів (для литих конструкцій).

Шківи із спицями використовують при коловій швидкості υ < 25 м/с і dP > 300 мм, у випадку більшої швидкості застосовують шківи з диском.

Число спиць можна визначити розрахунковим шляхом:

zc = d p 6,5 ,

де dp – розрахунковий діаметр шківа, мм.

Якщо zс<3, то шків виготовляється з диском. Якщо zс>3, то кількість спиць округлюється до найближчого парного числа. Вісь шпонкової канавки

177

Таблиця 10.5 - Діаметри шківів і стріла опуклості, мм (ГОСТ 17383-73)