3 Упругие подвижные муфты

Эти муфты характеризуются наличием упругого элемента, за счет деформации которого осуществляется взаимное перемещение деталей муфты, необходимое для компенсации смещения осей ведущего и ведомого валов.

Основные свойства.

Упругие подвижные муфты способны:

1) смягчать толчки и удары; при этом кинетическая энергия удара частично поглощается и переходит в теплоту, частично аккумулируется упру­гими эле­ментами, превращаясь в потенциальную энергию деформации;

2) служить средством защиты от резонансных крутильных колеба­ний, воз­никающих вследствие неравномерности вращения;

3) допускать сравнительно большие смещения осей соединяемых валов. При этом благодаря деформации упругого элемента, валы и опоры на­гружаются

малыми силами и моментами.

Рисунок 16. Линейная и нелинейная характеристики муфт.

Упругие муфты характеризуются:

1) жесткостью при кручении (или обратной величи­ной - податливостью), пред­ставляющей собой зависимость относитель­ного угла поворота полумуфты от величины крутящего момента М_кр (рисунок 16);

2) демпфированием, т. е. способностью необратимо поглощать механическую энергию;

3) энергоемкостью, представляющей со­бой работу упругой де­формации муфты при действии некоторого крутящего момен­та. Энергоем­кость является сравнительной характеристикой муфт и не может быть использована при динамических расчетах машин с упругой муфтой.

Различают муфты постоянной (линейной) и переменной (нелинейной) жестко­сти. Жесткость нелинейной муфты С определяется как производная от кру­тя­щего момента по углу закручивания (С=dM_кр/dφ) и является переменной ве­ли­чиной. Характер этой зависимости определяется конструкцией муфт, а для муфт с неметаллическими упругими элементами - еще температурой и зако­ном изменения нагрузки во времени. Нелинейные муфты могут иметь жесткую или мягкую характеристику. В линейной муфте крутящий момент пропорцио­нален углу закручивания φ. Жесткость нелинейных муфт обычно растет с увеличением деформации, поэтому мягкие при небольших нагрузках нелинейные муфты с уве­личением нагрузки работают более жестко (муфты с жесткой характеристикой). Эта особенность нелинейных муфт является особенно полез­ной, когда нагрузка в машине растет пропорционально квадрату скорости. Ис­пользование в этом случае линейной муфты приводит к большому углу пово­рота полумуфт на высоких скоростях или излишней жесткости на низких. При зависимости момента сопротивления от частоты вращения вала и работе ма­шины в до резонансном режиме отношение рабочей частоты вращения к кри­тичеcкой в агрегате с линей­ной муфтой резко увеличивается с ростом нагрузки, запас устойчивости падает. В нелинейной муфте с увеличением нагрузки растет жесткость и с той же тен­денцией меняется собственная частота системы. Кри­тическая частота вращения агрегата с ростом нагрузки существенно растет.

Нелинейные муфты имеют преимущество при разгоне машины и особенно во время выбега при ее остановке. При отсутствии нагрузки, что часто имеет ме­сто при выбеге, критическая частота вращения агрегата с нелинейной муфтой близка к нулю. В этой области вряд ли возможны колебания с большими ампли­тудами, так как при их возникновении соответственно изменяется крити­ческая частота вращения. В агрегате с линейной муфтой (сплошная линия на рисунок 17)прохождение области резонанса при выбеге занимает гораздо больше времени, и колебания могут достичь значительной величины. Если после отключения дви­гателя нагрузка не сбрасывается, резонансные колебания в агрегате с нели­нейной муфтой (штриховая линия) будут меньше колебаний в агрегате с ли­нейной муф­той (рисунок 17). На рисунке – отношение рабочей частоты враще­ния к крити­ческой; стрелками показан характер изменения амплитуды колеба­ний при выбеге. Жесткость упругих муфт зависит от многих факторов, в том числе и от ка­чества изготовления, и часто задается в виде графиков. При работе упругих муфт всегда имеют место потери энергии на трение (внутреннее и внешнее), со­провождающие деформацию се упругих элементов и их перемеще­ние относительно других элементов.

Отношение энергии, потерянной за один цикл нагружения муфты, к работе сил упругости за четверть периода назы­вается коэффициентом демпфирования ψ

Рисунок 17. Колебания в агрегате с линейном муфтой.

где f - коэффициент, позволяющий при расчетах заменить действие демпфи­ру­ющего момента М_д действием эквивалент­ного демпфирующего момента, ве­личина которого зависит от скорости деформации; (M_Д = fφ); ω - частота колебаний. В каталогах обычно приводят значе­ния С и ψ. Поскольку в диффе­ренциальные уравнения агрегата входит величина f, то в случае решения урав­нений на моделирующей машине значения f находят из формулы выше. При этом величину ω рекомендуется брать равной собственной частоте системы.