Подбор муфт и проверка па прочность основных элементов.

Постоянные муфты подбирают по передаваемому моменту с учетом диаметра большего из соединяемых валов. Расчетный момент

Т_р = K T, (6.1)

где K – коэффициент режима работы (при спокойной нагрузке K = 1,15...1,4, при переменной нагрузке K = 1,5...2, при ударной нагрузке K = 2,5...3);

Т – номинальный вращающий момент.

Зубчатые муфты подбирают по передаваемому моменту по формуле

Т_р = K₁ K₂ K₃T, (6.2)

где K₁ – коэффициент ответственности;

K₂ – коэффициент условий работы;

K₃ – коэффициент углового смещения.

Основные элементы муфт рассчитывают следующим образом.

Многодисковые фрикционные муфты рассчитывают по моменту сил трения

T_f ≥ βT_p, (6.3)

где β – коэффициент запаса сцепления (β = 1,3 ... 1,5).

Расчетный момент трения

T_f = f Q R_ср Z ≥ βT_p , (6.5)

где f – коэффициент трения;

R – средний радиус диска, ;

Z – число пар трущихся поверхностей;

Q – усилие пружины,

. (6.6).

Предохранительная муфта со срезным штифтом.

Предохранительную муфту со срезным штифтом рассчитывают по предельному моменту

Т_пр = 1,25KТ, (6.4)

где K – коэффициент перегрузки.

Расчетный разрушающий момент

Т_разр ≥ Т_пр; Т_пр = 1,25Т_max, (6.7)

где Т_пр – предельный момент;

T_mах – наибольший момент, передаваемый при нормальной работе.

Таким образом:

Т_разр ≥ 1,25Т_max; Т_max = KT. (6.8)

Диаметр штифта определяется из расчета на срез

, (6.9)

где Q – поперечная сила, ;

А_с – площадь среза штифта, .

d_ш – расчетный диаметр штифта.

Расчетный диаметр штифта равен

, (6.10)

где z – число штифтов;

τ_в – предел прочности на срез;

R = D / 2; D – диаметр расположения штифта.

6.2 Пружины и рессоры

6.2.1Основные понятия

Упругие элементы – пружины и рессоры – широко распространены в машино­строении. Их применяют:

1) для создания заданных постоянных сил – начального сжатия или натяжения в передачах трением, фрикционных муфтах, тормозах, предохранительных устройствах, подшипниках; а также для уравновешивания сил тяжести и других сил;

2) для силового замыкания ки­нематических пар, в основном в кулачковых, чтобы исключить влияние зазоров на точность перемещений или упростить конструкции;

3) для выполнения функций двигателя на основе предварительного аккумулирования энергии путем завода, например часовые пружины;

4) для виброизоляции в тран­спортных машинах — автомобилях, ваго­нах, в приборах, в виброизоляционных опорах машин и т.д.; механизм вибро­изоляции удобно наблюдать, например, при езде автомобиля; колеса автомобиля, следуя за рельефом дороги, совершают резкие колебания, которые почти не пере­даются кузову автомобиля;

5) для восприятия энергии удара— буферные пружины, применяе­мые в подвижном железнодорожном составе, артиллерийских орудиях и т. д.; благодаря упругим элементам энергия удара поглощается на больших перемеще­ниях и сила удара соответственно умень­шается; буферные и виброизоляционные пружины в отличие от предыдущих акку­мулируют не полезную, а вредную для работы машины энергию;

6) для измерения сил, темпера­тур, перемещений, осуществляемого по упругим деформациям пружин (в измери­тельных приборах).

Работа упругих элементов в машинах заключается в накоплении энергии и ее последующей отдаче или в осуществлении требуемого постоянного нажатия. Для возможности накопления большого количества энергии на единицу массы целесообразно применять элементы с возможно более равномерным напряженным состоянием. При этом упругие элементы имеют минимальные габариты.

Рассмотрим металлические упругие элементы. Основное распростра­нение в машиностроении имеют металлические упругие элементы растяжения и сжатия.

В широком диапазоне нагрузок указанным требованиям в наибольшей степени удовлетворяют витые цилиндрические пружины растяжения и сжатия (рис. 6.2 , а, б). В этих пружинах витки подвергаются напряжению кручения под действием постоянного момента. Цилиндрическая форма пружины удобна для ее размещения в машинах. В пружинах, работающих на изгиб, трудно создать равномерное напряженное состояние по длине.

Чем тоньше проволока, тем податливее могут быть витые пружины. При необхо­димости повышенной податливости в условиях стесненных габаритов применяют многожильные витые пружины.

Для больших нагрузок при малых упругих перемещениях и стесненных габаритах по оси приложения нагрузки применяют тарельчатые пружины (рис. 6.2, в).

Для больших нагрузок при необходимости рассеяния большого количества энергии (амортизаторы) примеряют кольцевые пружины (рис.6.2, г), в которых кольца при нагружении вдвигаются одно в другое, причем наружные кольца растягиваются, а внутренние сжимаются.

При стесненных по оси габаритах и не стесненных габаритах в боковом направлении применяют упругие элементы, работающие на изгиб,— рессоры (рис.6.2, д).

Пружины кручения в обычных условиях применяют в виде витых цилиндрических пружин (рис. 6.2, е), а при стесненных габаритах по оси и преимущественно при небольших крутящих моментах — в виде плоских спиральных пружин (рис. 6.2, ж).

При не стесненных по оси габаритах, значительных крутящих моментах, необходимости восприятия некоторых изгибающих моментов и при небольшой требуемой податливости применяют торсионные валы (рис. 6.2,з).

Рис. 6.2. Основные типы пружин

Упругие элементы относят к деталям машин, требующим достаточно точных расчетов. В частности, их обязательно рассчитывают на жесткость. При этом неточности расчета не могут быть компенсированы запасами жесткости.

Материалы пружин.

Материалы для пружин должны иметь высокие и стабильные во времени упругие свойства. Делать пружины из материалов низкой прочности нецелесообразно. Масса геометрически подобных пружин при заданной нагрузке и упругом перемещении обратно пропорциональна квадрату допу­скаемого напряжения. Это связано с тем, что пружины из менее прочных материалов в целях сохранения заданной жесткости приходится делать повышенных диаметров и, следовательно, витки их нагружены большими моментами, чем у пружин из более прочных материалов. Эффективность применения высокопрочных материалов для пружин связана также с меньшей концентрацией напряжений в пружинах, чем в других деталях, и с меньшими размерами сечений витков.

Основными материалами для пружин являются высокоуглеродистые стали (У9А … У12А, ГОСТ 1435—74), стали легированные кремнием (60С2А), марганцем (65Г), хромом, ванадием, никелем (50ХГА, 50ХФА, 65С2ВА и др., ГОСТ 14959—79*). Углеродистые и кремнистые стали, обладают невысокой прокаливаемостью и поэтому применяются для пружин малых сечений. Марганцовистые стали обладают лучшей прокаливаемостью, но чувствительны к перегреву при закалке. Хромомарганцевые, хромованадиевые и хромокремнемарганцевые стали обладают высокой прочностью при действии переменных напряжений и применяются для пружин ответственного назначения. Для работы в химически активной среде применяют пружины из цветных сплавов, бериллиевых бронз (БрБ-2), кремнемарганцевых бронз (БрКМЦЗ-1, БрОЦ4-3 и др.). Бериллиевые бронзы относятся к самым совершенным универсальным материалам для упругих элементов.

Заготовками для пружин служат проволока, а также лента и полосовая сталь.

Пружины из проволоки диаметром до 8 … 10 мм изготовляют холодной навивкой преимущественно из проволоки, прошедшей термообработку, и после навивки подвергают только отпуску. Пружины боль­ших сечений подвергают навивке в горячем состоянии, потом закаливают.

Пружины статического, ограниченно кратного действия и подвергаемые переменным напряжениям с коэффициентами цикла, не сильно отличными от единицы, дополнительно подвергают пластическому деформированию, так называемому заневоливанию.

Параметры стальной углеродистой проволоки для пружин холодной навивки без последующей закалки, имеющей наибольшее применение в машиностроении, регламентированы ГОСТ 9389—75. Проволоку выпускают диаметром до 8 мм трех основных классов: нормальной прочности III, повышенной прочности II и высокой прочности I.