Міністерство освіти та науки, молоді та спорту України

Запорізький національний технічний університет

Кафедра «ДМ і ПТМ»

Лабораторна робота №4

« Конструкція та розрахунок механічних муфт»

з дисципліни «Деталі машин та основи конструювання»

Виконав: студент групи Т-129 Д.О. Бедрик

Прийняв: доцент О.П. Ляшенко

2011 р

Мета роботи: вивчити відомості про можливості застосування, конструкцію та виконати розрахунок найпоширеніших механічних муфт.

Обладнання: моделі та зразки діючих механічних муфт, штангенінструмент, гайкові ключі.

Теоретична частина

Муфтою називається пристрій для з'єднання кінців валів або для з'єднання валів з вільно сидячими на них деталями (зубчасті колеса, зірочки і т.д.)- Призначення муфт — передача обертаючого моменту без зміни його значення і напрямку. У ряді випадків муфти додатково поглинають вібрації і поштовхи, охороняють машину від аварій при перевантаженнях, а також використовуються для включення і вимикання робочого механізму машини без зупинки двигуна.

Механічні муфти застосовують у машинах, коли за умовами складання, транспортування або виготовлення потрібно з'єднати вали механізмів для передачі обертового моменту. Одночасно муфти можуть компенсувати похибки взаємного положення валів, захищати деталі машин від перевантажень, зменшувати динамічні навантаження, виконувати з'єднання і роз'єднання валів.

Характерні похибки взаємного розміщення валів (рис.1.1) осьове Δ_x, радіальне Δ_y, кутове Δ_а зміщення. На практиці переважно зустрічається комбінація вказаних похибок, яку називають неспіввісністю валів.

Рисунок 1.1 - Можливі похибки у взаємному розміщенні валів

Усі механічні муфти поділяють на чотири класи: некеровані, керовані, самокеровані та комбіновані (рис.1.2). Кожний клас муфт складається з груп, підгруп та видів.

Рисунок 1.2- Класифікація муфт

Основною характеристикою муфти є обертовий момент - Т, на який вона розрахована. Інші показники муфт: гранична частота обертання - n, габаритні розміри, маса, момент інерції та компенсаційна спроможність муфти. Стандартні муфти не розраховують, а підбирають за обертовим моментом та іншими показниками (рис. 1.3, 1.4, 1.6). В разі потреби виконують перевірні розрахунки.

1.Некеровані муфти

Некеровані муфти - найпоширеніший клас муфт. До нього належать усі нерозчепні, постійно діючі або глухі муфти, в яких ведуча й ведена півмуфти з'єднані між собою та валами постійно. Вони призначені для жорсткого з'єднання співвісних валів за допомогою втулок та фланцевих півмуфт.

ВТУЛКОВА МУФТА (рис.1.3) -Ця муфта представляє втулку, що надівається на кінці валів (див. мал.1). Застосовується для передачі невеликих обертаючих моментів. Має просту конструкцію, малі габарити і низьку вартість. Недоліком муфти є незручний монтаж і демонтаж, зв'язані з осьовим зсувом валів або муфти уздовж вала. Матеріал втулки — сталь 45.

Рисунок 1.3 - Втулкові муфти

ФЛАНЦЕВА МУФТА (рис. 1.4 ) - складається з півмуфт, фланці яких з'єднані між собою болтами. Якщо болти встановлено із зазором (варіант 1), то обертовий момент Т передасться за рахунок сил тертя, що виникають у площині стику півмуфт від затяжки болтів. Болти (чистові) встановлені без зазору (варіант 2) передають навантаження безпосередньо і знаходяться під дією деформацій зрізу та зминання. За рівних умов навантаження маса муфти, в порівняні з варіантом 1, де болти (чорнові) поставлені із зазором, майже втричі менша. Вартість такої муфти більша тому, що конструкція вимагає підвищеної точності виготовлення.

Фланцеві муфти стандартизовані (ГОСТ 20761-80) для валів діаметром 12...220 мм і обертових моментів 8...45000 Нм. Матеріали півмуфт - сталь 35, сталеве литво - 35л або чавунне литво. Болти, щоставлять із зазором зі сталі Ст 3, без зазору (чистові) - зі сталі 40. 45 або легованих сталей.

Рисунок 1.4 - Фланцева муфта

Пружні муфти - використовують при потребі зменшення динамічних навантажень і можуть компенсувати неспіввісність валів. Застосовують муфти з металевими (гвинтові або плоскі пружини, пакети пластин і т. і.) та неметалевими елементами. Найбільш поширені муфти з неметалевими пружними елементами.

Муфта пружна втулково-пальцева - МПВП (рис.1.5) - складається з двох півмуфт, пальців закріплених в одній півмуфті, на яких розміщені гумові втулки, що взаємодіють із другою півмуфтою. При передаванні обертового моменту МПВП допускає зміщення валів: Δ_х<10 мм, Δ_у<10~3xDmm, Δ_а<1° мм (D- діаметр кола, де розміщені пальці муфти ).

Рисунок 1.5 - Пружна втулково-пальцева муфта

Габаритні розміри L = D₃ = (3.5...4.0)d;

де (d- діаметр валу, L - осьова довжина муфти. Коефіцієнт корисної дії ККД = 0.96...0.98.

Допустима частота обертання МПВП залежить від зовнішнього діаметра - муфти (рис. 1.6 ).

Рисунок 1.6 -Залежність допустимої частоти обертання [n] муфти МПВП від зовнішнього діаметра D₃ та діаметра розміщення пальців D від діаметра вала d, де розміщені півмуфти

МПВП стандартизована (ДСТУ 21424-75) для валів діаметром d= 10... 160 мм та обертових моментів 6,3...16000 Нм.

Півмуфти- виготовляють із сірого чавуну СЧ 20, сталі 35 або 35л, матеріал пальців не нижче ніж сталь 45, втулки - гума з границею міцності не менше ніж 8 МПа, допустиме напруження зминання [σ]_зм=2МПа, при короткочасних, навантаженнях та за умови малої швидкості [σ]_зм = 4 МПа. Кількість пальців в залежності від розмірів муфти 4...10.

Рисунок 1.7 - Основні типи гумових пружніх елементів муфт

Муфта пружна з зірочкою. Складається з двох напівмуфт 1, з торцевими кулачками і гумовою зірочкою 2 яка розташована між кулачками (мал.9). При передачі моменту в кожну сторону працює половина зубів.

Рисунок 1.7- Муфта пружна з зірочкою

Зубчаста муфта M3(рис. 1.8) складається з півмуфт 1,2, що мають зубчасті вінці і роз'ємні обойми 3 ; з двома внутрішніми зубчастими вінцями, яка скріплена за допомогою болтів або гвинтів. Зубці півмуфт та обойми мають евольвентний профіль із кутом зачеплення α = 20° і коефіцієнтом головки h_a* = 0.8, модулем m=2.5...4.0. Кількість зубців z= З0...56, в залежності від розмірів муфти. Для вирівнювання міцності зубців півмуфт і обойм використовують кориговане зачеплення. Центрування обойм виконують по зовнішньому діаметру зубців півмуфти.

Компенсаційна спроможність муфти (Δ₀<4 мм, Δ_r<8x10^-3хА мм, Δ_a< 0.5°, якщо Δ_r = 0 то Δ_a< 1.5°) забезпечується можливістю вільного осьового зміщення спряжених зубців, їх бочкоподібною формою зі сферичною зовнішньою поверхнею. Спрацювання зубців - головна причина виходу з ладу МЗ. Підвищення стійкості проти спрацьовування досягають за рахунок термообробки. Зубці тихохідних муфт, з коловою швидкістю до 1 м/с на розрахунковому ділильному діаметрі d, виготовляють з твердістю 230...320 НВ за допомогою термообробки - поліпшенням, швидкохідних муфт V < 25 м/с із твердістю 45...55 HRC за допомогою хіміко-термічної обробки.

Для зменшення спрацьовування зубців в обойму муфт заливають рідке мастило високої в'язкості. Деталі МЗ виготовляють із вуглецевих сталей марок 45, 50 або 45Х.

МЗ стандартизовані (ГОСТ 5006-83) для діаметрів валів d =40...200 мм і обертових моментів Т = 1...63 кНм. Втрата потужності муфти η= 0.98...0.99. Радіальне навантаження валів при їх радіальному зміщенні F_m = (0.2...0.3)Т/d Розміри МЗ згідно ГОСТ вибирають в залежності від найбільшого тривалого моменту - Т, та коефіцієнту запасу міцності -К.

К =K₁K₂K₃

де К₁ - коефіцієнт безпеки

К₁= 1 - якщо руйнування муфти не викликає аварію машин;

К₁= 1.2 - якщо руйнування веде до аварії машин;

К₁= 1.5 - якщо руйнування веде до аварії кількох машин;

К₁= 1.8 - якщо руйнування може привести до людських жертв;

К₂ = 1...1.5 - коефіцієнт, враховуючий умови роботи муфти від рівномірного навантаження та спокійної роботи, до важких умовзударами нерівномірно навантажених та реверсивних механізмів.

Рисунок 1.7-Зубчата муфта: 1-обойма; 2-втулка

Рисунок 1.7 - Залежність допустимої частоти обертання [n] зубчастої муфти віддіаметру вала d