21

Механические муфты (мм) приводов

ММ - это устройства, предназначенные для осуществления силовой и кинематической связи между валами, валом и установленными на нём деталями (зубчатые колёса, звёздочки, шкивы и т.д.), а также:

1. Компенсации несоосности соединяемых валов (из-за неизбежных монтажных отклонений, деформаций валов от экплуатационных нагрузок, тепловых воздействий и т.п.)

2. Амортизации (ослабления) и демпфирования (гашения) колебаний внешней нагрузки

3. Включения и выключения привода

4. Предохранения деталей привода от разрушения при перегрузках

Вследствие погрешностей изготовления деталей и погрешностей сборки валы, соединяемые муфтой, как правило, имеютсмещения:

1. радиальное Δ_r,

2. угловое (перекос) Δ_α

3. осевое Δ_а

Классификация мм

В современном машиностроении применяют большое количество муфт, различающихся по

принципу действия и управления,

назначению и конструкции.

Классификация муфт по этим признакам представлена ниже в виде схемы. В электрических и гидравлических муфтах, указанных на этой схеме, используют принципы сцепления за счет электромагнитных и гидродинамических сил. Эти муфты изучают в специальных курсах. В курсе "Детали машин" изучают только механические муфты.

Широко применяемые муфты стандартизованы.

Основной паспортной характеристикой муфты является:

величина вращающего момента, на передачу которого она рассчитана

, где (К)- коэффициент запаса, зависящий от типа машины и двигателя

Неосновные характеристики: диаметр вала

частота вращения

Глухие муфты (ГМ) образуют жесткое и неподвижное соединение валов (глухое соединение). Они не компенсируют

ошибки изготовления и монтажа, требуют точной центровки валов.

Бывают:втулочные, фланцевые, продольно-свёртные.

При соединении глухими муфтами несоосные валы в месте установки муфты приводят к одной общей оси путем: деформирования валов и опор. Опоры и валы дополнительно нагружаются. Поэтому при соединении глухими муфтами требуется высокая точность расположения валов. Для понижения этих требований и уменьшения вредных нагрузок на валы и опоры применяют компенсирующие муфты . Компенсация вредного влияния несоосности валов достигается: вследствие подвижности практически жестких деталей - компенсирующие жесткие муфты; за счет деформации упругих деталей - упругие муфты. Так как упругие муфты выполняют еще и другие функции, то их выделяют в особую группу.

Наибольшее распространение в качестве компенсирующих жестких муфт получили кулачково-дисковая (КДМ) и зубчатая (ЗМ).

КДМ (см. рис.) состоит из двух полумуфт1, 2 и промежуточного диска 3. На внутреннем торце каждой полумуфты образовано по одному диаметрально расположенному пазу. На обоих торцах диска выполнено по одному выступу, которые расположены по взаимно перпендикулярным диаметрам. У собранной муфты выступы диска располагаются в пазах полумуфт. Таким образом диск соединяет полумуфты.

Перпендикулярное расположение пазов позволяет муфте компенсировать эксцентриситет и перекос валов. При этом выступы скользят в пазах, а центр диска описывает окружность радиусом, равным эксцентриситету Δ _r. Зазоры δ между диском и полумуфтами позволяют компенсировать также и продольные смещения валов. Вследствие того что перекос валов вызывает неблагоприятное распределение давления в пазах, КДМ рекомендуют применять в основном для компенсации эксцентриситета: Δ _r до 0,04d; Δ_α до 0°30'.

Скольжение выступов в пазах сопровождается их износом. Интенсивность износа возрастает с увеличением несоосности и частоты вращения. Для уменьшения износа поверхности трения муфты периодически смазывают (отверстие 4 на рис.) и не допускают на них больших напряжений смятия. Последнее является основным условием расчета всех жестких муфт со скользящими деталями.

При расчете КДМ полагают, что натяг и зазор посадки выступов в пазы равны нулю. В этом случае деформации и напряжения в различных точках поверхности соприкосновения пропорциональны расстояниям этих точек до оси муфты (см. рис.,б); здесь эпюра напряжений смятия условно перенесена с боковых сторон паза на диаметр. Условия равновесия полумуфты можно записать в виде

Учитывая, что σ _см / σ' _см = D/d₁, после преобразования получаем

σ _см = 6KTD/[h(D³ - d³₁)] ≤ [ σ _см],

гдеК -коэффициент динамичности режима нагрузки;h -рабочая высота выступов (см. рис., а). На практике принимают D/d ≈2,5...3. Обычно детали КДМ изготовляют из сталей Ст5 (поковка) или 25Л (литье). Для тяжелонагруженных муфт применяют легированные стали типа 15Х, 20Х с цементацией рабочих поверхностей. При этом допускают [ σ _см] = 15...20МПа.

Работа муфты с эксцентриситетом сопровождается потерями на трение и дополнительной нагрузкой валов. Дополнительная нагрузка валов от муфты, F_M равна силе трения в пазах:

F_м = 3KT(D² + d²₁)f / (D³ - d³₁) ≈F_t f.

В этой формуле отношение (D³ - d³₁) / [3(D² - d²₁)] принято за радиус приложения некоторой фиктивной окружной силы муфты F_t = KT / R_ср. Приближенно (D³ - d³₁) / [3(D² - d²₁)] ≈ R_ср(D + d₁) / 4.

Таким образом, применение компенсирующих муфт значительно уменьшает, но не устраняет полностью вредных нагрузок на валы и опоры, связанные с несоосностью.

Для определения потерь на трение в муфте воспользуемся рис. в. Нетрудно установить, что при повороте полумуфты на каждые 90° кулачки перемещаются в пазах на эксцентриситет Δ_r. Например, после поворота на первые 90° центры полумуфты и диска совмещаются, так как паз полумуфты 1 займет горизонтальное положение, а полумуфты 2 - вертикальное (см. также рис., а). Таким образом, в пазах каждой полумуфты силы трения совершают работу на пути, равном 4Δ_r, а в двух полумуфтах - 8Δ _r за каждый оборот вала. Работа, потерянная на трение за один оборот, W_тр=8Δ_rF_M. Полезная работа в то же время W_п=2πT, а коэффициент полезного действия муфты

η _м = 1- (W_тр / W_п). Принимая приближенно F_м = T / [(D+d₁)/4],получаем

Практически при расчетах приводов можно принимать: η _м ≈0,985...0,995.

Муфта зубчатая (МЗ). Состоит из полумуфт 1 и 2 с наружными зубьями и разъемной обоймы 3 с двумя рядами внутренних зубьев (см. рис., a). Наиболее распространен эвольвентный профиль зубьев с α =20°, h_a* = 0,8. Муфта компенсирует все виды несоосности валов. С этой целью выполняют радиальные зазоры с и увеличенные боковые зазоры в зацеплении (см. рис., б), а зубчатые венцы полумуфт обрабатывают по сферам радиусами r, центры которых располагают на осях валов. Допускаемые зубчатой муфтой смещения валов (радиальные, угловые или их комбинация) определяют из условия, чтобы углы между осью обоймы и осью одного или другого вала были не больше 0°30'.

Компенсация несоосности валов при работе муфты сопровождается скольжением в местах соприкасания зубьев и их износом. Практикой эксплуатации зубчатых муфт установлено, что износ является основным критерием работоспособности. Для уменьшения износа в обойму заливают жидкую смазку. Зубчатые муфты обладают: компактностью и хорошими компенсирующими свойствами. Их применяют для передачи больших крутящих моментов. На основе опытов приближенно принимают : η _м = 0,985...0,995; F_м ≈ (0,15....0,2)F_t, где F_t определяют по диаметру D₀.