Упругие компенсирующие упругие (мку)

В машиностроении применяют большое количество разнообразных по конструкции упругих муфт. По материалу упругих элементов эти муфты делят на две группы: с металлическими и неметаллическими упругими элементами.

В методике расчета муфт каждой из этих групп много общего, что позволяет ограничиться подробным изучением только некоторых типичных конструкций.

Металлические упругие элементы муфт. Основные типы металлических упругих элементов муфт изображены на рис.: а - витые цилиндрические пружины; б - стержни, пластины или пакеты пластин, расположенные по образующей или по радиусу муфты; в - пакеты разрезных гильзовых пружин; г - змеевидные пластинчатые пружины. Эти элементы работают на кручение (рис., а) или на изгиб (рис., б, в, г).

По сравнению с неметаллическими металлические упругие элементы более долговечны и позволяют изготовлять малогабаритные муфты с большой нагрузочной способностью. Поэтому их применяют преимущественно для передачи больших крутящих моментов. Пакетные упругие элементы вследствие трения между пластинами обладают высокой демпфирующей способностью. Муфты с металлическими упругими элементами в зависимости от условий деформирования элемента могут быть выполнены: с постоянной или переменной жесткостью.

Муфта с цилиндрическими пружинами(см. рис.). Она состоит из обода 1 с ребром 2 и ступицы 4 с дисками 3. Ребро обода размещается между дисками так, что возможен относительный поворот этих деталей. Ребро и диски имеют одинаковые фасонные вырезы, в которые закладывают пружины 5 с ограничителями 6. С торцов муфты закрывают дисками 7, которые прикрепляют к ступице или ободу для предохранения пружины и ограничителей от выпадания и загрязнения. Характеристика муфты с цилиндрическими пружинами изображена на рис. Вследствие предварительного сжатия пружин силой. F₁ муфта работает как жесткая до нагрузки моментом T₁. При этом T₁ = F₁ r z, где r - радиус расположения пружин (см. рис. 17.18); z - число пружин. При Т>T₁ муфта работает как упругая с постоянной жесткостью. Деформацию пружин λ и напряжение τ в ее витках определяют по формулам

λ = 8FD³i / (Gd⁴), τ = k_в 8FD / (πd³),

где F - осевая сила, сжимающая пружину; D - средний диаметр пружины; d - диаметр проволоки; i - число рабочих витков пружины; G - модуль сдвига; k_в - коэффициент, учитывающий влияние кривизны витков. Угол закручивания муфты при Т >T₁

и жесткость муфты C _φ = dT / dφ = Gd⁴r²z / (8D³i ).

Угол закручивания при колебаниях крутящего момента должен находиться в пределах 0 <φ <φ _max. Несоблюдение этого условия приводит к ударам ограничителей в обеих крайних точках или в одной из них. Размеры пружины (D, d, i), соответствующие данной характеристике, определяют обычно методом подбора по формулам с учетом конструктивных размеров муфты. Условие прочности пружины: τ = k_в8DT _max / (π d³r z)≤[τ], где T_max - момент, соответствующий упору ограничителей.

Муфта зубчато-пружинная, или муфта со змеевидными пружинами. Полумуфты 1 и 2 (см. рис.) имеют зубья 3 специального профиля, между которыми размещается змеевидная пружина 4. Кожух 5 удерживает пружину в рабочем положении, защищает муфту от пыли и служит резервуаром для смазки.

Неметаллические упругие элементы муфт. Основным материалом неметаллических упругих элементов является резина. Она обладает следующими положительными качествами: 1) высокой эластичностью; в пределах упругости резина допускает относительные деформации ε≈0,7...0,8, а сталь - только ε≈0,001...0,002; при таких деформациях единица массы резины может аккумулировать большое количество энергии (в 10 раз больше, чем сталь); 2) высокой демпфирующей способностью вследствие внутреннего трения; относительное рассеяние энергии в муфтах с резиновыми элементами достигает 0,3...0,5; 3) электроизоляционной способностью. Муфты с резиновыми упругими элементами проще и дешевле, чем со стальными.

Недостатки резиновых элементов:1) меньшая долговечность, чем стальных; вследствие структурных изменений, ускоряемых внешними воздействиями и нагреванием при переменных деформациях, резина постепенно теряет свою прочность и упругие свойства; 2) меньшая прочность, которая приводит к увеличению габаритов муфт; для передачи больших крутящих моментов такие муфты становятся нерациональными.

Муфты с резиновыми упругими элементами широко распространены во всех областях машиностроения для передачи малых и средних крутящих моментов. Основные типы резиновых упругих элементов муфт и схемы их нагружения изображены на рис., а - и. При выборе типа упругого элемента учитывают следующее: упругие элементы с равномерным напряженным состоянием по объему обладают большей энергоемкостью; кручение и сдвиг дают большую энергоемкость, чем изгиб и сжатие; выгодно, чтобы упругий элемент занимал большую долю объема муфты. Этим условиям в большей степени удовлетворяют типы упругих элементов, показанные на рис. 17.22, ж, з, и.

Типичные конструкции муфт рассмотрены ниже.

Муфта с резиновой звездочкой (см. рис.). Состоит из двух полумуфт с торцовыми выступами и резиновой звездочки, зубья которой расположены между выступами. Зубья звездочки работают на сжатие. При передаче момента в каждую сторону работает половина зубьев. Муфта стандартизована и широко применяется для соединения быстроходных валов (п до 3000...6000 мин^-1 при T до 3...120 Н · м и диаметрах валов d до 12...45 мм соответственно). Муфта компактна и надежна в эксплуатации, допускает радиальное смещение осей (Δ_r≤0,2 мм); перекос осей Δ_α≤1°30'. Соотношение основных размеров: D≈2,5d; d₁≈(0,55...0,5)D; h≈(0,3...0,22)D; L=3d. Недостатки - при разборке и сборке необходимо смещение валов в осевом направлении.

Работоспособность резиновой звездочки определяется напряжением смятия и может быть рассчитана по формуле

σ _см≈24DKT / [zh(D³ - d³₁)]≤[ σ _см],

где z - число зубьев звездочки. Принимают [ σ _см] =2...2,5 МПа.

Муфта упругая втулочно-пальцевая (МУВП).Благодаря легкости изготовления и замены резиновых элементов эта муфта (см.рис.) получила распространение, особенно в приводах от электродвигателей с малыми и средними крутящими моментами. Муфты нормализованы для диаметров валов до 150 мм и соответственно крутящих моментов до 15000 Н·м. Упругими элементами здесь служат гофрированные резиновые втулки (I вариант) или кольца трапецеидального сечения (II вариант). Из-за сравнительно небольшой толщины втулок муфты обладают малой податливостью и применяются в основном для компенсации несоосности валов в небольших пределах (Δ_a ≈1...5 мм; Δ_r ≈0,3...0,6 мм; Δ_α ≈ до 1°).

Для проверки прочности рассчитывают пальцы на изгиб, резину - по напряжениям смятия на поверхности соприкасания втулок с пальцами. При этом полагают, что все пальцы нагружены одинаково, а напряжения смятия распределены равномерно по длине втулки: σ _см = 2TK / (d ₁l z D₁)≤ [σ _см], где z - число пальцев. Рекомендуют принимать [σ _см] = 1,8...2 МПа.

Муфта с упругой оболочкой.Упругий элемент муфты (см. рис.), напоминающий автомобильную шину, работает на кручение. Это придает муфте большую энергоемкость, высокие упругие и компенсирующие свойства (Δ_r ≈2...6 мм, Δ_α ≈2...6°, угол закручивания до 5...30°). Муфта стандартизована и получила широкое распространение. Нагрузочная способность муфты ограничивается потерей устойчивости и усталостью резиновой оболочки. В первом приближении можно рекомендовать расчет прочности оболочки по напряжениям сдвига в сечении около зажима (по D₁): τ = 2TK / (πD²₁δ)≤[τ]. По экспериментальным данным, [τ] ≈ 0,4 МПа.