83. Муфты свободного хода. Расчет.

Эти муфты передают крутящий момент только в одном заданном направлении. Их применяют в станках, автомобилях, мотоциклах, велосипедах и т.д.

Простейшим представителем муфт свободного хода является устройство с храповиком. Вследствие шума на холостом ходу и резкого ударного включения муфты с храповиком применяют сравнительно мало и только при низких скоростях.

Бесшумную работу обеспечивают фрикционные роликовые или шариковые муфты. Схема одной из таких муфт, встроенных в соединение шестерни с валом, изображена на рис 1. Если шестерня 1 вращается по часовой стрелке, то ролик 5 закрывается в узкую часть паза и здесь заклинивается. Образуется жесткое соединение шестерни с валом через ролик. При вращении шестерни в противоположном направлении ролик выходит в широкую часть паза, и шестерня оказывается разъединенной с валом. В этом направлении она может вращаться свободно. Толкатель 4, имеющий слабую пружину 3, выполняет вспомогательную роль. Он удерживает ролик в постоянном соприкасании с обоймой.

При передаче крутящего момента Т на ролик действуют нормальные силы Fn и силы трения F (по условию симметрии силы F и F, Fn и Fn равны между собой). Силы Fn стремятся вытолкнуть ролик из паза в направлении биссектрисы угла α. Этому препятствуют силы трения F = Fnf. Для того чтобы ролик не выскакивал из паза, должно быть:

или .

После преобразования получим:

. (*)

Геометрически:

. (**)

По уравнениям (*) и (**) рассчитывают диаметр ролика d.

По условиям равновесия обоймы 2:

, (***)

где z – число роликов; коэффициент трения выражен через tg (α/2).

Прочность ролика и рабочих поверхностей деталей 1 и 2 рассчитывают по контактным напряжениям (при μ = 0,3):

,

где l – длина ролика.

Для деталей, изготовленных из материалов с одинаковым модулем упругости, Епр = Е. В случае плоской поверхности детали 1 ρпр = d/2. При этом, учитывая равенство (***) и принимая по малости угла tg (α/2) α/2, получаем:

. (****)

В муфтах обычно применяют стандартные ролики шарикоподшипников (HRC 45…50), а рабочие поверхности деталей цементируют (HRC 60, стали типа ШХ15, ШХ12). При этом допускают [σH] = 1200…1500 МПа.

Формула (****) позволяет отметить, что уменьшение угла α приводит к увеличению напряжения σН. Это следует учитывать при выполнении условия (*).

На практике установлено, что определение угла α при ρ, вычисленном по обычным значениям коэффициента трения, приводит к завышенным результатам. Это можно объяснить тем, что в условиях эксплуатации муфты всегда возможны удары и вибрации, понижающие фактический коэффициент трения. Для указанных материалов практически принимают α 7…80.

84. Цилиндрические шинно-пневматические муфты. Расчет.

В цилиндрических шинно-пневматических муфтах (см. рис 1 и 2) трение создается между колодками резинового баллона, связанного с одной полумуфтой, и цилиндрическим ободом второй полумуфты (барабана). Для включения муфт в камеру баллона подается воздух под давлением, баллон расширяется, и колодки равномерно прижимаются к барабану.

Баллон, показанный на рис 2, передает окружную силу, поэтому он выполняется многослойным и состоит из:

внутренней, удерживающей воздух эластичной резиновой камеры;

несущей многослойной накладки из прочной прорезиненной ткани (корда);

внешнего протектора из резины.

Колодки связаны с баллоном с помощью гладких шпилек. Баллон теплоизолирован от колодок паронитовой прокладкой.

Колодки покрыты (обклеены) фрикционными накладками, выполняемыми обычно из асботканевой ленты, пропитанной фенолоальдегидной смолой.

Для шинно-пневматических муфт характерны следующие достоинства:

удобство управления

возможность регулирования предельного момента и скорости включения; муфта может служить надежным предохранительным звеном

компенсация осевых, радиальных и угловых смещений валов

самокомпенсация износа и отсутствие необходимости периодического регулирования

шумопоглащение, смягчение толчков и гашение крутильных колебаний.

К недостаткам этих муфт относят:

значительная стоимость баллона

старение резины

чувствительность муфты к попаданию на резину масла, щелочей и кислот.

Муфты хорошо работают в интервале температур –20…+50 0С.

Шинно-пневматические муфты применяют в основном в тяжелом машиностроении: в буровых лебедках, в приводах от судового двигателя к гребному винту, в экскаваторах и др. машинах.

Наряду с описанными обжимными муфтами, имеющими основное распространение, применяют также разжимные и осевые муфты.

Расчет шинно-пневматических муфт состоит из расчета фрикционной части и расчета нажимного устройства – пневматического баллона.

Момент, Т (Н·м), который может передавать муфта согласно условию стойкости поверхностей трения, или потребную ширину муфты можно определить по тем же зависимостям, которые приведены для конических муфт (с заменой Rср на R).

Обычно (см. рис 1), где меньшие значения относятся к муфтам бо´льших размеров, а большие – к муфтам малых размеров.

Потребная сила F, которая должна развиваться пневматическим баллоном, определяется для обжимных муфт по формуле:

,

где S – коэффициент запаса сцепления; Fц – центробежная сила баллона вместе с колодками.

Сила F связана с избыточным давлением q в камере следующим соотношением:

,

где А = πDkbk – активная площадь внутренней полости камеры, мм2; bk – ширина цилиндрической части внутренней поверхности камеры, обычно весьма близкая к ширине колодок; Dk – диаметр внутренней поверхности полости камеры; q – давление воздуха в камере, обычно равное 0,6…0,8 МПа; ∆q – давление, расходуемое на деформирование баллона, равное примерно 0,05 МПа.