Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Муфты
Муфтой называется устройство, соединяющее концы двух валов и передающее вращающий момент с одного вала на другой без изменения его значения и направления. Потребность в соединении валов связана с тем, что большинство машин компонуют из узлов (сборочных единиц) и механизмов с входными и выходными валами, кинематическая и силовая связь между которыми выполняется с помощью муфт.
Соединение валов - основное назначение муфты, но, кроме того, муфты обычно выполняют одну или несколько дополнительных функций:
Вследствие погрешностей изготовления и монтажа всегда имеется некоторая неточность взаимного расположения геометрических осей соединяемых валов. Различают три вида отклонений от номинального (соосного) (а) расположения валов:
Большинство муфт, применяемых в машиностроении, стандартизировано или нормализо вано. В паспортных данных на муфту указаны:
- основная нагрузочная характеристика муфты -номинальный передаваемый вращающий момент Т, Н*м;
- диапазоны посадочных отверстий и час тот вращения;
- габаритные размеры, масса, значения смещений и др.
При проектировании новых муфт конструктивные размеры элементов муфт определяют
расчетом.
Подбор муфт. Стандартизированные или нормализованные муфты не рассчитывают. Их
подбирают по ГОСТу или ведомственным нормалям по большему диаметру соединяемых ва лов и расчетному моменту
где Т- наибольший длительно действующий момент; К- коэффициент режима работы муфты, учитыва ющий условия эксплуатации; для передач от электродвигателей принимают: К= 1,25...2,0- транспортеры ленточные, цепные, скребковые; К = 1,25...2,5 - станки металлорежущие; К = 2,0...3,0 - дробилки, молоты и др.
Муфты изготавливают в двух исполнениях: на длинные и короткие концы валов с цилинд рическими или коническими посадочными отверстиями. Допускается применять сочетание по лумуфт в разных исполнениях с различными диаметрами посадочных отверстий в пределах од ного номинального вращающего момента Тном.
Классификация муфт. Имеется большое разнообразие конструкций муфт, которые раз личают не только функциональным назначением, но и принципом действия: механические, гид равлические, электрические и др. Ниже рассмотрим наиболее распространенные конструкции механических муфт.
По характеру соединения валов муфты подразделяют на постоянные (нерасцепляемые, неуправляемые), управляемые (сцепные) и самоуправляемые (самодействующие, автоматиче ские), комбинированные (специальные) - сочетание предыдущих муфт.
Постоянные муфты - муфты, в которых ведущая и ведомая полумуфты соединены между собой постоянно. Делятся на глухие и компенсирующие.
Глухие (жесткие) муфты применяют для жесткого и неподвижного соединения соосных_ цилиндрических валов. Они не компенсируют ошибки изготовления и монтажа. К глухим муфтам относятся втулочные, фланцевые и продольно - свертные.
Муфта втулочная - самая простая из глухих муфт; состоит из цельной стальной соединительной
Фланцевая муфта - состоит из двух полумуфт, насаживаемых на концы валов и соединенных между со бой болтами. Болты муфты ставят с зазором (1 вариант) и без зазора (2 вариант). В первом случае вращающий мо мент передается силами трения, возникающими на стыке полумуфт от затяжки болтов, во втором случае - непо средственно болтами, которые работают на срез и смя тие
Болты, поставленные без зазора, одновременно выполняют функции центровки валов. При постановке болтов с зазором центровка производится выступом 1(1 вариант). Муфты с болтами, поставленными с зазором, имеют массу и габариты намного больше, чем в варианте без зазора, а передаваемый момент при одинаковых раз мерах в 5...6 раз меньше.
Стандартизированы - ГОСТ 20761 - 80. Просты по конструкции, надежны в работе. При меняют для соединения валов d - 12...200мм и передачи вращающих моментов до 45000 Нм, но при этом требуется точное соблюдение соосности валов и перпендикулярности стыка полумуфт к осям валов. Материал полумуфт: сталь 45, сталь 35 Л, чугун СЧ20 и др. Болты и гайки изготавливают из стали 35.
Компенсирующие муфты. Для соединения валов с компенсацией осевых, радиальных и угловых смещений применяют жесткие компенсирующие или упругие муфты. Отклонение от соосности валов (смещение валов) приводит к дополнительному погружению валов и подшипни ков радиальной силой FM от муфты:
где Ft - окружная сила, передаваемая муфтой; определяют по диаметру Do (зубчатая муфта) или диаметру расположения пальцев (МУВП).
Жесткие компенсирующие муфты. Компенсация вредного влияния смещения валов,
следовательно, уменьшение дополнительных нагрузок на валы и подшипники при использовании жестких муфт, достигается наличием зазоров в сопряжениях их деталей и скольжением
деталей друг по другу. Недостаток жестких компенсирующих муфт - отсутствие упруго - деформирующихся элементов, смягчающих толчки и удары. Из жестких компенсирующих муфт широко применяют зубчатые муфты (ГОСТ 5006 -83), которые используют для передачи больших вращающих моментов для валов d = 40...560 мм.
Муфта состоит из двух полумуфт (втулок) 1 и 2 с наружными зубьями эвольвентного профиля и разъемной обоймы 3 с внутренними зубьями. Передача вращающего момента осуще ствляется большим числом одновременно работающих зубьев, что обеспечивает высокую нагрузочную способность и малые габариты муфты. Для компенсации смещений деталей предусмат ривают торцевой зазор δ. Зубья муфты имеют бочкообразную форму, а соединение выполнено с увеличенными зазорами. Зубчатые муфты допускают угловое смещение валов ΔαMAX = 1,5o, ради альное Δr = 0,2...0,6 мм, осевое Δl = 1...8 мм.
Детали зубчатых муфт изготавливают из сталей 40, 45, 40Х или стального литья 45Л. Зубья втулок подвергают термообработке до твердости не ниже 40...45 HRC, а зубья обойм - не ниже 37 HRC.
При вращении валов, установленных с перекосом, происходит циклическое нагружение зубьев муфты, и поэтому наблюдается их изнашивание. Для уменьшения интенсивности изнаши вания в муфту заливают вязкое масло и ограничивают давление на поверхностях зубьев:
где b - длина зуба; Do = m.Z - делительный диаметр зубьев, т - модуль зацепления, Z- число зубьев втулки; [p] = 12. ..15 МПа - допускаемое давление на зубьях.
Цепная муфта (ГОСТ 20742 - 81) состоит из двух одинаковых полумуфт (звездочек), соединенных однорядной или двухрядной роликовой или зубчатой цепью, и защитного кожуха, заполненного смазочным материа лом. Так как в шарнирах самой цепи и в со пряжении ее со звездочкой имеются зазоры, эти муфты не применяют в реверсивных приводах (реверс сопровождается ударами), а также высокоскоростных приводах (увели чиваются динамические нагрузки).
Просты по конструкции и в обслужи вании, имеют сравнительно небольшие габа риты. Несоосность осей соединяемых валов компенсируется за счет относительной по датливости деталей цепи и их деформации. Они допускают радиальные смещения Δr до 2мм и перекосы валов Δα до 1o диаметры валов d = 20... 140 мм при частоте вращения п = 500...1600мин-1.
Получили широкое применение в сельскохозяйственном машиностроении, угольной промышленности и др.
Упругие компенсирующие муфты - применяются не только для компенсации смещения валов, но и для снижения динамичности нагрузок и амортизации колебаний, возникающих при работе передач машин. В зависимости от материала демпфирующих деталей их подразделяют на муфты с неметаллическими и металлическими демпфирующими элементами.
Муфта упругая втулочно - пальцевая (МУВП) (ГОСТ 21424 — 75) состоит из двух полумуфт, соединен ных пальцами, на которых для смягчения ударов надеты гофрированные резиновые втулки. В силу простоты кон струкции такие муфты получили широкое применение в приводах от электродвигателей. Они допускают радиаль ные смещения валов Δr до 0,6 мм, угловые Δα до 1°, продольные Δl до 5 мм, при d = 9...160 мм для передачи вращающих моментов 6,3... 16000 Нм.
Полумуфты изготавливают из чугуна СЧ 20, для быстроходных муфт — из стали 30 или стального литья 35Л; материал пальцев - сталь 45, втулки - специальная резина.
Расчет МУВП состоит из проверочного расчета пальцев на изгиб
и проверочного расчета резиновой втулки на смятие
где l - длина втулки; dn - диаметр пальцев; Z - число пальцев; Do - диаметр окружности, на которой расположены пальцы; [σM] = 80...90 МПа - допускаемое напряжение в пальцах на изгиб; [σCM] =1,8...2 МПа - допускаемое напряжение на смятие для резины.
Муфта упругая со звездочкой (ГОСТ 14084 — 76) имеет меньший диаметр по сравнению с МУВП.
Она состоит из двух полумуфт с торцевыми кулачками, между которыми расположен упругий элемент - резиновая звездочка. Муфту подбирают по ГОСТу в зависимости от рас четного вращающего момента Трасч. Зубья звездочки проверя ют на смятие, принимая допускаемое напряжение [σCM]= 2...10 МПа при частоте вращения вала 1750...100 мин-1.
где D - наружный диаметр звездочки; Z - число зубьев звездочки; h - осевой размер зубьев звездочки; di - диаметр вала.
Допускают радиальные смещения валов Δr до 0,2 мм, угловые Δα до 1o 30'.
Муфта упругая с торообразной оболочкой (ГОСТ 20884 - 82) состоит из двух полумуфт, упругой оболочки, по форме напоминающей автомобильную шину, и двух прижимных колец, которые с помощью винтов закрепляют оболочку на полумуфтах. Вращающий момент с полумуфт на оболочку передается силами трения, создаваемыми при затяжке винтов. Применяется при переменных и ударных нагрузках. Высокая надежность в эксплуатации, легкость сборки, разборки и замены упругого элемента; высокая упругость и демпфирующая способность, позволяющая компенсировать смещения валов.
где Di — диаметр оболочки у прижимных колец; σ- толщина оболочки; [ τ ] = 0,4 МПа - допускаемое напряжение для материала оболочки при сдвиге; при D > 300 мм оболочки армируются кордом и [τ]= 0,7 МПа.
Управляемые (сцепные) муфты. Муфты этой группы позволяют соединять и разъединять валы без остановки двигателя. По конструкции управляемые муфты можно разделить на кулачковые, зубчатые, основанные на зацеплении, и фрикционные, основанные на трении.
Кулачковые и зубчатые муфты имеют небольшие габариты и массу, не допускают проскальзывания. Однако их включение на ходу сопровождается ударами. Фрикционные муфты позволяют плавно соединять ведущий и ведомый валы под нагрузкой при любой скорости вращения, предохраняют механизмы от внезапных перегрузок.
Управляемые муфты требуют точной соосности соединяемых валов.
Кулачковая муфта состоит из неподвижной 1 и подвижной 2 полумуфт, имеющих на сцепляемых торцах выступы - кулачки. При включении муфты кулачки одной полумуфты входят во впадины другой, создавая жесткое соединение.
Профиль кулачков выбирают в зависимости от условий работы муфты. Кулачки прямоугольного профиля применяют при больших нагрузках, но требуется точное их расположение в момент включения передачи. Наиболее распространены муфты с трапецеидальным профилем - обеспечивается более легкое соединение полумуфт в начале зацепления и компенсация боковых зазоров в кулачках передвижением полумуфт. Однако возникающие при этом осевые силы Fa стремятся раздвинуть полумуфты, что затрудняет их включение. Осевое усилие Fe, необходимое для включения или выключения кулачковой муфты
где f- коэффициент трения; а - угол скоса кулачка; ρ - угол трения; d - диаметр вала подвижной полумуфты.
Угол скоса а принимают небольшимчтобы обеспечить самоторможение кулачков и снизить усилие включения полумуфт. Кулачковые муфты изготавливают из сталей 20, 15Х, 20Х с последующей цементацией или сталей 40Х, ЗОХН с последующей объемной закалкой. Размеры муфт принимают конструктивно, а затем выполняют проверочный расчет на износостойкость и прочность.
где 0,7- коэффициент неравномерности распределения нагрузки, учитывающий неточность изготовления; Z- число кулачков; Dcp,b,h - соответственно средний диаметр, длина и высота кулачка; [р ]= 80... 120 МПа - допускаемое давление для термообработанных кулачков муфт, включаемых при остановленном двигателе; [ р ]= 25...35 МПа - при включении муфт на ходу.
где W= a2.b/6- момент сопротивления сечения кулачка изгибу; a, b - ширина и длина кулачка;
[σm] = [ р ] - допускаемое напряжение для материала кулачка при его изгибе.
Зубчатая сцепная муфта состоит из двух шестерен, с наружными и внутренними зубьями, число зубьев одинаково. Зубчатые муфты отличаются от кулачковых местом расположе ния сцепляющихся элементов (на цилиндрической поверхности, а не на торцах полумуфт) и их формой (зубья эвольвентного профиля вместо кулачков). Расчет ведут аналогично расчету обычной зубчатой муфты (см. ранее).
Для устранения ударов и шума при включении кулачко вых и зубчатых муфт применяют специальные соединительные устройства - синхронизаторы.
Муфты фрикционные сцепные. Обеспечивают плавное сцепление валов под нагрузкой на ходу при любой разности окружных скоростей. Все фрикционные муфты в зависимости от формы поверхности трения делятся на дисковые, конусные и цилиндрические.
Фрикционные муфты должны обладать высокой износостойкостью и надежностью сце пления. Для повышения трения один из дисков трущейся пары покрывают фрикционными на кладками из металлокерамики, текстолита, асбеста. Материал трущихся деталей выбирают из условия износостойкости по среднему давлению на рабочих поверхностях.
где T- вращающий момент; К — 1,3...1,5 - коэффициент сцепления; f- коэффициент трения покоя; Z- число пар трения; А = π.b.Dm - площадь поверхности трения; Dm - средний диаметр диска; b - ширина поверхности трения (для конусных и цилиндрических муфт); [p]- допускаемое давление.
Момент сил трения в муфте должен быть равен передаваемому ею вращающему моменту Т с учетом запаса сцепления: Необходимую для этого силу Fa определяют по формуле
где- средний радиус рабочих поверхностей пары трения, принимаемый за приведенный радиус сил трения; D, D1 - соответственно наружный и внутренний диаметры диска.
Наибольшее распространение имеют дисковые муфты (плоская поверхность трения). Простейшая дисковая муфта с одной парой поверхностей трения состоит из неподвижно закрепленной на валу полумуфты и подвижной в осевом направлении полумуфты. Между полумуфтами размещена фрикционная накладка. Для сцепления валов к подвижной полумуфте прикладывают силу Fa. Передача вращающего момента осуществляется силами трения между трущимися поверхностями деталей муфты. В процессе включения муфта пробуксовывает (поверхности трения муфты проскальзывают) и разгон ведомого вала происходит плавно, без удара. При установившемся движении пробуксовка отсутствует, муфта замыкается и оба вала вращаются с одинаковой частотой вращения. Фрикционная муфта регулируется на передачу максимального момента, безопасного для прочности деталей машин.
По формуле р < [ р ] может быть рассчитан вращающий момент, который может передать фрикционная муфта. Для его увеличения обычно увеличивают не диаметр, а число дисков тре ния (многодисковая фрикционная муфта МН 5664 — 65) - небольшие габариты и небольшое усилие для ее включения.
Самоуправляемые (автоматические) муфты - используют для соединения и разъединения валов при изменении режима работы привода. Различают следующие муфты:
- предохра нительные, ограничивающие передаваемую нагрузку; обгонные или муфты свободного хода, допускающие передачу вращающего момента только одного направления;
- центробежные, со единяющие или разъединяющие ведомый вал при заданной частоте его вращения. Предохранительные муфты - основные типы: с разрушающимися элементами (со срез ным штифтом); фрикционные; пружинно - кулачковые; пружинно - шариковые.
Муфты со срезным штифтом используют для предохранения механизма от маловеро ятных перегрузок. Полумуфты соединены штифтом, вставленным в закаленные втулки. При пе регрузке штифты (один или два) срезаются, и полумуфты разъединяются.
Рассматриваемые муфты просты по конструкции, имеют малые габариты. Их недостаток - необходимость остановки машины для за мены разрушенного штифта на новый. Штифты изготавливают из ста ли 45, втулки - из стали 40Х с закалкой.
Размеры муфт выбирают по нормам станкостроения, а диаметр штифта - по условию его среза.
где- расчетный предельный вращающий момент; Do - диаметр окружности, на которой расположены центры штифтов; Z - число штифтов;- предел прочности материала штифта на срез (закаленный штифт из стали 45).
Фрикционные предохранительные муфты по конструкции подобны управляемым фрикционным (отсутствует механизм управления). Сжатие дисков осуществляется пружиной, регулируемой винтом или гайкой на заданный вращающий момент.
При перегрузке диски проскальзывают и автоматически замыкаются после уменьшения
нагрузки. Благодаря сравнительно простой конструкции и надежности в эксплуатации часто используются для защиты различных узлов от перегрузок. Фрикционные предохранительные муфты (ГОСТ 15622 - 77) выпускают для валов диаметром 9...48 мм и передачи вращающих моментов 6,3...400 Н.м.
Менее распространены пружинно - кулачковые (ГОСТ 15620 - 77) и пружинно - шари ковые (ГОСТ 15621 - 77) муфты.
Обгонные муфты (муфты свободного хода) передают крутящий момент только в одном направлении. Если угловая скорость ведомого вала больше, чем ведущего, то происходит автома тическое размыкание кинематической цепи привода. По способу замыкания они бывают фрикци онными (роликовые, клиновые) и храповыми.
Наиболее распространены роликовые муфты свободного хода, выполняемые по нормам МН3-61 для валов d=10...90мм. Простейшая роликовая муфта состоит из наружной обоймы 3, внутренней звездочки 4, роликов (шариков) и поджимных устройств 2. Если ведущей является звездочка, соединение валов может происходить только при ее вращении по ходу часовой стрелки. При этом ролики (Z=3...8) попадают в су жающуюся часть клинового паза, и за счет трения происхо дит их заклинивание и передача вращающего момента. Если звездочка вращается относительно обоймы в обратном на правлении, то ролики освобождаются и муфта выключается. При остановке ведущего звена (звездочки) ведомое звено (обойма) может продолжать свободно вращаться по ходу часовой стрелки. Пружины с толкателями постоянно под жимают ролики, обеспечивая одновременное их заклинива ние и уменьшая угол проскальзывания.
Рассматриваемые муфты компактны, бесшумны в работе, допускают значительные скоро сти обгона звеньев. Недостатки: высокое напряжение в местах контакта шариков (роликов) с обоймой и звездочкой и, как следствие, быстрое изнашивание; неудовлетворительная работа при нагрузках с вибрацией.
Ролики изготавливают из подшипниковой стали ШХ 15, звездочки и обоймы - из стали 20Х или 40Х с последующей термообработкой до высокой твердости поверхностного слоя
где Тр - расчетный вращающий момент; Eпр - приведенный модуль упругости материалов ролика и обоймы (звездочки); D - диаметр рабочей поверхности обоймы; d ,1 ,Z- соответствен но диаметр, длина и количество роликов; α - угол заклинивания; α=6o…8o; [σH] =1200…1500 МПа - допускаемое контактное напряжение.
Применяются также клиновые обгонные муфты, в которых вместо роликов использова ны клинья.
Центробежные муфты используют для автоматического соединения и разъединения ва лов при достижении заданной скорости их вращения. В таких муфтах давление на поверхностях трения создается центробежными силами.
Наибольшее распространение получили центробежные муфты с фрикционными поверхностями pадиального типа (колодочные, ленточные), в которых центробежная сила непосредст венно сжимает трущиеся поверхности.
Колодочная центробежная муфта - при определен ной скорости вращения полумуфты под действием центро бежных сил грузы - колодки 2 преодолевают силу сжатия пружины, и муфта плавно включается. Передача ею вра щающего момента осуществляется за счет трения между колодками и ведомой обоймой. При снижении скорости вращения звена 1 муфта выключается.
Имеются и другие разновидности центробежных муфт (шариковые, порошковые).
Рассматриваемые муфты находят применение для разгона механизмов приводов, имеющих большие маховые массы, двигателями с малыми пусковыми моментами, на пример асинхронными. Для этого двигатель разгоняют без нагрузки, а при определенной скорости вращения его вала плавно включается рабочий механизм. Используют также для предохранения механизмов от разгона (в центрифугах), для облегчения управления ими (в автомобилях).