Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Лекция 24 Муфты

Вопросы, рассматриваемые на лекции:

1. Назначение муфт.

2. Муфты, постоянно соединяющие валы

3. Сцепные муфты

Назначение муфт

Муфтами приводов называют устройства, соединяющие валы совместно работающих агрегатов и передающие вращающий момент.

Основное назначение муфт – соединение валов и передача вращающего момента. Муфты могут выполнять еще ряд важных дополнительных функций. По этому признаку и классифицируют муфты. Существует класс постоянных (нерасцепляемых) муфт, обеспечивающих постоянное, в течение всего времени эксплуатации машины, соединение валов. Кроме того, в некоторых машинах применяют муфты сцепления, обеспечивающие соединение (сцепление) агрегатов или их разъединение во время работы машины. В свою очередь муфты сцепления подразделяют на управляемые и самоуправляемые (самодействующие).

Управляемые муфты соединяют (разъединяют) агрегаты машин по некоторой команде. Самоуправляемые муфты срабатывают автоматически, соединяя или разъединяя валы в зависимости от специфики работы машины и принципа действия муфты.

Муфты служат также для компенсации неточности сборки машин, когда имеет место смещение сопрягаемых валов (Рис. 24.1).

а	а/	е
а	б	в
φ	а/   е φ	Рис. 24.1 Неточности сборки валов относи-тельно номинала (а): б – изменение расстояния в- смещение, г -перекос, д -общий случай
г	д

Основной характеристикой нагруженности муфты является вращающий момент Т, Н·м (в некоторых случаях вращающий момент задают в виде мощности при определенной частоте вращения).

Обычно расчетный вращающий момент Т на муфте приближенно определяют в зависимости от динамических свойств машины, характеризуемых степенью неравномерности вращения и величиной разгоняемых масс, т.е. величиной динамической составляющей вращающего момента на муфте:

Т = Т_н + Т_д = Т_н (1+Т_д / Т_н ) = к Т_н,

где Т_н – номинальный момент (среднее значение длительно действующего момента) обычно приближенно определяют по потребляемой мощности двигателя и по частоте вращения; Т_д – динамический момент (среднее значение переменной составляющей момента в установившемся движении или наибольшее значение момента в переходном процессе, пуск или торможение);

к - коэффициент динамичности.

При ориентировочных расчетах приближенно принимают:

- для машин с небольшими разгоняемыми массами и небольшой переменной нагрузкой (конвейеры, транспортеры, металлорежущие станки) к = 1,0 – 1,5;

- для машин со средними разгоняемыми массами и средней переменной нагрузкой (поршневые компрессоры, строгальные станки, мельницы) к = 1,5 – 2,0;

- для машин с большими разгоняемыми массами и значительной переменной нагрузкой в виде ударов (молоты, прокатные станы, шаровые мельницы) к = 2,5 – 3,0.

Муфты, постоянно соединяющие валы.

Глухие муфты.

Длинные валы по условиям изготовления, сборки и транспортировки иногда делают составными. В этом случае отдельные части вала соединяют глухими муфтами. В некоторых случаях эти муфты применяют и для соединения строго соосных валов агрегатов.

Втулочные муфты. Втулочная муфта (рис.24.1) представляет собой втулку надеваемую с зазором на концы валов. Муфта отличается малыми габаритами по диаметру, но усложняет монтаж из-за необходимости больших осевых смещений соединяемых агрегатов. Материал втулок – конструкционная сталь (ст.5, ст.3).

Втулочные муфты применяют для соединения валов диаметром до 70 мм.

Наружный диаметр муфты принимают: D = (1,5 – 1,6) d,

где d – диаметр вала.

Длина муфты L = (2,5 - 4,0) d (окончательно определяется длиной

шпонок или шлицев).

d

D

L

Рис. 24.2 Втулочная муфта

Фланцевые муфты. Фланцевая муфта (рис.24.3) состоит из двух одинаковых полумуфт, выполненных в виде ступицы с фланцем. Фланцы соединяют болтами. Различают два конструктивных исполнения:

Рис. 24.3 Фланцевая муфта

1. Половину болтов устанавливают во фланцах полумуфт без зазора (рис.24.3). В этом случае центрирование полумуфт осуществляют эти болты. В результате завинчивания гаек фланцы прижимаются силами затяжки болтов, и на торцах фланцев возникает момент сил трения. Вращающий момент с одной полумуфты на другую передается стержнями болтов, поставленных без зазора, и силами трения на фланцах. Задача является статически неопределимой. С целью существенного упрощения расчетов, приближенно принимают, что весь вращающий момент передается только стержнями болтов, поставленных без зазора и работающих на срез и смятие.

Силы действующие на один болт F_t = 2T/ (z · D₁), где Т – расчетный вращающий момент; z – число болтов, поставленных без зазора; D₁ – диаметр на котором расположены оси болтов.

Определяют диаметр d_о стержня болта, работающего на срез.

Далее необходимо выполнить проверочный расчет на смятие.

2. Все болты во фланцах полумуфт устанавливают с зазором. При этом необходимо предусмотреть центрирование полумуфт. В этом случае весь вращающий момент с одной полумуфты на другую передается силами трения на фланцах.

Силу затяжки болтов для передачи вращающего момента Т находят из условия

Т · s = Т_тр,

где Т_тр = F_зат · z · f · D₁ / 2 - момент силы трения на фланцах;

F_зат - сила затяжки одного болта; z - число болтов; f - коэффициент трения (для сухих металлических поверхностей фланцев f = 0,15– 0,20); D₁ - диаметр на котором расположены оси болтов; s - запас сцепления, принимаемый 1,2 – 1,5, на случай действия случайных перегрузок и нестабильности сил трения.

Отсюда необходимая сила затяжки болтов

F_зат = 2 Т_тр / (z · f · D₁) = 2T · s / (z · f · D₁).

Диаметр стержня болта, работающего на растяжение, определяют из условия допустимых напряжений растяжения.

Материал полумуфт – стали 40 и 35 Л. Возможно применение чугунов СЧ 30. На фланцевые муфты имеется стандарт для вращающих моментов от 8 до 45 000 Н м. Полумуфты устанавливают на концы валов с натягом.

Компенсирующие муфты.

Точная установка валов невозможна из-за: ошибок изготовления и монтажа; установки агрегатов на деформируемом (нежестком) основании; расцентровки валов в результате тепловых деформаций корпусов агрегатов при их работе, а также из-за упругих деформаций валов под нагрузкой.

Зубчатые муфты. Сдвоенная зубчатая муфта состоит из двух одинаковых ступиц (втулок), имеющих внешние зубчатые венцы и двух одинаковых обойм с внутренними зубчатыми венцами. Обоймы стянуты болтами, равномерно расположенными по окружности. В крышках, закрывающих внутреннюю полость муфты, расположены специальные резиновые уплотнения, удерживающие жидкую смазку внутри муфты. Пробка служит для заливки в муфту масла. Пояски на втулках служат для контроля соосности валов, а резьбовые отверстия – для крепления стоек индикатора. Число зубьев и их размеры подобраны так, чтобы зубья венца втулки располагались с некоторым зазором между зубьями обоймы, образуя зубчатые соединения. Зубья втулок и обойм имеют эвольвентный профиль с углом профиля 20° и коэффициентом высоты головки зуба h_a* = 0,8. Центрирование обоймы осуществляют по вершинам зубьев втулок. Предусмотрено два исполнения зубьев втулок: бочкообразный и прямолинейный зуб.

Бочкообразный зуб более сложен в изготовлении, чем прямолинейный (нарезание зубьев возможно лишь на специальном станке). Однако муфта с бочкообразными зубьями допускает значительно больший угол поворота 1° 30 ', по сравнению с муфтой с прямолинейными зубьями 15 '.

Одинарная муфта допускает только угловое смещение валов. Однако комбинация двух одинарных муфт допускает как угловое, так и радиальное смещение валов. Относительное смещение зубьев втулки и обоймы обуславливается наличием зазоров между зубьями и бочкообразной формой зубьев втулки. Зубчатые муфты обладают большой несущей способностью и надежностью из-за большого числа зубьев, передающих вращающий момент. Эти муфты хорошо работают при значительных частотах вращения.

При работе муфты имеет место систематический износ боковой поверхности зубьев. Вследствие наличия сил трения между зубьями на валы действует изгибающий момент М_и = 0,1Т, где Т – передаваемый вращающий момент.

Для снижения интенсивности износа зубьев, заготовки втулок и обойм делают коваными или литыми (при больших размерах). Кованые заготовки делают из сталей марок 35ХМ, 40, 45, а литые из сталей марок 40Л, 45Л. Твердость поверхностей зубьев втулок и обойм должна быть 42 – 50 HRC_э.

Муфты смазывают жидким маслом большой вязкости.

Размеры муфт выбирают по таблицам в зависимости от величины вращающего момента и ожидаемого смещения валов.

Шарнирные муфты. В шарнирных муфтах использован принцип действия шарнира Гука. Эти муфты служат для передачи вращающего момента между валами с большими углами перекоса порядка 40-45°, изменяющимися во время работы (рис. 24.4а).

Рис. 24.4 Шарнирная муфта

Муфта состоит из двух одинаковых полумуфт 1 и 2 в виде ступицы с вилкой (вилки полумуфт повернуты на 90°) и крестовины 3, соединяющей полумуфты. Крестовина соединена с вилками полумуфт шарнирами. Это обеспечивает свободу поворота каждой полумуфты относительно крестовины.

Комбинация двух муфт, соединенных промежуточным валом переменной длины позволяет соединять валы, имеющие радиальные смещения и значительные углы перекоса (рис. 24.4б).

Пальцевые муфты с металлическими дисками. Пальцевая муфта с металлическими дисками состоит из одинаковых полумуфт и пакета плоских металлических дисков, которые присоединяются к полумуфтам пальцами, установленными во фланцах полумуфт. Закаленные втулки и гайки позволяют надежно зажимать пакеты дисков с их торцев. Муфта проста по конструкции и не требует ухода в процессе эксплуатации. Одна муфта компенсирует только угловое смещение валов. При этом пакет упругих дисков изгибается из своей плоскости. Чем меньше пальцев на полумуфтах, тем податливее свободные участки дисков на изгиб и, следовательно, выше компенсирующая способность муфты. Однако несущая способность муфты при этом снижается.

Комбинация двух муфт с промежуточным валом позволяет компенсировать как угловые, так и радиальные смещения валов (рис. 19.6б).

При угловом смещении валов вращающийся диск испытывает циклические деформации изгиба. Это может привести к его усталостному разрушению.

Размеры муфты выбирают по таблицам в зависимости от величины расчетного вращающего момента.

Муфты находят широкое применение в безлюфтовых приводах высокой крутильной жесткости с неточно установленными агрегатами.

Упругие муфты.

Упругие муфты отличаются наличием упругого элемента и являются универсальными в том смысле, что, обладая некоторой крутильной податливостью, эти муфты также являются компенсирующими.

Основные свойства. Упругие муфты способны:

1) Смягчать толчки и удары вращающего момента, вызванные технологическим процессом или выбором зазора при пусках и остановках машины. При этом кинетическая энергия удара аккумулируется муфтой во время деформации упругого элемента, превращаясь в потенциальную энергию деформации.

2) Защищать привод машины от вредных крутильных колебаний.

3) Соединять валы, имеющие взаимные смещения. В этом случае деформируется упругий элемент муфты, и муфта функционирует как компенсирующая.

Упругие муфты, как эффективное и недорогое средство снижения вредных динамических нагрузок в приводах машин, характеризуются:

1) Жесткостью при кручении, представляющей отношение угла поворота полумуфт от величины вращающего момента Т. В зависимости от конструкции муфты эта характеристика может быть линейной или нелинейной.

2) Демпфирующей способностью, т.е. способностью необратимо поглощать часть энергии деформации упругого элемента муфты при действии циклически изменяющегося вращающего момента с амплитудой, наложенного на постоянный вращающий момент Т_ном. Количественно демпфирующая способность может оцениваться величиной коэффициента относительного рассеивания К = А_D / A_упр, где А_D – работа, поглощенная за один цикл нагружения муфты переменным моментом (площадь петли гистерезиса); A_упр – работа сил упругой деформации муфты за четверть периода полного колебания.

Таким образом правильно подобранная упругая муфта по крутильной жесткости и демпфирующей способности существенно снижает величину вредных крутильных колебаний в приводах машин. Это очень выгодно, так как снижение уровня переменных нагрузок в приводах машин повышает их ресурс.

Упругие муфты могут быть с металлическими и неметаллическими (резиновыми) упругими элементами.