Назначение. 2. Классификация муфт. 3. Конструкция муфт. Характеристика муфт и общая методика их подбора. Муфты неуправляемые ( нерасцепляемые, втулочные фланцевые) Лекция № 25 Муфты приводов
Муфтой называется устройство для соединения концов валов или для соединения валов со свободно сидящими на них деталями. Назначени е – передача полезного вращающего момента без изменения его величины, направления и скорости. В ряде случаев муфты дополнительно выполняют следующие функции: 1. Поглощают вибрации и толчки, уменьшают динамические нагрузки (упругие муфты); 2. Предохраняют узлы и машину в целом от аварий при перегрузках (предохранительные муфты); 3. Позволяют включать или выключать исполнительный механизм без остановки двигателя (управляемые муфты); 4. Компенсирует вредное влияние несоосности валов, связанных с неточность монтажа (компенсирующие муфты). Назначение
Различают четыре вида отклонений от правильного взаимного расположения валов Назначение а) Продольное (осевое) смещение б) Радиальное смещениев. в) Угловое смещение г) Комбинированные (практически наиболее часто встречающиеся) Δ δ α Δ δ α Эти смещения могут быть обусловлены неточностью изготовления и монтажа узлов машины (привода), а также деформациями (упругими) (температурными) Смещение существенно оказывает влияние на работу соединяемых узлов. Величина этих смещений может быть значительная. Поэтому в данном случае применяют муфты, компенсирующие эти смещения.
В современном машиностроении применяют большое количество муфт, которые классифицируются. I. По принципу действия механические, гидравлические, электромагнитные и т.д. Механические муфты классифицируются по критерию управляемости на следующие типы: - Неуправляемые ( нерасцепляемые ), осуществляющие постоянное соединение валов между собой; - Управляемые (сцепные), допускающие во время работы сцепления и расцепления валов при помощи системы управления; - Самоуправляемые (автоматические), автоматически разъединяющие валы, при изменении заданного режима работы; - Комбинированные. II. По характеру соединения валов муфты делятся: - Жесткие – передающие вместе с вращающим моментом вибрации, толчки и удары; - Упругие (с металлическими и неметаллическими упругими элементами) амортизирующие вибрации, толчки и удары. Классификация муфт
В структурной схеме привода электродвигатель редуктор и рабочий орган исполнительного механизма соединяются между собой муфтами. Двигатель и редуктор имеют общую раму. Требования к условиям работы муфт будут различные. В общем случае муфта состоит 1, 2 – ведущий и ведомый валы, соответственно 3, 4 – ведущая и ведомая полумуфты 5 – соединение полумуфты с валом. Оно может быть шпоночным (при малых и средних нагрузках) и шлицевым (при значительных нагрузках). 6 – установочный винт, необходимый для осевой фиксации полумуфты 7 – стопорное кольцо 8 – штифтовое соединение ведомой полумуфты (штифт может быть цилиндрическим или коническим) 9 – болтовое соединение полумуфт, необходимое для передачи момента (движения) от ведущей к ведомой полумуфте. Конструкция муфт
Конструкция муфт 1 5 2 3 4 6 7 8 9 d 1 d 2
d 1, d 2 – диаметры посадочных поверхностей валов. Желательно чтобы d 1 = d 2 в крайнем случае d 1 = (0,8…1,2)· d. L, D max – габаритные размеры муфты. d 3 – диаметр ступицы полумуфт, назначается в зависимости от диаметра валов. T 1, T 2 – вращающие моменты. ω 1, ω 2 – угловые скорости валов. n max – предельная частота вращения (для чугунных муфт V ≤ 25 м/сек ) Характеристика муфт и общая методика их подбора
Большинство муфт стандартизованы. Задача подбора муфты сводится к выбору типоразмера муфты из имеющихся в стандарте, в соответствии с условиями их работы. Основной характеристикой муфт является передаваемый вращающий момент – Т. Муфты подбираются в соответствие с ГОСТ по большему диаметру соединяемых валов и расчетному моменту. где K = K 1 · K 2 – коэффициент режима работы K 1 – коэффициент надежности (безопасности) K 2 – коэффициент динамичности, зависит от типа двигателя и исполнительного органа (выбираются из таблиц справочника). K 2 = 1,15…1,4 – при спокойной нагрузке K 2 = 1,5 …2 – при переменной нагрузке K 2 = 2,5 … 4 – при ударной нагрузке Общая методика подбора муфт
T н – номинальный вращающий момент, это максимальный из длительно действующих моментов (по техническому заданию) – допускаемый (табличный) момент для данного типоразмера После выбора муфты необходимо ознакомится с ее конструкцией, принципом действия, выявить условия работы ее элементов, а исходя из этого, наиболее слабый элемент. Слабым элементом считается тот, который определяет надежность и долговечность муфты. После этого необходимо составить расчетные схемы для слабых элементов и произвести проверку по соответствующему критерию работоспособности. Общая методика подбора муфт
Делятся на глухие и компенсирующие. Глухие муфты соединяют валы в одну жесткую линию. Применяются в тихоходных передачах. Из глухих муфт наибольшее распространение получили втулочная и фланцевая муфты. I. Втулочная муфта представляет собой втулку закрепленную на валах при помощи штифтов, шпонок или шлиц Применяется для передачи небольших вращающих моментов. Имеют простую конструкцию, мало-габаритные и низкая стоимость. Недостатком муфты является неудобный монтаж и демонтаж, связанные с осевым смещением валов или муфты вдоль вала. Принцип действия : Движение от вала – 1 через шпоночное соединение – 4, 5 передается втулке – 3. От втулки – 3 через штифтовое соединение 6, 7, передается валу 2. Муфты неуправляемые ( нерасцепляемые )
1 5 2 3 4 7 6 d 1 d 2 Втулочная муфта 1,2,3 – валы и втулка соответственно 4, 5 – шпоночное соединение 6, 7 – штифтовое соединение
Штифт проверяется на срез: Где – поперечная сила; – площадь среза штифта Нетрудно установить, что необходимо проверить штифтовое и шпоночное соединение, а также прочность самой втулки на кручение. Проверочные расчеты
Проверочные расчеты Прочность втулки на кручение: где Т расч – расчетный момент Полярный момент сопротивления кручению кольца с размерами D и d. = 22…25 н /мм 2 – допускаемое напряжение на кручение для стали 45.
Проверочные расчеты Расчет шпоночного соединения: Проверочный расчет на смятие : - высота выступающей части шпонки - площадь смятия - рабочая длина шпонки - допускаемое напряжение смятия. Для стальных шпонок = 100 МПа
Проверочные расчеты Проверка шпонки на срез : : - площадь среза - допускаемое напряжение среза
Состоит из двух полумуфт с фланцами, стянутыми болтами. Фланцевые муфты просты по конструкции, надежны в работе, могут передавать большие моменты. Они широко распространены в машиностроении. Материал полумуфт сталь 40 или сталь 35Л, чугун. Момент (движение) в данном случае передается от вала –1 через шпоночное соединение –5, 6 на полумуфту – 3. От полумуфты – 3 к полумуфте 4 с помощью болтового соединения – 9 и далее к валу 2 с помощью штифтового соединения – 7, 8. В данном случае необходимо проверить прочность соединений (шпоночных, штифтовых, болтовых). При расчете болтовых соединений могут быть 2 расчетных случая: Болты поставлены с зазором в отверстиях полумуфты Болты поставлены без зазора. Фланцевая муфта
Фланцевая муфта 1 5 2 3 4 6 7 8 9 d 1 d 2
В этом случае момент передается за счет сил трения по стычку полумуфт. Эти силы трения обусловлены затяжкой соединения. Поэтому задача расчета сводится к определению усилия затяжки, и при известном усилии определяется расчетный диаметр болта. Т < М тр Откуда, сила затяжки Проверочные расчеты Выполняется проверка прочности соединений (шпоночных, штифтовых, болтовых). Проверочный расчет болтовых соединений 1. Болты поставлены с зазором в отверстиях полумуфты По силе затяжки болта, F б1 определяют необходимый его диаметр. (По условию прочности на растяжение)
В этом случае момент передается за счет сопротивления стержней болтов сразу по плоскости стыка. Проверочные расчеты 1. Болты поставлены без зазором в отверстиях полумуфты где М расч - расчетный момент, Н мм ; D сэ - диаметр расположения силовых элементов муфты, мм; z - число болтов, установленных без зазора; d б - диаметр ненарезанной части стержня болта, мм [ τ ср ] ≈ 0,25 σ Т - допускаемое напряжение на срез для болтов, МПа ; σ Т - предел текучести материала болта, МПа. Болты, поставленные без зазора, могут одновременно выполнять функцию центровки валов. При постановке болтов с зазором центровка производится центрирующим выступом на одной полумуфте. Центрирующий выступ затрудняет монтаж и демонтаж соединения, т.к. при этом необходимо осевое смещение валов.
Муфты компенсирующие – предназначены для соединения валов с компенсацией радиальных, осевых и угловых смещений вследствие неточности изготовления и монтажа. Компенсирующие муфты делятся на жесткие и упругие. В жестких муфтах компенсация несоосности валов достигается за счет подвижности жестких деталей муфты, в упругих – за счет деформации упругих деталей муфты. Из жестких муфт наибольшее распространение получили зубчатые, кулачково-дисковые и шарнирные; из упругих – пружинные и втулочно-пальцевые. Муфты компенсирующие
Назначение Упругая связь полумуфт позволяет: – компенсировать несоосность валов; – изменить жесткость системы в целях устранения колебаний при периодической нагрузке; – снизить величину кратковременных перегрузок. Муфты упругие
Является наиболее распространенной муфтой с неметаллическими упругими элементами – резиной; обладает хорошей эластичностью, высокой демпфирующей и электроизоляционной способностью Муфта состоит из двух полумуфт в одной из которых в конических отверстиях закреплены соединительные пальцы с надежным гофрированными резиновыми втулками (вариант 1) или кольца трапецеидального сечения (вариант 2). Широко применяются для соединения машин с электродвигателями при передаче малых и средних вращающих моментов. Проста в изготовлении и надежна в работе. Наружная поверхность полумуфт может использоваться в качестве тормозного барабана. Муфту подбирают в диапазоне диаметров валов d = 16…150 мм. Вследствие небольшой толщины резиновых втулок муфта обладает малой податливостью, компенсируя незначительные смещения валов. Муфта упругая втулочно-пальцевая (МУВП) .
Слабыми элементами в муфте являются шпоночные соединения, палец и резиновые втулки. Для расчета пальцев и втулок необходимо определить силы, действующие на эти элементы (на один элемент). Для ее определения составляется условие равновесия в предположении, что нагрузка распределяется равномерно между всеми элементами Проверочные расчеты Тогда где T расч - расчетный вращающий момент D сэ - диаметр расположения силовых элементов z - количество пальцев Пальцы испытывают деформации изгиба от равнодействующей распределенного давления F t1 расч T расч - расчетный вращающий момент D сэ - диаметр расположения силовых элементов z - количество пальцев
Проверочные расчеты Пальцы испытывают деформации изгиба от равнодействующей распределенного давления F t1 расч Напряжения изгиба в пальце Здесь М и – изгибающий момент, W х,у - осевой момент сопротивления сечения d 1 - диаметр пальца [ σ и ] - допускаемое напряжение изгиба, для стали 45 ГОСТ 1050-74, [ σ и ] = 80 …90 МПа F t1 расч l l / 2
Проверочные расчеты Втулка сминается пальцем и цилиндрическим отверстием. Большие напряжения будут возникать на поверхности контакта палец – втулка, так, как d 1 < d о Напряжения смятия втулки Здесь l вт – длина втулки, [ σ см ] - допускаемое напряжение смятия втулки, [ σ см ] = 2 МПа.
