Муфты, их классификация и особенности применения

Полумуфта 1 передает крутящий момент с вала на пальцы, при этом каждое ее сечение, перпендикулярное оси, нагружается нарастающим слева направо моментом за счет постепенной передачи его при помощи шпонки с вала на полумуфту, как это было показано на примере фланцевой муфты (см. эпюру Т на рис. 2.1, а). В аналогичных условиях работает и полумуфта 4. Очевидными критериями работоспособности полумуфт будет крутильная прочность ступицы (2.1) и прочность рабочих поверхностей шпоночного паза (2.3), из которых получают проектные зависимости для определения размеров ступицы (2.22), (2.23). Диаметр окружности D_c, на которой размещаются пальцы, устанавливается из конструктивных соображений, обеспечивающих размещение нужного количества гнезд полумуфты 4 под упругие втулки. Для стандартных МУВП принимается D_c=(4,5…2,2)d, при этом большие значения характерны для валов малого диаметра.

При передаче крутящего момента с полумуфты на пальцы движущий момент T_рд уравновешивается моментом сил F_t1c (рис. 2.2, б), которые нагружают пальцы и резиновые втулки. Значение F_t1c=F_t1 определяется из условия равновесия полумуфты (УM₀=0) и по аналогии с фланцевой муфтой может быть определено в соответствии с (2.5) (более подробно см. подраздел 2.1.2).

Передача нагрузки F_t1 c пальца на резиновые втулки реализуется в виде определенным образом распределенной по длине площади контакта пальца с втулкой удельной нагрузки q. Закономерность распределения нагрузки зависит от большого количества факторов (соосности валов, точности изготовления пальцев, втулок, отверстий в полумуфтах и т.д.). Например, при строгой соосности соединяемых валов и высокой точности изготовления всех деталей муфты следует ожидать равномерное распределение удельной нагрузки q по длине пальца, а ее равнодействующую F_t1 можно приложить посредине площадки контакта (рис. 2.2, в, слева). При угловом смещении валов возможный вариант распределения q показан на рис. 2.2, в (справа).

В этом случае равнодействующую следует приложить, как известно, на расстоянии 2l_вт/3. Смещение F_t1 к концу пальца усложняет условия работы пальцев и втулок. При формировании расчетной модели посадку пальца на конус в полумуфте считают жесткой заделкой, а сам палец условно относят к жестко защемленной балке. Силу F_t1 обычно прикладывают на конце балки (рис. 2.2, г), что идет в запас прочности пальца по сравнению с фактическим возможным местом ее приложения. Закономерность изменения изгибающего момента по длине пальца показана на том же рисунке. Эпюра изгибающего момента M_и и конструкция пальца однозначно указывают на положение его опасного сечения в месте защемления.

Очевидным критерием работоспособности пальца будет изгибная прочность. Математическая модель критерия имеет вид

где M_{и ос}=F_t1•l_П - изгибающий момент в опасном сечении, то есть в месте заделки; W_oc - осевой момент сопротивления опасного сечения пальца в месте заделки, для круглого сечения W_ос=0,1.

Для проектирования пальцев муфты условие их работоспособности при у_из=[у]_из можно преобразовать в проектную формулу



Рис. 2.2. Расчетная модель силового и прочностного анализа МУВП: а - конструкция муфты; б, в - варианты нагружения пальца; г - вариант эпюры изгибающих моментов М_и пальца; д -эпюры напряжений

Как всегда при проектных расчетах, предварительно следует задаться неизвестными: числом пальцев, их длиной, диаметром, на котором они расположены, и методом последовательных приближений установить удовлетворяющие проектировщика результаты (подробнее см. подраздел 2.1.3).

Основным критерием работоспособности резиновых втулок является их прочность на смятие силой F_t1 в месте контакта втулок с пальцами (напряжения смятия в месте контакта втулок с полумуфтой менее опасны по причине большей площади контакта). В расчетной модели втулки обычно принимают равномерное распределение у_см по длине контакта втулки с пальцем. В поперечном сечении максимальные напряжения смятия будут иметь место в плоскости действия F_t1 (рис. 2.2,д). Однако, как было сформулировано в 2.1.2, принимают напряжения смятия по поперечному сечению равномерно-распределенными, условно снижая фактическую площадь смятия до ее проекции на диаметральную плоскость. Величина средних значений напряжений смятия при этом весьма близка реальным напряжениям у_max. Таким образом, критерий прочности втулок по напряжениям смятия может быть записан в виде (2.7), который для рассматриваемой муфты запишем так:

Допускаемые напряжения смятия у_см для резиновых втулок обычно принимают (1…2) мПа.

Для проектных расчетов условие (4.35) при оптимальном соотношении у_см = [у]_см можно решать относительно требуемой длины втулки

На заключительном этапе из всех силовых элементов проектируемой муфты устанавливают ее наиболее слабые звенья. Например, для типовых конструкций МУВП слабыми элементами являются пальцы и резиновые втулки. При отсутствии опыта в определении слабых звеньев целесообразно просчитать все силовые элементы муфты по наиболее вероятным критериям работоспособности. Уровень определяющего параметра, регламентируемого тем или иным критерием работоспособности (например, уровень рабочих напряжений в критерии прочности или деформаций - в критерии жесткости) дает возможность, с одной стороны, выявить слабый элемент, а с другой - выяснить малонагруженные элементы муфты и установить пути их совершенствования.

Проектные формулы (2.34) и (2.36) по аналогии с расчетом фланцевой муфты могут быть преобразованы в зависимости для определения номинальных допустимых моментов [T_ном]_и и [Т_ном]_см, минимальное значение из которых помещают в технические характеристики серийных муфт (см. подраздел 2.1.4).

2.2.2 Силовой и прочностной анализ оболочковых муфт на примере муфты с выпуклой оболочкой

Неизменным силовым элементом оболочковых муфт (рис. 1.15), помимо полумуфт, являются разнообразные по конструкции оболочки (выпуклые, вогнутые, составные и т.п.) и болтовые фланцевые соединения. Болтовые соединения предназначены для передачи расчетного крутящего момента с полумуфт на оболочку и наоборот. При этом сила затяжки болтов F_зат обеспечивает создание силы трения F_fr на поверхностях контакта упругого элемента с полумуфтой, которая на соответствующем радиусе трения R_fr образует момент трения T_fr (рис. 2.3, разрез Б-Б). Расчетные модели и математические зависимости для определения T_fr, R_fr, F_зат рассмотрены на примере фланцевой муфты (см. подраздел 2.1.2). Здесь обратим внимание на расчетное значение количества поверхностей трения Z_fr. Формально борт оболочки в данной конструкции зажат с двух сторон, однако в расчете принимают Z_fr=1, так как зажимные диски не имеют жесткой связи с полумуфтами.

Очевидно, что упругая оболочка подвержена кручению, крутильному сдвигу и сжатию её бортов (рис. 2.3). С позиций кручения можно подвергнуть проверке прочности любые сечения, находящиеся справа и слева вблизи поперечного сечения А-А, в пределах которых толщина оболочки и радиус их расположения от оси вращения практически остаются неизменными. На более удаленных от А-А сечениях толщина оболочки увеличивается за счет перехода к борту, опасность её разрушения снижается. По этой причине прочность оболочки по кручению обычно проверяется по сечению А-А. Математическая модель этого условия (4.1) в оптимуме может быть записана в проверочной форме так:

Рис. 2.3. Расчетная модель силового и прочностного анализа муфты оболочковой

При преобразовании в проектную зависимость уравнения (2.37) оно решается относительно одного из неизвестных геометрических параметров, к примеру наружного диаметра оболочки

Естественно, как во всякой проектной зависимости для её решения придется предварительно задаться имеющими место неизвестными, в данном случае - внутренним диаметром оболочки D_о.в Формулой (2.38) удобно воспользоваться, если, к примеру, в оболочку встраивается дополнительный механизм с заданным внешним диаметральным габаритом D. Тогда с учетом необходимого зазора ? задают D_о.в?D+?. Если же требуется разместить муфту в ограниченном пространстве, то первоначально целесообразно задаться внешним диаметром оболочки, из уравнения (2.37) установить внутренний диаметр D_о.в:

Условие прочности по крутильному сдвигу по площади поверхности цилиндра радиуса R_н, обозначенного на рис. 2.3 волнистой линией:

Тангенциальная сила F_tсд=2T_p/D_н, вызывающая сдвиг оболочки по цилиндрической поверхности в месте защемления борта оболочки между фланцами (A_сд=р•D_н•д), показана на рис. 2.3 как движущая сила (по этой причине она направлена в соответствии с движущим моментом T_рд). Если при проверке оболочки с размерами, ранее определенными из (2.38) или (2.39), условие крутильного сдвига не обеспечивается (ф_сд>[ф]_сд), то (2.40) можно привести к проектной форме с определением требующегося диаметра D_{н сд}:

Очевидно, что в подобном случае полученные значения D_н.сд>D_н, следовательно, в рассматриваемой ситуации более важным критерием работоспособности является не прочность оболочки по кручению, а её прочность по крутильному сдвигу.

Из расчетной схемы (рис. 2.3) видно, что борта оболочки сжимаются силой затяжки F_зат. Часто в подобных случаях исключение разрушения детали достигается ограничением напряжений на границе контакта сжимаемых поверхностей . Рабочие напряжения смятия на поверхности кольцевой площадки, обозначенной на расчетной модели, полагают распределенными равномерно (см. эпюры у_см). Тогда условие работоспособности по напряжениям смятия примет вид

2.3 Силовой и прочностной расчет предохранительных муфт на примере муфты кулачковой

В силовую цепь рассматриваемой муфты входят полумуфта 1, втулка подшипника скольжения 2, опорный стакан пружин 6, регулировочная гайка 7, кулачковая подвижная в осевом направлении втулка 4, неподвижная кулачковая полумуфта 6 и пружины 5 (рис. 2.4) Силовой анализ лучше начать с рассмотрения сил в зацеплении кулачков (рис.2.5). Формируя расчетную модель этого этапа, примем равномерное распределение удельных давлений (напряжений смятия) по поверхности контакта кулачков при передаче крутящего момента. Обычно без особой погрешности заменяют удельные давления на контактирующих поверхностях равнодействующей F_n, приложенной на среднем диаметре кулачков D_c?(D_н + D_вн)/2. Более полный подход к определению места приложения равнодействующей изложен в анализе фланцевой муфты. При передаче движущего момента T_рд с ведущего элемента на ведомый равновесие первого поддерживает тангенциальная сила сопротивления F_t1c, а на кулачок ведомого будет действовать движущая сила F_t1д = F_t1c = F_t1 (рис. 2.5 а). Значение F_t1, как отмечено выше, определяется из условия равновесия элементов муфты (2.5). Наклон силы F_t1 к рабочей поверхности кулачка под углом б обусловливает наличие нормальной к ней силы взаимодействия

и осевой (направленной параллельно оси) составляющей . Поскольку при работе муфты наблюдается относительное перемещение кулачков, то необходимо также учитывать силу трения F_fr, которая противодействует выталкиванию кулачков, снижая силу . Силу трения на наклонных поверхностях учитывают с помощью угла трения ц, вычитая или прибавляя его к углу наклона в зависимости от направления F_fr. В данном случае

Рис. 2.4. Осевой разрез муфты и ее силовые элементы

 

Осевые силы, действующие на отдельные кулачки при суммировании, характеризуют требуемую осевую силу нажимного механизма. Однако при определении расчетного значения осевой силы необходимо учесть, что выходу кулачков из зацепления будет препятствовать не только нажимное устройство, но и сила трения подвижной кулачковой втулки о шлицы полумуфты F_frш, которую на основе расчетной схемы (рис. 2.5, б) можно вычислить как

где f_Ш - коэффициент трения в шлицах (f_Ш? 0,15).

Таким образом, окончательное значение суммарной на Z_к кулачках требуемой осевой силы нажимного механизма (пружин в рассматриваемой конструкции):

Рис. 2.5. Расчетные модели силового и прочностного анализа кулачковой предохранительной муфты: а - кулачкового зацепления; б - требуемой осевой силы пружин (нажимного механизма); в - изгибной прочности кулачков

Силовой анализ кулачкового зацепления позволяет ответить на вопрос о нагрузке всех перечисленных выше силовых элементов и прогнозировать их отказы и критерии работоспособности.

Кулачки. Рабочие поверхности кулачков нагружены нормальной силой F_n, реализуемой напряжениями смятия, условие их работоспособности в соответствии с (2.3) запишется так:

где площадь смятия принята . Допускаемые напряжения смятия [у]_см принимаются из условия предотвращения износа кулачков. С этой же целью материал для кулачковых венцов назначают таким, чтобы при соответствующей химико-термической обработке обеспечивали твердость поверхности не ниже 40 HRc.

Зависимость (2.47) описанными выше методами приводится к проектным формулам решением ее относительно одного из перечисленных параметров Z_k; D_c; b; h. К примеру, относительно среднего диаметра кулачков

При этом всеми неизвестными параметрами предварительно нужно задаться. Делают эту операцию на основе изучения опыта проектирования кулачковых муфт (общие замечания по этому поводу см. подраздел 2.1.3).

Тело кулачка подвергается изгибу силой F_t1. Расчетная модель строится на принятии кулачка условно в виде жестко защемленной балки с нагрузкой, приложенной к вершине кулачка (см. рис. 2.5, в). Уравнение прочности по изгибным напряжениям (2.33) применительно к обсуждаемой муфте примет вид

Осевой момент инерции опасного сечения у основания кулачка принят условно как для прямоугольника с размерами b и S, которые обозначены пунктиром на рис. 2.5, в. Проверочная зависимость (2.33) также может быть преобразована в проектную, если изгибное разрушение кулачка становится наиболее опасным отказом. Последнее случается крайне редко, поэтому расчет на изгиб кулачка обычно не производится.

Полумуфта 1. Тело полумуфты передает крутящий момент Т_р с вала на подвижную кулачковую втулку или наоборот и работает на кручение. Математические модели проверочных и проектных расчетов в подобных случаях рассмотрены выше применительно к фланцевым муфтам (см. подразделы 2.1.2 и 2.1.1). В качестве расчетного сечения следует принять минимальное ее сечение 1-1 по канавке для выхода фрезы при нарезании шлиц (см. рис. 2.4). Там же изложен и расчет шпоночного паза. Силовым элементом полумуфты также является шлицевое соединение с подвижной кулачковой втулкой. Расчет шлицевых соединений основан на обеспечении прочности по напряжениям смятия и износостойкости рабочих поверхностей.

Применительно к шлицам подвижной втулки более значимым является критерий износостойкости. По принятой универсальной методике расчет для обоих критериев проводится по напряжениям смятия. Математическая модель критерия (4.7) в данном случае приобретает вид

где F_t1ш - тангенциальная сила, нагружающая один из Z_ш шлиц; d_m - средний диаметр шлицевого соединения; h - высота шлица; l_p - рабочая (совместная) длина шлица.

Допустимые напряжения смятия [у]_см для подвижных шлицевых соединений, в которых перемещение происходит под нагрузкой, принимают в диапазоне (5…15) МПа. При этом материалы деталей соединения должны обеспечивать твердость рабочих поверхностей не ниже 40 HRc.

Отмеченные геометрические параметры шлиц первоначально назначаются в соответствии с принятым стандартом на них по наружному диаметру участка полумуфты под шлицы. Затем по (2.50) подвергаются проверочному расчету. Если размеры шлиц не обеспечивают соблюдение этого критерия, то есть шлицы являются слабым элементом в звене «полумуфта - подвижная кулачковая втулка», то в распоряжении конструктора можно выделить три переменные проектирования: увеличение длины l_p, диаметра d_m и изменение типа шлиц. В первых двух случаях (2.50) решают соответственно относительно требуемых значений l_p или d_m.

Кроме названных силовых элементов полумуфты, следует также назвать резьбу, нагруженную через гайку силой пружин F_пр. Под действием этой силы тело полумуфты растягивается, а витки резьбы срезаются и сминаются (в силовых резьбах более опасными считаются напряжения среза). По установившейся методике расчетов резьбовых соединений проверяют прочность растягиваемых элементов (в нашем случае прочность тела полумуфты), а работоспособность резьбы обеспечивается автоматически в силу принципа равнопрочности, заложенного в конструкцию стандартных гаек.

Втулка подшипника скольжения. Нагрузка на подшипник определяется степенью равномерности распределения окружных (тангенциальных) сил F_t1 между кулачками. При абсолютном равенстве F_t1 на всех кулачках сила, нагружающая вал и подшипники, отсутствует. При реальной точности изготовления деталей муфты равнодействующая приведенных к валу сил не равна нулю. Обычно принимают радиальную нагрузку на валы (подшипники):

F_в=(0,2…0,5)F_t1. (2.51)

Критерием работоспособности подшипников скольжения наиболее часто является износостойкость, условие которой в простейшем случае обеспечивается ограничением удельных давлений q?[q]. Рассматриваемый подшипник работает лишь при срабатывании муфты. По этой причине он, как правило, не является слабым элементом и его расчет опущен.

Подвижная кулачковая втулка. Силовой и прочностной анализ кулачков проведены выше и в дополнительных комментариях не нуждаются. Тело втулки передает расчетный крутящий момент с кулачков на шлицы либо наоборот. Расчет втулки на крутильную прочность аналогичен расчету полумуфт. В качестве проверочных и проектировочных зависимостей, используя метод аналогии, можно применять (2.1), (2.21), (2.22).

Другим силовым элементом кулачковой втулки являются шлицы, которые передают крутящий момент Т_р с полумуфты на рассматриваемую деталь или наоборот. Прочностной анализ шлиц выполнен выше применительно к полумуфте.

Кулачковый венец втулки также подвержен сжатию осевой составляющей силы взаимодействия кулачков F_aУ=F_a1•Z_k и уравновешивающей ее силой пружин F_пр. Уровень напряжений сжатия в венце низок и на работоспособность втулки практического влияния не оказывает. По этой причине расчет втулки по напряжениям у_сж не производится.

Опорный стакан пружин. Регулировочная гайка. Эти детали находятся под действием силы F_пр. Напряжения сжатия в опорном стакане, как и в предыдущем случае, невелики и на его работоспособность не влияют. Размеры стакана назначаются из конструктивных соображений: наружный диаметр стакана и размеры шлиц принимают в соответствии с размерами кулачковой втулки, отверстий под пружины - по наружному диаметру пружин. В качестве регулировочной используют гайку круглую шлицевую по ГОСТ 8530 - 90. Как отмечено, при анализе полумуфт прочность резьбы обеспечивается в соответствии с принципом равнопрочности, заложенным при конструировании стандартных резьбовых деталей.

Пружины. Используемые в кулачковой муфте пружины сжатия нагружены силой F_пр1=F_пр/Z_пр, где Z_пр - количество установленных пружин. Под действием этой силы каждый из витков нагружается крутящим моментом Т_пр. Наличие этого момента поясняет рис.2.6. Осевая сила F_пр1 относительно любого из сечений витков создает момент, равный F_пр1•D/2, который уравновешивается моментом сопротивления скручиванию витка T_пр. Отсюда

T_пр=F_пр1•D/2. (2.52)

Рис. 2.6. Силовой анализ пружины и ее геометрия

 

Основным критерием работоспособности пружин считают прочность по напряжениям кручения под действием момента T_пр. Математическая модель этого критерия (2.1) применительно к пружинам с круглым профилем проволоки записывается так:



Геометрические параметры пружины D и d (соответственно средний диаметр пружины и диаметр ее проволоки) обозначены на рис. 2.6. Коэффициент К_в, дополнительно введенный в (2.53), учитывает кривизну витков пружины и назначается по таблицам в зависимости от индекса пружины С. Индекс пружины определяется соотношением C=D/d. Для оптимального соотношения ф_кр=[ф]_кр (2.1) может быть преобразовано в проектную зависимость. Если решить уравнение относительно диаметра проволоки, то

Как всегда при проектных расчетах предварительно необходимо задаться неизвестными: K_в и С. Поскольку K_в=f(С), то решение задачи следует начать с назначения индекса пружины. Инженерной практикой выработан диапазон широко используемых значений С=4…12. Указанный диапазон С зависит от вычисляемого диаметра проволоки. Поэтому решается задача в итерационном режиме. Первоначально задаются значением С в зависимости от ожидаемого диаметра проволоки. Если полученный диаметр d не соответствует ориентировочно принятому, то расчет повторяют с корректировкой С. Для назначения С и K_в можно воспользоваться таблицей 2.1.

Таблица 2.1. К назначению индекса пружины и коэффициента K_в

	Ожидаемый диаметр проволоки d
	d ?2,5 мм - С = 5…12; d = (3…5) мм - С = 4…10; d = (6…12) мм - С = 4…9.
С	4	5	6	8	10	12
Kв	1,37	1,29	1,24	1,17	1,14	1,11

 

При назначении индекса пружин следует руководствоваться следующими соображениями. Увеличение С в случае сохранения числа витков пружины приводит к увеличению диаметральных габаритов пружин и увеличению их податливости. Увеличение размера пружин и в конечном итоге муфты, естественно, противоречит задаче получения минимальных размеров и материалоемкости обсуждаемого устройства. Однако при этом улучшаются такие эксплуатационные показатели работы муфты, как снижение перегрузки при срабатывании кулачкового механизма, повышение точности срабатывания. Упругие характеристики двух различных по жесткости пружин приведены на рис. 2.7 .

Рис. 2.7. Сравнительные характеристики пружин различной жесткости

Сравнение упругих характеристик податливой 1 и жесткой 2 пружин показывает, что для получения необходимой силы прижатия кулачков F_пр жесткую пружину необходимо деформировать на меньшую величину л₂<л₁. При срабатывании муфты кулачки перемещаются в осевом направлении и дополнительно деформируют пружины на величину Дл, равную высоте кулачков h. В силу разной жесткости пружин на равную величину их дополнительной деформации они откликаются разными значениями прироста силы, причем ДF₁ < ДF₂ (прирост сил в сравниваемых пружинах). Следовательно, и силы срабатывания F_{1пр max} < F_{2пр max} и крутящие моменты T_1max < T_2max (рис. 2.7). Таким образом, использование податливых пружин снижает перегрузку элементов приводов, а также повышает точность срабатывания.

 

Таблица 2.2. Стандарты на муфты

Стандарт	Наименование
Гост 21424-75	Муфты упругие втулочно-пальцевые. Основные параметры. Габаритные и присоединительные размеры
ГОСТ 20761-80	Муфты пальцевые. Основные параметры. Габаритные и присоединительные размеры
ГОСТ 20884-82	Муфты упругие с торообразной оболочкой. Основные параметры. Габаритные и присоединительные размеры
ГОСТ 14084-93	Муфты упругие со звездочкой. Конструкция. Основные параметры и размеры
ГОСТ 5006-83	Муфты зубчатые
ГОСТ 20742-81	Муфты цепные
ГОСТ 5147-80	Муфты шарнирные. Основные параметры. Конструкция и размеры
ГОСТ 24246-80	Муфты втулочные
ГОСТ 20720-81	Муфты кулачково-дисковые
ГОСТ 15620-77	Муфты предохранительные кулачковые
ГОСТ 15621-77	Муфты предохранительные шариковые
ГОСТ 15622-77	Муфты предохранительные фрикционные
МН 3-61	Муфты обгонные (свободного хода)
МН 5664-65	Муфты многодисковые фрикционные
МН 5871-66	Муфты продольно-разъемные
ТУ 24-8-563-70	Гидромуфты

 

Таблица 2.3. Условные обозначения муфт по ГОСТ 2.770-68

	Муфта без уточнения типа
	Муфта упругая нерасцепляемая
	Муфта жесткая зубчатая
	Муфта шарнирная
	Муфта кулачковая (односторонняя)
	Муфта сцепная фрикционная
	Муфта конусная односторонняя
	Муфта конусная двусторонняя
	Муфта фрикционная дисковая

Примеры расчета муфт

Пример 1.

Фланцевая муфта установлена в приводе металлорежущего ставка и соединяет концы двух валов диаметром d=80 мм каждый. Фланцы полумуфт стянуты шестью болтами М16, три из которых поставлены без зазора в отверстия из-под развертки (диаметр стержня болта d₄ = 17 мм); остальные три -- в отверстия с зазором. Материал болтов сталь 30, класс прочности 5.6 (у_T= 300 Н/мм²).

Проверить на срез болты, поставленные без зазора, в предположении, что весь вращающий момент T= 2500 Н•м передают только эти болты. Диаметр окружности, на которой расположены оси болтов, D₁ = 220 мм.

Решение.

1. Допускаемое напряжение на срез стержня болта

Ф_ср=0,25у_T=0,25•300=75 Нмм²,

2. Коэффициент режима работы муфты K = 1,75.

3. Окружная сила, передаваемая одним болтом (при z = 3),

4. Расчетное напряжение среза в болте

Условие прочности выполнено: ф_ср = 58,4 Н/мм² < [ф]_ср = 75 Н/мм².

Пример 2.

В приводе станка установлена масляная многодисковая фрикционная муфта для передачи мощности Р= 3,1кВт при угловой скорости щ=60 рад/с. Муфта работает при переменной нагрузке.

Материал дисков - сталь 65Г с закалкой до твердости ?60 HRC₃. Число ведущих дисков z₁=9, ведомых z₂=10. Диаметры дисков D₁=110 мм и D₂=82 мм. Определить необходимую силу сжатия дисков для включения муфты и проверить диски на износостойкость.

Решение.

Коэффициент режима работы муфты при переменной нагрузке принимаем К=1,7.

Расчетный вращающий момент, передаваемый муфтой:

Расчетные коэффициенты: f=0,12; k=1,4.

Средний радиус поверхности трения дисков

Число пар трущихся поверхностей дисков

z=(z₁+z₂)-1=(9+10)-1=18.

Сила сжатия дисков при включении муфты

Окружная скорость на среднем радиусе поверхности трения дисков

Допускаемое давление [p_m]=0,4 Н/мм²

Расчетное давление на трущихся поверхностях дисков

Что удовлетворяет условию износостойкости.



Вопросы для самопроверки

- Каково назначение и по каким признакам разделяют муфты приводов?

- Чем обусловлена необходимость применения компенсирующих муфт?

- Как в общем случае подбирают муфты?

- Почему глухие муфты требуют строгой соосности валов?

- Как устроена зубчатая муфта? Для чего применяют смазку и почему изнашиваются зубья?

- Что представляют из себя шарнирная муфта и карданный вал?

- Почему муфты называют упругими? Каковы их основные характеристики?

- Каково устройство муфты со звездочкой и втулочно-пальцевой?

- Каковы разновидности муфт с торообразной оболочкой?

- Что дает конусная поверхность в муфте с резиновой конусной шайбой?

- В чем разница между кулачковой и зубчатой сцепными муфтами?

- Какое преимущество сцепной муфте дает применение синхронизатора?

- Почему среди фрикционных муфт наибольшее распространение получили многодисковые?

- Каким образом настраивают предохранительные муфты на срабатывание при определенном вращающем моменте?

- На что рассчитывают штифт в предохранительной муфте?

- С какой целью применяют центробежные муфты?

- Как устроена обгонная муфта? Почему муфта передает вращение только в одном направлении?

- Для чего используют муфты?

- Каково назначение муфт приводов? Какие различают муфты по управляемости?

- Какие элементы привода могут соединять муфты?

- На какие группы и по каким признакам классифицируют муфты?

- По каким признакам классифицируют механические муфты, применяемые в машиностроении?

- Как подбирают муфты по ГОСТам?

- Глухие муфты. Область применения.

- Компенсирующие муфты. Область применения.

- Почему из муфт сцепления наиболее распространены фрикционные муфты?

- В каких случаях применяют многодисковые фрикционные муфты?

- Как устроены и как работают предохранительные муфты со срезным штифтом?

- Достоинства и недостатки глухих муфт, примеры конструкций?

- Виды несоосности валов? Какие муфты компенсируют их вредное влияние?

- Какие функции выполняют упругие муфты?

- Чем характеризуются динамические свойства упругих муфт?

- Какие упругие муфты наиболее распространены?

- Какие функции выполняют сцепные муфты? Их разновидности?

- Самоуправляемые муфты? Их классификация по назначению?

- Для чего используются глухие муфты? Приведите пример.

- Как компенсирует несоосность валов зубчатая муфта?

- Каковы достоинства и недостатки упругих компенсирующих муфт по сравнению с зубчатыми?

- Каковы преимущества и недостатки металлических упругих элементов по сравнению с резиновыми?

- Каковы достоинства и недостатки сцепных муфт, основанных на зацеплении по сравнению с фрикционными?

- Каковы достоинства и недостатки различных типов фрикционных муфт?

- На каком принципе основаны обгонные муфты?

- Какие типы центробежных муфт существуют и где они применяются?

- Каковы преимущества и недостатки различных типов предохранительных муфт?

- Каким образом настраивают предохранительные кулачковые и фрикционные муфты на срабатывание при определенном вращающем моменте?

- Каков физический смысл коэффициента режима работы муфты?

- Как устроена фланцевая муфта? Где ее применяют? Почему для соединения валов фланцевой муфтой требуется их строгая соосность?

- Как устроена зубчатая муфта? Какие смещения валов и за счет чего она компенсирует? Почему изнашиваются зубья?

- Каковы достоинства упругих компенсирующих муфт? Почему упругие муфты снижают динамические нагрузки в приводе? В каких случаях целесообразно применять резиновые, а в каких -- металлические упругие элементы?

- Какую из сцепных муфт следует применить для соединения вращающегося с большой частотой вала с неподвижным валом?

- Как устроены и работают обгонные муфты? В каком направлении должна вращаться обойма, чтобы произошло заклинивание ролика (см. рис.1.29)?

- С какой целью в приводах применяют центробежные пусковые муфты?

- Передают ли жесткие и упругие муфты вибрации, толчки и удары?

- За счет чего можно увеличить расчетный момент многодисковой фрикционной муфты, не изменяя ее диаметра?

- Что является основной характеристикой муфт?

- На рис.4 покажите центрующее кольцо. Каково назначение этой детали?

- За счет чего происходит компенсация осевого, радиального и углового смещений в зубчатой муфте?

- Дайте характеристику муфте, изображенной на рисунке.

- Кратко опишите назначение и принцип работы кулачковой муфты.

- Найдите рабочие поверхности фрикционных муфт, показанных на рис.1.28.

- Опишите работу муфты свободного хода при остановке полумуфты 1 (рис.1.29).

- Поясните необходимость установки грузов-колодок 3 (см. рис. 1.30) в обеих полумуфтах?

- Опишите устройство предохранительной муфты с разрушающимся элементом. Назовите недостаток этой муфты.

- Для чего существуют муфты?

- Каковы главные признаки классификации муфт?

- Какая характеристика муфты считается главной?

- Каковы принципы конструкции и работы жёстких муфт?

- Каковы принципы конструкции и работы шарнирных муфт?

- Каковы принципы конструкции и работы упругих муфт?

- Как устроена и как работает упруго втулочно-пальцевая муфта (МУВП)?

- За счёт каких сил работают фрикционные муфты?

- Какие критерии прочности применяют для фрикционных муфт?

- Назовите материалы (без уточнения марки) для изготовления кулачково-дисковых муфт

1) Чугун

2) Сталь

3) Бронза

- Изменяют ли с помощью муфты угловую скорость одного вала относительно другого?

1) Изменяют

2) Нет

- Перечислите компенсирующие муфты

1) Фланцевые

2) Продольно-свертные

3) Зубчатые

4) Кулачковые

5) Фрикционные

- Какие муфты можно включать на ходу при вращении ведущего вала с большой угловой скоростью?

1) Кулачковые

2) Фрикционные

- Каково назначение самоуправляемых муфт?

1) Для соединения и разъединения валов на ходу

2) Для автоматического соединения и разъединения валов при заданной угловой скорости

3) Для передачи вращающего момента в одном направлении

4) Для регулирования передаваемого вращающего момента

- Основными функциями муфт являются…

1) соединение концов валов и передача крутящего момента

2) компенсирование погрешностей расположения валов

3) уменьшение динамических нагрузок, предохранение от перегрузок

4) создание дополнительной опоры для длинных валов

- По назначению механические муфты подразделяют на…

1) постоянные, управляемые, самоуправляемые

2) фланцевые, цепные, центробежные

3) втулочные, кулачковые, обгонные

4) предохранительные, зубчатые, фрикционные

- По назначению постоянные муфты подразделяют на…

1) некомпенсирующие (глухие), жесткие компенсирующие, упругие компенсирующие

2) втулочные, поперечно-свертные, продольно-свертные

3) фрикционные, зубчатые, цепные

- Изображенная муфта предназначена для…

1) соединения валов с радиальным смещением

2) соединения валов с осевым смещением

3) соединения валов с угловым смещением

4) соединения жестких валов без смещения

- Жесткие компенсирующие муфты служат для…

1) постоянного соединения строго соосных валов

2) автоматического разъединения валов при опасных перегрузках

3) соединения или разъединения валов при их вращении или в покое

4) компенсации неточности взаимного расположения соединяемых тихоходных валов

- Упругие компенсирующие муфты служат для…

1) постоянного соединения строго соосных валов

2) автоматического разъединения валов при опасных перегрузках

3) смягчения динамических нагрузок, компенсации неточности взаимного расположения соединяемых валов, демпфирования колебаний

4) соединения или разъединения валов при их вращении или в покое

- Стандартные и нормализованные муфты подбирают по…

1) номинальному моменту

2) расчетному моменту

3) номинальному моменту и частоте вращения вала

4) расчетному моменту и диаметрам концов валов

- Для соединения валов, оси которых расположены под углом друг к другу более 3⁰, следует использовать… муфту

1) упругую втулочно-пальцевую

2) зубчатую компенсирующую

3) шарнирную

4) дисковую фрикционную

- Для соединения быстроходных валов, подвергающихся динамическим нагрузкам, следует применять… муфту

1) жесткую компенсирующую

2) упругую компенсирующую

3) сцепную управляемую

4) предохранительную

- К жестким (глухим) муфтам относится…

1) зубчатая

2) фрикционная

3) втулочная

4) втулочно-пальцевая

- К упругим компенсирующим муфтам относится…

1) зубчатая

2) фрикционная

3) втулочная

4) упругая втулочно-пальцевая

- Управляемые муфты предназначены для…

1) соединения или разъединения валов при их вращении или в покое

2) автоматического разъединения валов при опасных перегрузках

3) смягчения динамических нагрузок, компенсации неточности взаимного расположения соединяемых валов

4) передачи вращения только в одном направлении

- Управляемые муфты по конструкции разделяют на…

1) кулачковые, зубчатые, фрикционные

2) цепные, втулочные, кулачковые

3) фланцевые, предохранительные, центробежные

- Из управляемых муфт плавное соединение валов обеспечивают… муфты

1) кулачковые

2) зубчатые

3) фрикционные

- С увеличением количества дисков трения в фрикционных муфтах при прочих равных условиях передаваемый момент…

1) увеличивается

2) уменьшается

3) не изменяется

- Из управляемых муфт…могут предохранять механизмы от внезапных перегрузок

1) фрикционные

2) зубчатые

3) кулачковые с прямоугольным профилем

- Изображенная на рисунке муфта относится к…муфтам

1) фрикционными

2) зубчатым

3) кулачковым

- Изображенная на рисунке муфта относится к … муфтам

1) фрикционными

2) зубчатым

3) кулачковым

- Изображенная на рисунке муфта относится к … муфтам



1) фрикционными

2) зубчатым

3) кулачковым

- В кулачковой муфте расчет кулачков производят по напряжениям…

1) смятия и изгиба

2) смятия и растяжения

3) сжатия и изгиба

- Кулачковые и зубчатые управляемые муфты применяют при необходимости осуществления…

1) жесткой кинематической связи

2) плавного соединения и разъединения валов

3) соединения и разъединения особо быстроходных валов

- Наименьшей нагрузочной способностью при одинаковых габаритах обладают… муфты

1) кулачковые

2) зубчатые

3) фрикционные однодисковые

- Самоуправляемые муфты предназначены для …

1) автоматического соединения или разъединения валов при определенных условиях

2)соединения или разъединения валов при их вращении или в покое

3) смягчения динамических нагрузок, компенсации неточности взаимного расположения соединенных валов, демпфирования колебаний

- К самоуправляемым муфтам относятся …

1) предохранительная, обгонная, центробежная

2) поперечно-свертная (фланцевая), зубчатая, кулачковая

3) с разрушающимся элементом, втулочная, цепная

- Для автоматического включения механизма при определенной угловой скорости следует использовать … муфту

1) управляемую

2) центробежную

3) упругую компенсирующую

4) предохранительную

- Предохранительные муфты используют для …

1) включения исполнительного механизма

2) защиты машины от перегрузки

3) передачи вращения только в одном направлении

4) компенсации вредного влияния несоосности валов

- Муфта, обеспечивающая передачу момента в одном направлении и свободное относительное вращение в противоположном, называется …

1) обгонной

2) предохранительной

3) центробежной

- Муфты, используемые для автоматического соединения и разъединения валов при определенных частотах вращения, называют …

1) центробежными

2) предохранительными

3) обгонными

- Для повышения плавности пуска и разгона механизмов, имеющих значительные маховые моменты, применяют … муфты

1) центробежные

2) предохранительные

3) обгонные

- Изображенная муфта относится к … муфтам

1) центробежным

2) предохранительным

3) обгонным

4) упругим компенсирующим

- Изображенная муфта относится к … муфтам

1) центробежным

2) предохранительным

3) обгонным

4) упругим компенсирующим

- Изображенная муфта относится к … муфтам

1) центробежным

2) предохранительным

3) обгонным

4) упругим компенсирующим

- Деталь 1 представленной на рисунке муфты является …

1) срезным штифтом, разрушающимся при перегрузе

2) штифтом, являющимся центрирующим элементом

3) элементом, служащим для балансировки муфты

- По каким параметрам производят подбор стандартных муфт

1) По режиму работы

2) d_B

3) T_v

4) щ_max

5) [ф]_ср

- По какому моменту выбирают стандартные зубчатые муфты?

1) T_пред=Т_р

2) Т

3) К_рТ

4) К_бК_рТ

- Какая фрикционная муфта требует большей прижимной силы F_r?

1) Коническая

2) Однодисковая

3) Многодисковая

- Многодисковая фрикционная муфта получила преимущественное применение, это объясняется в первую очередь...

1) уменьшением силы нажатия и увеличением передаваемого вращающего момента

2) устранением пробуксовки при установившемся режиме работы

3) предохранением машин от перегрузок обеспечением плавности сцепления валов под нагрузкой на ходу

Размещено на Allbest.ru

...