Мета - вивчити відомості про можливості застосування, конструкцію та виконати розрахунок найпоширеніших механічних муфт.

В роботі використовуються моделі та зразки діючих механічних муфт. Виміри розмірів виконуються із застосуванням штангенінструменту, а розбирання та складання муфт виконується за допомогою гайкових ключів.

Робота виконується в наступній послідовності:

1. Одержати завдання на вивчення 2 - 3^х муфт.

2. Зробити розборку, виміри деталей муфти та її зборку.

3. Виконати ескізи муфт з визначенням їх розмірів, напрямку діючих при навантаженні сил та можливого руху деталей муфти.

4. Розрахувати можливе навантаження муфти, напруження у вантажосприймаючих деталях, або тиск між ними.

5. За вказівкою викладача привести у відповідність навантаження і габарити муфти за умови використання запропонованих матеріалів.

6. Оформити і захистити звіт по виконаній роботі Результати роботи навести у звіті.

1. Загальні відомості та класифікація механічних муфт

Механічні муфти застосовують у машинах, коли за умовами складання. транспортування або виготовлення потрібно з'єднати вали механізмів для передачі обертового моменту.

Одночасно муфти можуть компенсувати похибки взаємного положення валів, захищати деталі машин від перевантажень, зменшувати динамічні навантаження, виконувати з'єднання і роз'єднання валів.

Характерні похибки взаємного розміщення валів (рис. 2.1) осьове , радіальне кутове зміщення.

На практиці переважно зустрічається комбінація вказаних похибок, яку називають неспіввісністю валів.

Усі механічні муфти поділяють на чотири класи: некеровані, І керовані, самокеровані та комбіновані (рис. 2.2). Кожний клас муфт І складається з груп, підгруп та видів.

Рисунок 2.2-Класифікація муфт

Основною характеристикою муфти є обертовий момент - Т, на який вона розрахована. Інші показники муфт: гранична частота обертання - п, габаритні розміри, маса, момент інерції та компенсаційна спроможність муфти. Стандартні муфти не розраховують, а - підбирають за обертовим моментом та іншими. показниками. (рис. - 2.3.2.4, 2.6). В разі потреби виконують. перевірні розрахунки.

1.1 Некеровані муфти

Найпоширеніший клас муфт. До нього належать усі нерозчепні, постійно діючі або глухі муфти, в яких ведуча й ведена півмуфти з'єднані між собою та валами постійно. Вони призначені для жорсткого з'єднання співвісних валів за допомогою втулок та фланцевих півмуфт.

ВТУЛКОВА МУФТА (рис.2.3а, б) ~ застосовується для валів d= (б0.70) мм. З'єднання валів з втулкою забезпечується штифтами, шпонками або шлицями. Можливе навантаження визначається міцністю з'єднань втулки з валами та самої втулки.

ФЛАНЦЕВА МУФТА (рис.2.3 в) - складається з півмуфт, фланці яких з'єднані між собою болтами. Якщо болти встановлено із зазором (варіант 1), то обертовий момент Т передасться за рахунок

сил тертя, що виникають у площині стику півмуфт від затяжки болтів. Болти (чистові) встановлені без зазору (варіант 2) передають навантаження безпосередньо і знаходяться під дією деформацій зрізу та зминання. За рівних умов навантаження маса муфти, б порівняні з варіантом 1, де болти (чорнові) поставлені із зазором, майже втричі менша. Вартість такої муфти більша тому, що конструкція вимагає підвищеної точності виготовлення.

Фланцеві муфти стандартизовані (ТОСТ 20761-80) для валів діаметром 12.220 мм і обертових моментів 8.45000 Пхм. Матеріали півмуфт - сталь 35, сталеве литво - 35л або чавунне литво. Болти, що

ставлять із зазором зі сталі Ст 3, без зазору (чистові) - зі сталі 40.45 або легованих сталей.

ПРУЖНІ МУФТИ використовують при потребі зменшення динамічних навантажень і можуть компенсувати неспіввісність валів. Застосовують муфти з металевими (гвинтові або плоскі пружини, пакети пластин і т. і.) та неметалевими елементами. Найбільш поширені муфти з неметалевими пружними елементами.

Рисунок 2.3 - Втулкові (а, б) та фланцева (в) муфти

МУФТА ПРУЖНА ВТУЛКОВО-ПАЛЬЦЕВА МПВП (рис.2.4) - складається з двох пів муфт, пальців закріплених в одній півмуфті, на яких розміщені гумові втулки, що взаємодіють із другою півмуфтою. При передаванні обертового моменту МПВП допускає зміщення валів: <10 мм, <Dмм, <1° мм (D - діаметр кола, де розміщені пальці муфти).

МПВП стандартизована (ДСТУ 21424-75) для валів діаметром d - 10.160 мм та обертових моментів 6,3.16000 Н-м.

Півмуфти виготовляють із сірого чавуну СЧ 20, сталі 35 або 35л, матеріал пальців не нижче ніж сталь 45 втулки - гума з границею міцності не менше ніж 8 МПа, допустиме напруження зминання [о] _зм⁼2МПа, при короткочасних, навантаженнях та за умови малої швидкості [o] _зм - 4 МПа. Кількість пальців в залежності від розмірів муфти 4.10.

Рисунок 2.4 - Пружна втулково-пальцева муфта

Габаритні розміри

L = D₃ = (.3.5.4.0) х d;

де d - діаметр валу, L - осьова довжина муфти. Коефіцієнт корисної дії ККД ї = 0.96.0.98.

Допустима частота обертання МПВП залежить від зовнішнього діаметра - D₃ муфти (рис.2.5).

МУФТА З ПРУЖНОЮ ОБОЛОНКОЮ (рис.2.6) складається з двох півмуфт (1.2), тороподібної оболонки (3), яка закріплюється до півмуфт гвинтами (4) і додатковими кільцями (5). Оболонку виготовляють із гуми армованої кордом.

Муфта має високі амортизуючи і демпфувальні властивості і може компенсувати значну неспіввісність валів. <0.01 x D мм, < 0.01 D мм, < 4°. D - зовнішній діаметр муфти.

Конструкція муфти забезпечує можливість колового скручування півмуфт ___ до 30°. Габаритні розміри таких муфт більші, ніж у пружних інших типів D = 5.54 L = (З.4) d. Відцентрові сили, що виникають при обертанні спричиняють значні осьові навантаження на опори валів. Осьова сила F_а, в залежності від одиниці дорівнює 150.300Н/мм.

Рисунок 2.5 - Залежність допустимої частоти обертання [п] муфти МПВП від зовнішнього діаметра D₃ та діаметра розміщення пальців D від діаметра вала й, де розміщені пів муфти

Радіальні навантаження на вали при цьому порівняно невеликі. Муфти з пружною оболонкою стандартизовані (ГОСТ 20884-82) для валів із діаметром d = 14. „240 мм і обертових моментів 20.40000 Н-м. ККД муфти ____ = 0.98.

Рисунок 2.9 - Залежність допустимої частоти обертання [n] кулачково-дискової муфти та зовнішнього діаметра D від діаметру вала d.

Півмуфти виготовляють із сталі 45л або антифрикційною високоміцного чавуну АВ 4-1, АВЧ-2, диски - із сталі 45л. В окремих випадках використовують диски із бронзи.

Допустима частота обертання визначається в залежності від діаметру вала, па який вона розрахована (рис.2.9).

ЗУБЧАСТА МУФТА-МЗ (рис.2.10) складається з півмуфт 1.2, що мають зубчасті вінці і роз'ємні обойми 3; з двома внутрішніми зубчастими вінцями, яка скріплена за допомогою болтів або гвинтів. Зубці півмуфт та обойми мають евольвентний профіль із кутом зачеплення = 20° і коефіцієнтом головки h_а* = 0.8, модулем m= 2.5.4.0. Кількість зубців z = 30.56, в залежності від розмірів муфти. Для вирівнювання міцності зубців півмуфт і обойм використовують кориговане зачеплення. Центрування обойм виконують по зовнішньому діаметру зубців півмуфти.

Компенсаційна спроможність муфти ( <4 мм, < 8А мм, 0.5°, якщо = 0 то 1.5°) забезпечується можливістю вільного осьового зміщення спряжених зубців, іх бочкоподібною формою зі сферичною зовнішньою поверхнею. Спрацювання зубців - головна причина виходу з ладу МЗ. Підвищення стійкості проти спрацьовування досягають за рахунок термообробки. Зубці тихохідних муфт, з коловою швидкістю до 1 м/с на розрахунковому ділильному діаметрі d, виготовляють з твердістю 230.320 НВ за допомогою термообробки - поліпшенням, швидкохідних муфт V 25 м/с із твердістю 45.55 НКС за допомогою хіміко-термічної обробки.

Для зменшення спрацьовування зубців в обойму муфт заливають рідке мастило високої в'язкості. Деталі М3 виготовляють із вуглецевих сталей марок 45, 50 або 45Х.

МЗ стандартизовані (ГОСТ 5006-83) для діаметрів валів сі = 40.200 мм і обертових моментів Т = І.63 кН-м. Втрата потужності муфти = 0.98.0.99. Радіальне навантаження валів при їх радіальному зміщенні F_м - (0.2.0.3) Т/d. Розміри МЗ згідно ГОСТ вибирають в залежності від найбільшого тривалого моменту - Т, та коефіцієнту запасу міцності - К.

К = КІ К₂ К₃

К - коефіцієнт безпеки

К = 1 - якщо руйнування муфти не викликає аварію машин;

К = 1.2 - якщо руйнування веде до аварії машин;

К - 1.5 - якщо руйнування веде до аварії кількох машин;

К = 1.8 - якщо руйнування може привести до людських жертв;

К₂ = 1.1.5 - коефіцієнт, враховуючий умови роботи муфти від рівномірного навантаження та спокійної роботи, до важких умов з ударами нерівномірно навантажених та реверсивних механізмів.

Кз = f () - коефіцієнт кутового зміщення півмуфт. Допустима частота обертання муфти визначається в залежності від діаметра вала (рис 2.11).

1.2 Некеровані муфти

Керовані муфти забезпечують, з'єднання і роз'єднання валів під час зупинки або роботи привода за рахунок зачеплення деталей у кулачкових та зубчастих муфт та тертя у фрикційних.

КУЛАЧКОВА МУФТА (рис.2.12а) складається з двох півмуфт, ка торцях - яки:: розмішені кулгчкк, Одне півмуфтг. закріплюється на валу. нерухомо,; а інша, що знаходиться на "другому ваду, може переміщатись уздовж цього вала за допомогою механізму керування муфти. Введення у зачеплення кулачків здійснюється при відносно неві ій різниці колових швидкостей валів <1 м/с і невеликих навантаженнях.

Кулачкова муфта вимагає високої точності центрування валів, оскільки перекоси зменшують надійність її роботи. Муфта з прямокутними кулачками (рис.2.126} вимагає точного розміщення півмуфт у момент вмикання, з трапецієвидним - не вимагає (рис. 2. І2в).

Рисунок 2.12 - Кулачкова муфта

Півмуфти виготовляють із сталей що підлягають цементації з закалкою до 50.58НRС, 15, 20, 15Х, 20Х, а при великих розмірах - із сталей 45.45Х, 45ХН.

Рекомендовані розміри кулачків муфти при її конструюванні:

зовнішній діаметр D >2d мм;

довжина у радіальному напрямку b= (0.12.0.15) D. мм;

висота b = (0.5.; 0.6) D, мм;

кількість кулачків z= 3.15;

Кулачкова муфта іноді використовується як запобіжна. Для зменшення динамічних навантажень муфта застосовується для з'єднання валів зі швидкістю обертання n 300 .

ФРИКЦІЙНІ МУФТИ (рис.2.13) дозволяють виконувати з'єднання валів із суттєво різною швидкістю обертання без додаткових ударних навантажень.

Рисунок 2.13 - Фрикційні дискові муфти

Найбільш поширені дискові фрикційні - муфти бувають з однією парою поверхонь тертя (рис.2-13а) із багатьма (рис.2.136). Муфта складається: з двох півмуфт. притиснутих одна до другої своїми торцевими площинами: (одна пара поверхонь). Вмикання або вимикання. муфти здійснюється осьовим зміщенням півмуфти відносно валу за допомогою механізму, керування.

У багатодисковій муфті є дві група дисків-зовнішні і внутрішні, які з'єднані за допомогою шліців із відповідними півмуфтамк. Використання багатодискової муфти дозволяє зменшити осьову силу

Fа стискання дисків, що потрібна для передачі певного обертового моменту Т.

Основним критерієм роботоздатності муфт є стійкість проти спрацьовування поверхонь терта, яке досягається обмеженням тиску між дисками.

Матеріали, що застосовуються для виготовлення фрикційних поверхонь муфт повинні відповідати наступним вимогам:

високий коефіцієнт тертя та його стабільність за змін швидкості, тиску та температури;

стійкість проти спрацювання, а також стійкість до зчіплювання;

теплостійкість з тривалим зберіганням фрикційних властивостей.

Сучасні фрикційні матеріали це спечені порошкові матеріали, пресований азбест, гетинакс та інші.

Фрикційні дискові запобіжні муфти стандартизовані (ГОСТ 15672-77) для валів діаметром d = 12.48 мм, та обертових моментів Т = 4.400 Н-м. Допустима частота обертання муфти визначається в залежності від діаметру вала (рис.2.14), муфти від діаметру d.

Багатодискові муфти нормалізовані (МН.5665-65) для обертових моментів 25.2500 Н-м.

КОНУСНА ФРИКЦІЙНА МУФТА (рис.2.15) має дві півмуфти, які стискаються між собою по конічних поверхнях із зменшенням кута конусності а зменшується потрібна сила F_а стискання півмуфт. Щоб запобігти самозаклинюванню, треба мати а > агсtg (f). Муфта, в порівнянні з багатодисковою, має більші габаритні розміри.

механічна муфта втулкова фланцева

2.3 Самокеровані муфти

Самокеровані муфти автоматично з'єднують або роз'єднують вали за досягненням тих чи інших розрахункових показників, або якщо параметри роботи машини недопустимі. Найбільш поширені серед усієї групи муфт - відцентрові (рис.2.16) автоматично з'єднують або роз'єднують вали за досягненням певної кутової частоти. Муфта для з'єднання валів при досягненні певної частоти обертання складається зі з'єднаної з ведучим валом півмуфти 1, у пазах якої розміщені колодки 2, що утримуються пружинами 3, і півмуфти 4, у вигляді барабана, закріпленої на веденому валі. Під час обертання ведучого вала колодки знаходяться під дією відцентрової сили Р" та сили пружини F„. Якщо швидкість мала, то F_п > F_v і колодки не притиснуті до барабана, тобто муфта не передає обертового моменту (ведений вал не обертається). Із збільшенням частоти обертання її зростає відцентрова сила а при > колодки притискаються до барабана і за рахунок сил тертя між колодками і барабаном передається обертовий момент до веденого вала (вал почне обертатись). Відповідно зі зменшенням частоти обертання ведучого вала муфта розмикається.

навантаження між кулачками;

D - середній діаметр кола розміщення кулачків, мм.

Умова розмикання півмуфт F_а > F_пр,

де F_а - осьова сила для розмикання півмуфт (рис.3.1), F_пр - сила замикання півмуфт з боку пружини, або механізму керування півмуфтою.

F_а = F_а ' - F_а " - F^d

де

F = F^D_t tg () - осьова складова колової сили на

діаметрі D розміщення кулачків півмуфт під час передачі

обертового моменту Т;

а - . кут трапецієвидного профілю кулачків,

F_а" - осьова складова сили тертя F® між кулачками

F_a''= соs () - F_n х tg (с) х соs ().

Таблиця 3.7 - Початкові дані до розрахунку муфти

за умови F_n= F_a = F tg (с)

с = агсtg f - кут тертя.

- осьова складова сили тертя між валом діаметра d та рухомою півмуфтою, Н.

Рис. 3.1 - Розрахункова схема кулачкової муфти.

;

з урахуванням

З урахуванням F"а, F"а, та осьова сила:

Для керованих муфт F_n > F_a, а < с, = 2 5.

Для запобіжних самокерованих муфт

2.4 Фрикційні муфти

1. Виконати ескіз муфти (рис.2.13) з наведенням її розмірів.

2 Навести молспивості муфти, особливості конструкції та застосування.

3 Визначити осьове зусилля стиску півмуфт.

4 Визначити можливе навантаження дводискової, багатодискової та. конусної муфт, з виконанням умов наведених у табл.3.8

5 Навести характеристику муфти.

Число поверхонь тертя багатодискової муфти г однодискової та багатодискової муфт співвідношення діаметрів обмежуючих кільцеву поверхню тертя муфти:

D₁/D₂ =1.6-1.8 "

Якщо D₂ = 2d то D₁ = (3.2-3.6) d; Dm = 0.5 (D₁+D₂) = (2/6-2/8) d,

де Dm - середній діаметр поверхні тертя, мм;

D₁ - зовнішній діаметр поверхні тертя, мм;

D₂ - внутрішній діаметр поверхні тертя, мм;

b - ширина поверхні тертя, мм;

d - діаметр вала. мм.

Данні по розрахункам;

D₁=200 D₂ =143.1 b =28,45 d=20

Dm = 0.5 (D₁+D₂)

Dm = 0,5 (200+143,1) =171,55

3. Розрахунок дискових фрикційних муфт

З умови забезпечення стійкості проти спрацювання поверхонь муфт, допустима сила притискання дисків:

Fа = b Dm [q], Н.

Fа

Можливе навантаження муфти:

Т =Fa f Rz / k10³, Нм,

Т

де z = n - 2 - кількість поверхонь тертя.

наведений радіус кола тертя.

R

Таблиця 3.8 - Початкові дані до розрахунку муфти

РОЗРАХУНОК КОНУСНОЇ ФРИКЦІЙНОЇ МУФТИ (рис.2.15) Допустима сила притискання дисків;

F = b Dm [q] __ sin a H m.

Можливе навантаження: муфти.