Классификация упругих элементов?

⇐ ПредыдущаяСтр 10 из 10

Упругими элементами- большая группа деталей, основным рабочим свойством которых является значительная упругая деформация, полезно используемая для различных целей(пружины, мембраны).\\ По назначению упругие элементы делятся на силовые, измерительные и элементы упругих связей. Силовые УЭ применяются для силового замыкания кинематических пар – прижима звеньев в фрикционных, кулачковых и храповых передачах, муфтах; для накопления механической энергии, необходимой для возврата в исходное положение или приведения в движение (пружинные двигатели) подвижных звеньев механизмов. Измерительные УЭ используются в манометрах, динамометрах, термометрах и электроизмерительных приборах как чувствительные элементы устройств для измерения давлений, сил и моментов сил, температур и других параметров. Элементы упругих связей используют при замене жесткой связи деталей упругой, как резиновые и пружинные амортизаторы для виброизоляции устройств и поглощения энергии удара.\\ По виду деформации упругие элементы делятся на элементы, испытывающие кручение, изгиб и сложную деформацию.\\\Основные параметры: а)упругая характеристика зависит от перемещения(линейное(кривая 1), угловое(не лин, кривая 2,3)) от силы и момента.

Б) Жесткость – это нагрузка, при действии которой упругий элемент получает единичную деформацию(для силовых УЭ) Для УЭ с линейной упругой характеристикой жесткость k постоянна и равна k = F / f, не лин k = dF / df В)чувствительность l – величина, обратная жесткости-деформация которая получ УЭ при действии единичной силовой нагрузки(для измер УЭ) l =1/к= f / F = j / T \\\Матерьялы обладают высокими прочносными с-вами.: Ст65Г У8 У10 БрОФ4–0,2 БрБ2

Гистерезис Δf_max/f_max =<1,5%

Типы упругих элементов

Винтовые пружины?

Получены путем плавки в холодном или горячем состоянии вокруг стержня сечением круга, квадрата, прясоугольника на цилиндлический, коническую рамку. По форме оправки винтовые пружины делятся на цилиндрические, конические и параболоидные, по виду нагружения – на пружины растяжения (рис. а), сжатия (рис б, в) и кручения (рис. г). Основными размерами винтовых пружин являются: диаметр проволоки d; наружный диаметр D; средний диаметр витка пружины D_ср; шаг витков t; число витков i; длина пружины в свободном (ненагруженном) состоянии Н (для пружин сжатия и растяжения); индекс пружины c = D_ср/ d.

Растяжения: t=d витки в плотную. Сжатия: t>d H/D=<3,0,чтоб не было выпучиванья. Витки работают на кручения τ_max ≤ τ_adm τ_adm >= T_max / W_p W_p =0,2 d ³

Плоские и другие пружины

Относятся Биметаллические пружины- получают путем сварки, пайки или совместной прокатки двух пластин из металлов с разными температурными коэффициентами линейного расширения. Принцип их действия основан на возникновении деформации изгиба при нагреве или охлаждении. При нагреве пружина изгибается в сторону пластины с меньшим коэффициентом линейного расширения, а при охлаждении – в противоположную сторону.Δ l = l (-1+α T ). .В качестве материала с низким коэффициентом линейного расширения используют железоникелевые стали, например, инвар Н36 (36 … 37% Ni), платинит Н42\\\ Спиральные пружины представляют собой навитую по спирали ленту, которая создает момент, действующий в плоскости, перпендикулярной оси пружины. \\\\Мембраны- называют тонкую упругую, чаще всего круглую, плоскую или гофрированную пластину, закрепленную по краям. Она бывает металлической или неметаллической. Мембраны применяют в качестве упругих элементов в муфтах, чувствительных элементов систем для измерения давления, в микрофонах, телефонах, тормозных устройствах.

Различают: обыкновенная А, гафритовая Б,В, Мембранная коробка Г. \\\\ Сифоны- называются тонкостенные цилиндрические сосуды, стенки которых имеют волнообразные складки(под раковинной)\\\\\Амортизаторы

Муфта?

Муфты служат для соединения валов или валов с деталями, свободно вращающимися на них (зубчатыми колесами, шкивами и т.п.), с целью передачи вращения без изменения скорости.

Передают или прекращают передачу движения. Для предохран. Перегрузок, для компенсации неточностей, погрешностей сборки, для смегчения толчков, ударов при начале движения, при остановке двигетеля

Муфты по управляемости передачей вращения между соединяемыми валами делят на три группы: муфты постоянные, осуществляющие постоянное соединение валов, – глухие, компенсирующие, упругие; муфты управляемые, обеспечивающие режим «включено-выключено» с помощью: дистанционного (электрического) управления – электромагнитные, магнитопорошковые (магнитожидкостные), пьезокристаллические; ручного (механического) управления – зубчатые, кулачковые, фрикционные; муфты самоуправляемые, осуществляющие автоматическое разъединение или соединение валов: по величине передаваемого момента – предохранительные; по скорости вращения – центробежные; по направлению вращения – обгонные. При достижении скорости опред значения центробежная сила энерции преодолевает силу упругости пружиныи происходит автомат расцепления валов.

Постоянные муфты. Эти муфты делятся на глухие и подвижные, или компенсирующие, которые допускают небольшие неточности сборки. Глухая втулочная муфта (рис. 12.2) является наиболее простой и используется при высокой соосности соединяемых валов и отсутствии перекоса. Она состоит из втулки, соединенной с валами с помощью штифтов (рис. 12.2, а), шпонок (рис. 12.2, б), а при больших моментах – шлицами.

Компенсирующие муфты-для компенсации погрешностей при передаче между валами. Муфты состоят из полумуфт 1 и 2, закрепленных на валах штифтами. На фланце одной из полумуфт закреплен палец (поводок) 3, входящий в паз второй полумуфты

Постоянные муфты

Эти муфты делятся на глухие и подвижные, или компенсирующие, которые допускают небольшие неточности сборки.

Глухая втулочная муфта (рис. 12.2) является наиболее простой и используется при высокой соосности соединяемых валов и отсутствии перекоса. Она состоит из втулки, соединенной с валами с помощью штифтов (рис. 12.2, а), шпонок (рис. 12.2, б), а при больших моментах – шлицами.

а б

Рис. 12.2

Втулки изготавливают из различных материалов, но чаще из тех же марок сталей, что и валы.

Расчет таких муфт сводится к расчету штифтов (шпонок) на сдвиг.

Размеры втулочных муфт стандартизированы.

Поводковые муфты различных конструкций (рис. 12.3, 12.4). Они допускают небольшие радиальные смещения осей валов. Муфты состоят из полумуфт 1 и 2, закрепленных на валах штифтами. На фланце одной из полумуфт закреплен палец (поводок) 3, входящий в паз второй полумуфты.

В точных передачах применяют поводковые муфты (рис. 12.4), мертвый ход в которых выбирают плоской 4 или винтовой пружиной.

Рис. 12.3 Рис. 12.4

Упругие муфты применяют для амортизации ударных и динамических нагрузок при частых пусках и реверсах механизма.

Упругая поводковая муфта представлена на рис. 12.5. Она состоит из двух полумуфт 4, 5, закрепленных на валах. В каждой полумуфте закреплено симметрично относительно оси по два цилиндрических пальца (поводка) 1, 2. Между полумуфтами находится упругий элемент 3 из твердой резины, кожи с четырьмя расположенными равномерно по окружности отверстиями, в которые входят пальцы полумуфт. При работе муфты упругий элемент деформируется, амортизирует динамические нагрузки и компенсирует погрешности расположения осей валов.

Рис. 12.5 Рис. 12.6

Управляемые муфты

С помощью управляемых, называемых также сцепными, муфт можно в процессе работы соединять и разъединять валы.

Муфты с ручным управлением в дистанционно управляемых системах, системах автоматики, различных приводах периферийных устройств ЭВМ практически не применяются. При этом используют муфты управляемые дистанционно с помощью электрических сигналов малой мощности.

Из управляемых сцепных муфт наиболее применимы электромагнитные фрикционные и порошковые, обладающие высоким быстродействием и возможностью регулирования передаваемого момента. Эти муфты используются дополнительно в качестве предохранительных и тормозных устройств.

Управление электромагнитом кулачковых (зубчатых) муфт связано с рядом трудностей, обусловленных плавным сцеплением и расцеплением полумуфт, что возможно только при равенстве их угловых скоростей. Наиболее широко используются фрикционные электромагнитные муфты. Они обеспечивают плавное сцепление и расцепление валов при любых скоростях. В этих муфтах для соединения валов используются силы трения между поверхностями полумуфт.

Для повышения коэффициента трения рабочие диски изготавливают из фрикционных материалов на основе металлических порошков.

Сила прижатия дисков или конусов создается электромагнитом, встроенным в левую полумуфту, на обмотку которого подается напряжение через скользящие контакты – кольца и счетки.

Конструкции многодисковых фрикционных муфт нормализованы. Их используют при мощностях до 250 Вт и частотах вращения до 4000 об/мин, время срабатывания 28 … 200 мс. Однодисковые муфты проще по конструкции, но габариты их сравнительно велики.

Порошковые муфты отличаются малой инерционностью, быстродействием (время срабатывания 5 … 50 мс), возможностью управлять передаваемым моментом и независимостью величины передаваемого момента от скорости.

Муфта состоит (рис. 12.8) из трех основных частей: неподвижного корпуса 1 и двух полумуфт 2, 3. Полумуфты свободно вращаются внутри корпуса. Пространство между полумуфтами заполнено ферромагнитной массой 4 в жидком или порошкообразном виде (смесь из мелкодисперсных частиц карбонильного железа и наполнителя в виде талька или графита). Катушка 5 электромагнита располагается в одной из полумуфт или в корпусе.

Рис. 12.8 Рис. 12.9

Если электромагнит не включен (при нулевой напряженности магнитного поля), то вязкость ферромагнитной массы 4 небольшая и полумуфты механически не связаны. При подаче сигнала управления на катушку электромагнита и прохождении магнитного потока через рабочие зазоры ферромагнитные частицы намагничиваются и располагаются вдоль силовых линий. Вязкость ферромагнитной массы увеличивается, механически связывая полумуфты. При увеличении интенсивности магнитного поля растут вязкость массы 4 и величина передаваемого момента. Жидкостные муфты работают плавнее, чем порошковые, но требуют более совершенных уплотнений.

Конструкции порошковых муфт нормализованы (серия БПМ) и подбираются по передаваемому моменту и частоте вращения вала.

Использование пьезокристаллических муфт позволяет увеличить быстродействие при соединении валов до 0,2 мс, что особенно важно в системах управления, обработки информации. Принцип их действия основан на изменении размеров пьезокристалла под действием постоянного тока (рис. 12.9). При подводе постоянного тока к кристаллам 1 происходит увеличение размеров полумуфты 2, выборка зазоров между ней и полумуфтой 3 и передача вращения за счет сил трения.

Самоуправляемые муфты

Самоуправляемые муфты служат для автоматического разъединения (соединения) валов в тех случаях, когда передаваемый валом момент или скорость превышает заданную условиями эксплуатации величину. Рассмотренные фрикционные сцепные муфты (см. рис. 12.7) могут быть использованы в качестве самоуправляемых по величине передаваемого момента. В этих муфтах при перегрузках будет происходить проскальзывание полумуфт с автоматическим разъединением валов.

Центробежная муфта прямого действия (рис. 12.10, а) применяется для автоматического сцепления валов, а центробежная муфта обратного действия (рис. 12.10, б) – для автоматического расцепления валов. Полумуфты 1 и 2 соединяются с помощью колодок 3, которые могут поступательно перемещаться в полумуфте 1.

Рис. 12.10

В муфтах прямого действия колодки удерживаются силами упругости F _пр пружин растяжения в полумуфте 1. При вращении вала с полумуфтой 1 со скоростью w на колодки действуют центробежные силы инерции F_n = mrw², где m – масса колодки, r – расстояние от центра масс колодки до оси вращения полумуфты 1. При увеличении скорости вращения сила инерции преодолевает силу упругости пружины и прижимает колодку к полумуфте 2 с силой N = F_n– F_пр,создающей трение между полумуфтами. При моменте трения М_тр = F_тр· r = (F_n – F_пр)r, превышающем момент сопротивления, происходят передача вращательного движения от полумуфты 1 к полумуфте 2 и соединение валов.

В муфтах обратного действия (см. рис. 12.10, б) расцепление валов происходит при скорости, когда сила инерции (F_n) колодки ставится равной силе упругости пружины (F_пр) и отжимает колодку от полумуфты 2.

Обгонная муфта (рис. 12.11) передает движение только в одном направлении. Она состоит из ведущей 1 и ведомой 2 полумуфт, шариков (роликов) 4.

Принцип работы обгонных муфт состоит в следующем. Полумуфта 1 жестко закреплена на ведущем валу. При его вращении по часовой стрелке шарики 4 под действием сил пружин 3 и сил трения вкатываются в узкую часть клинового зазора полумуфт и, заклиниваясь, передают вращательный момент от полумуфты 1 к полумуфте 2, свободно сидящей на валу и являющейся зубчатым колесом.

Рис. 12.11

При вращении полумуфты 1 против часовой стрелки шарики выходят в широкую часть клиновых зазоров и полумуфты разъединяются, т.е. вращение от вала к зубчатому колесу не передается.

Такие муфты нормализованы. Они обеспечивают бесшумную работу и обладают высокой нагрузочной способностью.

ПРИЛОЖЕНИЯ: к 5вопр