Механические муфты. Назначение и классификация муфт

Дистант. урок   24.03.2020г.  Техническая механика 2 ДО

 Задание:

Изучить теоретический материал по теме.

 2. Ответить на вопросы письменно:

Каково назначение муфт?

Каково назначение упругих муфт?

Каково назначение жестких компенсирующих муфт?

Перечислите основные вида муфт

Классификация муфт

Лекция 48. Муфты

Знать назначение, конструкции муфт основных типов, оценку муфт и области их применения; принцип подбора стандартных и нормализованных муфт и порядок проверки на прочность основных элементов.

Основные функции муфт - соединение валов и передача вращающе­го момента. Соединяя валы машин, муфты выполняют и ряд дополни­тельных функций: компенсируют перекосы и смещения валов, смяг­чают колебания и динамические нагрузки, обеспечивают при необхо­димости плавные пуски и остановки, предохраняют детали машин от перегрузок и изменения направления вращения.

Муфты подразделяют на

Постоянные (глухие, компенсирующие, упругие);

Сцепные управляемые;

Самоуправляющиеся (автоматические) по моменту (предохра­нительные), по направлению движения (обгонные), по скорости (центробежные).

1. Жесткие некомпенсирующие (глухие) муфты не допускают соеди­нение валов со смещениями или перекосами валов.

Втулочные муфты (рис. 15.1, а) требуют соосности валов. Муфты изготовляют со штифтами и шпоночным пазом. Муфты просты в изго­товлении, дешевы, но установка (монтаж) связана с необходимостью больших осевых перемещений валов. Муфты не позволяют посадки де­талей с натягом, не обеспечивают жесткость валов.

Фланцевые муфты (рис. 15.1, б) наиболее распространены, в них необходимо обеспечить перпендикулярность торцовых поверхностей А к оси вала.

2. Жесткие компенсирующие муфты допускают соединения валов с незначительным смещением осей.

Особую группу составляют шарнир­ные муфты , допускающие значительные перекосы осей валов

Широко распространена зубчатая муфта (рис. 15.1, в). Наружная поверхность зубьев втулок муфты сферическая, зубья имеют эвольвентный профиль. Вследствие большого числа зубьев муфты имеют боль­шую несущую способность и надежность. Муфты допускают смещение валов в осевом направлении до 8 мм, в радиальном - до 0,6 мм, пере­кос - до 1 0 30". Зубчатые муфты используют в широком диапазоне моментов и скоростей вращения, они технологичны и малогабаритны. Основные недостатки - скольжение зубьев и их износ; используется смазывание зубьев.

3. Упругие компенсирующие муфты смягчают толчки и удары, переда­ваемые через соединяемые валы, предохраняют от колебаний и ком­пенсируют все виды перекосов валов. Муфты содержат неметалличе­ские упругие элементы (из резины) или металлические - пружины, па­кеты пластин.

Упругая втулонно-палъцевая муфта (МУВП) (рис. 15.1, г) состоит из двух полумуфт, соединенных через палец с надетыми на него резино­выми втулками. Муфта проста по конструкции, компактна и мала по массе, изнашивающиеся резиновые кольца легко заменяются. Муфты допускают осевые смещения до 5 мм, радиальные смещения - до 0,6 мм, перекосы - до 1°.

4. Сцепные управляемые муфты служат для соединения и рассоеди­нения вращающихся или неподвижных валов. Муфты разделяются на муфты с профильным замыканием (кулачковые и зубчатые) и фрикци­онные. Муфты с профильным замыканием применяют для передачи зна­чительных вращающих моментов, если не требуется плавность соеди­нения.

Для плавного соединения и рассоединения валов используют фрик­ционные муфты (рис. 15.1, д - ж). Работа фрикционных муфт основана на создании сил трения между элементами муфты. Силу трения можно регулировать, меняя силу сжатия трущихся поверхностей. Управление муфтой может быть механическим, гидравлическим и электромагнит­ным. По форме трущихся поверхностей муфты разделяются на диско­вые, конусные и цилиндрические. Различают сухие муфты и муфты, работающие со смазкой.

В процессе включения фрикционной муфты происходит проскаль­зывание, и разгон ведомого вала идет плавно. Муфта регулируется на передачу максимального момента, безопасного для элементов машины.

Для уменьшения габаритных размеров муфту выполняют с несколь­кими поверхностями трения - многодисковая муфта (см. рис. 15.1, д). Все диски муфты должны быть параллельными, плоскими и соосными, поэтому все диски устанавливают на одной из полумуфт - необходима абсолютная соосность валов.

Достоинствами конусных муфт (см. рис. 15.1, ё) являются малые силы включения, хорошая расцепляемость и простота конструкции. Основные недостатки - большие габаритные размеры и неуравнове­шенные осевые силы, передаваемые на валы.

В цилиндрической шинно-пневматической муфте (см. рис. 15.1, ж) осевых усилий на вал не создается, допускаются осевые смещения, мо­мент легко регулируется.

Основные недостатки таких муфт - значительная стоимость рези­нового баллона и нестойкость резины к нефтепродуктам.

5. Сцепные самоуправляющиеся муфты предназначены для сцепления и расцепления валов при изменении заданного режима работы.

Для этого применяют обгонные муфты (свободного хода), передаю­щие момент в одном направлении, центробежные муфты для соедине­ния и рассоединения валов при достижении определенной частоты вра­щения и предохранительные муфты , выключающие механизм при пере­грузках.

По принципу работы предохранительные муфты делят на

· пружин­ные,

· фрикционные и

· с ломающимся элементом.

По конструкции пру­жинно-кулачковые и фрикционные подобны сцепным управляемым муфтам.

Лекция 11

Механические муфты. Назначение и классификация муфт

Приводными муфтами (обычно просто муфтами) называются устройства, служащие для кинематической и силовой связи валов в приводах машин и механизмов. Муфты передают с одного вала на другой вращающий момент без изменения его величины и направления, а также компенсируют монтажные неточности и деформации геометрических осей валов, разъединяют и соединяют валы без остановки двигателя, предохраняют машину от поломок в аварийных режимах, в некоторых случаях поглощают толчки и вибрации, ограничивают частоту вращения и т. д.

На рис. показаны возможные погрешности при монтаже валов (несоосность валов): а - радиальное смещение; б - осевое смещение; в -угловое смещение. Указанные погрешности могут существовать одновременно.

Муфты приводов машин классифицируют по многим признакам.

По принципу действия муфты подразделяют на четыре класса:

1. нерасцепляемые (не допускающие разъединения валов при работе машины);

2. управляемые (допускающие возможность управления муфтой);

3. самодействующие (автоматически срабатывающие в результате изменения заданного режима работы);

4. прочие (все муфты, не входящие в первые три класса).

Классы муфт (кроме четвертого) подразделяют на группы (механические, гидродинамические, электромагнитные), подгруппы (жесткие, компенсирующие, упругие, предохранительные, обгонные и др.), виды (фрикционные, с разрушаемым элементом и др.) и конструктивные исполнения (кулачковые, шариковые, зубчатые, фланцевые, втулочно-пальцевые и многие другие).

В общем случае муфта состоит из ведущей и ведомой полумуфт и соединительных элементов. В механических муфтах в качестве соединительного элемента используют твердые (жесткие или упругие) тела. В гидродинамических муфтах функции соединительного элемента выполняет жидкость, в электромагнитных - электромагнитное поле.

Широко применяемые мyфты стандартизованы. Основная паспортная характеристика мyфты - значение вращающего момента, на передачу которого она рассчитана.

Будем рассматривать только наиболее распространенные в машиностроении механические мyфmы. По характеру соединения валов мyфты подразделяют на неуправляемые (постоянные), управляемые и самоуправляемые (автоматические) .

Виды муфт

Муфта глухая образует жесткое и неподвижное соединение валов. Они не компенсируют ошибки изготовления и монтажа, требуют точной центровки валов. Применяются обычно глухие мyфmы для тихоходных валов.

Втулочная муфта – самая простая из глухих мyфт, cостоит из соединительной втулки со штифтами (рис. 7.1, а) или шпонками (рис. 7.1, б). Основное их достоинство – простота конструкции. Применяют их при относительно небольших нагрузках на валах диаметрами до 60…70 мм.

а) б) Рuс. 7.1. Втулочные мyфmы с: а – штифтами; б – шпонками

Муфта фланцевая – наиболее распространенная (рис. 7.2), состоит из двух полумуфт 2, соединенных болтами 1. Болты ставят через один: с зазором (вариант I) и без зазора под развертку (вариант II). Центрирование полумуфт в этом случае осуществляют болтами, установленными без зазора, которые рассчитывают на срез. Установка болтов без зазора позволяет получить мyфmы меньших габаритов и поэтому более распространена. Рис. 7.2. Фланцевая мyфтa

Фланцевые мyфты применяют для соединения валов диаметром до 200 мм и более. Достоинствами таких мyфт являются простота конструкции и сравнительно небольшие габариты.

Жесткая компенсирующая мyфта . За счет подвижности деталей такие мyфmы компенсируют радиальные, угловые и осевые смещения валов, вызванные неточностями их изготовления, монтажа и упругими деформациями. Это позволяет уменьшить нагрузки на вaлы и подшипники.

Недостаток жестких компенсирующих мyфт – отсутствие упругодемпфирующих элементов, смягчающих толчки и удары. Наибольшее распространение получили кулачково-дисковая и зубчатая.

Кулачково-дисковая муфта (рис. 7.3) состоит из двух полумуфт 1 и 3, соединенных промежуточным диском 2. При работе диск перемещается по пазам полyмуфт, и тем самым компенсируются несоосность соединяемых валов (радиальные смещения – до 0,04d, угловые – до 30").

Скольжение выступов в пазах сопровождается их износом. Интенсивность износа возрастает с увеличением несоосности и частоты вращения. Для уменьшения износа поверхности трения мyфmы периодически смазывают и не допускают на них больших напряжений смятия.

Рис. 7.3. Кулачково-дисковая мyфтa

Из условия износостойкости кулачково-дисковых мyфт рассчитывают давление на боковых поверхностях выступов и пазов:

, (7.1)

где Тр – расчетный вращающий момент; h – рабочая высота выступа; D, d – соответственно наружный и внутренний диаметры; [p] – допускаемое давление: при термически необработанных, хорошо смазываемых поверхностях или при закаленных поверхностях трения [p] = 15…30 МПа. Детали кулачково-дисковых мyфт изготовляют из сталей Ст5 (поковка) или 25Л (литье). Для тяжелонагруженных мyфт применяют легированные стали типа 15Х, 20Х с цементацией рабочих поверхностей.

Зубчатая муфта (рис. 7.4, а) состоит из двух полумуфт 1 и 3 с наружными зубьями эвольвентного профиля и разъемной обоймы 2 с внутренними зубьями. Передача вращающего момента осуществляется большим числом одновременно работающих зубьев, что обеспечивает высокую нагрузочную способность и малые габариты мyфты.

Рuс. 7.4. Зубчатая мyфта

Для компенсации смещений деталей предусматривают торцевой зазор δ. Для ослабления вредного влияния кромочного контакта применяют зубья бочкообразной формы (рис. 7.4, б), а соединение выполнено с увеличенными зазорами. Зубчатые мyфты допускают угловое смещение валов (рис. 7.4, в) Δα max = 1,5°, радиальное Δr = 0,2…0,6 мм, осевое (на рисунке не показано) – 1…8 мм.Детали зубчатых мyфт изготовляют из углеродистых сталей типа 45, 40Х, 45Л коваными или литыми. Для повышения износостойкости зубья полумуфт подвергают термической обработке до твердости не ниже 40НRC, а зубья обойм – не ниже 35HRC.

Упругие компенсирующие муфты применяются не только для компенсации смещения валов, но и для снижения динамичности нагрузок и амортизации колебаний, возникающих при работе передач машин.

Муфта упругая втулочно-пальцевая (рис. 7.5) состоит из двух полумуфт 1, соединенных пальцами 2, на которые для смягчения ударов надеты гофрированные резиновые втулки. Такие мyфты в силу простоты конструкции получили широкое применение в приводах от электродвигателей для валов диаметрами 9…160 мм при вращающих моментах 6,3…16000 Нм.

Рuс. 7.5. Упругая втулочно-пальцевая мyфтa

Толщина резиновых втулок невелика, и поэтому амортизирующая способность мyфты незначительна. Они допускают радиальное смещение валов до 0,6 мм, продольное – до 5 мм, угловое – до 1°. Для ограничения износа среднее контактное давление пальца на втулку находят по формуле: ,

(7.2)

где z = 6 – число пальцев; Dm – диаметр окружности расположения осей пальцев; dп – диаметр пальцев; l – длина упругого элемента;[p] ≈ 2 МПа – допускаемое давление для резиновых втулок.

Муфта со змеевидными пружинами (рис. 7.6) состоит из двух полyмуфт 1 с зубьями специальной формы, между которыми свободно расположены секции змеевидной пружины 3 прямоугольного сечения. Кожух 2, состоящий из двух половин, служит резервуаром для пластичного смазочного материала и предохраняет пружину от выпадения. Рuс. 7.6. Мyфтa со змеевидными пружинами

Мyфта используется для передачи больших вращающих моментов, обладает хорошими эксплуатационными качествами, имеет небольшие габариты, но сравнительно дорогостоящая. В зависимости от размеров мyфты могут компенсировать радиальные смещения валов 0,5…3 мм, осевые – 4…20 мм и угловые до 1°15". Материалы полумуфт – сталь 45, стальное литье 45Л; пружин – пружинные стали 65Г, 60С2. Расчет мyфты предусматривает проверку прочности пружины при изгибе методами сопротивления материалов.

Управляемые (сцепные) муфты Позволяют соединять и разъединять валы без остановки двигателя. По конструкции управляемые муфты можно разделить на кулачковые, зубчатые, основанные на зацеплении, и фрикционные, основанные на трении. Кулачковые и зубчатые муфты имеют весьма небольшие габариты и массу, не допускают проскальзывания. Однако их включение на ходу сопровождается ударами. Фрикционные муфты позволяют плавно соединять ведущий и ведомые валы под нагрузкой при любой скорости их вращения, предохраняют механизмы от внезапных перегрузок. Управляемые муфты требуют точной соосности соединяемых вaлов.

Кулачковая муфта (рис. 7.7) состоит из двух полумуфт 1 и 2, имеющих на сцепляемых торцах выступы – кулачки. При включении муфты кулачки одной полумуфты входят во впадины другой, создавая жесткое соединение. Включение кулачковой мyфты во избежание ударов производят при остановленном двигателе или с малыми скоростями (до 1 м/с). Полумуфты чаще всего располагают на одном валу, что обеспечивает хорошую их соосность. При выключенной мyфте зубчатое колесо свободно вращается на подшипнике скольжения 3. Если муфта включена, вращающий момент от зубчатого колеса передается через кулачки и шлицы на вaл. Для устранения ударов и шума при включении мyфты применяют специальные соединительные устройства – синхронизаторы. Кулачковые мyфты изготовляют из сталей 20, 15Х, 20Х с последующей цементацией или сталей 40Х, 30ХН с последующей объемной закалкой. Размеры мyфт принимают конструктивно, а затем выполняют проверочный расчет кулачков на износостойкость и прочность.

Рис. 7.7. Кулачковая мyфтa

Фрикционные сцепные муфты передают вращающий момент между полумуфтами за счет сил трения на рабочих поверхностях (рис. 7.8).

Рuс. 7.8. Фрикционные мyфты:

а – однодисковая; б – многодисковая; в – конусная

В начальный период касания полумуфт происходит относительное проскальзывание их рабочих поверхностей (смазанных или сухих), и тем самым обеспечивается плавность включения мyфты. При установившемся движении проскальзывание не происходит, а при перегрузке муфта пробуксовывает, что предохраняет машину от поломок. Фрикционные мyфты должны обладать надежностью сцепления, высокой износостойкостью и теплостойкостью контактирующих поверхностей. Материал трущихся деталей (накладок) выбирается в зависимости от среднего контактного напряжения (давления):

, (7.3)

где Fa – осевая сила; Т – вращающий момент; k = 1,3…1,5 – коэффициент запаса сцепления; Dm – средний диаметр контакта; f – коэффициент сцепления (трения покоя); z – число пар поверхностей трения; А = πDmb – площадь поверхности трения; b – ширина поверхности трения; [p] – допускаемое контактное напряжение.

По формуле (7.3) может быть рассчитан вращающий момент, который может передавать фрикционная муфта. Для увеличения передаваемого вращающего момента можно увеличить число пар поверхностей трения. Многодисковые фрикционные мyфты имеют небольшие габариты и не требуют большого усилия для их включения.

Самоуправляемые автоматические муфты выполняют автоматически одну из следующих функций: ограничение передаваемой нагрузки – предохранительные муфты; передачу нагрузки (момента) только в одном направлении – муфта обгона; включение и выключение при заданной скорости – центробежные мyфты.

Предохранительные муфты срабатывают, когда вращающий момент превышает некоторую установленную величину. При достижении вращающим моментом предельной величины под действием осевых усилий, обусловленных формой впадин полумуфты, шарики смещаются в осевом направлении (преодолевая сопротивление пружины) и размыкают мyфту с последующим прощелкиванием.

Муфта обгона (мyфты свободного хода) предназначены для передачи вращающего момента только в одном направлении. Наибольшее распространение получили фрикционные обгонные мyфты, передающие вращающий момент за счет заклинивания между полумуфтами промежуточных тел (в основном роликов). Такие мyфты бесшумны, компактны, могут работать при высокой частоте вращения. Их изготовляют для вaлов диаметром 10…90 мм и передачи момента до 750…800 Нм.

Обгонные роликовые мyфты (рис. 7.9) применяют в приводах агрегатов двигателя самолета (например, в приводах стартер-генераторов) и в приводах несущих винтов вертолетов; при отказе одного двигателя движение винта не тормозится, так как обгонная мyфта позволяет зубчатым колесам вращаться. При отказе обоих двигателей обгонные мyфты не препятствуют вращению несущего винта в режиме авторотации.

Рис. 7.9. Обгонная мyфтa

Пусковую (центробежную) муфту используют для плавного пуска приводов грузоподъемных машин конвейеров и т.п. Они позволяют электродвигателю легко разогнаться и по достижении им определенной скорости начать плавный разгон рабочего органа. Одновременно пусковые мyфты выполняют и предохранительные функции. Распространены колодочные и дисковые центробежные фрикционные мyфты. Центробежную муфту устанавливают на вал электродвигателя. При наличии ременной передачи от электродвигателя к рабочему органу наружную ведомую часть мyфты конструируют в виде шкива.

Соединения. Виды соединений

Сварные соединения

Сварные соединения образуются путем сваривания деталей в месте стыка. Существует около 60 способов сварки. Наиболее распространенными являются: дуговая, контактная, электронно-лучевая, диффузионная. Сварные соединения наиболее прочные, основным недостатком которых является коробление, и возможность скрытых дефектов (трещины, непровары…).

По взаимному расположению деталей они делятся: стыковые (рис. 4,3а), внахлестку (рис. 4,3б), тавровое (рис. 4,3в) , угловые соединения (рис. 4,3г) . Виды сварных щвовпоказаны на (рис. 4,3е)

Расчет прочности соединения встык выполняют по нормальм напряжениям растяжения (сжатия)

Где F -нагрузка, ширина и толщина листа,допустимое напряжение

 

Расчет муфт. Стандартные и нормализованные муфты на практике подбирают по каталогам в зависимости от диаметра соединяемых валов и расчетного вращающего момента Т поусловию:

где К - коэффициент перегрузки, учитывающий режим работы и ответственность конструкции; Т наибольший длительно действующий вращающий момент; - номинальный вращающий момент, указанный в каталоге.

Для приводов от электродвигателя можно принимать: при спокойной нагрузке K = 1,0...1,5; при переменной нагрузке К = 1,5...2; при ударной и реверсивной нагрузке К = 2,5...3и более. Для фрикционных муфт вместо коэффициента перегрузки вводится коэффициент запаса сцепления k = 1,25...1,5.

В ответственных конструкциях выполняют проверочный расчет работоспособности отдельных элементов выбранной муфты по расчетному или предельному (для предохранительных муфт) вращающему моменту. Расчетные формулы приводятся в справочной литературе.

---

Дата добавления: 2021-05-18; просмотров: 391; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!