Л11 муфти
6.7. Механічні муфти. Призначення і класифікація муфт
Приводними муфтами (зазвичай просто муфтами) називаються пристрої, що служать для кінематичної та силової зв'язку валів в приводах машин і механізмів. Муфти передають з одного вала на інший момент, що обертає без зміни його величини і напрямки, а також компенсують монтажні неточності і деформації геометричних осей валів, роз'єднують і сполучають вали без зупинки двигуна, оберігають машину від поломок в аварійних режимах, в деяких випадках поглинають поштовхи і вібрації , обмежують частоту обертання і т. д.
На рис. показані можливі похибки при монтажі валів (несоосность валів): а - радіальний зсув; б - осьовий зсув; в -кутовий зміщення. Зазначені похибки можуть існувати одночасно.
Муфти приводів машин класифікують за багатьма ознаками.
За принципом дії муфти поділяють на чотири класи:
1. нерасцепляемие (що не допускають роз'єднання валів при роботі машини);
2. керовані (допускають можливість керування муфтою);
3. автоматичні (автоматично спрацьовують в результаті зміни заданого режиму роботи);
4. інші (всі муфти, що не входять в перші три класи).
Класи муфт (крім четвертого) підрозділяють на групи (механічні, гідродинамічні, електромагнітні), підгрупи (жорсткі, компенсуючі, пружні, запобіжні, обгонні і ін.), Види (фрикційні, з руйнується елементом і ін.) І конструктивні виконання (кулачкові, кулькові, зубчасті, фланцеві, втулочно-пальцеві і багато інших).
У загальному випадку муфта складається з провідною і відомою полумуфт і сполучних елементів. У механічних муфтах в якості з'єднувального елемента використовують тверді (жорсткі або пружні) тіла. У гідродинамічних муфтах функції сполучного елемента виконує рідина, в електромагнітних - електромагнітне поле.
Широко застосовуються мyфти стандартизовані. Основна паспортна характеристика мyфти - значення крутного моменту, на передачу якого вона розрахована.
Будемо розглядати тільки найбільш поширені в машинобудуванні механічні мyфmи. За характером з'єднання валів мyфти поділяють на некеровані (постійні), керовані і самокеровані (автоматичні).
Муфта глуха утворює жорстке і нерухоме з'єднання валів. Вони не компенсують помилки виготовлення та монтажу, вимагають точного центрування валів. Застосовуються зазвичай глухі мyфmи для тихохідних валів.
Муфта втулкова - найпростіша з глухих мyфт, Відбудеться з сполучної втулки зі штифтами (рис. 7.1, а) або шпонками (рис. 7.1, б). Їхня основна перевага - простота конструкції. Застосовують їх при відносно невеликих навантаженнях на валах діаметрами до 60 ... 70 мм.
а)
Муфта фланцевая - найбільш поширена (рис. 7.2), складається з двох напівмуфт 2, з'єднаних болтами 1. Болти ставлять через один: з зазором (варіант I) і без зазору під розгортку (варіант II). Центрування напівмуфт в цьому випадку здійснюють болтами, встановленими без зазору, які розраховують на зріз. Установка болтів без зазору дозволяє отримати мyфmи менших габаритів і тому більш поширена.
Фланцеві мyфти застосовують для з'єднання валів діаметром до 200 мм і більше. Перевагами таких мyфт є простота конструкції і порівняно невеликі габарити.
Жорстка компенсує мyфта. За рахунок рухливості деталей такі мyфmи компенсують радіальні, кутові і осьові зміщення валів, викликані неточностями їх виготовлення, монтажу і пружними деформаціями. Це дозволяє зменшити навантаження на вaли і підшипники.
Недолік жорстких компенсуючих мyфт - відсутність упругодемпфірующіх елементів, що пом'якшують поштовхи і удари. Найбільшого поширення набули кулачково-дискова і зубчаста.
Кулачково-дискова муфта (рис. 7.3) складається з двох напівмуфт 1 і 3, з'єднаних проміжним диском 2. При роботі диск переміщається по пазах полyмуфт, і тим самим компенсуються несоосность з'єднуються валів (радіальні зміщення - до 0,04d, кутові - до 30 ').
Ковзання виступів у пазах супроводжується їх зносом. Інтенсивність зносу зростає зі збільшенням несоосности і частоти обертання. Для зменшення зносу поверхні тертя мyфmи періодично змащують і не допускають на них великих напруг зминання.
З умови зносостійкості кулачково-дискових мyфт розраховують тиск на бічних поверхнях виступів і пазів:
де Тр - розрахунковий крутний момент; h - робоча висота виступу; D, d - відповідно зовнішній і внутрішній діаметри; [P] - допустиме тиск: при термічно необроблених, добре змащуваних поверхнях або при загартованих поверхнях тертя [p] = 15 ... 30 МПа. Деталі кулачково-дискових мyфт виготовляють з сталей Ст5 (поковка) або 25Л (лиття). Для важко навантажених мyфт застосовують леговані сталі типу 15Х, 20Х з цементацією робочих поверхонь.
Зубчаста муфта (рис. 7.4, а) складається з двох напівмуфт 1 і 3 з зовнішніми зубами евольвентного профілю і рознімною обойми 2 з внутрішніми зубами. Передача крутного моменту здійснюється великим числом одночасно працюючих зубів, що забезпечує високу навантажувальну здатність і малі габарити мyфти.
Для компенсації зсувів деталей передбачають торцевої зазор δ. Для ослаблення шкідливого впливу керамічного контакту застосовують зуби бочкообразной форми (рис. 7.4, б), а з'єднання виконано зі збільшеними зазорами. Зубчасті мyфти допускають кутовий зсув валів (рис. 7.4, в) Δα max = 1,5 °, радіальне Δr = 0,2 ... 0,6 мм, осьове (на малюнку не показано) - 1 ... 8 мм.Деталі зубчастих мyфт виготовляють з вуглецевих сталей типу 45, 40Х, 45Л кованими або литими. Для підвищення зносостійкості зуби напівмуфт піддають термічній обробці до твердості не нижче 40НRC, а зуби обойм - не нижче 35HRC.
Пружні компенсуючі муфти застосовуються не тільки для компенсації зміщення валів, а й для зниження динамічності навантажень і амортизації коливань, що виникають при роботі передач машин.
Муфта пружна втулочно-пальцева (рис. 7.5) складається з двох напівмуфт 1, з'єднаних пальцями 2, на які для пом'якшення ударів надіті гофровані гумові втулки. Такі мyфти в силу простоти конструкції набули широкого застосування в приводах від електродвигунів для валів діаметрами 9 ... 160 мм при обертають моменти 6,3 ... 16000 Нм.
Товщина гумових втулок невелика, і тому, що амортизує здатність мyфти незначна. Вони допускають радіальний зсув валів до 0,6 мм, поздовжнє - до 5 мм, кутовий - до 1 °. Для обмеження зносу середнє контактний тиск пальця на втулку знаходять за формулою.
де z = 6 - число пальців; Dm - діаметр окружності розташування осей пальців; dп - діаметр пальців; l - довжина пружного елемента; [p] ≈ 2 МПа - допустиме тиск для гумових втулок.
Муфта з змієподібними пружинами (рис. 7.6) складається з двох полyмуфт 1 з зубами спеціальної форми, між якими вільно розташовані секції змієподібній пружини 3 прямокутного перетину. Кожух 2, що складається з двох половин, служить резервуаром для пластичного мастильного матеріалу і оберігає пружину від випадання.
Мyфта використовується для передачі великих обертаючих моментів, володіє хорошими експлуатаційними якостями, має невеликі габарити, але порівняно дорога. Залежно від розмірів мyфти можуть компенсувати радіальні зміщення валів 0,5 ... 3 мм, осьові - 4 ... 20 мм і кутові до 1 ° 15 '. Матеріали полумуфт - сталь 45, сталеве лиття 45Л; пружин - пружинні сталі 65Г, 60С2. Розрахунок мyфти передбачає перевірку міцності пружини при вигині методами опору матеріалів.
Керовані (зчіпні) муфти Дозволяють з'єднувати і роз'єднувати вали без зупинки двигуна. По конструкції керовані муфти можна розділити на кулачкові, зубчасті, засновані на зачепленні, і фрикційні, засновані на терті. Кулачкові та зубчасті муфти мають досить невеликі габарити і масу, не допускають прослизання. Однак їх включення на ходу супроводжується ударами. Фрикційні муфти дозволяють плавно з'єднувати провідний і ведені вали під навантаженням при будь-якій швидкості їх обертання, оберігають механізми від раптових перевантажень. Керовані муфти вимагають точної співвісності з'єднуються вaлов.
Кулачкова муфта (рис. 7.7) складається з двох напівмуфт 1 і 2, що мають на зчіплюються торцях виступи - кулачки. При включенні муфти кулачки однієї напівмуфти входять у западини інший, створюючи жорстке з'єднання. Включення кулачковою мyфти щоб уникнути ударів виробляють при зупиненому двигуні або з малими швидкостями (до 1 м / с). Напівмуфти найчастіше розташовують на одному валу, що забезпечує хорошу їх співвісність. При вимкненому мyфте зубчасте колесо вільно обертається на підшипнику ковзання 3. Якщо муфта включена, крутний момент від зубчастого колеса передається через кулачки і шліци на вaл. Для усунення ударів і шуму при включенні мyфти застосовують спеціальні сполучні пристрої - синхронізатори. Кулачкові мyфти виготовляють з сталей 20, 15Х, 20Х з подальшою цементацією або сталей 40Х, 30ХН з подальшою об'ємною загартуванням. Розміри мyфт приймають конструктивно, а потім виконують перевірочний розрахунок кулачків на зносостійкість і міцність.
Фрикційні зчіпні муфти передають обертовий момент між напівмуфтами за рахунок сил тертя на робочих поверхнях (рис. 7.8).
а - однодискова; б - багатодискова; в - конусна
У початковий період торкання полумуфт відбувається відносне проковзування їх робочих поверхонь (змазаних або сухих), і тим самим забезпечується плавність включення мyфти. При усталеному русі прослизання не відбувається, а при перевантаженні муфта пробуксовує, що оберігає машину від поломок. Фрикційні мyфти повинні володіти надійністю зчеплення, високу зносостійкість і теплостійкість контактуючих поверхонь. Матеріал деталей, що труться (накладок) вибирається в залежності від середнього контактного напруги (тиску):
де Fa - осьова сила; Т - крутний момент; k = 1,3 ... 1,5 - коефіцієнт запасу зчеплення; Dm - середній діаметр контакту; f - коефіцієнт зчеплення (тертя спокою); z - число пар поверхонь тертя; А = πDmb - площа поверхні тертя; b - ширина поверхні тертя; [P] - допустиме контактне напруження.
За формулою (7.3) може бути розрахований крутний момент, який може передавати фрикційна муфта. Для збільшення переданого крутного моменту можна збільшити число пар поверхонь тертя. Багатодискові фрикційні мyфти мають невеликі габарити і не вимагають великого зусилля для їх включення.
Самоврядні автоматичні муфти виконують автоматично виберіть із наведеного нижче: обмеження переданої навантаження - запобіжні муфти; передачу навантаження (моменту) тільки в одному напрямку - муфта обгону; вмикання і вимикання при заданій швидкості - відцентрові мyфти.
Запобіжні муфти спрацьовують, коли крутний момент перевищує деяку встановлену величину. При досягненні обертає граничної величини під дією осьових зусиль, обумовлених формою западин напівмуфти, кульки зміщаються в осьовому напрямку (долаючи опір пружини) і розмикають мyфту з подальшим прощелківаніем.
Муфта обгону (мyфти вільного ходу) призначені для передачі обертального моменту тільки в одному напрямку. Найбільшого поширення набули фрикційні обгонні мyфти, передають крутний момент за рахунок заклинювання між напівмуфтами проміжних тіл (в основному роликів). Такі мyфти безшумні, компактні, можуть працювати при високій частоті обертання. Їх виготовляють для вaлов діаметром 10 ... 90 мм і передачі моменту до 750 ... 800 Нм.
Пускову (відцентрову) муфту використовують для плавного пуску приводів вантаже піднімальних машин конвеєрів і т.п. Вони дозволяють електродвигуна легко розігнатися і після досягнення нею певної швидкості почати плавний розгін робочого органу. Одночасно пускові мyфти виконують і запобіжні функції. Поширені колодкові і дискові відцентрові фрикційні мyфти. Відцентрову муфту встановлюють на вал електродвигуна. При наявності пасової передачі від електродвигуна до робочого органу зовнішню провідну частину мyфти конструюють у вигляді шківа.
6.8. З'єднання. види з'єднань
По взаємному розташуванню деталей вони діляться. стикові (рис. 4,3а), внахлестку (рис. 4,3б), Таврове (рис. 4,3в). кутові з'єднання (рис. 4,3г). Види зварних щвовпоказани на (рис. 4,3е)
Розрахунок міцності з'єднання встик виконують по Нормальм напруженням розтягу (стиску)
Де F-навантаження, ширина і товщина листа, допустима напруга
