Муфты Исполнитель

Муфты

Цель занятия: изучить конструктивные особенности муфт, их назначение классификации, а также критерии работоспособности и материалы.

План:

2. Общие сведения, назначение и классификация

3. Муфты глухие

4. Муфты компенсирующие жесткие

5. Муфты упругие

6. Конструкция и расчет упругих муфт

7. Муфты управляемые или сцепные

8. Муфты автоматические, или самоуправляемые

Опорные слова: муфты, устройства, применение, классификация, втулочная, фланцевая, радиальное смещение, работа, прочность, нагрузка.

{spoiler=Подробнее}

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ, НАЗНАЧЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ

Муфтами в технике называют устройства, которые служат для соеди­нения концов валов, стержней, труб, электрических проводов и т. д. В настоящей главе рассматриваются только муфты для соединения валов *.

Потребность в соединении валов связана с тем, что большинство машин компонуют из ряда отдельных частей (узлов) с входными и

выходными валами. Такими частями являются,например, двигатель, ре­дуктор и рабочая ма­шина. Непосредственная кинематическая и сило­аи связь отдельных ча­стей машины выполняет­ся с помощью муфт (рис. 16.1).

Соединение валов яв­ляется общим, но не единственным назначе­нием муфт. Так, напри­мер, муфты используют для включения и выключения исполнитель­ного механизма при непрерывно работающем двигателе (управляемые муфты); для предохранения машины от перегрузки (предохранитель­ные муфты); для компенсации вредного влияния несоосности валов,

Подобные муфты используют также и для соединения валов с расположенными на них деталями (зубчатые колеса, звездочки и т. д.).

связанной с неточностью монтажа (компенсирующие муфты); для уменьшения динамических нагрузок (упругие муфты) и т. д.

В современном машиностроении применяют большое количество муфт, различающихся по принципу действия и управления, назна­чению и конструкции. Краткая классификация муфт по этим призна­кам представлена в виде схемы на стр. 343.

В электрических и гидравлических муфтах, указанных на этой схеМе, используют принципы сцепления за счет электромагнитных и гидро­динамических сил. Эти муфты изучают в специальных курсах. В курсе Детали машин изучают только механические муфты. При этом рас­сматривают наиболее распространенные и типичные конструкции.

Широко применяемые муфты стандартизованы. Основной пас­портной характеристикой каждой муфты является величина крутя­щего момента, на передачу которого она рассчитана.

МУФТЫ ГЛУХИЕ

Глухие муфты образуют жесткое и неподвижное соединение валов (глухое соединение).

Муфта втулочная

Втулочная муфта является простейшим представителем глухих муфт. Скрепление втулки с валами выполняют с помощью штифтов (рис. 16.2), шпонок (рис. 16.3) или шлиц.

Втулочные муфты нашли широкое применение в легких машинах при диаметрах валов не более 60—70 мм. Они отличаются простотой конструкции и малыми габаритами.

Применение втулочных муфт в тяжелых машинах затруднено тем, что при монтаже и демонтаже требуется смещать валы в осевом направлении.

Прочность муфты определяется прочностью штифтового, шпо­ночного или шлицевого соединения, а также прочностью втулки. Методика соответствующих расчетов изложена в гл. 1 § 6 и гл. 6, § 1 и 2.

Муфта фланцевая

На рис. 16.4 сверху и снизу от осевой линии изображены различные варианты конструкциифланцевой муфты: полумуфты 7, .2соединяют бол­тами, поставленными с зазором (I вариант) или без зазора (Н вариант).

В первом случае крутящий момент передается за счет сил трения, возникающих в стыке полумуфт от затяжки болтов, во втором слу­чае  непосредственно болтами, которые работают на срез и смятие.

Болты, поставленные без зазора, могут одновременно выполнять функцию центровки валов. При постановке болтов с зазором центровка производится выступом Л, который воспринимает также все попереч-ные„(перерезывающие) нагрузки. Центрирующий выступ затрудняет монтаж и демонтаж сое­динения, так как при этом необходимо осевое смещение валов.

В целях соблюдения правил техники  безопас­ности выступающие ча­сти болтов закрывают бортиками 4 (I вариант). В тех случаях, когда муфта имеет общее ог­раждение, буртики не делают (II вариант).

Расчет на прочность выполняют для шпоноч­ных или шлицевых сое­динений и болтов. Мето­дика этих расчетов изло­жена в гл. 1 и 6.

Установка болтов без зазора позволяет получить муфты меньших габаритов и поэтому более распространена.

Для уменьшения. габаритов муфты болты, устанавливаемые без зазора, изготовляют обычно из высокопрочных сталей типа Ст 5. При этом, учитывая нагрузку от затяжки, допускают напряжения среза около 400 кгс/см^. Полумуфты изготовляют из чугуна, сталь­ного литья, стальной поковки или проката.

Фланцевые муфты широко распространены в машиностроении. Их применяют для соединения валов диаметром до 200 мм и более. Достоинством таких муфт является простота конструкции и сравни­тельно небольшие габариты.

МУФТЫ КОМПЕНСИРУЮЩИЕ ЖЕСТКИЕ

Виды несоосности валов

Вследствие погрешностей изготовления и монтажа всегда имеется некоторая неточность взаимного расположения геометрических осей соединяемых валов.

Различают три вида отклонений от правильного взаимного располо­жения валов (рис. 16.5):

1. . Продольное смещение,  которое может быть вызвано, например, ошибками монтажа или температурным удлинением валов.

Радиальное  смещение или эксцентриситет,
вызванный неточностью монтажа или биением конца вала (неточность
обработки).

 Угловое смещение   или перекос, обусловленный
теми же причинами, что и . На практике чаще всего встречается комбинация указанных откло­нений, которую в дальнейшем будем называть общим термином «несоосность валов*. При соединении глухими муфтами оси несоосных валов в месте установки муфты приводят к одной общей оси за счет дефор­мации валов и опор. При этом опоры и валы дополнительно нагружают. Чем больше не­соосность, тем больше дополнительная вред­ная нагрузка. Поэтому при соединении глу­хими муфтами требуется высокая точность расположения валов.

Для понижения этих требований и умень­шения вредных нагрузок на валы и опоры применяют компенсирующие муфты. Компен­сация вредного влияния несоосности валов достигается: за счет подвижности практически

жестких деталей — компенсирующие жесткие муфты; за счет деформации упругих деталей — упругие муфты.

Вследствие того что упругие муфты выполняют еще и другие функции, их выделяют в особую группу и рассматривают отдельно (§ 4). Наибольшее распространение из группы компенсирующих жест­ких муфт получили: кулачково-дисковая, со сколь­зящим вкладышем и зубчатая*.

Муфта кулачково-дисковая

Кулачково-дисковая муфта (рис, 16.6) состоит из двух полумуфт 1 и 2 и промежуточного диска 3. На внутреннем торце каждой полу­муфты образовано по одному диаметрально расположенному пазу. На обоих торцах диска выполнено по одному выступу, которые рас­положены по взаимно перпендикулярным диаметрам. У собранной муфты выступы диска располагаются в пазах полумуфт. Таким обра­зом, диск соединяет полумуфты.

Перпендикулярное расположение пазов позволяет муфте компен­сировать эксцентриситет и перекос валов. При этом выступы скользят в пазах, а центр диска описывает окружность радиусом, равным эксцен-

триситету ,. Зазоры  между диском и полумуфтами позволяют ком­пенсировать также и продольные смещения валов. Вследствие того что перекос валов вызывает неблагоприятное распределите давле­ния в пазах, кулачково-дисковую муфту рекомендуют применять в основном для компенсации эксцентриситета:  до 0,4d; до 0° 30'. Скольжение выступов в пазах сопровождается их износом. Интен­сивность износа возрастает с увеличением несоосностн и частоты вращения муфты. Для уменьшения износа поверхности трения муфты периодически смазывают (отверстие 4 на рис. 16.6) и не допускают на них больших напряжений смятия,(давлений). Последнее является основ­ным условием расчета всех жестких муфт со скользящими деталями.

При расчете кулачково-дисковых муфт полагают, что натяг и зазор посадки выступов в пазы равны нулю*. В этом случае деформа­ции и напряжения в различных точках поверхности соприкосновения пропорциональны расстояниям этих точек до оси муфты (см. рис. 16.6, б); здесь эпюра напряжений смятия условно перенесена с боковых сторон паза на диаметр

Условия равновесия полумуфты можно записать в виде

Учитывая, что

    (16.2)

после преобразования получаем:

 (16.3)

где K— коэффициент динамичности режима нагрузки см. формулу (0.4) и табл. 0.21; h— рабочая высота выступов (рис. 16.6, а).

В практике принимают D/d₁ 2,5 3..

Обычно детали кулачково-дисковых муфт изготовляют из сталей
Ст 5 (поковка) или 25Л (литье). Для тяжело нагруженных муфт при­
меняют легированные стали типа 15Х, 20Х, с цементацией рабочих
поверхностей. При этом допускают      

[] = 150200 кгс/см² ( 1520 МПа).

Работа муфты с эксцентриситетом сопровождается потерями на трение и дополнительной нагрузкой валов. Дополнительная нагрузка валов от муфты  F_t=KT/R_cp равна силе трения в пазах

или после преобразования с учетом формул (16.2) и (16.3)

В этой формуле отношениепринято за радиус приложе-

ния некоторой фиктивной окружной силы муфты F_t =KT/R_cp Приближенно

Таким образом, применение компенсирующих муфт значительно уменьшает, но не устраняет полностью вредных нагрузок на валы и опоры, связанные с несоосностью.

Для определения потерь на трение в муфте воспользуемся рис. 16.6, а. С его помощью нетрудно установить, что при повороте полумуфты на каждые 90° кулачки перемещаются в пазах на величину эксцентриситета . Например, после поворота на первые 90° центры полумуфты и диска совмещаются, так как паз полумуфты 1 займет горизонтальное положение, а полумуфты 2 — вертикальное (см. также рис. 16.6, а). Таким образом, в пазах каждой полумуфты силы трения совершают работу на пути, равном 4, а в двух полумуфтах — 8, за каждый оборот вала.

Работа, потерянная на трение за один оборот, A _тр = 8F_M

Полезная работа за то же время , а коэффициент полез-

ного действия муфты

Принимая приближенно. получаем

  (16.5)

Практически при расчетах приводов можно принимать

Муфта зубчатая

Она состоит из полумуфт 1 и 2 с наружными зубьями и разъемной обоймы Л с двумя рядами внутренних зубьев (рис. 16.7, а). Наиболее распространен эвольвентный профиль зубьев а = 20°, что позволяет нарезать их.нормальным зуборезным инструментом. Муфта компен­сирует все виды смещений валов , , (рис. 16.7, е). С этой целью выполняют торцевые зазоры с и увеличенные зазоры в зацеплении (рис. 16.7, б), а зубчатые венцы полумуфт обрабатывают по сферам с радиусами r, центры которых располагают на осях валов. Допуска­емые зубчатой муфтой смещения валов (радиальные, угловые или их

комбинация) определяют из условия, чтобы углы между осью обоймы и осью одного или другого вала были не больше 0° 30'.

Компенсация несоосности валов при работе муфты, сопровождается непрерывным скольжением в местах соприкосновения зубьев и их изно­сом. Практикой эксплуатации зубчатых муфт установлено, что износ является основным критерием их работоспособности. Для уменьшения износа в обойму заливают жидкую смазку (до уровня уплотнения).

Задача определения истинных контактных напряжений в муфте чрезвычайно усложняется неопределенностью условий контакта зубьев. Эта неопределенность обусловлена, с одной стороны, рассеиванием ошибок изготовления муфты и, с другой, рассеиванием несоосности валов (ошибки монтажа).

При несоосности нагрузка распределяется неравномерно между зубьями, а поверхности соприкосновения отдельных пар зубьев раз­личны.

Так, например, зубья обоймы и полумуфты, расположенные в пло­скости перекоса валов, параллельны и имеют более благоприятные условия соприкосновения, а зубья, расположенные в перпендику­лярной плоскости, наклонены друг к другу под углом, равным углу перекоса, и соприкасаются только кромкой. Остальные зубья также располагаются под углом, но угол их наклона меньше.

Для ослабления вредного влияния кромочного контакта зубьям придают иногда бочкообразную форму (рис. 16.7, б, вид В).

Приработка зубьев выравнивает распределение нагрузки и улуч* шает условия контакта.

Отмеченное выше позволяет предложить лишь условный метод расчета зубчатых муфт, неточности которого могут быть частично компенсированы выбором допускаемых напряжений на основе прак­тики эксплуатации. В условном расчете допускаем, что нагрузка распределяется равномерно между всеми зубьями, а зубья соприка­саются по всей длине и высоте. При этом получаем

(16.6)

где z — число зубьев полумуфты; D = zm — диаметр делительной окружности зубьев; m — модуль зацепления; S = bh— проекция рабочей поверхности зуба на его среднюю диаметральную плоскость;b— длина зуба; h— рабочая высота зуба.

Для наиболее распространенного в практике зацепления (см. рис. 16.7, б) можно принять h 1,8m.

После подстановки в формулу (16.6) и преобразования найдем:

      (16.7)

Поверочные расчеты по формуле (16.7) показывают, что для стан­дартных муфт допускают  = 120150 кгс/см² (12 15 МПа).

При этом достигается удовлетворительная износостойкость муфт.

Детали зубчатых муфт изготовляют из углеродистых сталей типа 45, 40Х, 45Л коваными или литыми.

Для повышения износостойкости зубья полумуфт подвергают термической обработке до твердости не ниже 40 HRС, а зубья обойм — не ниже 35 HRС . Тихоходные муфты ( < 5 м/с) можно изготовлять с твердостью зубьев  HRС < 35.

Для проектного расчета формулу (16.7) можно преобразовать, обозначив, тогда

(16.8)

Значения коэффициента ширины зубчатого венца 1]) в существую­щих конструкциях муфт выполняют в пределах = 0,12  0,16.

Нижние значения принимают для тяжелых муфт, верхние — для легких.

Увеличение ширины зубчатого венца b затрудняет приработку зубьев и увеличивает неравномерность распределения нагрузки между ними.

По диаметру муфты, задавшись числом зубьев, можно определить модуль, который округляют до стандартных значений. Практически выполняют z = 3080 (большие значения — для тяжело нагруженных и меньшие — для легко нагруженных муфт). При этом обеспе­чивается достаточный запас прочности зубьев по напряжениям изгиба. При увеличении z уменьшается m и, следовательно, уменьшается прочность зубьев по напряжениям изгиба (см. гл. 10, § 6 зЗубчатые передачи^).

Зубчатые муфты обладают компактностью и хорошими компенси­рующими свойствами. Их широко применяют в машиностроении, особенно для передачи больших крутящих моментов.

Аналитическое определение сил, действующих на валы, и потерь в зубчатой муфте при наличии несоосности значительно сложнее, чем в описанном выше случае. На основе опытов приближенно принимают

  окружности зубьев муфты.

МУФТЫ УПРУГИЕ

Назначение упругих муфт и их динамические свойства

Конструкция одной из упругих муфт изображена на рис. 16.8. Эту конструкцию можно рассматривать как принципиальную схему, общую для всех упругих муфт. Здесь полумуфты 7 и 2 связаны с упру­гим элементом <3 (например, склеены или привулканизиро-ваны).

Упругая связь полумуфт по­зволяет: компенсировать несоос­ность валов; изменить жесткость системы в целях устранения ре­зонансных колебаний при перио­дически изменяющейся нагрузке; снизить величину кратковремен

ных перегрузок узлов машины. Одной из основных характе­ристик упругой муфты является ее жесткость

(16.9)

где Т — крутящий момент, передаваемый муфтой; ( — угол за-

кручивания муфты моментом Т (угол относительного поворота полу-

муфт в плоскости вращения валов).

В зависимости от характеристики С (рис. 16.9) различают упругие муфты постоянной 1 и переменной 2 жесткости.

Для муфт постоянной жесткости

Переменной жесткостью обладают муфты с неметаллическими упру­гими элементами, материалы которых (резина, кожа и т. д.) не подчи-

няются закону Гука, а также муфты с металлическими упругими эле ментами, условия деформирования которых ограничиваются конст рукыией.

От характеристики жесткости упругой муфты в значительно: степени зависит способность машины переносить резкие измененш нагрузки (удары) и работать без резонанса колебаний.

Важным свойством упругой муфты является ее демпфирующая способность, которая характеризуется величиной энергии,

необратимо поглощаемой муфтой за один цикл (рис. 16.10): нагрузка

и разгрузка (1ВС). Как известно, эта энергия измеряется площадью

петли гистерезиса OA1BС.

Энергия в муфтах расходуется на внутреннее и внешнее трение при деформировании упругих элементов.

Демпфирующая способность упругих муфт способствует снижению динамических нагрузок и затуханию колебаний.

Каждая машина является обычно сложной многомассовой системой. Методы рас­чета колебаний таких систем изучают в специальных курсах.

Для того чтобы выяснить, каким образом упругие муфты влияют на динамиче­ские свойства машины, и решить эту задачу по возможности просто, рассмотрим ма­шину, схема которой показана на рис. 16.Н, и ограничим решение задачи дополнительными усло­виями, перечисленными ниже.

На рисунке приняты обозначения: J₁ — при­веденный к валу 1момент инерции масс привода (двигателя, передачи и т. д.); J₂ — приведенный к валу 2 момент инерции вращающихся масс ис­полнительного механизма; , и T₁— угловая ско­рость и крутящий момент на валу 1;  и T₂ — Рис. 6.Н угловая скорость и крутящий момент на валу 2; С — жесткость муфты.

Дополнительные условия:

1. Муфта имеет линейную характеристику (С=const), а жесткость всех других деталей машины велика по сравнению с С . Поэтому в расчете колебаний учитываем только С .

2. Муфта обладает малой демпфирующей способностью, что позволяет не учиты­вать потери при составлении уравнений движения.

3. Машина оборудована двигателем, способным изменять крутящий момент (Т₁) в широких пределах без существенного изменения угловой скорости. Поэтому в расчете  принимаем постоянной ( = сonst) *.

Перечисленные условия позволяют рассматривать систему, показанную на . 16.11, как простейшую с одной степенью свободы. Действительно, размещая центр полярных координат на оси вала 1 и полагая, что эти оси координат вращаются с постоянной угловой скоростью , можно описать движение системы с помощью только одной переменной. Этой переменной будет угол закручивания муфты , а уравнение движения массы J₂ запишется в виде

В дальнейшем рассмотрим решения уравнения (16.10) для двух характерных случаев изменения нагрузки T₂:

Нагрузка изменяется периодически в течение длительного времени.

Изменения нагрузки имеют ударный характер.

КОНСТРУКЦИЯ И РАСЧЕТ УПРУГИХ МУФТ

В машиностроении применяют большое количество разнообразных по конструкции упругих муфт. По материалу упругих элементов эти муфты делят на две группы: муфты с металлическими и неметал­лическими упругими элементами. В методике расчета муфт каждой из этих групп много общего, что позволяет ограничиться подробным изучением только некоторых типичных конструкций.

Металлические упругие элементы муфт

Основные типы металлических (стальных) упругих элементов муфт изображены на рис. 16.17: а — витые цилиндрические пружины; б — стержни, пластины или пакеты пластин, расположенные по обра­зующей или по радиусу; в — пакеты разрезных гильзовых пружин; г — змеевидные пластинчатые пружины. Эти элементы работают на кручение (рис. 16.17, а) или на изгиб (рис. 16.17, б, в, г).

По сравнению с неметаллическими металлические упругие элементы более долговечны и позволяют изготовлять малогабаритные муфты с большой нагрузочной способностью. Поэтому их применяют преиму­щественно для передачи больших крутящих моментов.

Пакетные упругие элементы вследствие трения между пластинами обладают высокой демпфирующей способностью.

Муфты с металлическими упругими элементами могут быть выпол­нены с постоянной или переменной жесткостью в зависимости от

условий деформации элемента.

Муфта с инлиндрическими пружинами

Конструкция одной из муфт с цилиндрическими пружинами пока­зана на рис. 16.18.

Муфта состоит из обода 1 с ребром 2 и ступицы 3 с диском 4. Ребро обода размещается в кольцевой канавке диска так, что воз-

Рис. 16.18

можен относительный поворот этих двух деталей. Ребро и диск имеют одинаковые фасонные вырезы, в которые закладывают пружины 5 с ограничителями 6. С торцев муфту закрывают дисками 7, которые прикрепляют к ступице или ободу для предохранения пружины и ограничителей от выпадения и загрязнения.

В разгруженной муфте (рис. 16.18, а) каждый из ограничителей соприкасается своей цилиндрической поверхностью и с диском, и с ребром, а пружины предварительно сжаты.

Под нагрузкой (рис. 16.18, б) ребро перемещается в пазу между дисками, а пружины дополнительно сжимаются. При этом один из ограничителей соприкасается только с ребром, а другой — только с диском. Такие муфты целесообразно приме­нять как упругие звенья в системе соединения валов с зубчатыми колесами или цепными звездочками. В этом слу­чае обод является зубчатым венцом, а муфта как бы встраивается в конструк­цию зубчатого колеса. Для уменьшения износа деталей необходимо предусмат­ривать смазку трущихся поверхностей муфты.

Муфты с цилиндрическими пружи­нами применяют также для соединения валов. В этом случае их конструкция несколько изменяется. Характеристика муфты с цилиндрическими пружинами

показана на рис. 16.19. Вследствие предварительного сжатия пру­жин с силой Р₁ муфта работает как жесткая до нагрузки моментом Т₁. При этом

Т₁=Р₁R_z (16.28)

где R— радиус расположения пружин (см. рис. 16.18); z — число пружин.

При T  > T₁ муфта работает как упругая с постоянной жесткостью. Деформацию пружины  и напряжение т в ее витках определяют по формулам (см. гл. 17):

(16.29)

где Р — осевая сила, сжимающая пружину; D — средний диаметр пружины; d — диаметр проволоки; i — число рабочих витков пру­жины; б — модуль сдвига; G — коэффициент, учитывающий влия­ние кривизны витков (см. табл. 17.1). Угол закручивания муфты при T  > T₁

(16.30)

и жесткость муфты

C

Угол  на характеристике (см. рис. 16.19) соответствует упору ограничителей, после чего муфта снова становится жесткой. Упор ограничителей должен происходить до соприкосновения витков пру­жины (минимальный зазор между витками около 0,1d).

Величины С,  и T₁ определяют при исследовании работы муфты в зависимости от ожидаемых изменений нагрузки (см. § 4). При этом величина угла закручивания при колебаниях располагается в пре­делах 0 <  <

Несоблюдение этого условия приводит к ударам ограничителей в обеих крайних точках или в одной из них.

Размеры пружины (D, d, i), соответствующие данной характе­ристике, определяют обычно методом подбора по формулам (16.30), (16.29) и (16.32) с учетом конструктивных размеров муфты.

Условием прочности пружины является

        (16.32)

где Т_max — момент, соответствующий упору ограничителей.

Для изготовления пружин применяют специальные стали (пру­жинные, см. табл. 17.3).

Пример расчета см. стр. 384.

Муфта зубчато-пружинная, или муфта со змеевидными пружинами

Полумуфты 1 и 2 (рис. 16.20) имеют зубья 3 специального про­филя, между которыми размещается змеевидная пружина 4. Кожух 5 удерживает пружину в рабочем положении, защищает муфту от пыли и служит резервуаром для смазки.

На практике используют две фор­мы сечения зуба по образующему цилиндру (рис. 16.21, а и б). Первая форма зуба применяется в муфтах с постоянной жесткостью. Здесь рас­стояние 2а между точками упора зубьев в пружину постоянно и не зависит от нагрузки муфты.

Вторая форма зуба (круговая) применяется в муфтах с переменной жесткостью. В этих муфтах при увели­чении нагрузки пружина, изгибаясь, вступает в контакт с зубом на все воз­растающей длине. При этом умень­шается длина активной части пружины 2a, а ее жесткость увеличи­вается (см. рис. 16.21, б).

Основная область применения зубчато-пружинных муфт — тяже­лое машиностроение (прокатные станы, турбины, поршневые двига­тели и т. п.).

Число зубьев обькно принимают в пределах 50—100.

Муфты могут компенсировать несоосность валов. В зависимости от размеров муфты допускают  до 4—20 мм,  до 0,5—3 мм,  до 1°15' (см. рис. 16,5). Рекомендации по выбору геометрических параметров и расчет муфты см. [11].

Рис. 16.21

Неметаллические упругие элементы муфт

Основным метаржалом неметаллических упругих элементов в настоя­щее время является резина. Она обладает следующими положитель­ными качествами:

Л Высокой эластичностью. В пределах упругости резина допу­скает относительные деформации  0,70,8, а сталь только  0,0010,002. При таких деформациях единица массы резины может аккумулировать большое количество энергии (в 10 раз больше, чем сталь).

Высокoй демпфирующей способностью вследствие внутреннего
трения. Относиведьное рассеяние энергии в муфтах с резиновыми
элементами достигает 0,3—0,5.

Электроизоляционной способностью.

Муфты с резиновыми упругими элементами проще и дешевле,
чем со стальными.

Недостатками резиновых элементов являются:

А Меньшая долговечность, чем стальных; вследствие структурных изменений, ускоряемых внешними воздействиями и нагреванием при переменных деформациях, резина постепенно теряет свою прочность и упругие свойства.

2. Меньшая прочность, которая приводит к увеличению габаритов муфт; для передачи .больших крутящих моментов такие муфты ста­новятся нерациональными.

Муфты с резиновыми упругими элементами широко распростра­нены во всех областях машиностроения для передачи малых и сред­них крутящих моментов.

Основные типы резиновых упругих элементов муфт и схемы их нагружения изображены на рис. 16.22.

Рис. 16.22

При выборе типа упругого элемента учитывают следующее:

а)      упругие элементы с равномерным напряженным состоянием
по объему обладают большей энергоемкостью;

б)      кручение и сдвиг дают большую энергоемкость, чем сжатие;

в)      выгодно, чтобы упругий элемент занимал большую долю объема
муфты.

Этим условиям в большей степени удовлетворяют типы упругих элементов, показанные на рис. 16.22, ж, з и м. Типичные конструкции муфт рассмотрены ниже.

Муфта е резиновой звездочкой

Муфта (рис. 16.23) состоит из двух полумуфт с торцевыми высту­пами и резиновой звездочки, зубья которой расположены между высту­пами. Зубья звездочки работают на сжатие. При передаче момента в каждую сторону работает половина зубьев.

Муфта стандартизована и широко применяется для соединения быстроходных валов (n до 60003000 об/мин при T до 0,312 кгс-м

и диаметрах валов d до 1245 мм соответственно). Муфта компактна и надежна в эксплуатации, допускает радиальное смещение осей  0,2 мм; перекос осей . Соотношение основных раз­меров: D 2,5d; d₁(0,550,5)D; h= (0,30,22)D; . Работоспособность резиновой звездочки определяется величиной

напряжений смятия и мо-жет быть рассчитана по формуле

              (16.33)*

где z — число зубьев звез­дочки.

Принимают [] = 2025 кг/см² (22,5МПа).

Муфта упругая втулочно-пальцевая (МУВП)

Благодаря легкости из­готовления и замены рези­новых элементов эта муфта (рис. 16.24) получила распространение, особенно в приводах от элек­тродвигателей с малыми и средними крутящими моментами.

Муфты нормализованы для диаметров валов до 150 мм и соответ­ственно крутящих моментов до 1500 кгс-м.

Рис. 16.24

Упругими элементами здесь служат гофрированные резиновые втулки (I вариант) или кольца трапецеидального сечения (II вариант).

Вследствие сравнительно небольшой толщины втулок муфты обла­дают малой податливостью и применяются в основном для компен-

сации несоосности валов в небольших пределах ( до l⁰).

           Для проверки прочности рекомендуют рассчитывать пальцы на изгиб, а резину — по напряжениям смятия на поверхности соприкос­новения втулок с пальцами. При этом полагают, что все пальцы нагру­жены одинаково, а напряжения смятия распределены равномерно по длине втулки

         (16.34)

где я — число пальцев.

 рекомендуют принимать равным 1820 кгс/см² (1,82 МПа).

Муфта с упругой оболочкой

Упругий элемент муфты (рис. 16.25), напоминающий автомобиль­ную шину, работает на кручение. Это придает муфте большую энер­гоемкость, высокие упругие и компенсирующие свойства ( 26 мм, 26°, угол закручивания до 530°).

Муфта сравнительно новая, она получила широкое распространение и в настоящее время стандартизована.

Достаточно обоснованного расчета муфты пока не разработано. Первые исследования [49] по­казывают, что нагрузочная способность муфты ограничивается потерей устойчивости резиновой оболочки. В первом приближении можно рекомендовать расчет прочности оболочки по напряжениям сдвига в сечении около зажима Рис. 16.25. (по D₁)

         (16.35)

По экспериментальным данным [49], [50], []4 кгс/см² (0,4 МПа).

МУФТЫ АВТОМАТИЧЕСКИЕ, ИЛИ САМОУПРАВЛЯЕМЫЕ

Эти муфты предназначаются для автоматического разъединения валов в тех случаях, когда параметры работы машины становятся недопустимыми по тем или иным показателям. Классификация авто­матических муфт представлена схемой на стр. 343.

Вышеизложенные требования (см. сцепные муфты) к строгой соос­ности полумуфт (валов) в полной мере относятся ко всем самоуправ­ляемым муфтам.

Муфты предохранительные

Эти муфты служат для защиты машины от перегрузки. Любая фрикционная муфта, отрегулированная на передачу предель­ного момента, выполняет функции предохранительной. Спе­циальные предохранительные фрикционные муфты не имеют меха­низма управления, а силы нажатия в них обычно обеспечивают постоян­но действующими пружинами. Расчет таких муфт аналогичен расчету фрикционных управляемых муфт.

Другим представителем предохранительных муфт является муфта со специальным разрушающимся элементом. Схема одного из многочисленных вариантов конструкции таких муфт изображена на рис. 16.34.

Здесь крутящий момент между полумуфтами 1 и 4 передается через штифт 3, который срезается при перегрузке. Для восстановле­ния работы муфты штифт заменяют. Закаленные втулки 2 предотвра­щают смятие более слабого материала полумуфт штифтом и тем самым приближают действительные ус­ловия среза штифта к расчетным

 (16.49)

где z — число штифтов; K_z — коэффициент неравномерности распределения нагрузки.

Практически z принимают равным 1 или 2;  = 1 при z = 1;  K_z = 1,2 при z = 2.

Жесткое соединение полу­муфт штифтом не может компен­сировать вредного влияния их несоосности на штифт, условия работы которого становятся неопределенными. По этим соображениям необ­ходима строгая центровка полумуфт.

опускаемое напряжение  принимают равным пределу проч­ности материала нa срез. Например, для закаленных штифтов из стали Ст5 допускают [2]   = 4200 kгc/см².

На рис. 16.35 изображена кулачковая предохрани­тельная муфта. Здесь полумуфты 1 и 3 зацепляются кулач­ками 2, имеющими трапецеидальный профиль с углом а.

От действия окружной силы F_t в зацеплении возникает осевая сила F_a = F_t.tg:, которая стремится раздвинуть полумуфты и вывести их из зацепления. Этому противодействует сила пружины (? и силы трения на кулачках и в шлицевом (шпоночном) соединении. С учетом этих сил трения условия равновесия полумуфты 2 можно записать в виде:

(16.50)*

где а — угол заострения кулачка; р — угол трения в зацеплении кулачков (6—8°); f₂ — коэффициент трения в шлицевом соединении (около 0,15).

В соответствии с величиной силы Q подбирают пружину. Проч­ность кулачков рассчитывают так же, как и в обычных кулачковых муфтах (см. § 6).

Недостатком предохранительных кулачковых муфт являются удары кулачков при перегрузках, сопровождающиеся большим шумом. Поэтому такие муфты не рекомендуют применять при высоких числах оборотов.

Муфты центробежные

Эти муфты автоматически соединяют валы только тогда, когда угловая скорость превысит некоторую заданную величину Таким образом, эти муфты являются самоуправляемыми по угловой ско­рости.

Центробежные муфты используют: для автоматического включе­ния и выключения исполнительного механизма с помощью регулировки угловой скорости двигателя; для разгона машин с большими махо­выми массами при двигателе с малым пусковым моментом; для повы­шения плавности пуска и т. п.

Рис. 16.36

Схема одной из центробежных муфт изображена на рис. 16.36.

Центробежная сила С прижимает колодку 3 к барабану полу­муфты 2. Этому препятствует сила Р, возникающая от прогиба пру­жины 4. Величину силы Р регулируют винтом 5. Соприкосновение между колодкой и барабаном возможно при условии

(16.51)

где m — масса колодки; r— расстояние центра тяжести колодки

от оси вращения; n— частота вращения ведущей полумуфты 1, об/мин.

Формула (16.51) позволяет определить необходимую силу пружины

по заданной частоте вращения n₀, до которой полумуфта 1 вращается

свободно. 

Для передачи крутящего момента необходима частота вращения n₁, которая определяется по условию

(16.52)

где z — число колодок; f — коэффициент трения. В диапазоне между n₁ и n₀ муфта пробуксовывает и постепенно разгоняет ведомый вал. Сила пружины в данном случае (рис. 16.36)

(16.53)

где y — стрела прогиба; J = bh³/12 — момент инерции сечения пру­жины.

Работоспособность колодок рассчитывают по давлению [р] на поверх­ности трения так же, как и в других фрикционных муфтах.

Ключевые слова: муфты,  устройства,  применение,  классификация, втулочная, фланцевая, радиальное смещение,  работа, прочность, нагрузка.

Вывод:  изучив данную тему,  тсуденты  ознакомились  с  конструктивными особенностями муфт, их назначением, классификацией,   а также критериями

работоспособности и материалами.

Контрольные вопросы:

1.Что называют муфтами?

2.Для чего используют муфты?

3.Что является основной паспортной характеристикой муфты?

4.Какие три вида отклонений от правильного взаимного расположения валов

различают при несоосности валов?

5.чем определяется работоспособность   муфт?

{/spoilers}