16.2.3. Муфта с торообразной оболочкой
Резиновая оболочка обладает большой упругостью, что придает муфте высокие компенсирующие свойства (рис. 80), осевые смещения от 1…10 мм, радиальные от 1 до отлично мм, угловые до 1,5°, кроме того, одна полумуфта относительно другой может повернуться на 5°30’.
Рис. 80. Муфта с торообразной оболочкой
Условие прочности оболочки на сдвиг
2Tp
сд D2 [ сд], МПа,
где D – диаметр окружности в сечении около зажима оболочки, мм;– толщина оболочки, мм; [ сд ]=0,4 Н/мм2 – допускаемое напряжение на сдвиг.
16.2.4. Муфта зубчатая
Достоинством зубчатых муфт (рис. 81) является: высокая нагрузочная способность, надежность в работе при высоких скоростях вращения, V=15…80 м/с. Для облегчения включения торцы зубьев полумуфт закруглены. Большое число одновременно работающих зубьев эвольвентного профиля обеспечивают компактность муфты. Детали муфты готовят из Стали 40 и стального литья. Зубья термообрабатывают: наружной полумуфты 34…38 HRCэ, внутренних полумуфт с наружными зубьями 40…44 HRCэ. В муфту заливают смазочный материал большой вязкости.
|
b |
Tp |
д |
d |
|
d |
|
Рис. 81. Муфта зубчатая |
Муфты допускают смещение осей валов за счет зазоров в зацеплении и шаровой поверхности зубьев. Величина угла перекоса составляет 0,5…1,5°. Зубчатые муфты выбирают в зависимости от передаваемого момента по ГОСТ 5006-55.
Условия износостойкости зубьев
где b – длина зуба, мм;
dд=m·z – диаметр делительной окружности зубчатого винца полумуфты, мм; m – модуль зацепления, мм;
z – число зубьев;
[ ]=12…15 Н/мм2 – допускаемое давление.
16.2.5. Муфта шарнирная
Полумуфты в шарнирных муфтах (рис. 82) выполняют в виде вилок повернутых одна относительно другой на 90°. Муфты применяют для соединения валов, когда оси валов расположены под значительным углом друг к другу (40°…45°). Сдваивая муфты, можно увеличить угол между геометрическими осями соединяемых валов.
Рис. 82. Муфта шарнирная
Шарнирные муфты выбирают в зависимости от передаваемого момента по ГОСТ 5147-69 с диаметрами для валов от 8 до 40 мм. Расчет шарнирных муфт
включает проверку прочности вилок и крестовин, шарниры рассчитывают по напряжениям смятия.
16.3. Муфты управляемые
Муфты этого рода предназначены для соединения и разъединения валов, а также валов и установленных на них деталей с помощью специальных механизмов управления. Они подразделяются на кулачковые (зубчатые), фрикционные и электромагнитные жидкостные и порошковые.
16.3.1. Муфта кулачковая
Кулачковые муфты требуют точного центрирования валов, для них характерно полное отсутствие проскальзывания и небольшие габариты.
Профиль кулачков может быть: треугольный, трапециидальный (рис. 84), прямоугольный.
|
|
|
h |
|
|
|
|
|
|
|
|
h |
|
|
b |
|
Fa |
|
|
|
|
|
|
|
ср |
|
|
|
|
|
|
|
D |
1 |
Tp |
|
|
D |
|
|
D |
|
|
d |
b |
a |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 84. Полумуфта кулачковая |
|
Расчет производится по условию износостойкости рабочих поверхностей кулачков
= |
3Tp |
[ ], МПа, |
(16.3.1.1) |
|
Dср zbh
где Dср= D D1 – средний диаметр кулачков, мм; 2
D 2d, d – диаметр вала, мм; z =3…15 – число кулачков;
b=(0,12…0,15)D – длина кулачка, мм; h=(0,5…0,6)b – высота кулачка, мм;
[ ] =80…120 Н/мм2 – допускаемое давление при включении муфты в покое; [ ] =20…30 Н/мм2 – допускаемое давление при включении муфты на ходу.
Кулачки рассчитываются по напряжениям изгиба
|
и = |
2Tph |
[ и], МПа, |
(16.3.1.2) |
|
zD W |
|
|
|
|
|
|
ср |
|
|
где W = a2b – момент сопротивления кулачка на изгиб;
6
a – средняя ширина кулачка.
Осевое усилие, необходимое для включения и выключения кулачковой муфты
|
|
2T |
p |
|
D |
cр |
|
|
|
Fа= |
|
f |
|
tg( ) , Н, |
(16.3.1.3) |
|
Dcр |
d |
|
|
|
|
|
где d – диаметр вала, мм; f=0,15…0,2 – коэффициент трения; α=30°…45° – угол скоса кулачка;= 5°…6° – угол трения;
знак (+) – относится к режиму включения муфты; знак (–) – относится к режиму отключения муфты.
16.3.2. Муфта фрикционная
Фрикционные муфты применяют для соединения валов под нагрузкой, когда плавность включения является обязательной. Муфты передают вращающий момент за счет сил трения на рабочих поверхностях дисков (рис. 85). Диски должны обладать высокой износостойкостью, теплостойкостью контактирующих поверхностей. Для уменьшения размеров муфт, силы нажатия и увеличения передаваемого вращающего момента увеличивают число пар трения [20].
|
Fа |
D |
|
1 |
|
D |
Tp |
|
|
Рис. 85. Муфта фрикционная |
Условия износостойкости рабочих поверхностей дисков
= |
12Tp |
|
[ ], МПа, |
(16.3.2.1) |
(D3 |
D |
3 ) fz |
2 |
1 |
|
|
где D1 и D2 – наружный и внутренний диаметр дисков, мм; z – число пар трения (желательно четное);
=1,2…1,5 – коэффициент запаса сцепления.
Для передачи больших крутящих моментов требуемое число пар трения
z = |
|
8Tp |
|
|
, |
(16.3.2.2) |
D (D3 |
D3)f[ ] |
|
|
|
ср |
1 |
|
2 |
|
|
|
где Dср = D1 D2 – средний диаметр контактирующих поверхностей дисков, мм.
2
Значения коэффициента трения f и допускаемого давления [ ] выбирают
по табл. 81. |
|
|
|
|
|
|
Усилие необходимое для замыкания дисков муфты |
|
|
|
|
Fа=0,5 (D2 |
D2)[ ], Н. |
|
|
(16.3.2.3) |
1 |
2 |
|
|
|
|
|
Допускаемое давление и коэффициент трения |
Таблица 81 |
|
|
|
|
|
|
Работа |
|
|
Материал пар трения |
|
|
|
|
|
|
со смазкой |
всухую |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
[ ], МПа |
|
f |
[ ], МПа |
|
f |
|
|
|
|
|
|
|
|
Закаленная сталь по закаленной стали |
|
0,6…0,8 |
|
0,06 |
– |
|
– |
|
|
|
|
|
|
|
|
Чугун по чугуну или по закаленной |
|
0,6…0,8 |
|
0,08 |
0,2…0,3 |
|
0,15 |
стали |
|
|
|
|
|
|
|
Текстолит по стали |
|
0,4…0,6 |
|
0,12 |
– |
|
– |
|
|
|
|
|
|
|
|
Металлокерамика по закаленной ста- |
|
0,8…1,0 |
|
0,1 |
0,3…0,4 |
|
0,4 |
ли |
|
|
|
|
|
|
|
Прессованный материал на основе |
|
– |
|
– |
0,2…0,3 |
|
0,3…0,36 |
асбеста по стали или по чугуну |
|
|
|
|
|
|
|
Примечание. Меньшее значение [ ] при большем числе поверхностей трения.
16.3.3. Конусная фрикционная муфта
Конические поверхности полумуфт позволяют создать значительное нормальное давление и силы трения при малых силах включения, для облегчения расцепления полумуфт угол наклона образующей конуса α=8°…10°, в муфтах с накладками α=12°…16°. Достоинством конических муфт (рис. 86) является хорошая расцепляемость [14].
fDcр
|
b |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Fa |
ср |
Tp |
D |
|
Рис. 86. Конусная фрикционная муфта |
Конические поверхности трения рассчитываются по допускаемому давлению
2T
= p [ ], МПа, (16.3.3.1)
Dср2 bf
где Dср =(0,6…10)d – средний диаметр конусной поверхности, мм; d – диаметр вала, мм;
b=(0,15…0,25)Dср,– длина поверхности трения (образующая конуса), мм;
' |
f |
f= |
|
– приведенный коэффициент трения; |
|
sin
α=8°…10° – угол конуса;
α=12°…15° – угол конуса в муфтах с накладками на асбестовой основе; [ ] – допускаемое давление, МПа (табл. 81).
Необходимая сила сжатия (включения муфты)
2T
Fа= p (sin fcos ), Н. (16.3.3.2)
16.3.4. Электромагнитная фрикционная муфта
Достоинством электромагнитных муфт является удобство дистанционного и автоматического управления, быстродействие и возможность точного регулирования передаваемого момента (рис. 87).
146
|
Fa |
|
1 |
|
D |
Tр |
2 |
D |
|
d |
Рис. 87. Электромагнитная фрикционная муфта |
Муфта работает от постоянного тока. Расчет производится по аналогии многодисковых фрикционных муфт.
16.4. Муфты предохранительные самоуправляемые
Муфты выполняют автоматически ограничение передаваемой нагрузки, передачу нагрузки в одном направлении. Включение и выключение муфт происходит автоматически. Основное требование к ним: точность срабатывания, быстродействие, надежность. Самоуправляемые муфты подразделяются на муфты обгона, центробежные и предохранительные [7].
16.4.1. Муфта со срезным штифтом
Муфты со срезным штифтом применяют для предохранения приводов от мало вероятных перегрузок (рис. 88). Штифты изготавливают из хрупких материалов (чугуна, бронзы, высокоуглеродистой стали), чтобы повысить их быстродействие.
Рис. 88. Муфта предохранительная со срезным штифтом
147
Штифты рассчитываются на прочность по напряжениям среза
8T
ср= p [ ср], МПа, (16.4.1.1)
D0 dшт2 z
где D0 – диаметр окружности, на которой расположены штифты, мм; dшт – диаметр штифта, мм;
z – число штифтов;
[ ср]=300…420 Н/мм2 – предел прочности материала штифта на срез для закаленной Стали 45.
Требуемый диаметр штифта
dшт= |
8Tp |
, мм . |
(16.4.1.2) |
|
D0 z[ ср ]
Расчетные значения диаметра штифта округляют до ближайшего значения диаметра, указанного в табл. 82.
Таблица 82 Диаметр штифта в зависимости от передаваемого усилия
Fa, кН |
0,79 |
1,3 |
2,9 |
5,3 |
8,25 |
12 |
21 |
33 |
47,5 |
85 |
132 |
dшт, мм |
1,6 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
8 |
10 |
12 |
16 |
20 |
(отклонения |
по h6) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
16.4.2. Муфта фрикционная многодисковая |
Муфты применяют при частых кратковременных перегрузках, главным обра- |
зом перегрузках ударного действия. Расчет ведется по аналогии с муфтами |
фрикционными управляемыми. |
|
Fa |
|
1 |
|
D |
Tр |
2 |
D |
|
|
d |
|
Рис. 89. Муфта фрикционная многодисковая |
Усилие необходимое для замыкания дисков муфты (рис. 89) создается пружиной, или несколькими пружинами сжатия.
Усилие приходящееся на одну пружину Fа=F1, если используется несколько
, где n=4…8 – число пружин. |
|
|
t |
dпр |
1 |
|
|
d |
2 |
ср |
|
d |
d |
|
H |
|
|
Рис. 90. Пружина |
Диаметр проволоки пружины, (рис. 90)
|
|
dпр |
k8F2c |
, мм, |
(16.4.2.1) |
|
|
|
где k= |
4c 2 |
– коэффициент пружины; |
|
|
|
4c 3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
d
с= ср =4…12 – индекс пружины;
dпр
[ ]=0,4 в – допускаемое напряжение при кручении пружины;в – предел прочности материала пружины.
Обычно для пружин сжатия, растяжения выбирают проволоку пружинную
II класса ГОСТ 9389-75.
в=1400 Н/мм2 , [ ]=560 Н/мм2 ; dср – средний диаметр пружины;
F2=1,2F1 – усилие для включения муфты. Податливость одного витка пружины
|
1= |
8c3 |
, мм, |
(16.4.2.2) |
|
Gdпр |
|
|
|
|
|
где G – модуль сдвига. |
|
|
|
Осевое упругое сжатие пружины (ход пружины). |
|
|
2= 1 m, мм, |
(16.4.2.3) |
|
где m – число витков пружины. |
|
|
|
Шаг пружины |
|
|
|
t=dпр+ 1+(0,1…0,2), мм. |
(16.4.2.4) |
16.4.3. Муфта пружинно-шариковая |
Принцип действия пружинно-шариковой муфты (рис. 91, 92) аналогичен |
фрикционным и кулачковым муфтам. В отличие от кулачковых муфт здесь тре- |
ние скольжения частично заменено трением качения. |
|
dш |
dп |
2 |
c |
D |
|
Fa |
|
0 |
Tp |
D |
|
|
d |
Рис. 91. Муфта пружинно-шариковая |
Рис. 92. Муфта шариковая предохранительная встроенная в зубчатое колесо
Расчет шариковой предохранительной муфты ведется по напряжениям смятия материала шарика.
Расчетный крутящий момент
|
Tp = (1,25...1,5)T, Нм. |
(16.4.3.1) |
|
Потребная сила сжатия пружин: |
2Tp |
|
|
|
Fа= |
tg( ) f , Н, |
(16.4.3.2) |
|
|
|
|
D |
|
|
|
0 |
|
|
где D0 – диаметр окружности, на котором расположены пружины, мм; f=0,15 – коэффициент трения;
α =30°…45°, 2α =60°…90° – угол расточки канавки для размещения шариков;= 5°…6° – угол трения; знак (+) – относится к режиму включения муфты;
знак (–) – относится к режиму срабатывания муфты.
