PrikladnayaMekhanika

181

6.2.Жорсткімуфти

Можуть бути втулковими або фланцевими.

Втулкові муфти іноді називаються глухими. Це найпростіші конструкції і зазвичай застосовуються в легких машинах на валах діаметром до 70 мм. Вимагають точної співвісної, утрудняють збірку та розбирання, мають малу жорсткість на вигин. Їх працездатність визначається міцністю в місцях кріплення до валів.

а

б

Рис. 6.2. Втулочна (а) та фланцева (б) муфти

Частіше застосовуються фланцеві жорсткі муфти, оскільки вони допускають легку збірку-розбірку. Такі конструкції мають дві напівмуфти у вигляді фланців, що встановлюються на кінцях валів з натягом і стягнутих болтами. Крутний момент передається за рахунок сил тертя між фланцями, а коли болти вставлені без зазору, то також і болтами. Фланцеві муфти стандартизовані в діапазоні діаметрів 12 250 мм і передають моменти 8 45000 Н·м. У важких машинах фланці приварюють до валів.

6.3.Компенсуючімуфти

Іноді їх називають – самовстановлюваними. Вони з’єднують вали з невеликими зсувами осей.

Найбільш популярна конструкція зубчатої муфти. Вона компенсує осьові, радіальні і кутові зсуви валів. Складається з двох втулок (напівмуфт із зубами) і надітої на них обойми з внутрішніми зубами. Зубчаті зачеплення виконують з бічним зазором; зубам надають бочкоподібну форму; вінці напівмуфт розташовують на деякій відстані один від одного. Зубчаті муфти малі і легкі та вельми вантажопідйомні (до 1000 кН·м), швидкохідні.

182

Рис. 6.3. Зубчаста муфта

Проте ці муфти чутливі до перекосів. Крім того, при перекосах валів унаслідок тертя в зубах муфта навантажує вали згинаючим моментом, який складає приблизно 10% від крутного моменту.

Здатність муфт передавати навантаження різко падає із зростанням перекосу валів.

Розміри муфт підбирають по таблицях залежно від крутного моменту який знаходять по найбільшому моменту, що тривало діє, на ведучому валу.

6.4.Рухомімуфти

Допускають з'єднання валів з підвищеним взаємним зсувом осей як викликаними неточностями, так і спеціально заданими конструктором.

Яскравим представником цього сімейства є шарнірні муфти. Ідея муфти вперше запропонована Джероламо Кардано в 1570 р. і доведена до інженерного рішення Робертом Гуком в 1770 р. Тому іноді в літературі вони називаються карданними муфтами, а іноді – шарнірами Гуку.

Рис. 6.4. Шарнірна муфта

Шарнірні муфти з’єднують вали під кутом до 45о, дозволяють створювати ланцюгові вали з передачею обертання в найнедоступніші місця. Все це можливо тому, що хрестовина є не одним шарніром, а відразу двома з перпендикулярними осями.

183

Рис. 6.5. Малогабаритна шарнірна муфта

Міцність карданної муфти обмежена міцністю хрестовини, особливо місць кріплення пальців хрестовини в отворах вилок. Поломка хрестовини – вельми частий дефект, відомий, практично, кожному автовласникові.

Муфти вибираються по каталогу. Перевірочний розрахунок ведеться для робочих поверхонь шарнірів на зминання, перевіряється міцність вилок і хрестовини.

Малогабаритні шарнірні муфти стандартизовані в діапазоні діаметрів 8 40 мм і моментів 12,5 1280 Н·м. Хрестовина виконана у вигляді паралелепіпеда. Шарнір утворюється за допомогою вставних осей, одна з яких довга, а інша складається з двох коротких втулок, стягнутих заклепкою. Конструкція вельми технологічна.

6.5.Пружнімуфти

Призначені головним чином для пом'якшення (амортизації) ударів, поштовхів і вібрації. Крім того, допускають деяку компенсацію зсувів валів.

Головна особливість таких муфт – наявність металевого або неметалічного пружного елементу. Здатність пружних муфт протистояти ударам і вібрації значно підвищує довговічність машин.

Рис. 6.6. Пружна муфта

Муфта з пружною торообразною оболонкою може, фактично, розглядатися, як пружний шарнір Гуку. Вона здатна компенсувати значні неточності монтажу валів.

Легкий монтаж, демонтаж і заміна пружного елементу. Допускаються радіальні зсуви 1 5 мм, осьові 2 6 мм, кутові 1,5 20, кут закручування 5 30о.

184

Несуча здатність (і міцність) муфт залежить від кріплення оболонки до фланців. Стандартизовані муфти з нерозрізною пружною оболонкою в діапазоні моментів 20 25000 Н·м.

Широке застосування знаходить пружна втулково-пальцьова муфта (так звана "МУВП").

Рис. 6.7. Пружна втулково-пальцева муфта (МУВП)

В цій муфті немає необхідності кріпити гуму до металу, а також легко замінювати пружні елементи при зносі.

У цих муфтах момент передається через пальці і насаджені на них пружні елементи у формі кілець або гофрованих втулок. Такі муфти легкі у виготовленні, прості в конструкції, зручні в експлуатації і тому отримали широке застосування, особливо для передачі обертання від електродвигуна.

Муфти стандартизовані в розмірах 16 150 мм і моментів 3,2 1500 кГ·м. На жаль, радіальні і кутові зсуви істотно знижують термін служби

пружних елементів і підвищують навантаження на вали і опори.

Муфти розраховують по допустимому тиску між пальцями і пружними втулками:

	P	2 Mкр	P ,	(6.2)
		Z D d l

де Z – число пальців; d – діаметр пальця;

l – довжина пружного елементу;

D – діаметр розташування осей пальців;

P – допустимий тиск, звичайний 300 Н/см2.

Пальці муфти розраховують на вигин.

6.6.Фрикційнімуфти

Передають крутний момент завдяки силам тертя, що виникають в контакті між елементами муфти (лат. frictio - тертя). Сили тертя легко регулюються зміною сили стиснення поверхонь, що труться. Тому фрикційні

185

муфти допускають плавне зчеплення при будь-якій швидкості, що успішно використовується, наприклад, в конструкції автомобільного зчеплення.

Крім того, фрикційна муфта не може передати через себе момент більший, ніж момент сил тертя, оскільки починається прослизання контактуючих фрикційних елементів, тому фрикційні муфти є ефективними неруйнуючимося запобіжниками для захисту машини від динамічних перевантажень.

Зустрічаються різні форми робочих поверхонь фрикційних елементів:

o дискові, в яких тертя відбувається по торцевих поверхнях дисків (одно- і багатодискові) (рис 6.8,а);

o конусні, в яких робочі поверхні мають конічну форму (рис 6.8,б);

o циліндричні, такі, що мають циліндричну поверхню контакту (колодкові, стрічкові і так далі) (рис 6.8,в).

а б в Рис. 6.8. Фрикційні муфти: а – дискова; б – конусна; в – циліндрична

Головною особливістю роботи фрикційних муфт є стиснення поверхонь тертя. Звідси ясно, що такі муфти розраховуються на міцність по контактному тиску (аналогічно напруженню зминання). Для кожної конструкції необхідно обчислити стискаючу силу і розділити її на площу контакту. Розрахунковий контактний тиск не повинен бути більше допустимого для даного матеріалу.

6.7.Контрольніпитання

1.Для чого існують муфти?

2.Які головні ознаки класифікації муфт?

3.Яка характеристика муфти вважається головною?

4.Які принципи конструкції і роботи жорстких муфт?

5.Які принципи конструкції і роботи шарнірних муфт?

6.Які принципи конструкції і роботи пружних муфт?

7.Як влаштована і як працює пружна втулково-пальцьова муфта (МУВП)?

8.За рахунок яких сил працюють фрикційні муфти?

9.Які критерії міцності застосовують для фрикційних муфт?

186

6.8.Лабораторнаробота№9.Дослідженнязапобіжнихмуфт

6.8.1. Мета роботи

Вивчити конструкції запобіжних муфт граничного моменту і порівняти розрахункові та експериментальні моменти спрацьовування.

6.8.2. Устаткування та матеріали

Установка для дослідження муфт, кулачкової, кулькової, дискової фрикційної, конусна фрикційна муфти.

6.8.3. Теоретична частина

Муфти приводів дозволяють з'єднувати вали та передавати обертальний момент від одного вала до іншого [13]. Необхідність застосування муфт викликана різними обставинами:

–одержання довгих валів, які виготовляють із окремих частин;

–компенсацію шкідливого впливу неспіввісності валів;

–зменшення динамічних навантажень;

–вмикання й вимикання одного з валів при постійному обертанні іншого вала;

–запобігання від перевантаження машини.

Уданій роботі досліджуються запобіжні муфти граничного моменту. Запобіжні муфти належать до класу самодіючих муфт. Розрізняють кулачкові, кулькові та фрикційні запобіжні муфти. Вони допускають обмеження крутного моменту, що запобігає виникненню поломок в машині при перевантаженнях. Складаються із двох напівмуфт. Одна напівмуфта притискається до іншої за допомогою пружини. Сила стиснення пружини регулюється гайкою. При нормальній роботі кожна із цих муфт обертається як одне ціле із з'єднаними валами, при перевантаженні відбувається роз'єднання напівмуфт. Момент, при якому відбувається роз'єднання, регулюється за допомогою стиснення пружини гайкою.

Основною характеристикою муфти є величина крутного моменту, на передачу якого вона розрахована.

Кулачкова запобіжна муфта ДСТУ 15620-77

Принцип роботи кулачкової запобіжної муфти (рис 6.9) полягає в тім, що передача зусилля через кулачкове з'єднання можлива лише при певному осьовому зусиллі пружини. Форма профілю кулачків 5 трапецеїдальна, може бути трикутна. Кулачкова муфта постійно замкнута. Кулачки веденої напівмуфти 1 фіксуються пружиною стиску 3 у западинах між зубами ведучої напівмуфти 2. Переваги такої муфти: простота конструкції, малі габаритні розміри; недолік – значне зношування робочих поверхонь, шум при вмиканні.

187

Рис. 6.9. Кулачкова запобіжна муфта: 1 – ведена напівмуфта; 2 – ведуча напівмуфта; 3 – пружина стиску; 4 – регулювальні гайки; 5 – кулачки (3 шт.)

Розрахунковий момент спрацьовування пружини:

Tp			Fa Dс					,	(6.3)
				D
					c	f
		2	tg
					d

де Tр – розрахункове значення моменту спрацьовування, H·м;
Fa – осьове зусилля пружини, H;
Dс – середній діаметр кулачків:	Dс = 0,058 м;
– кут тертя в зачепленні кулачків:	= 6о;
– кут нахилу робочої поверхні кулачків:	= 45о;
d – діаметр вала рухомої муфти:	d = 0,04м;
f – коефіцієнт тертя в шліцьовому з'єднанні:	f = 0,15.

Кулькова запобіжна муфта ДСТУ 15621-77

У кульковій запобіжній муфті (рис 6.10) передача обертання здійснюється за рахунок точкового контакту кульок. Ведена напівмуфта 2 з кульками 5 притискається пружиною 3 до ведучої напівмуфти 1. При перевантаженні осьова сила віджимає напівмуфту. Кулькова муфта простіша й надійніша кулачкової, втрати при вмиканні й вимиканні в ній менше. Недоліки

– точковий контакт кульок, що приводить до їх швидкого руйнування; непридатність для роботи при великих швидкостях.

188

Рис. 6.10. Кулькова запобіжна муфта: 1 – ведена напівмуфта; 2 – ведуча напівмуфта; 3 – пружина стиску; 4 – регулювальні гайки; 5 – кульки (6 шт.)

Розрахунковий момент спрацьовування пружини, H·м:

Tp			Fa D			,	(6.4)
				D f
		2	tg
				d

де – кут нахилу дотичної у точці дотику кульок з віссю муфти, визначається за формулою:

		dш h
				,	(6.5)
	arcsin	dш

де Tр – розрахункове значення моменту спрацьовування, H·м;

Fa – осьове зусилля пружини, H;
dш – діаметр кульки:	dш = 0,01 м;
h – висота виступаючої частини кульки:	h = 0,0025 м;
– кут тертя між кульками:	= 6o;
D – діаметр розташування кульок:	D =0,06 м;
d – діаметр вала, що направляє рухому муфту:	d =0,04 м;
f – коефіцієнт тертя в шліцьовому з'єднанні:	f = 0,15.

Конусна фрикційна муфта ДСТУ 15622-77

В конусній фрикційній муфті (рис 6.11) передача обертання здійснюється за рахунок сил тертя, виникаючих між фрикційними сегментами 3, з’єднаними

189

пружиною стиску 4 і внутрішньою циліндричною поверхнею веденої напівмуфти 2. При перенавантаженні проковзують контактуючі елементи.

Фрикційні сегменти виготовляють зі спеціального матеріалу на базі азбесту, текстоліту. Фрикційні муфти добре працюють при частих короткочасних перенавантаженнях, ударних навантаженнях, великих частотах обертання.

Рис. 6.11. Конусна фрикційна муфта: 1 – ведуча напівмуфта; 2 – ведена напівмуфта; 3 – фрикційні сегменти; 4 – пружини стиску; 5 – регулювальні гайки

Розрахунковий момент спрацьовування пружини, H·м:

T		Fa Dс f	,	(6.6)
p		2 sin

де Tр – розрахункове значення моменту спрацьовування, H·м; Fa – осьове зусилля пружини, H;

– кут між утворюючою конуса та його геометричною віссю: =20о;

Dс – середній діаметр конусу контакту:	Dс = 0,09 м;
f – коефіцієнт тертя робочих поверхонь:	f = 0,25.

Дискова фрикційна муфта ДСТУ 15622-77

У дисковій фрикційній муфті (рис 6.12) передача обертання здійснюється за рахунок сил тертя, що виникають між робочими поверхнями зовнішнього 3 і

190

внутрішнього 2 дисків, з'єднаних між собою відповідно з напівмуфтами 1 та 5 за допомогою рухомого шліцьового з'єднання. Правий крайній внутрішній диск опирається на регулювальні гайки 4. Зміна величини граничного обертального моменту досягається переміщенням регулювальних гайок 4.

Фрикційні муфти можуть працювати без змащення і зі змащенням. Сухі фрикційні муфти відрізняються більшою стабільністю спрацьовування, ніж працюючі в мастилі. Відрізняються плавністю вмикання веденого вала.

Рис. 6.12. Дискова фрикційна муфта: 1 – ведуча напівмуфта; 2 – внутрішній диск (сталь); 3 – зовнішній диск (текстоліт); 4 – регулювальна гайка; 5 – ведена напівмуфта

Розрахунковий момент спрацьовування пружини:

	T	Fa Dс z f	,	(6.7)
	p	2
де	Tр – розрахункове значення моменту спрацьовування, H·м;
	Fa – осьове зусилля пружини, H;			z =5;
	z – кількість поверхонь тертя:
	Dс – середній діаметр кільцевої контактної поверхні:			Dс = 0,065 м;
	f – коефіцієнт тертя робочих поверхонь:			f = 0,25.

6.8.4. Опис і устрій установки

Установка для дослідження муфт (рис. 6.13а) [26-28] приводиться в рух від електродвигуна 1 через пасову 2 і зубчасту 3 передачі. Із зубчастого колеса