Муфты автоматические, или самоуправляемые

Предназначены для автоматического разъединения валов в тех случаях, когда параметры работы машины становятся недопустимыми по тем или иным показателям.

Муфты предохранительные. Эти муфты служат для защиты машин от перегрузки. Кулачковая предохранительная муфта имеет полумуфты 1 и 3, снабженные кулачками 2 с трапецеидальным профилем.

От действия окружной силы Ft в зацеплении возникает осевая сила Fa , которая стремится раздвинуть полумуфты и вывести их из зацепления. Этому противодействует сила пружины F и сила трения на кулачках и в шлицевом соединении. Условие равновесия для полумуфты 2 можно представить в виде:

где α – угол заострения кулачка; ρ - угол трения в зацеплении кулачков (6….8º); f₂ – коэффициент трения в шлицевом соединении (~ 0,15).

В соответствии с силой F подбирают пружину. При перегрузках появляются удары кулачков, сопровождающиеся большим шумом. Поэтому такие муфты не рекомендуется применять при высокой частоте вращения.

Муфты центробежные. Эти муфты автоматически соединяют валы только тогда, когда угловая скорость превысит некоторое заданное значение. Таким образом, центробежные муфты являются самоуправляемыми по угловой скорости. Их применяют, например, для разгона машин с большими маховыми массами при двигателе с малым пусковым моментом.

Центробежная сила F_ц прижимает колодку 3 к барабану полумуфты 2. Этому препятствует сила F, возникающая от прогиба пружины 4. Значение силы F регулируют винтом 5.

Для передачи крутящего момента необходима угловая скорость ω₁, которую определяют по условию:

,

где z – число колодок; f – коэффициент трения; m – масса колодки; r – расстояние центра тяжести колодки от оси вращения; ω₀ – заданная угловая скорость.

В диапазоне между ω₁ и ω₀ муфта пробуксовывает и постепенно разгоняет ведомый вал.

Муфты свободного хода. Эти муфты передают крутящий момент в одном заданном направлении. Например, в велосипедах они передают крутящий момент от педалей на колесо и, в то же время, позволяют колесу свободно катиться при неподвижных педалях. Роликовые или шариковые муфты обеспечивают бесшумную работу (в отличие от других типов таких, как храповые конструкции). Муфты состоят из трех основных элементов: обоймы – звено 1, ступицы (звено 2) и трех роликов. При вращении одного из звеньев ролики автоматически вкатываются в клиновую щель и заклиниваются, связывая этим оба звена в одно целое. При вращении в противоположном направлении ролик выходит в широкую часть паза и связь звеньев 1 и 2 исчезает.

Прочность ролика и рабочих поверхностей деталей рассчитывают по контактным напряжениям σ_H.

ЛЕКЦИЯ №22

Соединения

Неподвижные связи в технике называют соединениями. По признаку возможности разборки соединения бывают неразъемные и разъемные.

Разъемные соединения позволяют разъединять детали без их повреждения. К ним относятся резьбовые, штифтовые, шпоночные, шлицевые, клеммовые и профильные соединения.

Неразъемные соединения не позволяют разъединять детали без их повреждения. Применение неразъемных соединений обусловлено в основном технологическими и экономическими требованиями. К этой группе соединений относятся заклепочные, сварные, паяные, клеевые и соединения с натягом (прессовые).

Основным критерием работоспособности и расчета соединений является прочность.

Шпоночные, шлицевые и профильные соединения служат для закрепления деталей на валах и осях. Такими деталями являются шкивы, зубчатые колеса, муфты, маховики, кулачки и т.п. Соединения нагружаются в основном вращающим моментом.

Шпоночные соединения.

Шпонка – деталь, устанавливаемая в пазах двух соприкасающихся деталей и препятствующая относительному повороту или сдвигу этих деталей. Соединение деталей с помощью шпонок могут быть напряженными и ненапряженными. Шпонки всех основных типов стандартизованы.

Соединение клиновыми шпонками

Верхняя грань клиновой шпонки имеет уклон 1:100 и, как правило, загоняется между валом и ступицей детали ударами молотка. Это обеспечивает напряженность соединения. Передача вращающего момента от вала к ступице происходит в основном силами трения, которые образуются в соединении от запрессовки шпонки.

Недостатки соединения.

• Запрессовка шпонки смещает центры вала и ступицы, что вызывает дисбаланс и сказывается на работе механизма на высоких скоростях вращения.

• Клиновая форма может вызвать перекос детали, обработка паза в ступице с уклоном часто требует индивидуальной подгонки шпонки по пазу.

Недостатки послужили причиной того, что применение клиновых шпонок резко сократилось в условиях современного производства.

Соединение призматическими шпонками

Соединение ненапряженное. Сюда относят и сегментные шпонки.

С оединение требует большой точности изготовления вала и отверстия ступицы. Часто посадка ступицы на вал производится с натягом. Вращающий момент T передается с вала на ступицу узкими боковыми гранями шпонки. При этом на них возникают напряжения смятия σ_см, а в продольном сечении шпонки – напряжения среза τ.

Полагая, что шпонка врезана в вал на половину своей высоты, а напряжения смятия распределяются по высоте и длине шпонки равномерно, можно записать условие прочности.

• На смятие:

,

где F_tb – окружное усилие; A_см – расчетная площадь смятия; d – диаметр вала; l_p – расчетная длина шпонки.

Для проектного расчета формулу записывают относительно расчетной длины шпонки, т.е. в виде:

Допускаемое напряжение смятия зависит от материала вала и ступицы, типа посадки, режима работы. Значение [σ_см] выбирают из таблиц.

Для неподвижных соединений:

- при переходных посадках [σ_см] = 80… 150 МПа;

- при посадках с натягом [σ_см] = 110… 200 МПа.

Меньшие значения для чугунных ступиц и при резких изменениях нагрузки. Большие значения для стальных ступиц.

Для подвижных (в осевом направлении) соединений допускаемое напряжение снижают до величины [σ_см] = 20… 30 МПа (от задирав).

• На срез:

,

где А_ср= bl_p – площадь среза шпонки; [τ] = 60…90 МПа – меньшие значения принимают при неравномерной или ударной нагрузке.

У стандартных шпонок размеры b и h подобраны так, что нагрузку соединения и его прочность ограничивают не напряжения среза, а напряжения смятия. Поэтому при расчетах обычно используют расчет на смятие.