Лабораторна робота дм- 9

Вивчення конструкції самодіючих муфт. Випробування запобіжних муфт

Мета роботи. Вивчення конструкції та принципу роботи самодіючих муфт. Експериментальне визначення значення обертаючого моменту, при якому відбувається спрацьовування муфти, порівняння цього моменту з заданим.

Теоретичні відомості

Знання та уміння, одержані студентами при виконанні цієї роботи, знадобляться їм під час вивчення будови та експлуатації автотракторної техніки і сільськогосподарських машин.

Самодіючі муфти автоматично спрацьовують при зміні режиму їх роботи і поділяються на обгінні, відцентрові і запобіжні.

Обгінні муфти (рис.9- 1) передають момент в одному напрямку і допускають вільне відносне обертання в протилежному. Муфти допускають обгін ведучого валу веденим, якщо той одержує більш швидше обертання від іншого кінематичного ланцюга (звідси назва "обгінні муфти").

Рис.9-1. Обгінна муфта

Обгінні муфти бувають храпові і фрикційні. Широке застосування знайшли фрикційні обгінні муфти з роликами (рис. 9-1) з діапазоном діаметрів валів d = 10 ÷ 90 мм і числом роликів z = 3 ÷ 5 . Така муфта складається з двох півмуфт – зірочки 1 і обойми 2 та роликів 3, розташованих у пазах, які звужуються в одному напрямку між зірочкою і обоймою. Кожний ролик 3 віджимається пружиною 4 в частину паза, яка звужується. Ведучою ланкою може бути, як зірочка, так і обойма. Розрахунок обгінної роликової муфти заключається в розрахунку роликів і робочих поверхонь півмуфт на контактну міцність.

Відцентрові муфти (рис. 9-2) являють собою фрикційні муфти, в яких ведуча і ведена півмуфти зчіплюються і розчіплюються автоматично при досягненні ведучим валом певної кутової швидкості. Механізмом керування служать вантажі – колодки 1, що знаходяться під дією відцентрових сил.

Рис. 9-2. Відцентрова муфта

Запобіжні муфти призначені для запобігання поломки машин від перевантаження. Із-за складності центрування ці муфти використовуються рідко для з’єднання двох валів. Найчастіше їх встановлюють в деталі приводу (шківи, зірочки, зубчасті колеса). Для запобігання випадкових вимкнень запобіжних муфт за розрахунковий приймають момент

Т_роз=1,25Т_мах,

де Т _мах – максимальний момент, який передається при нормальній роботі машини.

По принципу роботи запобіжні муфти поділяють на пружинно-кулачкові, фрикційні і з елементом, який руйнується.

Муфта з елементом, який руйнується (рис. 9-3), складається з двох фланцевих напівмуфт, з’єднаних штифтом. При перевантаженні штифт зрізається і муфти вимикаються. Матеріал штифта - сталь 45, втулок - сталь 40Х загартована. Застосовуються в машинах з рідкими перевантаженнями. Недолік муфт –необхідність зупинки машини для заміни штифта.

Рис. 9-3. Муфта з елементом, який руйнується Рис. 9-4. Запобіжна кулачкова муфта

Муфти запобіжні кулачкові (рис. 9-4) застосовуються при невеликих швидкостях і обертаючих моментах (при великих швидкостях дають багаторазові перевантаження в момент повторних вмикань). Мають високу точність спрацьовування. Робочі поверхні кулачків виготовляють з кутом нахилу до осі  = 30 ÷ 45°, частіше  = 45°. Обертаючий момент передається кулачками трапецієподібного профілю, які притискаються один до одного однією центральною пружиною, або декількома пружинами, розташованими по колу. Пружину встановлюють з попереднім стисненням. Сила, яку розвиває при цьому пружина, забезпечує передачу номінального обертаючого моменту. При збільшенні моменту до граничного значення осьова складова зусилля, що діє на кулачки, стискує пружину, кулачки виходять з зачеплення, муфта спрацьовує і запобігає перевантаженню приводу.

В зоні дотику кулачків (рис. 9-4) при передачі колової сили F_t виникає сила нормального тиску

і осьова сила .

При передачі номінального моменту, коли осьове переміщення відсутнє, зусилля пружини зрівноважує осьову складову силу F_а.

При підвищенні моменту до граничного значення муфта спрацьовує, вали, або вали і деталі, насаджені на них, роз'єднуються.

Величина осьового зусилля, що діє на пружину при вимиканні з врахуванням сили тертя кулачків при їх відносному русі і сили тертя втулки /шліців/ по валу, визначається за формулою

,

(9-1)

де

Т_спр - розрахункове значення моменту спрацьовування муфти;

 - кут тертя;  = 2⁰...5⁰;

f - коефіцієнт тертя; при ковзанні рухомої півмуфти (втулки) по валу f = 0,05 ... 0,10;

 - кут нахилу кулачків;

d_с - середній діаметр кулачків;

d - діаметр валу.

Шарикові запобіжні муфти (рис. 9-5,а) являють собою різновидність кулачкових запобіжних муфт. В них тертя ковзання частково замінено тертям кочення. В цій лабораторній роботі розглянемо муфту з цент­ральною пружиною (рис.9-5,а) і контактуючими шариками (рис. 9-5,б).

Необхідне зусилля для спрацьовування муфти визначається за формулою

,

(9-2)

де

F_а - осьове зусилля пружини;

Т_спр - гранична величина обертаючого моменту, при якому відбувається спрацьовування муфти;

 - кут нахилу (рис. 9-5,б) дотичної в точці дотику шариків до осі муфти

,

(9-3)

де

d_ш - діаметр шарика;

h - висота виступаючої частини шарика;

 ^/ - зведений кут статичного тертя в шариках;  ^/ = 5°;

d_c - діаметр кола розташування шариків;

d - діаметр валу, направляючого рухому півмуфту;

f ^/- зведений коефіцієнт тертя в шліцьовому з'єднанні.

а) б)

Рис. 9-5.

Конусні фрикційні запобіжні муфти (рис. 9-6) складаються з двох півмуфт. Матеріал півмуфт чавун СЧ 15-32, СЧ 21-40. Для поверхонь півмуфт, що труться поєднують сполучення матеріалів: чавун по чавуну, по сталі, по бронзі. Допускається застосування азбестових обкладок або металево-керамічних покриттів.

З метою запобігання само захвату і заклинення та полегшення розчеплення муфти, кут нахилу  (рис. 9-6) твірної конуса повинен бути значно більше кута тертя. Найчастіше приймають  = 15 ÷ 30°. Муфта спрацьовує при осьовому зусиллі пружини

,

(9-4)

де

Т_спр – обертаючий момент, при якому буде спрацьовувати муфта;

d_C – середній діаметр контакту фрикційних поверхонь;

 – кут при вершині конуса;

f – коефіцієнт тертя на робочих поверхнях.

Рис. 9-6. Рис.9-7.

Дискові муфти (рис. 9-7) спрацьовують більш плавно, ніж розглянуті вище муфти. За рахунок зміни розмірів дисків і їх кількості, ці муфти можна застосовувати в широкому діапазоні моментів, що передаються. Бувають одно дискові і багатодискові муфти. Останні мають широке застосування. Вони складаються з двох півмуфт, ведучих і ведених дисків і пружин: однієї центральної або декількох, розташованих по колу. Пружина повинна створювати зусилля, яке забезпечує виникнення сил тертя, необхідних для передачі номінального обертаючого моменту.

Значення осьового зусилля пружини визначають за формулою

,

(9-5)

де

T_сnр – граничний момент, при якому відбувається спрацьовування муфти;

d_с – середній діаметр контакту дисків;

z – кількість поверхонь тертя;

f – коефіцієнт тертя робочих поверхонь.