Содержание
- 2. Муфты постоянного соединения Определения: Муфта (от немецкого die Muffe) – устройство для соединения валов, тяг, труб,
- 3. Классификация муфт: 1) по виду энергии, участвующей в передаче движения – механические, гидравлические, электромагнитные; 2) по
- 4. 6) по конструктивным признакам − поперечно-компенсирующая, продольно-компенсирующая, универсально-компенсирующая, шарнирная, упругая (постоянной и переменной жёсткости), конусная, цилиндрическая,
- 5. Рис. 16.2. Муфта продольно-разъёмная Недостаток втулочной муфты − невозможность разъединения валов без смещения хотя бы одного
- 6. где T – передаваемый муфтой крутящий момент; d – диаметр соединяемых концов валов; z – количество
- 7. При установке во фланцевую муфту призонных болтов (рис. 16.3, I) диаметр их призонной части, работающей на
- 8. Недостаток всех глухих муфт: жёстко соединяя концы валов, они не позволяют им смещаться друг относительно друга
- 9. Подвижные компенсирующие муфты делят на две группы: 1) жесткие муфты и 2) упругие муфты. В жёстких
- 10. Рис. 16.5. Муфта зубчатая МЗ. Муфта МЗ (рис. 16.5) состоит из двух втулок 1, насаживаемых на
- 11. Детали стандартных зубчатых муфт изготавливают коваными из углеродистых сталей типа 45, 40Х или литыми из стали
- 12. Для компенсации радиального смещения валов применяется крестово-кулисная (кулачково-дисковая) муфта (рис. 16.6), содержащая три главных части: устанавливаемые
- 13. При работе крестово-кулисной муфты на несоосных валах гребни кулисы скользят в пазах полумуфт, а центр кулисы
- 14. Радиальное относительное смещение валов и поперечное движение кулисы вызывают поперечную нагрузку на концах соединяемых валов где
- 15. Рис. 16.8. Кинематическая схема муфты Кардана: а) шарнирной; б) сдвоенной. Рис. 16.9. Конструкция шарнирной муфты Кардана
- 16. При равномерном вращении входного вала 1 с угловой скоростью ω1 угловая скорость выходного вала ω2 не
- 17. Коэффициент полезного действия единичной шарнирной муфты может быть вычислен по соотношению где d − диаметр цапфы
- 18. Муфта упругая втулочно-пальцевая (МУВП, рис. 16.10) состоит из двух полумуфт, каждая из которых выполнена в виде
- 19. Муфты упругие с торообразной оболочкой (рис. 16.11) обладают большой крутильной, радиальной и угловой податливостью и согласно
- 20. Положительным качеством муфт с торообразной оболочкой является высокая демпфирующая способность при больших радиальных и угловых несоосностях
- 21. где kот – коэффициент ответственности (отказ муфты вызывает остановку машины, то kот=1; аварию машины − kот=1,2;
- 23. Скачать презентацию
Муфты постоянного соединения
Определения:
Муфта (от немецкого die Muffe) – устройство для соединения
Муфты постоянного соединения
Определения:
Муфта (от немецкого die Muffe) – устройство для соединения
Следует различать муфты соединительные и муфты приводов машин. Муфты приводов рассматриваются в курсе деталей машин.
Муфты приводов (далее муфты) − устройства, предназначенные для передачи вращательного движения между валами или между валом и свободно сидящей на нём деталью (шкивом, звёздочкой, зубчатым колесом и т.п.) без изменения параметров движения.
Назначение муфт:
1) компенсация неточности сопряжения соединяемых концов валов;
2) смягчение крутильных ударов и гашение колебаний;
3) предохранение механизмов от разрушения при действии нештатных нагрузок;
4) периодическое сцепление и расцепление валов в процессе движения или во время остановки;
5) передача однонаправленного движения или предотвращение передачи обратного движения от ведомого вала к ведущему;
6) ограничение параметров передаваемого движения – скорости (частоты вращения ведомого вала) или крутящего момента.
Классификация муфт:
1) по виду энергии, участвующей в передаче движения – механические,
Классификация муфт:
1) по виду энергии, участвующей в передаче движения – механические,
2) по постоянству сцепления соединяемых валов – муфты постоянного соединения (неуправляемые), муфты сцепные, управляемые (соединение и разъединение валов по команде оператора), и автоматические (либо соединение, либо разъединение автоматическое по достижении управляющим параметром заданного значения);
3) по способности демпфирования динамических нагрузок − жёсткие, не способные снижать динамические нагрузки и гасить крутильные колебания, и упругие, сглаживающие крутильные вибрации, толчки и удары благодаря наличию упругих элементов и элементов, поглощающих энергию колебаний;
4) по степени связи валов − неподвижная (глухая), подвижная (компенсирующая), сцепная, свободного хода, предохранительная;
5) по принципу действия − втулочная, продольно-разъёмная, поперечно-разъёмная, компенсирующая, шарнирная, упругая, фрикционная, кулачковая, зубчатая, с разрушаемым элементом (срезная), с зацеплением (кулачковые и шариковые);
6) по конструктивным признакам − поперечно-компенсирующая, продольно-компенсирующая, универсально-компенсирующая, шарнирная, упругая (постоянной
6) по конструктивным признакам − поперечно-компенсирующая, продольно-компенсирующая, универсально-компенсирующая, шарнирная, упругая (постоянной
Муфты постоянного соединения позволяют разъединить ведущий и ведомый валы только после разборки соединения. Наиболее простыми из муфт постоянного соединения являются глухие муфты.
Глухая муфта − муфта постоянного соединения, обеспечивающая при соединении валов полное совпадение их геометрических осей.
Глухими являются втулочные, продольно-разъёмные и поперечно-разъёмные или фланцевые муфты.
Рис. 16.1. Втулочная муфта.
Втулочная муфта (рис. 16.1) наиболее проста по конструкции и представляет собой втулку, одетую на концы соединяемых валов. Вращающий момент от ведущего вала к ведомому передаётся втулкой через шпонки (рис. 16.1), шлицы или штифты, установленные в отверстиях, просверленных диаметрально сквозь втулку и концы валов.
Рис. 16.2. Муфта продольно-разъёмная
Недостаток втулочной муфты − невозможность разъединения валов
Рис. 16.2. Муфта продольно-разъёмная
Недостаток втулочной муфты − невозможность разъединения валов
Продольно-разъёмная муфта (рис. 16.2) состоит из двух полумуфт, стягиваемых при сборке винтами или болтами с гайкой. Разъём между полумуфтами расположен в плоскости, проходящей через общую геометрическую ось обоих соединяемых валов.
Усилие затяжки винтов должно быть достаточным для передачи вращающего момента силами трения, действующими на поверхности между валом и полумуфтами. Такая муфта позволяет разъединять концы валов, не смещая последние со своего места, и облегчает центровку валов при установке агрегатов на общую раму или фундамент.
Внутренний диаметр резьбовой части болтов этой муфты, необходимых для передачи заданного момента, можно вычислить по формуле
где T – передаваемый муфтой крутящий момент; d – диаметр соединяемых
где T – передаваемый муфтой крутящий момент; d – диаметр соединяемых
Недостатком продольно-разъёмной муфты является возможность смещения её центра масс с оси вращения валов при неодинаковой затяжке винтов на противоположных сторонах, что может вызывать вибрацию валов, особенно опасную при больших скоростях вращения.
Рис. 16.3. Муфта фланцевая:
а) для закрытой установки;
б) для открытой установки;
I – призонные болты; II – обычные болты в отверстиях с зазором.
Поперечно-разъёмная (фланцевая) муфта (рис. 16.3) состоит из двух полумуфт, каждая из полумуфт насаживается на конец своего из соединяемых валов – одна на ведущий вал, другая на ведомый. Каждая из полумуфт имеет фланец. При сборке соединения полумуфты ставятся так, чтобы фланцы встали друг против друга с минимальным зазором. В отверстия фланцев вставляются болты, стягивающие полумуфты.
При установке во фланцевую муфту призонных болтов (рис. 16.3, I) диаметр
При установке во фланцевую муфту призонных болтов (рис. 16.3, I) диаметр
где D1 – диаметр муфты, на котором установлены болты (см. рис. 16.3, а, б, I); [τ] – допускаемые касательные напряжения для материала болта; остальные обозначения представлены ранее.
При устанавке болтов в отверстиях полумуфт с зазором (рис. 16.3, II) вращающий момент передаётся силами трения, возникающими между торцевыми поверхностями фланцев полумуфт и инициированными силами затяжки болтов. Для этого случая внутренний диаметр резьбовой части болтов может быть найден по выражению
где DНар – максимальный диаметр поверхности трения фланцев муфты, равный наружному диаметру муфты, а − отношение диаметров (внутреннего к наружному) этой поверхности (см. рис. 16.3, а II).
Глухие муфты изготавливают обычно из углеродистых сталей или чугунов различных марок.
Недостаток всех глухих муфт: жёстко соединяя концы валов, они не позволяют
Недостаток всех глухих муфт: жёстко соединяя концы валов, они не позволяют
Рис. 16.4. Виды относительного смещения соединяемых валов: а) радиальное (поперечное);
б) осевое (продольное); в) угловое.
Применение подвижных муфт исключает эту неприятность, их конструкция позволяет отдельным элементам смещаться друг относительно друга в небольших пределах вместе с концами соединяемых валов. Такие муфты называют иначе компенсирующими. Компенсирующие муфты позволяют соединять валы с несовпадением геометрических осей. Величину такого несовпадения называют величиной смещения (рис. 16.4). При соединении валов муфтой возможно 3 вида элементарного смещения: радиальное (поперечное рис. 16.4, а), осевое (продольное рис. 16.4, б) и угловое (рис. 16.4, в). Обычно наблюдается комплексное смещение, включающее сразу несколько из названных элементарных смещений.
Подвижные компенсирующие муфты делят на две группы:
1) жесткие муфты и
Подвижные компенсирующие муфты делят на две группы: 1) жесткие муфты и
В жёстких муфтах подвижность частей обеспечивается особенностями конструкции (расположение частей, величины зазоров, форма контактных поверхностей и т.п.). Жёсткие муфты практически не способны гасить крутильные колебания, возникающие в механизмах.
В упругих муфтах подвижность частей обеспечивается деформацией упругого элемента (пружины, детали из эластомера, резины). Деформация такого упругого элемента происходит с большим поглощением энергии, что способствует интенсивному гашению крутильных колебаний и более спокойной работе привода в целом.
В бронетанковой технике широко применяются жёсткие компенсирующие зубчатые муфты, способные компенсировать все три вышеназванных вида относительного смещения соединяемых валов. Такие муфты передают движение от планетарных механизмов поворота бортовым редукторам машины БМП-2, в трансмиссии танка Т-72 − соединяют вал двигателя с повышающим редуктором, установлены в приводе стартера-генератора, передают движение от повышающего редуктора планетарным бортовым коробкам передач, и используются в других машинах.
Зубчатые муфты общемашиностроительного применения стандартизованы (ГОСТ 5006-83) для валов диаметром от 40 до 200 мм и передаваемых моментов от 1000 до 63000 Нм.
Рис. 16.5. Муфта зубчатая МЗ.
Муфта МЗ (рис. 16.5) состоит из
Рис. 16.5. Муфта зубчатая МЗ.
Муфта МЗ (рис. 16.5) состоит из
Вершины зубьев втулки выполнены сферическими с центром сферы на оси вращения валов, боковым поверхностям этих зубьев придана овальная форма, а впадины между зубьями обоймы сделаны несколько шире по сравнению с толщиной зубьев втулок.
Зубчатое сопряжение стандартных муфт имеет эвольвентный профиль с углом зацепления α = 20°, при этом высота зубьев на втулках составляет 2,25m, а высота контактной поверхности зубьев − 1,8m.
Детали стандартных зубчатых муфт изготавливают коваными из углеродистых сталей типа 45,
Детали стандартных зубчатых муфт изготавливают коваными из углеродистых сталей типа 45,
Главными достоинствами зубчатых муфт являются высокая нагрузочная способность при минимальных габаритах и возможность изготовления на высокопроизводительном зуборезном оборудовании.
Стандартные зубчатые муфты допускают угловое смещение осей валов до 1,5° и максимальное поперечное (радиальное) их смещение
где d – диаметр соединяемых валов, мм. При этом, чем больше угловое смещение валов, тем меньше должно быть радиальное смещение, и наоборот – большому радиальному смещению должно соответствовать минимальное угловое.
Коэффициент полезного действия зубчатых муфт ηм = 0,985…0,995, а поперечное усилие, создаваемое на концах соединяемых валов из-за их относительного смещения F ≈ (0,15…0,20)⋅Ft, где Ft – тангенциальное усилие в муфте, действующее на делительном диаметре D0.
Для компенсации радиального смещения валов применяется крестово-кулисная (кулачково-дисковая) муфта (рис. 16.6),
Для компенсации радиального смещения валов применяется крестово-кулисная (кулачково-дисковая) муфта (рис. 16.6),
Рис. 16.6. Муфта крестово-кулисная
(кулачково-дисковая): а) в сборе;
б) подетальная аксонометрия
сталей, углеродистых или легированных (стали 45, 50, 40Х, 15Х, 20Х и др.). Контактные поверхности пазов полумуфт и гребней кулисы подвергают термохимической или термической обработке с целью достижения высокой твёрдости и контактной прочности. Крестово-кулисная муфта позволяет соединять
валы, относительное смещение осей которых δ ≤ 0,04⋅d, где d – диаметр соединяемых валов. Кроме того, эта муфта допускает и некоторое угловое смещение валов γ ≤ 0°40′.
При работе крестово-кулисной муфты на несоосных валах гребни кулисы скользят в
При работе крестово-кулисной муфты на несоосных валах гребни кулисы скользят в
Несовпадение центра масс кулисы с её осью вращения приводит к тому, что на кулису действует центробежная сила
где D − внешний диаметр муфты; n − частота вращения; s − толщина диска кулисы; ρ − плотность её материала; K − коэффициент пропорциональности между смещением валов и диаметром муфты.
Из (16.8) следует, что с целью сокращения вредных сил, увеличивающих потери энергии в муфте и ускоряющих её износ, следует уменьшать внешний диаметр крестово-кулисной муфты и не применять её для соединения валов, вращающихся с высокими скоростями. Диаметр крестово-кулисной муфты можно вычислить по соотношению
16.8
где h – высота гребней кулисы; β = dвн/D – отношение диаметра отверстия в диске к наружному диаметру муфты; [σ]см = 15…20 МПа – допускаемые напряжения смятия на контактных поверхностях пазов.
Радиальное относительное смещение валов и поперечное движение кулисы вызывают поперечную нагрузку
Радиальное относительное смещение валов и поперечное движение кулисы вызывают поперечную нагрузку
где f = (0,12…0,25) – коэффициент трения между боковыми поверхностями гребней кулисы и пазов полумуфт.
Потери энергии в муфте характеризуются её КПД
В практических расчётах для стандартных крестово-кулисных муфт обычно принимают ηм≈0,985…0,995.
При больших относительных смещениях валов, когда расстояние δ между их геометрическими осями соизмеримо с диаметром самих валов или угол γ достаточно велик (может достигать до 45°), и особенно при передаче вращения между валами, которые способны наряду с вращением перемещаться друг относительно друга в радиальном или в угловом направлении, применяют шарнирные муфты. В настоящее время разработано несколько конструкций таких муфт, имеющих постоянное или переменное передаточное число.
Рис. 16.8. Кинематическая схема муфты Кардана: а) шарнирной; б) сдвоенной.
Рис.
Рис. 16.8. Кинематическая схема муфты Кардана: а) шарнирной; б) сдвоенной.
Рис.
Наибольшее распространение на транспорте и в промышленности получили шарнирные муфты (муфты Кардана) с крестовым шарниром (шарниром Гука) (схема рис. 16.8, конструкция рис. 16.9). Муфта Кардана (рис. 16.8, а) состоит из двух полумуфт, каждая из которых выполнена в форме вилки. Перья вилки каждой из полумуфт A и B расположены под углом 90°
друг к другу, а между ними установлена крестовина С, концы которой вращательными кинематическими парами соединены с перьями вилки.
При равномерном вращении входного вала 1 с угловой скоростью ω1 угловая
При равномерном вращении входного вала 1 с угловой скоростью ω1 угловая
где γ − острый угол между геометрическими осями валов; ϕ1 − угол поворота ведущего вала, отсчитываемый от положения ведущей полумуфты, при котором её вилка лежит в плоскости, проходящей через геометрические оси соединяемых валов. Коэффициент неравномерности вращения ведомого вала в этом случае
При γ = 45° , а при γ ≈ 52° коэффициент неравномерности превышает единицу, поэтому применение муфт с шарниром Гука для углов свыше 45° нежелательно.
Для выравнивания скорости выходного вала применяют муфту со сдвоенным шарниром Гука (рис. 16.8, б). В этом случае, если вилки промежуточного вала лежат в одной плоскости и γ1=γ2=γ, либо γ1=γ3=γ, при любом значении γ угловые скорости входного (ведущего) ω1 и выходного (ведомого) ω2 валов равны и, следовательно, u=1.
Коэффициент полезного действия единичной шарнирной муфты может быть вычислен по соотношению
где
Коэффициент полезного действия единичной шарнирной муфты может быть вычислен по соотношению
где
Для гашения крутильных колебаний (колебаний угловой скорости), вызванных силами инерции в механических приводах широкое применение находят упругие муфты. Главной особенностью этих муфт является наличие упругого элемента (резиновые втулки, торообразная оболочка, эластичная крестовина, различного рода пружины и т.п.), который при резком возрастании нагрузки (момента сопротивления) способен деформироваться, возвращаясь в исходное состояние при уменьшении нагрузки до нормальной рабочей величины. Упругие муфты, кроме того, допускают радиальное смещение валов до 0,4…0,6 мм и угловое смещение осей валов до 1,5°.
Довольно часто упругий элемент служит и для поглощения колебательной энергии, т.е. выполняет роль демпфера (успокоителя) крутильных колебаний.
Муфта упругая втулочно-пальцевая (МУВП, рис. 16.10) состоит из двух полумуфт, каждая
Муфта упругая втулочно-пальцевая (МУВП, рис. 16.10) состоит из двух полумуфт, каждая
Рис. 16.10. Муфта упругая
втулочно-пальцевая
Полумуфты изготавливаются из чугуна марки не ниже СЧ 21-40 или стали Ст. 3. Пальцы − из стали 45 или более прочной. Кольца и втулки резиновые, при её прочности на растяжение не ниже 6 МПа и твёрдости 55…75 единиц по Шору. Расчёт муфт МУВП ведётся по двум основным параметрам: пальцы муфты рассчитываются на изгиб, а резиновые кольца или втулки на смятие по поверхности цилиндра.
Муфты упругие с торообразной оболочкой (рис. 16.11) обладают большой крутильной, радиальной
Муфты упругие с торообразной оболочкой (рис. 16.11) обладают большой крутильной, радиальной
Конструкция муфт с неразрезной оболочкой представлена на рис. 16.11. Муфта состоит из двух полумуфт, снабжённых фланцами, и торообразной оболочки, прикреплённой своей периферической частью к фланцам с помощью прижимных дисков и винтов, стягивающих эти диски с фланцами полумуфт. Прижимные диски для неразрезной торообразной оболочки разрезные (выполняются из двух или большего числа деталей, соединяемых посредством винтов), для разрезной – цельные.
Рис. 16.11. Муфта с неразрезной
торообразной оболочкой:
а) выпуклого профиля; б) вогнутого профиля.
Металлические детали муфты изготавливаются из стали Ст. 3 или более прочной. Торообразная оболочка из резины с прочностью не менее 10 МПа и модулем упругости при 100% удлинении не ниже 5МПа. Торообразные оболочки муфт диаметром более 300 мм армируются кордовыми нитями для увеличения несущей способности и срока службы.
Положительным качеством муфт с торообразной оболочкой является высокая демпфирующая способность при
Положительным качеством муфт с торообразной оболочкой является высокая демпфирующая способность при
Методика подбора стандартных муфт
Муфты, нашедшие наибольшее применение (шарнирные, с упругой торообразной оболочкой, втулочно-пальцевые и ряд других), стандартизованы. Главной паспортной характеристикой стандартной муфты является величина максимального момента [T] (указывается в стандарте), который она способна передать. Поэтому стандартизованные муфты подбираются в соответствии с величиной передаваемого вращающего момента по условию
где T – рабочий момент, передаваемый муфтой, K – коэффициент условий работы и ответственности привода, учитывающий возрастание нагрузки при нештатных ситуациях. В машиностроении 1,0 ≤ K ≤ 6,0. Коэффициент K является произведением нескольких частных коэффициентов. Наиболее употребимыми являются два из них, что позволяет записать
где kот – коэффициент ответственности (отказ муфты вызывает остановку машины, то
где kот – коэффициент ответственности (отказ муфты вызывает остановку машины, то
После выбора муфты с соответствующим максимальным передаваемым моментом проверяется возможность установки элементов муфты на соединяемые валы известного диаметра. При этом следует учесть, что, во-первых, стандартами допускается изготовление одинаковых элементов муфты на несколько вариантов посадочных диаметров, а во-вторых, большинство муфт допускает расточку посадочных отверстий в достаточно широком диапазоне, и такая расточка, если она необходима, должна быть указана в заказной спецификации.
Самостоятельно изучить по учебнику
3) Муфты сцепные (кулачковые, зубчатые, фрикционные).
4) Муфты автоматические.