Лекція 11
6.7. Механічні муфти. Призначення і класифікація муфт
Приводними муфтами (зазвичай просто муфтами) називаються пристрої, службовці для кінематичного і силового зв’язку валів в приводах машин і механізмів. Муфти передають з одного вала на інший крутний момент без зміни його величини і напрямку, а також компенсують монтажні неточності і деформації геометричних осей валів, роз’єднують і з’єднують вали без зупинки двигуна, оберігають машину від поломок в аварійних режимах, в деяких випадках поглинають поштовхи і вібрації, обмежують частоту обертання і т.д.
На рис. Показані можливі похибки при монтажі валів (несоосность валів): а — радіальне зміщення; б — осьовий зсув; в-кутове зміщення. Зазначені похибки можуть існувати одночасно.
Муфти приводів машин класифікують за багатьма ознаками.
За принципом дії муфти поділяють на чотири класи:
1. Нерозцеплювані (що не допускають роз’єднання валів при роботі машини);
2. Керовані (допускають можливість управління муфтою);
3. Самодіючі (автоматично спрацьовують в результаті зміни заданого режиму роботи);
4. Інші (всі муфти, що не входять в перші три класи).
Класи муфт (крім четвертого) поділяють на групи (механічні, гідродинамічні, електромагнітні), підгрупи (жорсткі, компенсуючі, пружні, запобіжні, обгінні та ін.), види (фрикційні, з руйнується елементом і ін.) і конструктивні виконання (кулачкові, кулькові, зубчасті, фланцеві, втулочно-пальцеві і багато інших).
У загальному випадку муфта складається з провідної і веденої напівмуфт і сполучних елементів. У механічних муфтах в якості з’єднувального елемента використовують тверді (жорсткі або пружні) тіла. У гідродинамічних муфтах функції з’єднувального елемента виконує рідина, в електромагнітних — електромагнітне поле.
Широко застосовувані муфти стандартизовані. Основна паспортна характеристика муфти-значення крутного моменту, на передачу якого вона розрахована.
Будемо розглядати тільки найбільш поширені в машинобудуванні механічні муфми. За характером з’єднання валів муфти поділяють на некеровані (постійні), керовані і самокеровані (автоматичні) .
Види муфт
Муфта глуха утворює жорстке і нерухоме з’єднання валів. Вони не компенсують помилки виготовлення і монтажу, вимагають точного центрування валів. Застосовуються зазвичай глухі муфми для тихохідних валів.
Втулкова муфта-найпростіша з глухих муфт, складається з сполучної втулки зі штифтами (рис. 7.1, а) або шпонками (рис. 7.1, б). Основна їхня перевага-простота конструкції. Застосовують їх при відносно невеликих навантаженнях на валах діаметрами до 60 … 70 мм.
А)б) рис. 7.1. Втулкові муфми з: а-штифтами; б-шпонками
Муфта фланцева — найбільш поширена – рис. 7.2), складається з двох напівмуфт 2, з’єднаних болтами 1. Болти ставлять через один: з зазором (варіант i) і без зазору під розгортку (варіант ii). Центрування напівмуфт в цьому випадку здійснюють болтами, встановленими без зазору, які розраховують на зріз. Установка болтів без зазору дозволяє отримати муфми менших габаритів і тому більш поширена.рис. 7.2. Фланцева муфта
Фланцеві муфти застосовують для з’єднання валів діаметром до 200 мм і більше. Перевагами таких муфт є простота конструкції і порівняно невеликі габарити.
Жорстка компенсуюча муфта . За рахунок рухливості деталей такі муфми компенсують радіальні, кутові і осьові зміщення валів, викликані неточностями їх виготовлення, монтажу і пружними деформаціями. Це дозволяє зменшити навантаження на вали і підшипники.
Недолік жорстких компенсуючих муфт – відсутність упругодемпфірующіх елементів, пом’якшуючих поштовхи і удари. Найбільшого поширення набули кулачково-дискова і зубчаста.
Кулачково-дискова муфта (рис. 7.3) складається з двох напівмуфт 1 і 3, з’єднаних проміжним диском 2. При роботі диск переміщається по пазах напівмуфт, і тим самим компенсуються несоосность з’єднуються валів (радіальні зміщення – до 0,04 d, кутові – до 30″).
Ковзання виступів в пазах супроводжується їх зносом. Інтенсивність зносу зростає зі збільшенням несоосности і частоти обертання. Для зменшення зносу поверхні тертя муфми періодично змащують і не допускають на них великих напруг зминання.
рис. 7.3. Кулачково-дискова муфта
З умови зносостійкості кулачково-дискових муфт розраховують тиск на бічних поверхнях отворів і пазів:
,(7.1)
Де тр – розрахунковий обертаючий момент; h – робоча висота виступу; d, d – відповідно зовнішній і внутрішній діаметри; [p] – допускаемое тиск: при термічно необроблених, добре змащувань поверхнях або при загартованих поверхнях тертя [p] = 15…30 мпа. Деталі кулачково-дискових муфт виготовляють зі сталей ст5 (поковка) або 25л (лиття). Для важконавантажених муфт застосовують леговані сталі типу 15х, 20х з цементацією робочих поверхонь.
Зубчаста муфта (рис. 7.4, а) складається з двох напівмуфт 1 і 3 з зовнішніми зубами евольвентного профілю і рознімної обойми 2 з внутрішніми зубами. Передача крутного моменту здійснюється великим числом одночасно працюючих зубів, що забезпечує високу навантажувальну здатність і малі габарити муфти.
рис. 7.4. Зубчаста муфта
Для компенсації зсувів деталей передбачають торцевий зазор δ. Для ослаблення шкідливого впливу кромочного контакту застосовують зуби бочкоподібної форми (рис. 7.4, б), а з’єднання виконано зі збільшеними зазорами. Зубчасті муфти допускають кутове зміщення валів (рис. 7.4, в) δα max = 1,5°, радіальне δr = 0,2…0,6 мм, осьове (на малюнку не показано) – 1…8 мм.деталі зубчастих муфт виготовляють з вуглецевих сталей типу 45, 40х, 45л кованими або литими. Для підвищення зносостійкості зуби напівмуфт піддають термічній обробці до твердості не нижче 40нrc, а зуби обойм – не нижче 35hrc.
Пружні компенсуючі муфти застосовуються не тільки для компенсації зміщення валів, але і для зниження динамічності навантажень і амортизації коливань, що виникають при роботі передач машин.
Муфта пружна втулочно-пальцева (рис. 7.5) складається з двох напівмуфт 1, з’єднаних пальцями 2, на які для пом’якшення ударів надіті гофровані гумові втулки. Такі муфти в силу простоти конструкції отримали широке застосування в приводах від електродвигунів для валів діаметрами 9…160 мм при обертаючих моментах 6,3…16000 нм.
рис. 7.5. Пружна втулочно-пальцева муфта
Товщина гумових втулок невелика, і тому амортизуюча здатність муфти незначна. Вони допускають радіальне зміщення валів до 0,6 мм, поздовжнє – до 5 мм, кутове – до 1°. Для обмеження зносу середнє контактний тиск пальця на втулку знаходять за формулою: ,
(7.2)
Де z = 6 – число пальців; dm – діаметр кола розташування осей пальців; dп – діаметр пальців; l – довжина пружного елемента;[p] ≈ 2 мпа-допустимий тиск для гумових втулок.
Муфта зі змієподібними пружинами (рис. 7.6) складається з двох напівмуфт 1 з зубами спеціальної форми, між якими вільно розташовані секції змієподібної пружини 3 прямокутного перетину. Кожух 2, що складається з двох половин, служить резервуаром для пластичного мастильного матеріалу і оберігає пружину від випадання.рис. 7.6. Муфта зі змієподібними пружинами
Муфта використовується для передачі великих обертаючих моментів, володіє хорошими експлуатаційними якостями, має невеликі габарити, але порівняно дорога. Залежно від розмірів муфти можуть компенсувати радіальні зміщення валів 0,5…3 мм, осьові – 4…20 мм і кутові до 1°15″. Матеріали напівмуфт-сталь 45, сталеве лиття 45л; пружин – пружинні сталі 65г, 60с2. Розрахунок муфти передбачає перевірку міцності пружини при вигині методами опору матеріалів.
Керовані (зчіпні) муфти дозволяють з’єднувати і роз’єднувати вали без зупинки двигуна. За конструкцією керовані муфти можна розділити на кулачкові, зубчасті, засновані на зачепленні, і фрикційні, засновані на терті. Кулачкові і зубчасті муфти мають досить невеликі габарити і масу, не допускають прослизання. Однак їх включення на ходу супроводжується ударами. Фрикційні муфти дозволяють плавно з’єднувати ведучий і ведені вали під навантаженням при будь-якій швидкості їх обертання, оберігають механізми від раптових перевантажень. Керовані муфти вимагають точної співвісності з’єднуються валів.
Кулачкова муфта (мал. 7.7) складається з двох напівмуфт 1 і 2, що мають на зчіплюються торцях виступи – кулачки. ПриВключенні муфти кулачки однієї напівмуфти входять у западини іншої, створюючи жорстке з’єднання. Включення кулачкової муфти щоб уникнути ударів виробляють при зупиненому двигуні або з малими швидкостями (до 1 м/с). Напівмуфти найчастіше розташовують на одному валу, що забезпечує хорошу їх співвісність. При вимкненій муфті зубчасте колесо вільно обертається на підшипнику ковзання 3. Якщо муфта включена, крутний момент від зубчастого колеса передається через кулачки і шліци на вал. Для усунення ударів і шуму при включенні муфти застосовують спеціальні з’єднувальні пристрої – синхронізатори. Кулачкові муфти виготовляють зі сталей 20, 15х, 20х з подальшою цементацією або сталей 40х, 30хн з подальшим об’ємним загартуванням. Розміри муфт приймають конструктивно, а потім виконують перевірочний розрахунок кулачків на зносостійкість і міцність.
рис. 7.7. Кулачкова муфта
Фрикційні зчіпні муфти передають крутний момент між напівмуфтами за рахунок сил тертя на робочих поверхнях (рис. 7.8).
рис. 7.8. Фрикційні муфти:
А – однодискова; б – багатодискова; в – конусна
У початковий період торкання напівмуфт відбувається відносне прослизання їх робочих поверхонь (змащених або сухих), і тим самим забезпечується плавність включення муфти. При сталому русі прослизання не відбувається, а при перевантаженні муфта пробуксовує, що оберігає машину від поломок. Фрикційні муфти повинні володіти надійністю зчеплення, високою зносостійкістю і теплостійкістю контактуючих поверхонь. Матеріал деталей, що труться (накладок) вибирається в залежності від середнього контактної напруги (тиску):
,(7.3)
Де fa-осьова сила; т – крутний момент; k = 1,3…1,5 – коефіцієнт запасу зчеплення; dm – середній діаметр контакту; f – коефіцієнт зчеплення (тертя спокою); z – число пар поверхонь тертя; а = πdmb – площа поверхні тертя; b – ширина поверхні тертя; [p] – допустиме контактна напруга.
За формулою (7.3) може бути розрахований крутний момент, який може передавати фрикційна муфта. Для збільшення переданого крутного моменту можна збільшити число пар поверхонь тертя. Багатодискові фрикційні муфти мають невеликі габарити і не вимагають великого зусилля для їх включення.
Самокеровані автоматичні муфти виконують автоматично одну з наступних функцій: обмеження переданого навантаження – запобіжні муфти; передачу навантаження (моменту) тільки в одному напрямку – муфта обгону; включення і виключення при заданій швидкості – відцентрові муфти.
Запобіжні муфти спрацьовують, коли крутний момент перевищує деяку встановлену величину. При досягненні обертаючим моментом граничної величини під дією осьових зусиль, обумовлених формою западин напівмуфти, кульки зміщуються в осьовому напрямку (долаючи опір пружини) і розмикають муфту з подальшим прощелкиванием.
Муфта обгону (муфти вільного ходу) призначені для передачі крутного моменту тільки в одному напрямку. Найбільшого поширення набули фрикційні обгінні муфти, що передають крутний момент за рахунок заклинювання між напівмуфтами проміжних тіл (в основному роликів). Такі муфти безшумні, компактні, можуть працювати при високій частоті обертання. Їх виготовляють для валів діаметром 10…90 мм і передачі моменту до 750…800 нм.
Обгінні роликові муфти (рис. 7.9) застосовують в приводах агрегатів двигуна літака (наприклад, в приводах стартер-генераторів) і в приводах несучих гвинтів вертольотів; при відмові одного двигуна рух гвинта не гальмується, так як обгінна муфта дозволяє зубчастим колесам обертатися. При відмові обох двигунів обгінні муфти не перешкоджають обертанню несучого гвинта в режимі авторотації.
рис. 7.9. Обгінна муфта
Пускову (відцентрову) муфту використовують для плавного пуску приводів вантажопідіймальних машин конвеєрів і т.п. Вони дозволяють електродвигуну легко розігнатися і після досягнення ним певної швидкості почати плавний розгін робочого органу. Одночасно пускові муфти виконують і запобіжні функції. Поширені колодкові і дискові відцентрові фрикційні муфти. Відцентрову муфту встановлюють на вал електродвигуна. При наявності ремінної передачі від електродвигуна до робочого органу зовнішню ведену частину муфти конструюють у вигляді шківа.
6.8. З’єднання. Види з’єднань
Зварні з’єднання
Зварні з’єднання утворюються шляхом зварювання деталей в місці стику. Існує близько 60 способів зварювання. Найбільш поширеними є: дугова, контактна, електронно-променева, дифузійна. Зварні з’єднання найбільш міцні, основним недоліком яких є викривлення, і можливість прихованих дефектів (тріщини, непровари…).
За взаємним розташуванням деталей вони діляться: стикові (рис. 4,3 а), внахлестку (рис. 4,3 б), таврове (рис. 4,3 в), кутові з’єднання (рис. 4,3 г). Види зварних щвовпоказані на (рис. 4,3 е)
Розрахунок міцності з’єднання встик виконують по нормальм напруг розтягування (стиснення)
Де f-навантаження, ширина і товщина листа, допустима напруга
Розрахунок муфт. Стандартні і нормалізовані муфти на практиці підбирають по каталогах в залежності від діаметра з’єднуються валів і розрахункового крутного моменту т поумови:
Де к — коефіцієнт перевантаження, що враховує режим роботи і відповідальність конструкції; т найбільший тривало діючий крутний момент; — номінальний крутний момент, зазначений в каталозі.
Для приводів від електродвигуна можна приймати: при спокійному навантаженні k = 1,0…1,5; при змінному навантаженні к = 1,5…2; при ударному і реверсивному навантаженні к = 2,5…3 і більше. Для фрикційних муфт замість коефіцієнта перевантаження вводиться коефіцієнт запасу зчеплення k = 1,25…1,5.
У відповідальних конструкціях виконують перевірочний розрахунок працездатності окремих елементів обраної муфти по розрахунковому або граничному (для запобіжних муфт) крутного моменту. Розрахункові формули наводяться в довідковій літературі.
Класифікація муфт
Лекція 48. Муфти
Знати призначення, конструкції муфт основних типів, оцінку муфт і області їх застосування; принцип підбору стандартних і нормалізованих муфт і порядок перевірки на міцність основних елементів.
Основні функції муфт-з’єднання валів і передача крутного моменту. поєднуючи вали машин, муфти виконують і ряд додаткових функцій: компенсують перекоси і зміщення валів, пом’якшують коливання і динамічні навантаження, забезпечують при необхідності плавні пуски і зупинки, оберігають деталі машин від перевантажень і зміни напрямку обертання.
Муфти поділяють на
Постійні (глухі, компенсуючі, пружні);
Зчіпні керовані;
Самоврядні (автоматичні) по моменту (запобіжні), по напрямку руху (обгінні), по швидкості (відцентрові).
1. Жорсткі некомпенсуючі (глухі) муфти не допускають з’єднання валів зі зміщеннями або перекосами валів.
Втулкові муфти (рис. 15.1, а) вимагають співвісності валів. Муфти виготовляють зі штифтами і шпонковим пазом. Муфти прості у виготовленні, дешеві, але установка (монтаж) пов’язана з необхідністю великих осьових переміщень валів. Муфти не дозволяють посадки деталей з натягом, не забезпечують жорсткість валів.
Фланцеві муфти (мал. 15.1, б) найбільш поширені, в них необхідно забезпечити перпендикулярність торцевих поверхонь а до осі вала.
2. Жорсткі компенсуючі муфти допускають з’єднання валів з незначним зміщенням осей.
Особливу групу складають шарнірні муфти, що допускають значні перекоси осей валів
Широко поширена зубчаста муфта (рис. 15.1, в). зовнішня поверхня зубів втулок муфти сферична, зуби мають евольвентний профіль. Внаслідок великого числа зубів муфти мають велику несучу здатність і надійність. Муфти допускають зміщення валів в осьовому напрямку до 8 мм, в радіальному — до 0,6 мм, перекіс — до 1 0 30″. Зубчасті муфти використовують в широкому діапазоні моментів і швидкостей обертання, вони технологічні і малогабаритні. Основні недоліки-ковзання зубів і їх знос; використовується змазування зубів.
3. Пружні компенсуючі муфти пом’якшують поштовхи і удари, що передаються через з’єднуються вали, оберігають від коливань і компенсують всі види перекосів валів. Муфти містять неметалеві пружні елементи (з гуми) або металеві — пружини, пакети пластин.
Пружна втулонно-палъцевая муфта (мувп) (рис. 15.1, г) складається з двох напівмуфт, з’єднаних через палець з надітими на нього гумовими втулками.Розраховують по граничному моменту
Тпред. = 1,25*трассчетн.
За принципом роботи діляться на:
-пружинно-кулачкові запобіжні муфти — за принципом аналогічна зчіпної кулачкової, тільки рухома в осьовому напрямку напівмуфта притискається
До нерухомої не механізмом управління, а постійно діючою пружиною з регульованою силою.
-фрикційні запобіжні муфти — застосовуються при короткочасних перевантаженнях.
Конструкція аналогічна конструкції зчіпних фрикційних муфт.сила натискання в них створюється пружинами
Відрегульованими на передачу граничного крутного моменту.
— з руйнується елементом-складається з двох фланцевих напівмуфт, з’єднаних штифтом.
При перевантаженні штифт зрізається і муфта вимикається.
Кулькові запобіжні муфти
Роликові запобіжні муфти
Електромагнітні та магнітні —
Електромагнітні муфти застосовують для замикання і розмикання ланцюгів без припинення обертання, а також для регулювання руху приводів верстатів.
електромагнітні
Порошкова
Муфта складається з трьох основних частин: нерухомого корпусу і двох напівмуфт.простір між напівмуфтами заповнено феромагнітною масою. Котушка електромагніту розташовується в одній з напівмуфт або в корпусі.
Включення і відключення валів на ходу. У деяких випадках-регулювання швидкості обертання.
Електромагнітна зубчаста
Електромагнітна дискова
магнітоіндукційні регулювання швидкості обертання. Безконтактне з’єднання валів, що знаходяться у важкодоступних місцях. пневматичні муфти
