Назначение. 2. Классификация муфт. 3. Конструкция муфт. Характеристика муфт и

методика их подбора.
Муфты неуправляемые (нерасцепляемые, втулочные фланцевые)
 
Лекция № 25
Муфты приводов

валов со свободно сидящими на них деталями.
Назначение – передача полезного

вращающего момента без изменения его величины, направления и скорости.

В ряде случаев муфты дополнительно выполняют следующие функции:
1. Поглощают вибрации и толчки, уменьшают динамические нагрузки (упругие муфты);
2. Предохраняют узлы и машину в целом от аварий при перегрузках (предохранительные муфты);
3. Позволяют включать или выключать исполнительный механизм без остановки двигателя (управляемые муфты);
4. Компенсирует вредное влияние несоосности валов, связанных с неточность монтажа (компенсирующие муфты).

Назначение

(осевое) смещение


б) Радиальное смещениев.


в) Угловое смещение


г) Комбинированные (практически
наиболее

часто встречающиеся)

Δ

δ

α

Δ

δ

α

Эти смещения могут быть обусловлены неточностью изготовления и монтажа узлов машины (привода), а также деформациями (упругими) (температурными)
  Смещение существенно оказывает влияние на работу соединяемых узлов. Величина этих смещений может быть значительная. Поэтому в данном случае применяют муфты, компенсирующие эти смещения.

которые классифицируются.
I. По принципу действия
механические,
гидравлические,

электромагнитные и т.д.
Механические муфты классифицируются по критерию управляемости на следующие типы:
- Неуправляемые (нерасцепляемые), осуществляющие постоянное соединение валов между собой;
- Управляемые (сцепные), допускающие во время работы сцепления и расцепления валов при помощи системы управления;
- Самоуправляемые (автоматические), автоматически разъединяющие валы, при изменении заданного режима работы;
- Комбинированные.

II. По характеру соединения валов муфты делятся:
- Жесткие – передающие вместе с вращающим моментом вибрации, толчки и удары;
- Упругие (с металлическими и неметаллическими упругими элементами) амортизирующие вибрации, толчки и удары.

Классификация муфт

рабочий орган исполнительного механизма соединяются между собой муфтами. Двигатель и

редуктор имеют общую раму. Требования к условиям работы муфт будут различные.

В общем случае муфта состоит
1, 2 – ведущий и ведомый валы, соответственно
3, 4 – ведущая и ведомая полумуфты
5 – соединение полумуфты с валом. Оно может быть шпоночным (при малых и
средних нагрузках) и шлицевым (при значительных нагрузках).
6 – установочный винт, необходимый для осевой фиксации полумуфты
7 – стопорное кольцо
8 – штифтовое соединение ведомой полумуфты (штифт может быть
цилиндрическим или коническим)
9 – болтовое соединение полумуфт, необходимое для передачи момента
(движения) от ведущей к ведомой полумуфте.

Конструкция муфт

d1= d2

в крайнем случае d1= (0,8…1,2)· d.

L, Dmax – габаритные размеры муфты.

d3 – диаметр ступицы полумуфт, назначается в зависимости от диаметра валов.

T1 , T2 – вращающие моменты.

ω1, ω2– угловые скорости валов.

nmax – предельная частота вращения (для чугунных муфт V ≤ 25 м/сек)

Характеристика муфт и общая методика их подбора

к выбору типоразмера муфты из имеющихся в стандарте, в соответствии

с условиями их работы.
Основной характеристикой муфт является передаваемый вращающий момент – Т.
Муфты подбираются в соответствие с ГОСТ по большему диаметру соединяемых валов и расчетному моменту.

где
K = K1· K2 – коэффициент режима работы
K1 – коэффициент надежности (безопасности)
K2 – коэффициент динамичности, зависит от типа двигателя и исполнительного
органа (выбираются из таблиц справочника).
K2 = 1,15…1,4 – при спокойной нагрузке
K2 = 1,5 …2 – при переменной нагрузке
K2 = 2,5 … 4 – при ударной нагрузке

Общая методика подбора муфт

действующих моментов (по техническому заданию)

– допускаемый (табличный) момент для данного типоразмера


После выбора муфты необходимо ознакомится с ее конструкцией, принципом действия, выявить условия работы ее элементов, а исходя из этого, наиболее слабый элемент. Слабым элементом считается тот, который определяет надежность и долговечность муфты.
После этого необходимо составить расчетные схемы для слабых элементов и произвести проверку по соответствующему критерию работоспособности.

Общая методика подбора муфт

одну жесткую линию. Применяются в тихоходных передачах. Из глухих муфт

наибольшее распространение получили втулочная и фланцевая муфты.
I. Втулочная муфта представляет собой втулку закрепленную на валах при помощи штифтов, шпонок или шлиц
Применяется для передачи небольших вращающих моментов. Имеют простую конструкцию, мало-габаритные и низкая стоимость. Недостатком муфты является неудобный монтаж и демонтаж, связанные с осевым смещением валов или муфты вдоль вала.

Принцип действия:
Движение от вала – 1 через шпоночное соединение – 4, 5 передается втулке – 3. От втулки – 3 через штифтовое соединение 6, 7, передается валу 2.

Муфты неуправляемые (нерасцепляемые)

шпоночное соединение
6, 7 – штифтовое соединение

– поперечная сила;

– площадь среза штифта

Нетрудно установить, что необходимо проверить штифтовое и шпоночное соединение, а также прочность самой втулки на кручение.

Проверочные расчеты

кручение:

где

Трасч – расчетный момент

Полярный момент сопротивления кручению
кольца с размерами D и d.

= 22…25 н/мм2 – допускаемое напряжение на кручение для стали 45.

Проверочный расчет на смятие :

- высота выступающей части шпонки

- площадь смятия

- рабочая длина шпонки

- допускаемое напряжение смятия. Для стальных шпонок
= 100 МПа

срез :
:

- площадь среза

- допускаемое напряжение среза

болтами. Фланцевые муфты просты по конструкции, надежны в работе, могут

передавать большие моменты. Они широко распространены в машиностроении. Материал полумуфт сталь 40 или сталь 35Л, чугун.
Момент (движение) в данном случае передается от вала –1 через шпоночное соединение –5, 6 на полумуфту – 3. От полумуфты – 3 к полумуфте 4 с помощью болтового соединения – 9 и далее к валу 2 с помощью штифтового соединения – 7, 8.
В данном случае необходимо проверить прочность соединений (шпоночных, штифтовых, болтовых).
При расчете болтовых соединений могут быть 2 расчетных случая:
Болты поставлены с зазором в отверстиях полумуфты
Болты поставлены без зазора.

Фланцевая муфта

сил трения по стычку полумуфт. Эти силы трения обусловлены затяжкой

соединения. Поэтому задача расчета сводится к определению усилия затяжки, и при известном усилии определяется расчетный диаметр болта.
Т < Мтр

Откуда, сила затяжки

Проверочные расчеты

Выполняется проверка прочности соединений (шпоночных, штифтовых, болтовых).

Проверочный расчет болтовых соединений
1. Болты поставлены с зазором в отверстиях полумуфты

По силе затяжки болта, Fб1 определяют необходимый его диаметр.
(По условию прочности на растяжение)

сопротивления стержней болтов сразу по плоскости стыка.
Проверочные расчеты

1. Болты поставлены без зазором в отверстиях полумуфты

где М расч - расчетный момент, Н мм;
Dсэ - диаметр расположения силовых элементов муфты, мм;
z - число болтов, установленных без зазора;
dб - диаметр ненарезанной части стержня болта, мм
[τср ] ≈ 0,25 σТ - допускаемое напряжение на срез для болтов, МПа;
σТ - предел текучести материала болта, МПа.

Болты, поставленные без зазора, могут одновременно выполнять функцию центровки валов. При постановке болтов с зазором центровка производится центрирующим выступом на одной полумуфте. Центрирующий выступ затрудняет монтаж и демонтаж соединения, т.к. при этом необходимо осевое смещение валов.

с компенсацией радиальных, осевых и угловых смещений вследствие неточности изготовления

и монтажа.
Компенсирующие муфты делятся на жесткие и упругие. В жестких муфтах компенсация несоосности валов достигается за счет подвижности жестких деталей муфты, в упругих – за счет деформации упругих деталей муфты.
Из жестких муфт наибольшее распространение получили зубчатые, кулачково-дисковые и шарнирные; из упругих – пружинные и втулочно-пальцевые.

Муфты компенсирующие

в целях устранения колебаний при периодической нагрузке;
– снизить величину кратковременных

перегрузок.

Муфты упругие

обладает хорошей эластичностью, высокой демпфирующей и электроизоляционной способностью
Муфта состоит

из двух полумуфт в одной из которых в конических отверстиях закреплены соединительные пальцы с надежным гофрированными резиновыми втулками (вариант 1) или кольца трапецеидального сечения (вариант 2). Широко применяются для соединения машин с электродвигателями при передаче малых и средних вращающих моментов.
Проста в изготовлении и надежна в работе. Наружная поверхность полумуфт может использоваться в качестве тормозного барабана. Муфту подбирают в диапазоне диаметров валов d = 16…150 мм.
Вследствие небольшой толщины резиновых втулок муфта обладает малой податливостью, компенсируя незначительные смещения валов.

Муфта упругая втулочно-пальцевая
(МУВП)

.

палец и резиновые втулки.
Для расчета пальцев и

втулок необходимо определить силы, действующие на эти элементы (на один элемент). Для ее определения составляется условие равновесия в предположении, что нагрузка распределяется равномерно между всеми элементами

Проверочные расчеты

Тогда

где

Tрасч - расчетный вращающий момент
Dсэ - диаметр расположения силовых элементов
z - количество пальцев

Пальцы испытывают деформации изгиба от равнодействующей распределенного давления Ft1расч

Tрасч - расчетный вращающий момент
Dсэ - диаметр расположения силовых элементов
z - количество пальцев

Пальцы испытывают деформации изгиба от равнодействующей распределенного давления Ft1расч
Напряжения изгиба в пальце



Здесь
Ми – изгибающий момент ,




Wх,у - осевой момент сопротивления сечения





d1 - диаметр пальца
[σи ] - допускаемое напряжение изгиба, для стали 45 ГОСТ 1050-74 ,
[σи ] = 80 …90 МПа

Втулка сминается пальцем и цилиндрическим отверстием. Большие напряжения будут возникать на поверхности контакта палец – втулка, так, как
d1 < dо

Напряжения смятия втулки




Здесь
l вт – длина втулки,

[σсм ] - допускаемое напряжение смятия втулки, [σсм ] = 2 МПа.