ДЕТАЛИ МАШИН И ОК. 10. Детали машин Классификация деталей машин
 Скачать 2.11 Mb.
|
Муфты приводовВ технике муфты — это соединительные устройства для тех валов, концы которых подходят один к другому вплотную или же удалены на небольшое расстояние. Соединение валов муфтами обеспечивает передачу вращающего момента от одного вала к другому. Валы, как правило, расположены так, что геометрическая ось одного вала составляет продолжение геометрической оси другого вала. С помощью муфт можно также передать вращение с валов на зубчатые колеса, шкивы, свободно насаженные на эти валы. Муфты не изменяют вращающего момента и направления вращения. Некоторые типы муфт поглощают вибрации и точки, предохраняют машину от аварий при перегрузках. Муфты в машиностроении предназначены: - соединять соосные валы отдельных узлов и механизмов, а также разнообразные детали (зубчатые колеса, звёздочки, шкивы и т.п.) с валами с целью передачи между ними крутящего момента; - компенсировать несоосность соединяемых валов. Необходимость компенсирующих свойств муфт возникает в связи с тем, что при соединении валов сборочных единиц изделий имеет место смещение их осей вследствие неточности изготовления, монтажа, нагрузочных и тепловых деформаций валов. Различают смещения осевые ∆l, радиальные ∆r, угловые ∆α(рис. 1.1). На практике в большинстве случаев встречаются различные комбинации этих смещений. Несоосность осей валов усложняет монтаж муфт и условия их работы. По этой причине смещения осей ограничивают.  Рис.1.1. Отклонения от соосности соединяемых валов: а – соосное расположение валов; б, в, г, д – оси валов имеют смещения (осевое – ∆l, радиальное – ∆r, угловое – ∆𝛂 и комбинированное) Широко применяемые в машиностроении муфты стандартизированы. Простейшая муфта сделана из куска ниппельной трубочки и соединяет вал электромоторчика с крыльчаткой автомобильного омывателя стекла. Муфты турбокомпрессоров реактивных двигателей состоят из сотен деталей и являются сложнейшими саморегулирующимися системами. Многообразие механических муфт и возможность сложного их комбинирования затрудняет строгую типизацию подобных устройств. Упрощенный вариант классификации показан на рис. 1.2. Отметим также, что приведенная классификация сокращена по сравнению с ГОСТ 50371-92.  Рис.1.2. Классификация муфт Втулочные муфты (рис. 1.5) относятся к наиболее простым по конструкции и изготовлению типам и представляет собой втулку, одетую на концы соединяемых валов. Вращающий момент от ведущего вала к ведомому передаётся втулкой через штифты, установленные в отверстия, просверленные диаметрально сквозь втулку и концы валов, через шпонки, или через шлицы. Они имеют минимальные значения габаритных размеров, массы и момента инерции, а также минимальны по стоимости изготовления. К недостаткам втулочных муфт следует отнести невозможность разобщения соединяемых валов без демонтажа соединяемых узлов и низкую изгибную жесткость, необходимость при монтаже и демонтаже раздвигать концы валов на полную длину муфты либо сдвигать втулку вдоль вала не менее чем на половину ее длины; необходимость очень точного совмещения валов, так как эти муфты не допускают радиального или углового смещения осей валов. Прочность муфты определяется прочностью соединения и прочностью самой втулки.   Рис. 1.5. Конструкция муфты втулочной и ее типы: а – тип 1 со штифтом по ГОСТ3129; б – тип 2 со шпоночным пазом по ГОСТ 10748 или 23360 под призматическую шпонку; в – тип 3 со шпоночным пазом по ГОСТ 24071 под сегментную шпонку; г – тип 4 со шлицевым посадочным отверстием по ГОСТ 1139 Фланцевыемуфты (поперечно-разъемные) (рис. 1.6) являются одними из наиболее распространенных жёстких нерасцепляемых муфт. Они удобны в монтаже и обеспечивают жёсткие соединения валов. Отечественные стандартные фланцевые муфты (ГОСТ 20761 – 96) состоят из конструктивно одинаковых ведущей 1 и ведомой 2 полумуфт, фланцы которых соединяются болтами 7 и 8 с соответствующими гайками 5 и шайбами 6. Крутящий момент с валов на полумуфты передается с помощью призматических шпонок. Осевая фиксация полумуфт на валах в стандарте не регламентирована. Вращающий момент передаётся за счёт сил трения между фланцами, а когда болты вставлены без зазора, то также и болтами. Болты, поставленные без зазора, могут обеспечивать центровку валов. При постановке болтов с зазором центровка обеспечивается выступом, который воспринимает также все поперечные нагрузки. Центрирующий выступ усложняет монтаж и демонтаж соединения, так как при этом необходимо осевое смещение валов. При установке болтов с зазором масса муфты намного больше, чем в варианте без зазоров, а несущая способность при одинаковых размерах в пять-шесть раз меньше. В случае установки всех болтов с зазором необходимо предусматривать центрирующие буртики, обеспечивающие соосность соединяемых валов. В тех случаях, когда муфта имеет общее ограждение, буртики не делают.   Рис. 1.6. Конструкция муфты фланцевой: а, б – с центрированием осей валов болтами, поставленными без зазора; в – с центрированием пояском на одной из полумуфт (слева) и центрированием полукольцами (справа) Глухие муфты, жёстко соединяя концы валов, не позволяют им деформироваться под действием рабочих усилий, возникающих на элементах механизмов, передающих вращательное движение, таких, как шестерни, звёздочки, шкивы. Это ограничение деформации валов способствует повышению изгибных напряжений в них и, в конечном итоге, сокращает срок их службы. Исключения этой неприятности добиваются посредством применения подвижных муфт – муфт, конструкция которых позволяет отдельным элементам перемещаться в небольших пределах друг относительно друга вместе с концами соединяемых валов. Такие муфты называют иначе компенсирующими. Компенсирующие муфты допускают некоторое несовпадение геометрических осей соединяемых валов. Величину такого несовпадения принято называть величиной смещения (рис. 1.7.1). Взаимное смещение валов относительно номинального положения может происходить в процессе работы механизмов вследствие самых различных причин: деформации валов под рабочей нагрузкой, температурной деформации, износа подшипников, осадки фундамента и т.п. Нетрудно установить, что при соединении валов возможно 3 вида элементарного смещения: радиальное (поперечное рис. 1.7.1, а), осевое (продольное рис. 1.7.1, б) и угловое (рис. 1.7.1, в). Практически, наиболее часто наблюдается комплексное смещение, включающее сразу несколько из названных элементарных смещений.  Рис. 1.7.1. Виды возможного относительного смещения соединяемых валов: а) радиальное (поперечное); б) осевое (продольное); в) угловое. Муфты рассматриваемого типа являются одними из наиболее распространенных. Применение компенсирующих муфт позволяет снизить требования к точности расположения валов и уменьшить дополнительные нагрузки на концы валов и опоры. Все подвижные компенсирующие муфты можно разделить на две группы: 1) жесткие муфты и 2) упругие муфты. В жёстких муфтах подвижность частей обеспечивается конструктивными особенностями их элементов (расположение частей, величины зазоров, форма поверхностей и т.п.). Поэтому жёсткие муфты практически не способны гасить крутильные колебания, возникающие в механизмах. В упругих муфтах подвижность частей достигается за счёт деформации упругого элемента муфты (разного рода пружины, детали из эластомера, например резины). Деформация такого упругого элемента происходит, как правило, с достаточно большим поглощением энергии, последнее способствует интенсивному гашению крутильных колебаний и более спокойной работе привода в целом. Среди жестких муфт в зависимости от конструктивных признаков выделяют муфты: зубчатые, цепные, кулачково-дисковые, дисковые и шарнирные. Муфтызубчатые(рис. 1.8) обладают наибольшей нагрузочной способностью и надежностью среди муфт жестких компенсирующих; они обеспечивают устойчивую работу при окружных скоростях в зацеплении до 25 м/с и частотах вращения (5400…1200) об/мин.   Рис. 1.8. Конструкция муфты зубчатой Простейшая зубчатая муфта МЗ (рис.1.8) состоит из практически взаимозаменяемых ведущей 1 и ведомой 4 полумуфт с внешними зубьями, двух практически одинаковых зубчатых обойм 2 и 3 с внутренними зубьями, которые скрепляются друг с другом болтовым соединением 7 с гайками 6. К зубчатым обоймам крепятся винтами 9 крышки 5 и 8 со встроенными в них манжетными уплотнениями 10. Муфтыкулачково-дисковые (крестово-кулисные) (рис. 1.10) являются наиболее простыми в изготовлении из группы жестких компенсирующих. Силовыми элементами муфты (рис. 1.10) являются одинаковые по конструкции полумуфты 1 и 6, имеющие радиальные пазы на торцевых поверхностях, и промежуточный диск (кулиса) 3 с взаимно перпендикулярными кулачками на противоположных его торцах. При сборке кулачки вводятся в пазы обеих полумуфт и за счет зацепления кулачков с поверхностями пазов передают крутящий момент. Наличие смещения осей валов при вращении полумуфт приводит к относительному перемещению рабочих поверхностей. Для снижения трения и износа трущихся поверхностей к последним подают смазку и защищают их от попадания абразивной пыли. Этой цели служит защитный кожух, выполняемый практически из одинаковых полукожухов 7 и 13, скрепляемых между собой винтами 10 с шайбами 9. Полукожухи фиксированы от осевых смещений винтами 3 с шайбами 5 на одной из полумуфт. Для герметичности полости с силовыми элементами в кожух устанавливается манжетное уплотнение 12, закрепляемое кольцом 11, и паранитовые прокладки по разъему полукожухов. Смазка в полукожухи подается через отверстие, закрываемое пробкой 8. От осевых смещений полумуфты удерживаются винтами 2 с пружинными кольцами 14. Недостаток данного типа муфт – непостоянство угловой скорости ведомого элемента в пределах одного его оборота.   Рис. 1.10. Конструкция муфты кулачково-дисковой (крестово-кулисной) Муфты упругие втулочно-пальцевые (МУВП) (рис. 1.19) состоят из полумуфт 1 и 2, которые соединяются с помощью жестко закрепленных пальцев 3, затягиваемых по конусной поверхности гайками 9 с шайбами 8 и надеваемых на пальцы упругих резиновых втулок 4 с упорными стальными втулками 5. Для предотвращения осевых смещений полумуфт использованы радиальные винты 6 с пружинными кольцами 7. При передаче крутящего момента полумуфта с ведущими элементами, к примеру с пальцами, давит на резиновые втулки, а последние – на боковые поверхности отверстий ведомой полумуфты. Очевидно, что в этом случае резиновые втулки подвергаются сжатию, на контактирующих поверхностях возникают напряжения смятия, а пальцы при этом изгибаются. Высокое сопротивление втулок деформациям сжатия приводит к сравнительно невысоким способностям муфты в восприятии динамических нагрузок и низким демпфирующим качествам. Для повышения демпфирующей способности втулки выполняются гофрированными или набираются из отдельных колец, выполненных на конус Муфты упругие втулочно-пальцевые (МУВП) (рис. 1.19) состоят из полумуфт 1 и 2, которые соединяются с помощью жестко закрепленных пальцев 3, затягиваемых по конусной поверхности гайками 9 с шайбами 8 и надеваемых на пальцы упругих резиновых втулок 4 с упорными стальными втулками 5. Для предотвращения осевых смещений полумуфт использованы радиальные винты 6 с пружинными кольцами 7. При передаче крутящего момента полумуфта с ведущими элементами, к примеру с пальцами, давит на резиновые втулки, а последние – на боковые поверхности отверстий ведомой полумуфты. Очевидно, что в этом случае резиновые втулки подвергаются сжатию, на контактирующих поверхностях возникают напряжения смятия, а пальцы при этом изгибаются. Высокое сопротивление втулок деформациям сжатия приводит к сравнительно невысоким способностям муфты в восприятии динамических нагрузок и низким демпфирующим качествам. Для повышения демпфирующей способности втулки выполняются гофрированными или набираются из отдельных колец, выполненных на конус Муфта упругая втулочно-пальцевая 250 – 32 – 1 – 40 – 4 У3 ГОСТ 21424-93.    Рис. 1.19. Конструкция муфты упругой втулочно-пальцевой (МУВП) Фрикционные предохранительные муфты Фрикционные муфты (рис.1.29) в отличие от кулачковых, допускают включение на ходу под нагрузкой.Фрикционные муфты передают вращающий момент за счет сил трения. Фрикционные муфты допускают плавное сцепление при любой скорости, что успешно используется, например, в конструкции автомобильного сцепления. Кроме того, фрикционная муфта не может передать через себя момент больший, чем момент сил трения, поскольку начинается проскальзывание контактирующих фрикционных элементов, поэтому фрикционные муфты являются эффективными неразрушающимися предохранителями для защиты машины от динамических перегрузок. Широкое распространение фрикционных муфт обусловлено их несомненными достоинствами: 1. допускают включение при любом различии угловых скоростей соединяемых валов (не нужно их предварительно синхронизировать); 2. обеспечивают плавный разгон ведомого вала; 3. позволяют плавно регулировать скорость вращения ведомого вала и время его разгона; 4. выполняют предохранительную функцию, ограничивая величину нагрузочного момента, передаваемого от ведомого вала ведущему. Основным недостатком фрикционных муфт является неспособность обеспечить полную синхронность вращения ведущего и ведомого валов вследствие проскальзывания.  Рис. 1.29. Фрикционные муфты: а — дисковая; б — конусная; в — цилиндрическая Муфты свободного хода (обгонные)(рис.1.32) предназначены для передачи вращающего момента в одном заданном направлении. Их применяют в станках, автомобилях, мотоциклах, велосипедах и т.д. В велосипедах, например, они передают крутящий момент от педалей на колесо и в то же время позволяют колесу свободно катиться при неподвижных педалях. Ролики 3 муфты свободного хода за счет сил трения заклиниваются между поверхностями полумуфт 1 и 2. При уменьшении скорости вращения полумуфты 1 вследствие обгона ролики выкатываются в широкие участки вырезов, и муфта автоматически размыкается. На рис.1.32 показана трехроликовая муфта, встроенная в соединение шестерни с валом. Термин “обгонные” отражает то, что муфты допускают обгон ведущего вала ведомым, отключая валы, если ведомый получает более быстрое вращение от другой кинематической цепи.  Рис. 1.32. Роликовая муфта свободного хода Наибольшее применение получили фрикционные обгонные муфты с роликами, способные передавать значительные вращающие моменты при высоких скоростях, любом числе включений, обладающие бесшумностью и малым “мертвым” ходом. Муфты применяяют в станках, автомобилях, вертолетах, велосипедах и т.д.. Муфты свободного хода работают бесшумно, допускают большую частоту включений.Центробежные муфты(рис.1.33) служат для автоматического включения (выключения) валов при заданных угловых скоростях. Таким образом, эти муфты являются самоуправляемыми по угловой скорости. Их применяют в качестве пусковых для приводов с большими инерционными массами (грузоподъемные машины, прокатные станы, прессы и др.) при двигателе с малым пусковым моментом. Центробежные муфты позволяют электродвигателю легко (без нагрузки) разогнаться и, по достижении им определенной частоты вращения, начать плавный разгон привода без больших инерционных нагрузок деталей. Пусковые муфты одновременно являются и предохранительными. Центробежные муфты подразделяют на муфты с грузами (с колодками) (рис. 1.33, а) и муфты с наполнителем (стальными шариками, дробью, смесью стального и графитового порошка с маслом) (рис. 1.33, б).   а) б) Рис. 1.33. Центробежные муфты: а) с грузами; б) с наполнителем На рис. 1.33, а приведена центробежная муфта с грузами, которая представляет собой фрикционную муфту. При достижении ведущим валом и полумуфтой 1 заданной частоты вращения центробежные силы, перемещая грузы 3 с фрикционными накладками в радиальном направлении по направляющим ведущей полумуфты 1, плавно прижимают их к ведомой полумуфте 2 – включают муфту. При снижении частоты вращения ведущей полумуфты грузы возвращаются в исходное положение пружинами 4. В показанной на рис.1.33 конструкции любая из полумуфт (1 или 2) может быть ведущей. Передача вращающего момента осуществляется силами трения, значение которых пропорционально квадрату угловой скорости. Центробежная муфта допускает частые включения, обеспечивает плавное включение и имеет сравнительно небольшие габаритные размеры. Вопросы для самопроверки - Каково назначение и по каким признакам разделяют муфты приводов? - Чем обусловлена необходимость применения компенсирующих муфт? - Как в общем случае подбирают муфты? - Почему глухие муфты требуют строгой соосности валов? - Как устроена зубчатая муфта? Для чего применяют смазку и почему изнашиваются зубья? - Что представляют из себя шарнирная муфта и карданный вал? - Почему муфты называют упругими? Каковы их основные характеристики? - В чем разница между кулачковой и зубчатой сцепными муфтами? - Каким образом настраивают предохранительные муфты на срабатывание при определенном вращающем моменте? - На что рассчитывают штифт в предохранительной муфте? - С какой целью применяют центробежные муфты? - Как устроена обгонная муфта? Почему муфта передает вращение только в одном направлении? - Для чего используют муфты? - Каково назначение муфт приводов? Какие различают муфты по управляемости? - На какие группы и по каким признакам классифицируют муфты? - По каким признакам классифицируют механические муфты, применяемые в машиностроении? - Глухие муфты. Область применения. - Компенсирующие муфты. Область применения. - Почему из муфт сцепления наиболее распространены фрикционные муфты? - Достоинства и недостатки глухих муфт, примеры конструкций? - Виды несоосности валов? Какие муфты компенсируют их вредное влияние? - Какие функции выполняют упругие муфты? - Какие упругие муфты наиболее распространены? - Какие функции выполняют сцепные муфты? Их разновидности? - Самоуправляемые муфты? Их классификация по назначению? - Для чего используются глухие муфты? Приведите пример. - Как компенсирует несоосность валов зубчатая муфта? - Каковы достоинства и недостатки сцепных муфт, основанных на зацеплении по сравнению с фрикционными? - На каком принципе основаны обгонные муфты? - Какие типы центробежных муфт существуют и где они применяются?определенном вращающем моменте? - Как устроена фланцевая муфта? Где ее применяют? Почему для соединения валов фланцевой муфтой требуется их строгая соосность? - Как устроена зубчатая муфта? Какие смещения валов и за счет чего она компенсирует? Почему изнашиваются зубья? - Какую из сцепных муфт следует применить для соединения вращающегося с большой частотой вала с неподвижным валом? - Как устроены и работают обгонные муфты? В каком направлении должна вращаться обойма, чтобы произошло заклинивание ролика (см. рис.1.29)? - С какой целью в приводах применяют центробежные пусковые муфты? - Передают ли жесткие и упругие муфты вибрации, толчки и удары? - Что является основной характеристикой муфт? - За счет чего происходит компенсация осевого, радиального и углового смещений в зубчатой муфте? |