ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 18.06.2020
Просмотров: 86
Скачиваний: 1
Міністерство освіти та науки, молоді та спорту України
Запорізький національний технічний університет
Кафедра «ДМ і ПТМ»
Лабораторна робота №4
« Конструкція та розрахунок механічних муфт»
з дисципліни «Деталі машин та основи конструювання»
Виконав: студент групи Т-129 Д.О. Бедрик
Прийняв: доцент О.П. Ляшенко
2011 р
Мета роботи: вивчити відомості про можливості застосування, конструкцію та виконати розрахунок найпоширеніших механічних муфт.
Обладнання: моделі та зразки діючих механічних муфт, штангенінструмент, гайкові ключі.
Теоретична частина
Муфтою називається пристрій для з'єднання кінців валів або для з'єднання валів з вільно сидячими на них деталями (зубчасті колеса, зірочки і т.д.)- Призначення муфт — передача обертаючого моменту без зміни його значення і напрямку. У ряді випадків муфти додатково поглинають вібрації і поштовхи, охороняють машину від аварій при перевантаженнях, а також використовуються для включення і вимикання робочого механізму машини без зупинки двигуна.
Механічні муфти застосовують у машинах, коли за умовами складання, транспортування або виготовлення потрібно з'єднати вали механізмів для передачі обертового моменту. Одночасно муфти можуть компенсувати похибки взаємного положення валів, захищати деталі машин від перевантажень, зменшувати динамічні навантаження, виконувати з'єднання і роз'єднання валів.
Характерні похибки взаємного розміщення валів (рис.1.1) осьове Δx, радіальне Δy, кутове Δа зміщення. На практиці переважно зустрічається комбінація вказаних похибок, яку називають неспіввісністю валів.
Рисунок 1.1 - Можливі похибки у взаємному розміщенні валів
Усі механічні муфти поділяють на чотири класи: некеровані, керовані, самокеровані та комбіновані (рис.1.2). Кожний клас муфт складається з груп, підгруп та видів.
Рисунок 1.2- Класифікація муфт
Основною характеристикою муфти є обертовий момент - Т, на який вона розрахована. Інші показники муфт: гранична частота обертання - n, габаритні розміри, маса, момент інерції та компенсаційна спроможність муфти. Стандартні муфти не розраховують, а підбирають за обертовим моментом та іншими показниками (рис. 1.3, 1.4, 1.6). В разі потреби виконують перевірні розрахунки.
1.Некеровані муфти
Некеровані муфти - найпоширеніший клас муфт. До нього належать усі нерозчепні, постійно діючі або глухі муфти, в яких ведуча й ведена півмуфти з'єднані між собою та валами постійно. Вони призначені для жорсткого з'єднання співвісних валів за допомогою втулок та фланцевих півмуфт.
ВТУЛКОВА МУФТА (рис.1.3) -Ця муфта представляє втулку, що надівається на кінці валів (див. мал.1). Застосовується для передачі невеликих обертаючих моментів. Має просту конструкцію, малі габарити і низьку вартість. Недоліком муфти є незручний монтаж і демонтаж, зв'язані з осьовим зсувом валів або муфти уздовж вала. Матеріал втулки — сталь 45.
Рисунок 1.3 - Втулкові муфти
ФЛАНЦЕВА МУФТА (рис. 1.4 ) - складається з півмуфт, фланці яких з'єднані між собою болтами. Якщо болти встановлено із зазором (варіант 1), то обертовий момент Т передасться за рахунок сил тертя, що виникають у площині стику півмуфт від затяжки болтів. Болти (чистові) встановлені без зазору (варіант 2) передають навантаження безпосередньо і знаходяться під дією деформацій зрізу та зминання. За рівних умов навантаження маса муфти, в порівняні з варіантом 1, де болти (чорнові) поставлені із зазором, майже втричі менша. Вартість такої муфти більша тому, що конструкція вимагає підвищеної точності виготовлення.
Фланцеві муфти стандартизовані (ГОСТ 20761-80) для валів діаметром 12...220 мм і обертових моментів 8...45000 Нм. Матеріали півмуфт - сталь 35, сталеве литво - 35л або чавунне литво. Болти, щоставлять із зазором зі сталі Ст 3, без зазору (чистові) - зі сталі 40. 45 або легованих сталей.
Рисунок 1.4 - Фланцева муфта
Пружні муфти - використовують при потребі зменшення динамічних навантажень і можуть компенсувати неспіввісність валів. Застосовують муфти з металевими (гвинтові або плоскі пружини, пакети пластин і т. і.) та неметалевими елементами. Найбільш поширені муфти з неметалевими пружними елементами.
Муфта пружна втулково-пальцева - МПВП (рис.1.5) - складається з двох півмуфт, пальців закріплених в одній півмуфті, на яких розміщені гумові втулки, що взаємодіють із другою півмуфтою. При передаванні обертового моменту МПВП допускає зміщення валів: Δх<10 мм, Δу<10~3xDmm, Δа<1° мм (D- діаметр кола, де розміщені пальці муфти ).
Рисунок 1.5 - Пружна втулково-пальцева муфта
Габаритні розміри L = D3 = (3.5...4.0)d;
де (d- діаметр валу, L - осьова довжина муфти. Коефіцієнт корисної дії ККД = 0.96...0.98.
Допустима частота обертання МПВП залежить від зовнішнього діаметра - муфти (рис. 1.6 ).
Рисунок 1.6 -Залежність допустимої частоти обертання [n] муфти МПВП від зовнішнього діаметра D3 та діаметра розміщення пальців D від діаметра вала d, де розміщені півмуфти
МПВП стандартизована (ДСТУ 21424-75) для валів діаметром d= 10... 160 мм та обертових моментів 6,3...16000 Нм.
Півмуфти- виготовляють із сірого чавуну СЧ 20, сталі 35 або 35л, матеріал пальців не нижче ніж сталь 45, втулки - гума з границею міцності не менше ніж 8 МПа, допустиме напруження зминання [σ]зм=2МПа, при короткочасних, навантаженнях та за умови малої швидкості [σ]зм = 4 МПа. Кількість пальців в залежності від розмірів муфти 4...10.
Рисунок 1.7 - Основні типи гумових пружніх елементів муфт
Муфта пружна з зірочкою. Складається з двох напівмуфт 1, з торцевими кулачками і гумовою зірочкою 2 яка розташована між кулачками (мал.9). При передачі моменту в кожну сторону працює половина зубів.
Рисунок 1.7- Муфта пружна з зірочкою
Зубчаста муфта M3(рис. 1.8) складається з півмуфт 1,2, що мають зубчасті вінці і роз'ємні обойми 3 ; з двома внутрішніми зубчастими вінцями, яка скріплена за допомогою болтів або гвинтів. Зубці півмуфт та обойми мають евольвентний профіль із кутом зачеплення α = 20° і коефіцієнтом головки ha* = 0.8, модулем m=2.5...4.0. Кількість зубців z= З0...56, в залежності від розмірів муфти. Для вирівнювання міцності зубців півмуфт і обойм використовують кориговане зачеплення. Центрування обойм виконують по зовнішньому діаметру зубців півмуфти.
Компенсаційна спроможність муфти (Δ0<4 мм, Δr<8x10-3хА мм, Δa< 0.5°, якщо Δr = 0 то Δa< 1.5°) забезпечується можливістю вільного осьового зміщення спряжених зубців, їх бочкоподібною формою зі сферичною зовнішньою поверхнею. Спрацювання зубців - головна причина виходу з ладу МЗ. Підвищення стійкості проти спрацьовування досягають за рахунок термообробки. Зубці тихохідних муфт, з коловою швидкістю до 1 м/с на розрахунковому ділильному діаметрі d, виготовляють з твердістю 230...320 НВ за допомогою термообробки - поліпшенням, швидкохідних муфт V < 25 м/с із твердістю 45...55 HRC за допомогою хіміко-термічної обробки.
Для зменшення спрацьовування зубців в обойму муфт заливають рідке мастило високої в'язкості. Деталі МЗ виготовляють із вуглецевих сталей марок 45, 50 або 45Х.
МЗ стандартизовані (ГОСТ 5006-83) для діаметрів валів d =40...200 мм і обертових моментів Т = 1...63 кНм. Втрата потужності муфти η= 0.98...0.99. Радіальне навантаження валів при їх радіальному зміщенні Fm = (0.2...0.3)Т/d Розміри МЗ згідно ГОСТ вибирають в залежності від найбільшого тривалого моменту - Т, та коефіцієнту запасу міцності -К.
К =K1K2K3
де К1 - коефіцієнт безпеки
К1= 1 - якщо руйнування муфти не викликає аварію машин;
К1= 1.2 - якщо руйнування веде до аварії машин;
К1= 1.5 - якщо руйнування веде до аварії кількох машин;
К1= 1.8 - якщо руйнування може привести до людських жертв;
К2 = 1...1.5 - коефіцієнт, враховуючий умови роботи муфти від рівномірного навантаження та спокійної роботи, до важких умовзударами нерівномірно навантажених та реверсивних механізмів.
Рисунок 1.7-Зубчата муфта: 1-обойма; 2-втулка
Рисунок 1.7 - Залежність допустимої частоти обертання [n] зубчастої муфти віддіаметру вала d
2.Керовані муфти
Керовані муфти забезпечують , з'єднання і роз'єднання валів під час зупинки або роботи привода за рахунок зачеплення деталей у кулачкових та зубчастих муфт та тертя у фрикційних елементах.
Кулачкові муфти. Кулачкові муфти складаються з двох напівмуфт із кулачками на торцевих поверхнях (рис 2.1) Для переключення муфти одна напівмуфта пересувається уздовж вала по направляючій шпонці або шліцам за допомогою механізму керування муфтою.
Рисунок 2.1-Кулачкова муфта
Фрикційні муфти (рис. 2.2) дозволяють виконувати з'єднання валів із суттєво різною швидкістю обертання без додаткових ударних навантажень.
Рисунок 2.1- Фрикційні дискові муфти
Найбільш поширені дискові фрикційні муфти бувають з однією парою поверхонь тертя (рис. 1.8а) і з багатьма (рис. 1.86). Муфта складається з двох півмуфт. притиснутих одна до другої своїми торцевими площинами (одна пара поверхонь). Вмикання або вимикання муфти здійснюється осьовим зміщенням півмуфти відносно валу за допомогою механізму керування.
У багатодисковій муфті є дві групи дисків-зовнішні і внутрішні, які з'єднані за допомогою шліців із відповідними півмуфтами. Використання багатодискової муфти дозволяє зменшити осьову силуFaстискання дисків, що потрібна для передачі певного обертового моменту Т.
Основним критерієм роботоздатності муфт є стійкість проти спрацьовування поверхонь тертя, яка досягається обмеженням тиску між дисками.
Матеріали, що застосовуються для виготовлення фрикційних поверхонь муфт повинні відповідати наступним вимогам:
високий коефіцієнт тертя та його стабільність за змін швидкості, тиску та температури;
стійкість проти спрацювання, а також стійкість до зчіплювання; теплостійкість з тривалим зберіганням фрикційних властивостей.
Сучасні фрикційні матеріали це спечені порошкові матеріали, пресований азбест, гетинакс та інші.
Фрикційні дискові запобіжні муфти стандартизовані (ГОСТ 15672-77) для валів діаметром сі = 12...48 мм, та обертових моментів Т = 4...400 Им. Допустима частота обертання муфти визначається в залежності від діаметру вала (рис. 1.9).
Рисунок 1.9 Залежність допустимої частоти обертання [n] фрикційної дискової муфти від діаметру d
Багатодискові муфти нормалізовані (МН 5665-65) для обертових моментів 25...2500 Нм.
3.Самокеровані муфти
Самокеровані муфти призначені для автоматичного зчеплення і розчіплювання валів при зміні заданого режиму роботи машини. Самокеровані муфти бувають: по напрямку обертання — обгінні, по кутовій швидкості — відцентрові, по моменті — запобіжні.
Фрикційні(рис 3.1) запобіжні муфти відрізняються великою розмаїтістю. Застосовуються при частих короткочасних перевантаженнях. Конструкція цих муфт (мал.20) аналогічна конструкції зчіпних фрикційних муфт. Сила натискання в них створюється пружинами, відрегульованими на передачу граничного обертаючого моменту Тпред. Пружини періодично регулюють, тому що в міру зносу поверхонь тертя диски зближаються, зменшуючи силу стиску пружин. Частіше інших використовуються сухі багатодискові муфти, розміри яких підбирають по ст муфтах.З муфт з елементом, що руйнується, найбільше поширення одержала фланцева муфта зі штифтом штифтом (мал.21). Муфта складається з двох фланцевих напівмуфт, з'єднаних штифтом. При перевантаженні штифт зрізується, і муфта виключається. Штифт виконують зі сталі 45. Матеріал утулок — сталь 40Х с загартуванням.
Рисунок 3.1 Багатодискова фрикційна запобіжна муфта
Обгінні муфти. Обгінні муфти, або муфти вільного ходу, служать для передачі обертаючого моменту в одному напрямку. Найбільше поширення одержала роликова муфта (рис.3.2) з діапазоном діаметрів валів d=10 .90 мм і числом роликів z= 3 .5.
Ця муфта складається з двох напівмуфт, одна з яких має форму кільця, а друга — форму зірочки з вирізами для роликів. Для швидкого включення муфти ролики віджимаються пружинами. При передачі обертаючого моменту ролики заклинюються між напівмуфтами в частині вирізу, що звужується, утворити тверде зчеплення. Якщо з якої-небудь причини кутова швидкість відомого вала перевищить кутову швидкість ведучого, то внаслідок обгону ролики розклиняться, викотяться в розширену частину вирізу і муфта автоматично виключиться. При останове ведучого вала відомий вал продовжує обертатися.
Рисунок 3.2 Обгінна роликова муфта
Матеріал деталей муфти — стали ШХ15 і 20Х, термо-обработанные до високої твердості робочих поверхонь. Ролики повинні бути постійно змазані маловязким олією.
4. Розрахунок фрикційної муфти
Ескіз фрикційної муфти наведено на рис 2.1
Число поверхонь тертя багатодискової муфти z= 4. Для однодискової та багатодискової муфт співвідношення діаметрів обмежуючих кільцеву поверхню тертя муфти:
D1/D2=1.6-1.8.(2.1)
190/130=1.46
Dm=0.5×(D1 +D2)(2.2)
Dm=0.5×(190+130)=160
Dm - середній діаметр поверхні тертя, мм;
D1- зовнішній діаметр поверхні тертя, мм;
D2- внутрішній діаметр поверхні тертя, мм;
b - ширина поверхні тертя, мм;
d - діаметр вала, мм.
Розрахунок дискових фрикційних муфт
З умови забезпечення стійкості проти спрацювання поверхонь муфт, допустима сила притискання дисків:
Fa = b×Dm×[q], Н, (2.3)
Fa = 30×160×0.3 = 1440
Можливе навантаження муфти :
Т = Fa ׃×R×z/k×103, Нм,(2.4)
Т = 1440×0.35×80.9×4/1.3×103 = 125.46
де z = n -1 - кількість поверхонь тертя.
Розраховуємонаведений радіус кола тертя:
R=(D13 –D23 )/3(D12–D22) (2.5)
R = (1903 –1303 )/3(1902–1302) = 80.9
Перелік посилань
1 Павлище В.Т. Основи конструювання та розрахунок деталей машин. Підручник. - K.: Вища школа. 1993.-553с.
2 Решетов Д.І1. Деталі машин - М,: Машиностроение. 1989. -496 с.
3 Поляков B.C., Барабаш И.Д. Ряховсжий O.A. Справочник по муфтам.-М.: Машиностроение. 1979.-351 с.
4 Приводи машин. Справ. (В. В. Дпоугий, Т. И Муа; А. П. Цупиков и_др.) Под общ. ред. В.В. Длоугого - Л.: Машиностроение. 1982.— 383с.
5 Иоселевич Г.Б. Детали машин.-М.: Машиностроение. 1988. - 368