Краткие сведения о выборе и расчете муфт

Применяемые в машиностроении муфты стандартизованы. Муфты каж­дого типоразмера выполняют для некоторого диапазона диаметров вала. Основным критерием при выборе стандартных муфт является передаваемый вращающий момент.

При проектировании новых муфт конструктивные размеры элементов муфты определяют расчетом. Стандартизованные или нормализованные муфты не рассчитывают. Их, как правило, выбирают, как и подшипник ка­чения, по таблицам справочников.

Выбор стандартных муфт. Основной характеристикой при выбо­ре муфт является передаваемый расчетный момент

, (1)

где К_р — коэффициент режима работы (табл.1); T — номинальный вра­щающий момент при установившемся режиме работы.

Таблица 1. Значение коэффициента режима работы К_p

Таблица 3. Значения [р] и f для фрикционных муфт

Расчет на прочность жестких (глухих) муфт.

Втулочные, фланцевые и продольно-свертные муфты выбирают по норма­лям.

Прочность втулки проверяют по основному условию прочности на кру­чение

(2)

где — допускаемое напряжение на кручение (для стали 45: = 22 ÷ 25 МПа);

, (3)

— расчетное напряжение на кручение; Т_р — расчетный момент; d и D — размеры муфты (см. рис.2).

Шпоночные или шлицевые (зубчатые) соединения вала с жесткой муф­той проверяют по формулам (9.1)—(9.3), болтовые соединения на растяже­ние и срез. Болты и стенки полумуфт на смятие прове­ряют по формуле

, (4)

где F_t — сила, срезающая один болт; А_см — площадь смятия; d_б — диаметр болта; К— толщина фланца полумуфты (см. рис.4, а); — допускае­мое напряжение на смятие материала болтов или полумуфт.

Расчет на прочность компенсирующих муфт. Эти муфты выбира­ют по нормалям или стандартам (см. рис. 5).

Проверочный расчет на прочность (износостойкость) кулачково-дисковых муфт производят по формуле

, (5)

где р — максимальное давление, возникающее на рабочей поверхности со­пряженных деталей муфты; D, d, h — размеры муфты (см. рис.5); [р] — допускаемое давление (для муфт с закаленными поверхностями трения [р] = 15 ÷ 30 МПа).

Проверочный расчет зубчатых муфт не производят. Их выбирают по стандарту. Для зубчатых муфт расчетный момент

Т_р=К_бК_рТ, (6)

где К_б и К_р — коэффициенты безопасности и режима работы; Т — номинальный вращающий момент (табл.12.4).

Таблица 4. Муфты втулочные со шпонками (см. рис. 2, а), размеры, мм

Примечание. Значения, указанные в скобках, по возможности не применять.

Для упругих втулочно-пальцевых муфт проверочный расчет для пальцев производят на изгиб по формуле (7), для втулок — на смятие по форму­ле (8):

; (7)

, (8)

где М_р — расчетный момент; d_n, l_п, l_в, D₁, — размеры пальца втулки и полу­муфты (см. рис.7); z — число пальцев; — допускаемое напряжение изгиба (для пальцев из стали 45 = 80...90 МПа); — допускаемое напряжение смятия втулки (для резины = 2МПа).

Расчет сцепных муфт. Расчет наиболее распространенных в ма­шиностроении сцепных многодисковых фрикционных муфт производят на отсутствие проскальзывания полумуфт (дисков) и на износостойкость ра­бочих поверхностей дисков. Для передачи вращательного движения от по­лумуфты 1 к полумуфте 2 (см. рис.10) без относительного проскальзывания дисков момент сил трения должен быть не меньше вращающего мо­мента, создаваемого на ведущем валу.

Фрикционные дисковые муфты выбирают по нормалям.

Расчет самоуправляемых и предохранительных муфт. Самоуправ­ляемые роликовые муфты свободного хода выбирают по нормалям. На контактную прочность проверяют только ролики и рабочие поверхности полумуфт (см. рис.15):

, (9)

где Т_р — расчетный момент; Е_пр — приведенный модуль упругости; d и l — диаметр и длина роликов; 7⁰ — угол заклинивания роликов; D — диа­метр рабочей поверхности обоймы; z — число роликов; — допускаемое контактное напряжение (для стали ШХ15, 20Х и 40Х = 1500 МПа).

Размеры центробежных муфт принимают конструктивно. Рабочие по­верхности трения грузов проверяют на износостойкость аналогично фрик­ционным муфтам. Массу груза подбирают по создаваемой им центробеж­ной силе.

Фрикционные предохранительные муфты выбирают по стандарту. Их расчетная проверка аналогична расчету сцепных фрикционных муфт.

Предохранительные муфты с разрушающимся элементом выбирают понормалям станкостроения, после чего штифт проверяют на срез (см. рис.17):

, (10)

где T_пред — предельный момент, при котором происходит разрушение штифтов; D₁ — диаметр расположения штифтов (см. рис.17); — пре­дел прочности на срез (для стали 45 = 420 МПа); Т_р — расчетный мо­мент; d_m — диаметр штифта; z = 1 ÷ 2 — число штифтов.

Пример 1. Фланцевая муфта установлена в приводе металлорежущего ставка и соединяет концы двух валов диаметром d=80 мм каждый. Фланцы полумуфт стянуты шестью болтами М16, три из которых поставлены без зазора в отверстия из-под развертки (диаметр стержня болта d₄ = 17 мм); остальные три — в отверстия с зазором. Материал болтов сталь 30, класс прочности 5.6 ( = 300 Н/мм²).

Проверить на срез болты, поставленные без зазора, в предположении, что весь вращающий момент T= 2500 Н·м передают только эти болты. Диаметр окружности, на которой расположены оси болтов, D₁ = 220 мм.

Решение. 1. Допускаемое напряжение на срез стержня болта

= 0,25·300 = 75 Н·мм²,

2. Коэффициент режима работы муфты K = 1,75.

3. Окружная сила, передаваемая одним болтом (при z = 3),

Н

4. Расчетное напряжение среза в болте

Н/мм²

Условие прочности выполнено: = 58,4 Н/мм² < = 75 Н/мм².

Вопросы для самопроверки

- Каково назначение муфт приводов? Какие различают муфты по управляемости?

- Каков физический смысл коэффициента режима работы муфты?

- 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?

- Каковы достоинства упругих компенсирующих муфт? Почему упругие муфты снижают динамические нагрузки в приводе? В каких случаях целесообразно применять резиновые, а в каких — металлические упругие элементы?

- 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.14)?

- С какой целью в приводах применяют центробежные пусковые муфты?

- Передают ли жесткие и упругие муфты вибрации, толчки и удары?

- За счет чего можно увеличить расчетный момент многодисковой фрик­ционной муфты, не изменяя ее диаметра?

- Что является основной характеристикой муфт?

- На рис.4 покажите центрующее кольцо. Каково назначение этой де­тали?

- За счет чего происходит компенсация осевого, радиального и углового смещений в зубчатой муфте?

- Дайте характеристику муфте, изображенной на рисунке.

- Кратко опишите назначение и принцип работы кулачковой муфты.

- Найдите рабочие поверхности фрикционных муфт, показанных на рис.13.

- Опишите работу муфты свободного хода при остановке полумуфты 1 (рис.14).

- Поясните необходимость установки грузов-колодок 3 (см. рис. 15) в обеих полумуфтах?

- Опишите уст­ройство предохранительной муфты с разрушающимся элементом. Назовите недостаток этой муфты.

- Для чего существуют муфты ?

- Каковы главные признаки классификации муфт ?

- Какая характеристика муфты считается главной ?

- Каковы принципы конструкции и работы жёстких муфт ?

- Каковы принципы конструкции и работы шарнирных муфт ?

- Каковы принципы конструкции и работы упругих муфт ?

- Как устроена и как работает упруго втулочно-пальцевая муфта (МУВП) ?

- За счёт каких сил работают фрикционные муфты ?

- Какие критерии прочности применяют для фрикционных муфт ?

- Назовите материалы (без уточнения марки) для изготовления кулачково-дисковых муфт

1. Чугун

2. Сталь

3. Бронза

- Изменяют ли с помощью муфты угло­вую скорость одного вала относитель­но другого?

1. Изменяют

2. Нет

- Перечислите компенсирующие муфты

1. Фланцевые

2. Продольно-свертные

3. Зубчатые

4. Кулачковые

5. Фрикционные

- Какие муфты можно включать на ходу при вращении ведущего вала с боль­шой угловой скоростью?

1. Кулачковые

2. Фрикционные

- Каково назначение самоуправляемых муфт?

1. Для соединения и разъединения валов на ходу

2. Для автоматического соединения и разъеди­нения валов при заданной угловой скорости

3. Для передачи вращающего момента в одном направлении

4. Для регулирования передаваемого вращающе­го момента

- По каким параметрам производят подбор стандартных муфт

1. По режиму работы

2. d_B

3. T_v

4.

5.

- По какому моменту выбирают стандартные зубчатые муфты?

1. T_пред=Т_р

2. Т

3. К_рТ

4. К_бК_рТ

- Какая фрикционная муфта требует большей прижимной силы F_r?

1. Коническая

2. Однодисковая

3. Многодисковая

- Многодисковая фрикционная муф­та получила преимущественное применение, это объясняется в первую очередь...

1. уменьшением силы нажатия и увеличением пе­редаваемого вращающего момента

2. устранением пробуксовки при установившемся режиме работы

3. предохранением машин от перегрузок обеспечением плавности сцепления валов под нагрузкой на ходу