Расчет мех.передач
.pdf
Необходимая сила сжатия (включения муфты)
Fа= 2Tp (sinα + fcosα), Н. fDcр
18.3.4. Электромагнитная фрикционная муфта
Достоинством электромагнитных муфт является удобство дистанционного и автоматического управления, быстродействие и возможность точного регулирования передаваемого момента (рис. 59).
|
Fa |
|
1 |
Tð |
D |
D |
|
|
2 |
|
d |
Рис. 59. Электромагнитная фрикционная муфта
Муфта работает от постоянного тока. Расчет производится по аналогии многодисковых фрикционных муфт.
18.4. Муфты предохранительные самоуправляемые
Муфты выполняют автоматически ограничение передаваемой нагрузки, передачу нагрузки в одном направлении. Включение и выключение муфт происходит автоматически. Основное требование к ним: точность срабатывания, быстродействие, надежность. Самоуправляемые муфты подразделяются на муфты обгона, центробежные и предохранительные /2,7/.
18.4.1. Муфта со срезным штифтом
Муфты со срезным штифтом применяют для предохранения приводов от мало вероятных перегрузок (рис. 60). Штифты изготавливают из хрупких материалов (чугуна, бронзы, высокоуглеродистой стали), чтобы повысить их быстродействие. После разрушения штифта на плоскости среза остаются заусенцы, поэтому штифты выполняют с канавкой по месту среза. Канавки должны быть небольшой ширины (2…3 мм.),чтобы штифты при срабатывании муфты разрушались в месте среза. Иногда применяют длинные штифты с несколькими ка-
91
навками, после срабатывания штифты передвигают на новую позицию. |
Такие |
||
муфты применяют в тех случаях, когда по роду |
работы машины перегрузки |
||
могут возникнуть случайно. |
|
|
|
|
|
â |
|
|
ø |
d |
|
|
d |
|
|
|
|
0 |
|
|
|
D |
|
Tp |
|
|
|
Рис. 60. Муфта предохранительная со срезным штифтом |
|
||
Штифты рассчитываются на прочность по напряжениям среза |
|
||
8T
τср= π p2 ≤ [τср], МПа,
D0 dшт z
где D0 – диаметр окружности, на которой расположены штифты, мм;
dшт – диаметр штифта, мм; z – число штифтов;
[τср]=300…420 Н/мм2 – предел прочности материала штифта на срез для закаленной Стали 45.
Требуемый диаметр штифта
8T p
dш т = π τ , мм .
D0 z[ ср ]
Расчетные значения диаметра штифта округляют до ближайшего значения диаметра, указанного в табл. 35.
Таблица 35
Диаметр штифта в зависимости от передаваемого усилия
Fa, кН |
0,79 |
1,3 |
2,9 |
5,3 |
8,25 |
12 |
21 |
33 |
47,5 |
85 |
132 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dшт, мм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(отклонения |
1,6 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
8 |
10 |
12 |
16 |
20 |
по h6) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
92 |
|
|
|
|
|
|
18.4.2. Муфта фрикционная многодисковая
Муфты применяют при частых кратковременных перегрузках, главным образом перегрузках ударного действия. Расчет ведется по аналогии с муфтами фрикционными управляемыми.
Усилие необходимое для замыкания дисков муфты (рис. 61) создается пружиной, или несколькими пружинами сжатия (рис. 62).
|
Fa |
|
1 |
|
D |
Tð |
2 |
D |
|
|
|
|
d |
|
Рис. 61. Муфта фрикционная многодисковая |
Усилие приходящееся на одну пружину Fа=F1, если используется несколько |
|||
пружин, то F1= Fа , где n=4…8 – |
число пружин. |
|
|
n |
|
|
|
|
|
t |
dïð |
1 |
|
|
|
d |
2 |
|
ñð |
|
d |
|
d |
|
|
H |
|
|
|
Рис. 62. Пружина |
|
Диаметр проволоки пружины,
dпр ³ |
k8F2 c |
||
|
|
, мм, |
|
π [τ |
] |
||
|
93 |
|
|
где k = 4c + 2 – |
коэффициент пружины; |
|
|
|
4c − 3 |
|
|
|
|
с= dср =4…12 – |
индекс пружины; |
|
|
|
dпр |
|
|
|
|
[τ]=0,4σв – допускаемое напряжение при кручении пружины; |
||||
σв – предел прочности материала пружины. |
|
|||
Обычно для пружин сжатия, растяжения выбирают проволоку пружинную |
||||
II класса ГОСТ 9389-75. |
|
|
|
|
σ =1400 Н/мм2 , [τ]=560 Н/мм2 ; |
|
|
|
|
в |
|
|
|
|
dср – средний диаметр пружины; |
|
|
|
|
F2=1,2F1 – усилие для включения муфты. |
|
|
||
Податливость одного витка пружины |
|
|
|
|
|
λ1= |
8c3 |
, мм, |
|
|
|
Gd |
пр |
|
|
|
|
|
|
где G – модуль сдвига. |
|
|
|
|
Осевое упругое сжатие пружины (ход пружины). |
||||
|
λ2=λ1 m, мм, |
|||
где m – число витков пружины. |
|
|
|
|
Шаг пружины |
|
|
|
|
|
t=dпр+λ1+(0,1…0,2), мм. |
|||
|
18.4.3. Муфта пружинно-шариковая |
|||
Принцип действия пружинно-шариковой муфты (рис. 63, 64) аналогичен |
||||
фрикционным и кулачковым муфтам. В отличие от кулачковых муфт здесь тре- |
||||
ние скольжения частично заменено трением качения. |
||||
|
dø |
|
|
dï |
|
2a |
|
|
c |
|
|
|
D |
|
|
|
|
|
Fa |
|
|
|
|
0 |
Tp |
|
|
|
D |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
d |
|
Рис. 63. Муфта пружинно-шариковая |
|||
94
Расчет шариковой предохранительной муфты ведется по напряжениям смятия материала шарика.
Расчетный крутящий момент
Tp = (1,25...1,5)T, Нм.
Рис. 64. Муфта шариковая предохранительная встроенная в зубчатое колесо
Потребная сила сжатия пружин:
|
F = |
2Tp |
|
[tg(α ± ρ) ± f ], Н, |
||||
|
|
|
||||||
|
а |
D0 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
||||
где D0 – диаметр окружности, на котором расположены пружины, мм; |
||||||||
f=0,15 – коэффициент трения; |
|
|
|
|
|
|
|
|
α =30° …45 |
° , 2α =60° …90 ° – угол расточки канавки для размещения шариков; |
|||||||
ρ = 5° …6 |
° – угол трения; |
|
|
|
|
|
|
|
знак (+) – |
относится к режиму включения муфты; |
|
|
|
||||
знак (–) – относится к режиму срабатывания муфты. |
|
|||||||
Напряжение на поверхности шарика |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
σ см = 21 × 3 |
Fa |
|
≤ [σ ] |
, МПа. |
|||
|
d 2 tg α |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
cм |
|
|
|
|
|
|
|
ш |
|
|
|
Допускаемое напряжение [σ]см=50 МПа.
Далее производят по максимальному усилию расчет пружины.
Ход пружины λ |
= |
dш |
+1...2 , мм; d |
|
=(0,3…0,4) d – диаметр шарика, мм; |
|
ш |
||||
2 |
2 |
|
|
||
|
|
|
|
||
d – диаметр вала, мм.
18.4.4.Муфта кулачковая предохранительная самодействующая
Вотличие от управляемой кулачковой предохранительной муфты данная муфта (рис. 65) срабатывает самостоятельно под действием пружины при превышении расчетного момента, здесь также как и для предыдущих муфт, расчет сводится к выбору пружины, обеспечивающей замыкание кулачков. Ход пру-
95
жины при срабатывании при перегрузках должен быть равен λ2=b+1…2, |
мм; |
|||
b – |
длина кулачка, мм. |
|
|
|
|
|
|
h |
|
|
|
|
Fa |
|
|
b |
|
ä |
|
|
|
d |
|
|
|
1 |
Tp |
D |
|
|
D |
|
d |
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 65. Муфта кулачковая предохранительная самодействующая |
|
||
Расчетный крутящий момент на муфте
Tp=1,25T , Нм,
где T – крутящий момент на валу.
Усилие пружины в начале срабатывания муфты
|
F = |
2Tp |
[tg(α + ϕ ) − |
Dср |
f ] , Н, |
|
|
|
|
||||
|
a |
Dср |
d |
|
||
|
|
|
||||
где α = 30° …45 |
° – угол профиля кулачков; |
|
|
|||
ϕ=8o30' … |
11o 20' – угол трения на кулачках; |
|
|
|||
f = 0,12…0,15 – коэффициент трения между подвижной полумуфтой и шлицевым валом;
f = 0,25…0,3 – коэффициент трения между подвижной полумуфтой и валом со шпонкой;
Dср – средний диаметр кулачков; |
|
|
|
d – |
диаметр вала. |
|
|
Усилие пружины в конце срабатывания муфты |
|||
|
Fa2 = 1,1…1,2 Fa , Н. |
||
Напряжение смятия на гранях кулачков |
|
||
|
σ см = |
2T p |
≤ [σ]см , МПа, |
|
Dср zbh |
||
|
|
|
|
где z – |
число кулачков; |
|
|
b=(0,6…0,1) D1 – ширина кулачка; |
|
|
|
h – |
высота кулачка. |
|
|
96
Вес колодок подбирается так, чтобы при работе сила трения могла передать окружное усилие и не допускала проскальзывания ведомой полумуфты.
Центробежная сила, прижимающая колодку,
Dср
Fц=mω2 2 , Н,
где m= G – масса колодки; G – вес колодки, кг; q =9,8 м/с2 – ускорение свобод- q
ного падения; |
|
|
|
|
|
|
|||
ω= πn – угловая скорость ведущего |
вала, |
рад/с; n – частота вращения |
|||||||
|
|
30 |
|
|
|
|
|
|
|
вала, мин–1 ; |
|
|
|
|
|
|
|||
|
Dср |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
– радиус центра тяжести колодки, мм. |
|
|
|
|||
2 |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Момент, передаваемый муфтой, |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
T |
= F zf |
D |
|
, Нмм, |
||
|
|
|
|
||||||
|
|
|
p |
|
ц |
2 |
|
|
|
где z – |
число колодок; |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
||||
f – |
коэффициент трения; |
|
|
|
|
|
|
||
D – |
|
диаметр рабочей поверхности ведомой полумуфты, мм. |
|||||||
18.4.6. Обгонная муфта
Обгонные муфты (рис. 67) называют муфтами свободного хода, так как они автоматически замыкаются при направлении вращения в одну сторону и размыкаются при противоположном вращении, эти муфты допускают обгон ведущего вала ведомым.
Количество роликов выбирают n=3…8; диаметр роликов d≈ |
D |
, D – |
диаметр |
|
|||
8 |
|
|
|
рабочей поверхности обоймы; длина ролика l=(1,5…2) d, угол ϕ=7° – |
угол рас- |
||
положение центра ролика относительно центра обоймы муфты; α=15° …17 ° – угол наклона толкателя к ролику (рис. 68).
0 |
D |
Tp |
Рис. 67. Муфта обгонная
98
Применяются чаще всего фрикционные роликовые обгонные муфты.
f |
d |
|
2 |
||
|
||
Q |
|
|
|
a |
|
Q |
f |
|
f |
||
|
||
2 |
|
|
h |
|
|
|
a |
|
|
D |
Рис. 68. Элемент построения обгонной муфты |
|
||||||||
Высота внутренней полумуфты до линии контакта с роликом h. |
|
||||||||
h= |
D − d |
cosϕ − |
d |
, мм. |
|
||||
|
|
|
|
||||||
2 |
|
|
|
2 |
|
|
|
||
Плечо силы, действующей на ролик а |
sin ϕ , мм. |
|
|||||||
|
а = |
D |
|
||||||
|
|
|
|
||||||
2 |
2 |
|
|
|
|||||
Сила, действующая на ролик |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
2Tp |
|
|||
|
Q = |
|
|
, Н. |
( |
||||
|
|
ϕ |
|||||||
|
|
|
|
nDsin |
|
||||
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
Контактное напряжение между роликом и звездочкой
σН=0,85 
Q ≤ [σН], МПа,
dl
где [σН] =1500 Н/мм2 – допускаемое контактное напряжение.
99
Библиографический список
1. Анурьев, В. И. Справочник конструктора-машиностроителя / в 3 т.: Т. 2. – 8-е изд., испр. и доп.: / под ред. И.Н. Жестковой. – М.: Машиностроение,
2001. – 912 с.
2.Дунаев, П.Ф. Конструирование узлов и деталей машин: учебное пособие для машиностроительных специальностей вузов / П.Ф. Дунаев, О.П. Леликов. –
М.: Академия, 2003. – 496 с.
3.О.П. Леликов. Основы расчета и проектирования деталей и узлов машин. Конспект лекций по курсу «Детали машин». 2-е изд. испр. М.: Машинострое-
ние, 2004, – 440 с.
4.Шейнблит, А.Е. Курсовое проектирование деталей машин: учебное пособие / А.Е. Шейнблит. – Калининград: Высшая школа, 2002. – 455 с.
5. |
Готовцев,А.А. Проектирование цепных передач: |
справочник / |
А.А. Готовцев, Н.П. Котенок. – М.: Машиностроение, 1982. – 336 |
с. |
|
6. |
Устиновский, Е.П. Проектирование передач зацеплением с применением |
|
ЭВМ: компьютеризированное учебное пособие с программами расчета передач/ Е.П. Устиновский , Ю.А. Шевцов , Е.В. Вайчулис ; под ред. Е.П. Устиновского. – Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2002. – 193 с.
7. Ахлюстина, В.В. Методика расчета на прочность деталей машин: учебное пособие / В.В. Ахлюстина, Э.Р. Логунова. – Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2004. –
159с.
8.Ахлюстина, В.В. Детали машин: учебное пособие для курсового и дипломного проектирования / В.В. Ахлюстина, Э.Р. Логунова – Челябинск: Изд-
во ЮУрГУ, 2005. – 143 с.
100