Детали машин и основы конструирования

Детали машин и основы конструирования
Классификация деталей и узлов машин
Виды нагрузок, действующие на детали машин
Требования к жесткости деталей машин
Теплостойкость
Классификация соединений и критерии
их работоспособности
Соединения внахлестку
Соединение деталей с гарантированным натягом
Материалы резьбовых соединений
Резьбовые соединения
Расчет винтовых соединений
Расчет винтов, подверженных
переменной нагрузке
Соединение штифтами
Фрикционные передачи
Передачи с цилиндрическими и
коническими катками
Классификация вариаторов
Торовый вариатор
Основы расчета прочности фрикционных пар
Ременные передачи
Клиновые ремни
Силы и напряжениия в ремнях
Передача без натяжного ролика
Кинематика ременных передач и
критерии расчета
Расчет ременных передач
Зубчатые передачи
Виды разрушения зубьев
Расчет зубьев прямозубых цилиндрических
колес на изгиб
Передачи коническими зубчатыми колесами
Расчет конических колес
Червячные передачи
Конструкция червячных редукторов
Причины выхода из строя червячных передач
Глобоидные передачи
Основные параметры цепных передач
Передачи винт – гайка
Ориентировочный и приближенный расчет валов
Уточненный расчет валов
Расчет валов на жесткость
Основные типы подшипников качения,
их характеристика
Трение и смазка в подшипниках скольжения
Виды несоосности валов
Расчет муфты
Конструкция и расчет упругих муфт
Управляемые или сцепные муфты
Конические муфты. Расчет
Цилиндрические шинно-пневматические муфты
Автоматические самоуправляемые муфты
Пружины
 

Конструкция и расчет упругих муфт.

В машиностроении применяют большое количество разнообразных по конструкции упругих муфт. По материалу упругих элементов эти муфты делят на две группы: муфты с металлическими и неметаллическими упругими элементами.

1) Металлические упругие элементы муфт.

Основные типы металлических упругих элементов муфт изображены на рисунке 1: а – витые цилиндрические пружины; б – стержни, пластины, или пакеты пластин, расположенные по образующей или по радиусу муфты; в – пакеты разрезных гильзовых пружин; г – змеевидные пластинчатые пружины. Эти элементы работают на кручение (рис 1, а) или на изгиб (рис 1, б, в, г).

По сравнению с неметаллическими металлические упругие элементы более долговечны и позволяют изготовлять малогабаритные муфты с большой нагрузочной способностью. Поэтому их применяют преимущественно для передачи больших крутящих моментов. Пакетные упругие элементы вследствие трения между пластинами обладают высокой демпфирующей способностью.

Муфты с металлическими упругими элементами могут быть выполнены с постоянной или переменной жесткостью в зависимости от условий деформирования элемента.

Муфта с цилиндрическими пружинами.

Такие муфты целесообразно применять как упругие звенья в системе валов с зубчатыми колесами или цепными звездочками.

Муфты с цилиндрическими пружинами применяют также для соединения валов. Характеристика муфты с цилиндрическими пружинами изображена на рис 2.

Вследствие предварительного сжатия пружин силой F1 муфта работает как жесткая до нагрузки Т1. При этом:

,

где r – радиус расположения пружин; z – число пружин.

При Т>Т1 муфта работает как упругая с постоянной жесткостью. Деформацию пружин λ и напряжение τ в ее витках определяют по формулам:

,

где F – осевая сила, сжимающая пружину; D – средний диаметр пружины; d – диаметр проволоки; i - число рабочих витков пружины; G – модуль сдвига; kв – коэффициент, учитывающий влияние кривизны витков. Угол закручивания муфты при Т>Т1

и жесткость муфты

.

Угол φmax на рис 2 соответствует упору ограничителей, после чего муфта снова становится жесткой. Упор ограничителей должен происходить до соприкасания витков пружины (минимальный зазор между витками около 0,1d).

Условие прочности пружины:

,

где Тmax – момент, соответствующий упору ограничителей.

Для изготовления пружин применяют специальные пружинные стали.

Муфта зубчато-пружинная, или муфта со змеевидными пружинами.

Основная область применения зубчато-пружинных муфт – тяжелое машиностроение (прокатные станы, турбины, поршневые двигатели и т.п.).

Число зубьев обычно принимают в пределах 50…100.

Муфты могут компенсировать несоосность валов.

2) Неметаллические упругие элементы муфт.

Основным материалом неметаллических упругих элементов является резина. Она обладает следующими положительными качествами:

Высокой эластичностью;

Высокой демпфирующей способностью вследствие внутреннего трения.

Недостатки:

Меньшая долговечность, чем стальных;

Меньшая прочность, которая приводит к увеличению габаритов муфт.


Муфты с резиновыми упругими элементами широко распространены во всех областях машиностроения для передачи малых и средних крутящих моментов.


Основные типы резиновых упругих элементов муфт и схемы их нагружения изображены на рис 3. При выборе типа упругого элемента учитывают следующее: упругие элементы с равномерным напряженным состоянием по объему обладают большей энергоемкостью; кручение и сдвиг дают большую энергоемкость, чем изгиб и сжатие; выгодно, чтобы упругий элемент занимал большую долю объема муфты. Этим условиям в большей степени удовлетворяют типы упругих элементов, показанные на рис 3, ж, з, и.

Муфта с резиновой звездочкой.

Состоит из двух полумуфт с торцовыми выступами и резиновой звездочки, зубья которой расположены между выступами. Зубья звездочки работают на сжатие. При передаче момента в каждую сторону работает половина зубьев. Муфта стандартизирована и широко применяется для соединения быстроходных валов. Муфта компактна и надежна в эксплуатации.

Недостатки – при разработке и сборке необходимо смещение валов в осевом направлении.

Работоспособность резиновой звездочки определяется напряжением смятия и может быть рассчитана по формуле:

,

где z – число зубьев звездочки. Принимают [σсм] = 2…2,5, МПа.

Муфта упругая втулочно-пальцевая (МУВП).

Благодаря легкости изготовления и замены резиновых элементов эта муфта получила распространение, особенно в приводах от электродвигателей с малыми и средними крутящими моментами. Из-за сравнительно небольшой толщины втулок муфты обладают малой податливостью и применяются в основном для компенсации несоосности валов в небольших пределах.

Для проверки прочности рассчитывают пальцы на изгиб, а резину – по напряжениям смятия на поверхности соприкасания втулок с пальцами. При этом полагают, что все пальцы нагружены одинаково, а напряжения смятия распределены равномерно по длине втулки:

,

где z – число пальцев. Рекомендуют принимать [σсм] = 1,8…2 МПа.

Муфта с упругой оболочкой.

Упругий элемент муфты, напоминающей автомобильную шину, работает на кручение. Это придает муфте большую энергоемкость, высокие упругие и компенсирующие свойства. Муфта стандартизована и получила широкое распространение.

Нагрузочная способность муфты ограничивается потерей устойчивости и усталостью резиновой оболочки. В первом приближении можно рекомендовать расчет прочности оболочки по напряжениям сдвига в сечении около зажима (по D1):

.

По экспериментальным данным [τ]  0,4 МПа.

Детали машин и основы конструирования