Компенсирующие муфты.

Назначение муфт, применяемых в машинах.

Муфтами приводов называют устройства, соединяющие валы совместно работающих агрегатов и передающие вращающий момент.

Основное назначение муфт – соединение валов и передача вращающего момента. Муфты могут выполнять еще ряд важных дополнительных функций. По этому признаку и классифицируют муфты. Существует класс постоянных(нерасцепляемых) муфт, обеспечивающих постоянное, в течение всего времени эксплуатации машины, соединение валов. Кроме того, в некоторых машинах применяют муфты сцепления,обеспечивающие соединение (сцепление) агрегатов или их разъединение во время работы машины. В свою очередь муфты сцепления подразделяют на управляемые и самоуправляемые(самодействующие).

Управляемые муфты соединяют (разъединяют) агрегаты машин по некоторой команде. Самоуправляемые муфты срабатывают автоматически, соединяя или разъединяя валы в зависимости от специфики работы машины и принципа действия муфты.

Основной характеристикой нагруженности муфты является вращающий момент Т, Н·м (в некоторых случаях вращающий момент задают в виде мощности при определенной частоте вращения).

Обычно расчетный вращающий момент Т на муфте приближенно определяют в зависимости от динамических свойств машины, характеризуемых степенью неравномерности вращения и величиной разгоняемых масс, т.е. величиной динамической составляющей вращающего момента на муфте:

Т = Т_н + Т_д = Т_н (1+Т_д / Т_н ) = к Т_н ,

где Т_н – номинальный момент (среднее значение длительно действующего момента) обычно приближенно определяют по потребляемой мощности двигателя и по частоте вращения; Т_д – динамический момент (среднее значение переменной составляющей момента в установившемся движении или наибольшее значение момента в переходном процессе, пуск или торможение);

к - коэффициент динамичности.

При ориентировочных расчетах приближенно принимают:

- для машин с небольшими разгоняемыми массами и небольшой переменной нагрузкой (конвейеры, транспортеры, металлорежущие станки) к = 1,0 – 1,5;

- для машин со средними разгоняемыми массами и средней переменной нагрузкой (поршневые компрессоры, строгальные станки, мельницы) к = 1,5 – 2,0;

- для машин с большими разгоняемыми массами и значительной переменной нагрузкой в виде ударов (молоты, прокатные станы, шаровые мельницы) к = 2,5 – 3,0 .

Муфты, постоянно соединяющие валы.

Глухие муфты.

Длинные валы по условиям изготовления, сборки и транспортировки иногда делают составными. В этом случае отдельные части вала соединяют глухими муфтами. В некоторых случаях эти муфты применяют и для соединения строго соосных валов агрегатов.

Втулочные муфты. Втулочная муфта (рис.19.1) представляет собой втулку надеваемую с зазором на концы валов. Муфта отличается малыми габаритами по диаметру, но усложняет монтаж из-за необходимости больших осевых смещений соединяемых агрегатов. Материал втулок – конструкционная сталь (ст.5, ст.3).

Рис. 19.1

Втулочные муфты применяют для соединения валов диаметром до 70 мм.

Наружный диаметр муфты принимают: D = ( 1,5 – 1,6 ) d ,

где d – диаметр вала.

Длина муфты L = ( 2,5 - 4,0 ) d (окончательно определяется длиной

шпонок или шлицев). На муфты имеется стандарт [32].

Рис. 19.2

Фланцевые муфты. Фланцевая муфта (рис.19.2) состоит из двух одинаковых полумуфт, выполненных в виде ступицы с фланцем. Фланцы соединяют болтами. Различают два конструктивных исполнения:

1. Половину болтов устанавливают во фланцах полумуфт без зазора (рис.19.2). В этом случае центрирование полумуфт осуществляют эти болты. В результате завинчивания гаек фланцы прижимаются силами затяжки болтов, и на торцах фланцев возникает момент сил трения. Вращающий момент с одной полумуфты на другую передается стержнями болтов, поставленных без зазора, и силами трения на фланцах. Задача является статически неопределимой. С целью существенного упрощения расчетов, приближенно принимают, что весь вращающий момент передается только стержнями болтов, поставленных без зазора и работающих на срез и смятие.

Силы действующие на один болт F_t = 2T/ ( z · D₁), где Т – расчетный вращающий момент; z – число болтов, поставленных без зазора; D₁ – диаметр на котором расположены оси болтов.

Диаметр d_о стержня болта, работающего на срез определяют из условия

t = 4F_t / (p·d_о²) £ [ t ]; d_о ³ ( 4F_t / p · [ t ] )^1/2,

где [ t ] - допустимые касательные движения материала болта (см.2.8.3).

Далее необходимо выполнить проверочный расчет на смятие (см. 2.8.3).

2. Все болты во фланцах полумуфт устанавливают с зазором. При этом необходимо предусмотреть центрирование полумуфт [ 9 ]. В этом случае весь вращающий момент с одной полумуфты на другую передается силами трения на фланцах.

Силу затяжки болтов для передачи вращающего момента Т находят из условия

Т £ Т_тр или Т · s = Т_тр ,

где Т_тр = F_зат · z · f · D₁ / 2 - момент силы трения на фланцах;

F_зат - сила затяжки одного болта; z - число болтов; f - коэффициент трения (для сухих металлических поверхностей фланцев f = 0,15– 0,20); D₁ - диаметр на котором расположены оси болтов; s - запас сцепления, принимаемый 1,2 – 1,5, на случай действия случайных перегрузок и нестабильности сил трения.

Отсюда необходимая сила затяжки болтов

F_зат ³ 2 Т_тр / ( z · f · D₁ ) = 2T · s / ( z · f · D₁ ) .

Диаметр стержня болта, работающего на растяжение, определяют из условия

s_р = 1,3 F_зат · 4 / (p·d_р²) £ [s] _р ;

d_p ³ (1,3 F_зат · 4 / p·[s]_р)^1/2 ,

где [s]_р - допустимые напряжения растяжения в расчетном сечении болта (см. 2.8.2.).

Материал полумуфт – стали 40 и 35 Л. Возможно применение чугунов СЧ 30. На фланцевые муфты имеется стандарт для вращающих моментов от 8 до 45 000 Н м. Полумуфты устанавливают на концы валов с натягом.

Компенсирующие муфты.