Муфты с неметаллическими (резиновыми) упругими элементами.

Упругие муфты с резино-кордными и резиновыми упругими элементами получили весьма широкое распространение благодаря простоте конструкций, дешевизне изготовления, простоте эксплуатации (не требуют ухода), высокой податливости при кручении и хорошей демпфирующей способности. Два последних важных свойства определяются свойствами резины, из которой изготовлен упругий элемент муфты.

Однако из-за невысокой прочности по сравнению с металлом эти муфты имеют большие размеры.

Муфты с упругим элементом в виде резиновой тороидальной оболочки.Эти муфты имеют два исполнения по форме упругого элемента.

Рис. 19.14

На рис. 19.14 изображена муфта с упругим элементом в виде внешнего тора. Две одинаковые полумуфты 2 соединены тороидальным упругим элементом 1, края которого прижаты к полумуфтам нажимными полукольцами 3 и винтами 6 равномерно расположенными по окружности. Нажимные кольца 3 разделены на два полукольца, для удобства монтажа, и притянуты винтами 5 к кольцам 4. Тороидальный упругий элемент 1 изготовлен из резины армированной нитями корда, уложенного слоями. В зависимости от числа слоев корда и угла его наклона по отношению к меридиану торовой оболочки меняется крутильная жесткость муфты. В неответственных машинах с малыми нагрузками упругий элемент делают резиновым (без корда). Он дешевле и проще в изготовлении.

Благодаря особой форме упругого элемента эта муфта обладает также повышенной компенсирующей способностью, т.е. допускает значительные взаимные смещения полумуфт (угловое до 3° , радиальное 2-5 мм, осевое ±2мм и их комбинацию). Однако необходимо помнить, что чем больше расцентровка осей полумуфт, тем больше циклические деформации в упругом элементе и ниже его ресурс.

Недостатками муфты являются большой размер по диаметру D и появление осевых сил, сближающих полумуфты при вращении муфты. Причиной появления осевых сил является деформация упругого элемента при его вращении под действием центробежных сил. На конструкцию муфты имеется ГОСТ, в котором приведены основные размеры муфт в зависимости от величины вращающего момента [32].

После выбора габарита муфты выполняют проверочные расчеты:

1. Уточняют толщину h упругого элемента из расчета его по основным касательным напряжениям в сечении а-а

t = 2Т / p· D₁² · h £ [ t ] ; h ³ 2T / p · D₁² · [ t ] ,

где Т – расчетный вращающий момент,

[ t ] – допускаемые напряжения (зависит от марки резины и числа слоев корда).

2. Определяют необходимую силу прижатия края упругого элемента к полумуфте из условия Т_тр ³ Т , где Т_тр = F_зат · f · z · D_ср /2 – момент сил трения, F_зат – сила затяжки одного винта, f – коэффициент трения резины по металлу, z – число винтов, D_ср = (D₁ + D₂) /2 .

Отсюда определяют силу затяжки винта

F_зат = 2Т· s / f · z · D_ср ,

где s – запас сцепления (~ 1,2 – 1,5).

Далее определяют диаметр винта.

3. Проверяют напряжения смятия на кольцевой поверхности контакта края упругого элемента с полумуфтой

s_см = 4F_зат · z / p (D₁² – D₂²) £ [s]_см .

Допускаемое напряжение смятия [s]_см определяют в зависимости от конструкции края упругого элемента (наличие корда или металлических колец, ужесточающих край при его сжатии) и марки резины.

Рис. 19.15

На рис. 19.15 изображена муфта с упругим элементом в виде внутреннего тора. Две одинаковые полумуфты 2 соединены тороидальным упругим элементом 1 , края которого прижаты к полумуфтам нажимными кольцами 3 и винтами 4 , равномерно расположенными по окружности. Обладая такими же компенсирующими способностями, эта муфта лишена недостатков муфты на рис.19.14. При одинаковой несущей способности муфта имеет меньший наружный диаметр, а поэтому меньше подвержена влиянию центробежных сил, т.е. допускает большие частоты вращения. Центробежные силы, действующие на оболочку, воспринимают нажимные кольца. Муфта имеет меньше металлических деталей и проще при установке упругого элемента.

На конструкцию муфты имеется ГОСТ, в котором приведены основные размеры муфт в зависимости от величины вращающего момента [ 32 ].

После выбора габарита муфты выполняют расчеты:

1. Уточняют толщину h упругого элемента в сечении а-а из расчета

по основным касательным напряжениям

t = 2Т/ (D-2r)² p h £ [ t ] ; h ³ 2T/ (D-2r)² p [ t ] ,

где h- расчетный вращающий момент,

[ t ] – допускаемые напряжения (зависят от марки резины и числа слоев корда).

2. Определяют необходимую силу прижатия края упругого элемента к полумуфте из условия Т_тр ³ Т, где Т_тр = F_зат · f · z · D_ср / 2 – момент сил трения , F_зат - сила затяжки одного винта, f – коэффициент трения резины по металлу, z – число винтов, D_ср=(D₁+D)/2.

Отсюда определяют силу затяжки винта F_зат = 2T · s / f · z · D_ср, где s – запас сцепления (1,2 – 1,5) .

Далее определяют диаметр винта.

3.Проверяют напряжения смятия на кольцевой поверхности контакта края упругого элемента с полумуфтой (рис. 19.15)

s_см = 4 F_зат · z / p · (D₁² - D²) £ [ s ]_см .

Допускаемое напряжение смятия [ s ]_см определяют в зависимости от конструкции края упругого элемента (наличие корда или металлических колец, ужесточающих край упругого элемента при его сжатии) и марки резины.

Рис. 19.16

Муфта с резиновой конической шайбой изображена на рис. 19.16. Резиново-металлический упругий элемент 6 крепят к полумуфтам 1 и 2 винтами 5 равномерно расположенными по окружности. Современные способы привулканизации резины к металлу позволяют получить прочность соединения не ниже прочности самой резины. Привулканизация резины к металлу является предпочтительным способом крепления, так как отсутствует концентрация напряжения краев упругого элемента к металлу (рис. 19.14).

По сравнению с муфтами на рис. 19.14 и 19.15 эта муфта не обладает высокими компенсирующими свойствами. Однако ее с успехом применяют в приводах машин для гашения вредных крутильных колебаний. Меняя угол конуса можно получить необходимую крутильную жесткость муфты

С = Т / j = p· G · D₁· (D₁³ – d³) / 24 H ,

где G – модуль упругости резины второго рода; остальные обозначения см. на рис. 19.16.

Рис. 19.17

Положительной особенностью муфты является равномерное распределение основных касательных напряжений t по объему резины при действии вращающего момента Т . На рис. 19.17 изображена схема работы резино-металлического упругого элемента. При действии вращающего момента резиновая коническая шайба испытывает крутильный сдвиг, при этом одно металлическое кольцо повернется относительно другого на угол j, а точка 2 на радиусе r сместится относительно точки 1 на rj . Если рассматривать малые деформации, то приближенно можно записать

rj » gh; g » rj / h.

Тогда в соответствии с законом Гука t = G · g » G · j · r / h .

Таким образом при фиксированном угле j напряжения t одинаковы на любом радиусе r, так как r / h = const.

В ответственных приводах в муфте применяют кольца 3 и 4 с торцевыми кулачками, которые, зацепляясь, продолжают передавать вращающий момент даже после разрушения резиновой шайбы (рис. 19.16).