Тормозные устройства

Муфты

Муфты служат для постоянного или периодического соединения двух соосных валов или вала с другими звеньями привода (зубчатым колесом, шкивом), для передачи вращения между ними. Различают муфты следующих типов: постоянные, сцепные, предохранительные, обгонные.

Постоянные муфты служат для соединения валов, которые не надо разъединять. Жесткие муфты соединяют соосные валы. Наиболее проста муфта в виде общей втулки (см. рис. 2.18, а). Большой крутящий момент способна передавать муфта из двух фланцев, стянутых болтами (см. рис. 2.18, б).

Упругие муфты (см. рис. 2.18, в) позволяют соединять валы с небольшим отклонением от соосности и сглаживают динамические нагрузки в приводе. Для этого полумуфты соединяют с помощью резиновых колец, втулок, звездочек. Подвижные муфты соединяют валы с большим смещением. Например, крестовая (плавающая) муфта (см. рис. 2.18, г) соединяет несоосные параллельные валы.

Сцепные муфты необходимы для периодического соединения звеньев привода, например, зубчатого колеса и вала в коробке передач.

Кулачковая муфта (см. рис. 2.18, д) передает крутящий момент торцевыми кулачками, проста по конструкции, надежна, имеет небольшой осевой ход для включения, но не может включаться при значительной угловой скорости.

Наибольший крутящий момент, передаваемый муфтой из условия прочности по контактным напряжениям,

, Н×м, (2.22)

где d – диаметр вала, м;

[τ] – допускаемое напряжение, [τ] = 49 МПа.

Зубчатая муфта (см. рис. 2.18, е) состоит из колеса с наружными зубьями, передвигаемого вдоль оси, и внутреннего венца с таким же числом зубьев. Эта муфта более работоспособна и технологична, чем кулачковая.

Фрикционные сцепные муфты имеют то же назначение, что и кулачковые, но свободны от недостатка, присущего кулачковым муфтам, т. е. фрикционные муфты можно включать при любых разностях скоростей вращения элементов муфты. У фрикционных муфт при перегрузках ведомое звено может проскальзывать и тем самым предотвращать поломку. Наличие нескольких поверхностей трения позволяет передавать значительные крутящие моменты при относительно малых величинах давления на поверхностях трения дисков.

Фрикционные муфты бывают конусные и дисковые. На рис. 2.18, ж показана фрикционная многодисковая муфта, которую применяют в приводах главного движения и подачи металлорежущих станков.

При перемещении гильзы 1 влево шарики 6, находящиеся между коническими поверхностями гильзы 1 и неподвижной втулкой 5, давят на диск 2, который, в свою очередь, через упругую шайбу 3 сцепляет подвижные ведущие диски с ведомыми.

Для выключения муфты гильзу 1 отводят вправо и пружины 4 отжимают диск 2 в исходное положение.

  Рис. 2.18. Муфты

Общий вид фрикционной многодисковой контактной электромагнитной муфты показан на рис. 2.19, а. Муфта имеет катушку 4 электромагнита, в которую подается постоянный электрический ток через контактные щетки, прижимаемые щеткодержателями к токопроводящим кольцам 2, расположенным во втулке 3. Если кольцо одно, то один вывод катушки припаивается к нему, а второй – к корпусу 1 муфты. Ток замыкается через детали муфты и механизмы станка. При наличии двух колец оба вывода катушки припаивают к кольцам. Когда в катушку 4 подается электрический ток, якорь 5 перемещается влево, притягивается к корпусу 1 и с помощью тяг, проходящих через наружные пазы втулки 13, перемещает влево нажимной диск 9. Диск 9 сжимает пакет фрикционных дисков 7 и 8, прижимает их к регулировочной гайке 6, которая стопорится винтом 14.

    Рис. 2.19. Фрикционная многодисковая электромагнитная бесконтактная муфта

Внутренние диски (рис. 2.19, б) на обоих торцах имеют фрикционные накладки из порошковых материалов, а также спиральные канавки одного направления для циркуляции масла. Диски насажены на шлицевую втулку 13 (рис. 2.19, а) и свободно вращаются относительно обоймы 10.

Наружные диски (см. рис. 2.19, в) сцепляются с обоймой 10 (см. рис. 2.19, а), цилиндрический обод которой имеет пазы и находится в свободном положении относительно наружной поверхности шлицев втулки 13.

  Рис. 2.20. Фрикционная многодисковая электромагнитная бесконтактная муфта

Подвижные штифты 12 с пружинами 11 служат для отвода вправо нажимного диска 9 и якоря 5 при отключении муфты.

Фрикционная многодисковая электромагнитная бесконтактная муфта (рис. 2.20) отличается от контактной муфты в основном отсутствием скользящих контактов. Катушка 2 смонтирована в катушкодержателе 4, который центрируют и закрепляют отдельно. На втулке 5 закрепляют сварной корпус 1, который состоит из внешнего и внутреннего колес, соединенных между собой диском 3 из немагнитной стали.

Допускаемый крутящий момент на муфте из условия трения на дисках

, Н×м, (2.23)

где R – наружный радиус поверхностей трения, м;

r – внутренний радиус поверхностей трения, м;

– средний радиус поверхностей трения, м;

i – число поверхностей трения;

f – коэффициент трения;

K_V – коэффициент скорости;

K_m – поправочный коэффициент, учитывающий число наружных дисков;

b – коэффициент запаса сцепления (обычно 1,3¸1,5).

Значения коэффициентов [1].

Необходимое усилие сжатия дисков

, Н. (2.24)

Давление на трущихся поверхностях

, Па. (2.25)

Допускаемое давление для масляных муфт – [ p ] = (4–8)∙10⁴, Па; для сухих муфт – [ p ] = (2–3)∙10⁴, Па.

Предохранительные муфты предназначены для предохранения механизмов станка от поломок при перегрузках. У муфт, представленных на рис. 2.18, з, и, предохраняющим звеном является штифт 1, сечение которого рассчитывают в зависимости от передаваемого крутящего момента.

При перегрузках этот штифт срезается, происходит разрыв соответствующей кинематической цепи и тем самым предотвращается повреждение деталей станка.

Предельный крутящий момент, при котором происходит срез штифта,

, Н×м, (2.26)

где d – диаметр предохранительного штифта, м;

r – радиус расположения поверхностей среза, м;

t_ср – расчетный предел прочности на срез штифта, Па;

t_ср = к ×s_в, s_в – временное сопротивление разрыву (в зависимости от марки стали штифта), Па;

к – коэффициент пропорциональности в зависимости от материала штифта колеблется от 0,68 до 0,81.

Муфты обгона (односторонние) предназначены для передачи крутящего момента лишь при одном направлении вращения. Это свойство используют для ускоренного вращения ведомого звена от дополнительной кинематической цепи без выключения основной тихоходной цепи. Примером может служить привод ускоренного перемещения суппорта в токарно-винторезном станке 16К20, многорезцовом п/автомате 1А730 и др.

    Рис. 2.21. Муфты обгона: а – храпового типа; б – роликового типа    

В качестве муфт обгона можно использовать храповые механизмы (рис. 2.21, а). Вал 2 вращается от вала 1 через конические колеса и храповый механизм (колесо z ₄ свободно посажено на валу 2). Если одновременно включить цепь быстрого хода через передачу, то вал 2 вместе с храповым колесом 4 будет вращаться быстрее зубчатого колеса z ₄ и собачка 3 будет скользить по зубьям храпового колеса.

Наибольшее применение нашли роликовые обгонные муфты (см. рис. 2.21, б). Если кольцо 2 (это может быть ступица зубчатого колеса, шкива), охватывающее диск 1, вращается по направлению стрелки, то соприкасающиеся с кольцом ролики 3, благодаря трению, перемещаются в узкую часть вырезов диска и заклиниваются там.

Вращение передается от кольца через ролики диску и далее валу (на рис. 2.21, б вал не показан). Если при неподвижном кольце вращать диск в том же направлении от другой цепи, то отстающее кольцо выводит ролики из узкой части выреза в более широкую и разъединяет с диском. Такой же результат будет при медленном вращении кольца и быстром (обгоняющем) – диска с валом. Каждый ролик отжимается одним–тремя, в зависимости от длины ролика, штифтами 4 с пружинами в направлении к узкой части выемки между деталями 1 и 2.

После отключения двигателя движение различных частей станка продолжается по инерции в течение некоторого времени. Это время называют временем выбега. При частом включении и выключении станка оно может составлять значительную долю общего времени работы станка. Чтобы уменьшить такие потери, станки оснащают устройствами для быстрого торможения. Торможение можно осуществлять механическими, электрическими, гидравлическими и пневматическими устройствами или в комбинации одно с другим (ниже рассматриваются только механические тормоза). Основными видами механических тормозов являются колодочные, ленточные и многодисковые тормоза, которые часто блокируют с пусковыми муфтами таким образом, чтобы при выключении муфты включался тормоз. Устанавливают тормоза в основном на быстроходных валах коробок скоростей.

К фрикционным элементам тормозных устройств предъявляют следующие требования: они должны обладать способностью выдерживать высокие температуры; быть износостойкими в пределах рабочих температур, давлений и скоростей скольжения; обеспечивать постоянство коэффициента трения при повышении температуры до 200¸300 °С при изменении рабочих давлений.

В тормозах станков чаще всего применяют такие сочетания материалов фрикционных элементов, как чугун – прессованный асбест, чугун – прессованные медно-асбестовые обкладки, фибра по чугуну или по стали и др.

Колодочные тормоза конструктивно несложны и недороги, но из-за малой тормозной поверхности позволяют создать тормозной момент меньший, чем у тормозов других типов при тех же габаритах.

У колодочного тормоза (см. рис. 2.22, а) колодки 1 и 6 соединены общей тягой 3, длину которой можно регулировать гайкой 2, устанавливая тем самым необходимый зазор между колодками и шкивом 7 для нерабочего положения. В процессе торможений колодки стягиваются тягой 4 от приводного механизма 5.

Ленточные тормоза, вследствие большого угла обхвата тормозного барабана лентой, позволяют легко создать большой тормозной момент. Другие достоинства их – простота и компактность конструкции и малая величина усилия включения.

Недостаток ленточного тормоза, как и всех одноколодочных тормозов, – одностороннее давление на тормозной вал, в результате чего в его материале возникают напряжения изгиба; повышается также износ опор этого вала.

Ленточный тормоз (см. рис. 2.2, б) работает по тому же принципу, что и колодочный. Приводным механизмом здесь является электромагнит или соленоид 1. В качестве тормоза можно использовать любую фрикционную муфту, лишив ее ведомую часть возможности вращаться. Поэтому по своей конструкции механические тормоза принципиально не отличаются от фрикционных муфт.

Многодисковый тормоз (см. рис. 2.22, в) работает следующим образом. На приводном валу расположены две многодисковые фрикционные муфты: муфта 1 привода и тормозная муфта 4. Скользящая между ними на шпонке фасонная втулка 3 в момент пуска перемещается влево и своей конической поверхностью поворачивает рычаги 2, которые перемещают нажимной диск муфты 1 влево и включают ее. При перемещении втулки 3 вправо включается тормозная муфта 4, приводная муфта выключается.

Для расчета основных размеров тормоза необходимо знание величины возникающего тормозного момента M _т. Пусть М _и и М _тр – моменты сил инерции затормаживаемых масс и сил трения, отнесенные к тормозному валу, тогда

. (2.27)

Первое слагаемое правой части уравнения может быть найдено из уравнения работ. Если исходить из линейного закона изменения скорости при торможении, то

, (2.28)

где Á – приведенный к валу тормоза момент инерции затормаживаемых масс, кг×м²;

j – угол поворота вала за время торможения, рад;

w – угловая скорость, относительно которой начинается торможение, рад/с;

  Рис. 2.22. Механические тормоза  

t – время торможения, с.

Если тормозной момент изменяется по какому-либо другому закону, то он может быть найден из уравнения динамического равновесия

. (2.29)

Расчеты тормозов приводятся в курсе «Детали машин» [12].

Дата добавления: 2014-12-29