Свойства и назначение компенсирующих муфт

Компенсирующие муфты.

По экономическим и технологическим соображениям машины обычно выполняют из отдельных узлов (агрегатов), которые соединяют муфтами. Однако точная установка валов таких агрегатов невозможна из-за: ошибок изготовления и монтажа; установки агрегатов на деформируемом (нежестком) основании; расцентровки валов в результате тепловых деформаций корпусов агрегатов при их работе, а также из-за упругих деформаций валов под нагрузкой.

Возможные виды смещений валов и возникающие вследствие этого дополнительные нагрузки на концах валов представлены на рисунке 19.3.

Рис. 19.3

Для соединения валов с несовпадающими осями применяют компенсирующие муфты. Благодаря своей конструкции эти муфты обеспечивают работоспособность машины даже при взаимных смещениях валов. Однако необходимо помнить, что валы и опоры при этом дополнительно нагружаются радиальными и осевыми силами и изгибающими моментами, зависящими от величины и вида расцентровки валов (рис.19.3). Следует подчеркнуть, что с ростом смещений валов ресурс самой муфты падает.

Рис. 19.4

Зубчатые муфты. Сдвоенная зубчатая муфта (рис.19.4) состоит из двух одинаковых ступиц 1 (втулок), имеющих внешние зубчатые венцы и двух одинаковых обоим 2 с внутренними зубчатыми венцами. Обоймы стянуты болтами 3, равномерно расположенными по окружности. В крышках 4, закрывающих внутреннюю полость муфты, расположены специальные резиновые уплотнения [32], удерживающие жидкую смазку внутри муфты. Пробка 5 служит для заливки в муфту масла. Пояски 6 на втулках служат для контроля соосности валов, а резьбовые отверстия – для крепления стоек индикатора. Число зубьев и их размеры подобраны так, чтобы зубья венца втулки располагались с некоторым зазором между зубьями обоймы, образуя зубчатые соединения. Зубья втулок и обойм имеют эвольвентный профиль с углом профеля a = 20° и коэффициентом высоты головки зуба h_a* = 0,8. Центрирование обоймы осуществляют по вершинам зубьев втулок. Предусмотрено два исполнения зубьев втулок: бочкообразный (рис.19.4б) и прямолинейный зуб (рис.19.4в).

Бочкообразный зуб более сложен в изготовлении, чем прямолинейный (нарезание зубьев возможно лишь на специальном станке). Однако муфта с бочкообразными зубьями допускает значительно больший угол поворота g £ 1° 30 ', по сравнению с муфтой с прямолинейными зубьями g £ 15 '.

Рис. 19.5

Одинарная муфта допускает только угловое смещение валов. Однако комбинация двух одинарных муфт допускает как угловое, так и радиальное смещение валов (рис.19.6б). Относительное смещение зубьев втулки и обоймы обуславливается наличием зазоров между зубьями и бочкообразной формой зубьев втулки. На рис.19.5а показан характер смещения зуба втулки в плоскости перекоса валов, на рис.19.5б – положение зуба втулки в плоскости перпендикулярной чертежу.

Зубчатые муфты обладают большой несущей способностью и надежностью из-за большого числа зубьев, передающих вращающий момент. Эти муфты хорошо работают при значительных частотах вращения.

При угловом смещении валов зуб втулки скользит по зубу обоймы по дуге длиной 0,5·m·z·g, занимая крайнее положение через каждую половину оборота.

Таким образом, при работе муфты имеет место систематический износ боковой поверхности зубьев. Вследствие наличия сил трения между зубьями на валы действует изгибающий момент М_и» 0,1Т, где Т – передаваемый вращающий момент.

Для снижения интенсивности износа зубьев, заготовки втулок и обойм делают коваными или литыми (при больших размерах). Кованые заготовки делают из сталей марок 35ХМ, 40, 45, а литые из сталей марок 40Л, 45Л. Твердость поверхностей зубьев втулок и обойм должна быть 42 – 50 HRC_э.

Муфты смазывают жидким маслом большой вязкости [32].

Размеры муфт выбирают по таблицам [9;32] в зависимости от величины вращающего момента и ожидаемого смещения валов.

Шарнирные муфты. В шарнирных муфтах использован принцип действия шарнира Гука. Эти муфты служат для передачи вращающего момента между валами с большими углами перекоса g £ 40-45°, изменяющимися во время работы.

Временно отсутствует

Рис. 19.6

Муфта (рис. 19.6а) состоит из двух одинаковых полумуфт 1 и 2 в виде ступицы с вилкой (вилки полумуфт повернуты на 90°) и крестовины 3, соединяющей полумуфты. Крестовина соединена с вилками полумуфт шарнирами. Это обеспечивает свободу поворота каждой полумуфты относительно крестовины.

Комбинация двух муфт, соединенных промежуточным валом переменной длины позволяет соединять валы, имеющие радиальные смещения и значительные углы перекоса (рис. 19.6б).

Временно отсутствует

Рис. 19.7

Следует подчеркнуть, что для обычной муфты выполненной по схеме рис.19.6а, при угловом смещении валов, ведомая полумуфта 2 вращается неравномерно при равномерном вращении ведущей полумуфты 1. На рис. 19.7 показаны угловые скорости для двух положений муфты (во втором положении муфта повернута вокруг оси вращения на 90°). Учитывая, что при вращении валов крестовина периодически поворачивается относительно вилок полумуфт из плана угловых скоростей можно написать

w_2max= w₁/ cos g; w_2min =w₁· cos g.

Таким образом, за один оборот муфты угловая скорость ведомой полумуфты дважды становится больше и дважды меньше угловой скорости ведущей полумуфты.

Имеются конструкции “синхронных” шарнирных муфт [32], у которых при угловом взаимном смещении полумуфт обе полумуфты вращаются с одинаковой угловой скоростью.

Рис. 19.8

На рис. 19.8 представлена конструкция малогабаритной стандартизованной муфты, у которой две одинаковые полумуфты 1 и 2 с вилками соединены крестовиной, составленной из сухаря 3, двух осей 4 и 5, и двух одинаковых втулок 6. Сопряжения с зазором оси 5 и втулок 6 с вилками 7 и 8 полумуфт образуют шарниры скольжения. Размеры муфты определяют по таблице [32] в зависимости от величины вращающего момента, определяемого по формуле

Т = Т_ном · cos g,

где Т_ном - номинальный вращающий момент;

g - угол перекоса валов.

Временно отсутствует

Рис. 19.9

Пальцевые муфты с металлическими дисками. Пальцевая муфта с металлическими дисками (рис 19.9) состоит из одинаковых полумуфт 1 и 5 и пакета плоских металлических дисков 3, которые присоединяются к полумуфтам пальцами 6, установленными во фланцах полумуфт. Закаленные втулки 4 и гайки 2 (рис. 19.9б) позволяют надежно зажимать пакеты дисков с их торцев. Муфта проста по конструкции и не требует ухода в процессе эксплуатации. Одна муфта компенсирует только угловое смещение валов. При этом пакет упругих дисков изгибается из своей плоскости. Чем меньше пальцев на полумуфтах, тем податливее свободные участки дисков на изгиб и, следовательно, выше компенсирующая способность муфты. Однако несущая способность муфты при этом снижается.

Комбинация двух муфт с промежуточным валом позволяет компенсировать как угловые, так и радиальные смещения валов (рис. 19.6б).

При угловом смещении валов вращающийся диск испытывает циклические деформации изгиба. Это может привести к его усталостному разрушению.

Размеры муфты выбирают по таблицам [9;32] в зависимости от величины расчетного вращающего момента.

Муфты находят широкое применение в безлюфтовых приводах высокой крутильной жесткости с неточно установленными агрегатами.

19.2.3. Упругие муфты.

19.2.3.1. Свойства и назначение упругих муфт.

Упругие муфты отличаются наличием упругого элемента и являются универсальными в том смысле, что, обладая некоторой крутильной податливостью, эти муфты также являются компенсирующими.

Основные свойства. Упругие муфты способны:

1) Смягчать толчки и удары вращающего момента, вызванные технологическим процессом или выбором зазора при пусках и остановках машины. При этом кинетическая энергия удара аккумулируется муфтой во время деформации упругого элемента, превращаясь в потенциальную энергию деформации.

2) Защищать привод машины от вредных крутильных колебаний.

3) Соединять валы, имеющие взаимные смещения. В этом случае деформируется упругий элемент муфты, и муфта функционирует как компенсирующая.

Рис. 19.10

Упругие муфты, как эффективное и недорогое средство снижения вредных динамических нагрузок в приводах машин, характеризуются:

1) Жесткостью при кручении, представляющей отношение угла j поворота полумуфт от величины вращающего момента Т (рис.19.10). В зависимости от конструкции муфты эта характеристика может быть линейной (прямая 1) или нелинейной (кривая 2).

Для муфты с линейной характеристикой жесткости Т = с · j, где с – жесткость (постоянна в любой точке характеристики). Для муфты с нелинейной характеристикой, жесткость различна в каждой точке кривой 2 и может быть определена как с = dT/dj, т.е. является касательной к кривой жесткости в данной точке характеристики.

Рис. 19.11

1) Демпфирующей способностью, т.е. способностью необратимо поглощать часть энергии деформации упругого элемента муфты при действии циклически изменяющегося вращающего момента с амплитудой DТ, наложенного на постоянный вращающий момент Т_ном (рис. 19.11а). Количественно демпфирующая способность может оцениваться величиной коэффициента относительного рассеивания y = А_D / A_упр, где А_D – работа, поглощенная за один цикл нагружения муфты переменным моментом (рис. 19.11б) (площадь петли гистерезиса); A_упр – работа сил упругой деформации муфты за четверть периода полного колебания.

Рис. 19.12

Рассмотрим качественно, на простейшем примере двухмассовой колебательной системы (рис 19.12), влияние упругой муфты с линейной характеристикой жесткости С и с демпфирующей способностью y. Примем, что крутильная податливость валов пренебрежимо мала по сравнению с крутильной податливостью муфты. На массы с моментами инерции I₁ и I₂ действуют переменные вращающие моменты, соответственно,

Т₁* = Т₁ sin (wt) и Т₂* = Т₂ sin (wt),

где Т₁ и Т₂ - амплитудные значения переменных вращающих моментов; w – круговая частота; t – время.

Собственная круговая частота рассматриваемой системы без учета демпфирования имеет выражение

w_с = [С (1 / I₁ + 1 / I₂) ]^1/2

Рис. 19.13

На рис. 19.13 представлены амплитудно- резонансные кривые для муфт одинаковой крутильной жесткости, но различной демпфирующей способности. Видно, что в резонансной зоне крутильных колебаний (w_/w_с=1) амплитуды колебаний j (угол относительного поворота полумуфт) зависят от демпфирующей способности муфты. С ростом демпфирования амплитуды колебаний снижаются.

Также следует подчеркнуть, что амплитуда крутильных колебаний зависит от отношения w/w_с, т.е. от отношения возмущающей частоты к собственной частоте крутильных колебаний системы.

Таким образом правильно подобранная упругая муфта по крутильной жесткости С и демпфирующей способности y существенно снижает величину вредных крутильных колебаний в приводах машин. Это очень выгодно, так как снижение уровня переменных нагрузок в приводах машин повышает их ресурс.

Дата добавления: 2014-01-06