Фланцевые, втулочные, продольно-свертные

Постоянные муфты обеспечивают жесткое соединение валов. Для производства этих муфт используются среднеуглеродистые стали и серые чугуны. Передаваемый муфтами крутящий момент зависит от того, насколько прочно муфта соединена с валом. Соединение бывает шпоночным, штифтовым и шлицевым.

Недостатком жестких муфтявляется то, что они передают все толчки и удары от двигателя всем механизмам, а также - наоборот.

Втулочные муфтыпередают крутящий момент при помощи шпонок и штифтов. Основным недостатком втулочных муфт является необходимость смещения валов при монтаже в направлении оси.

Продольно-свертныеили клеммовые муфты осуществляют передачу крутящего момента благодаря силам трения, возникающим при затягивании болтов между наружной и внутренней поверхностью валов. В случае передачи значительных крутящих моментов для усиления дополнительно необходимо установить шпонки.

2. Компенсирующие муфты, те которые компенсируют угловые, осевые и радиальные смещения валов. К этой группе относятся: шарнирные муфты с угловым смещением до 45°, зубчатые и цепные.

В качестве компенсирующих муфт могут использоваться упруго-демпфирующие и упругие муфты. К данной группе относятся и втулочно-пальцевые муфты, с помощью которых соединяется вал электродвигателя с валом привода автомобиля, и муфты, имеющи торообразную оболочку и обладающие более совершенной конструкцией.
Сдвоенные шарнирные муфты, сочетающие в себе две одинарные муфты и синхронные шарнирные муфты, которые обеспечивают передаточное отношение постоянного характера при любом угле между осями валов, которые необходимо соединить. Муфты, передающие движение с помощью шариков применяют, к примеру, в переднем приводе автомобиля.

Основным предназначением упругих муфт является компенсация несоосности валов, устранение резонансных явлений при нагрузках и снижение силы кратковременных перегрузок. Для этого в конструкции муфт содержится специальный упругий элемент (спиральная или пластинчатая пружина, эластичные вкладыши или эластичные втулки), который поглощает резкие скачки нагрузок с помощью своей деформации.

3. Сцепные муфты соединяют или разъединяют валы и валы, на которых установлены детали. В эту группу входят: кулачково-дисковые и фрикционные муфты. Крестовые иликулачково-дисковые муфты предусматривают допуск значительных поперечных смещений осей валов, а также компенсируют небольшие перекосы и осевые смещения.

4. Самоуправляемые или автоматические муфты передают вращение в одном определенном направлении. К ним относятся: центробежные муфты, которые ограничивают частоту вращения и предохранительные муфты - ограничивают передаваемый момент. Эти муфты могут включаться и выключаться, исходя из изменений рабочих режимов машины.

К этой группе принадлежат однооборотные муфты, которые срабатывают, попадая в определённое положение, через один (несколько) оборотов вала. С помощью однооборотных муфт, например, в молотах и прессах осуществляется остановка ползуна, находящегося в верхнем положении.

 

5.Обгонные муфты (муфты свободного хода) могут передавать момент лишь в одном направлении, в котором вращается ведущая полумуфта относительно ведомой, а также проворачиваются, когда происходит обратное направление вращения. Обгонными муфтами снабжаются велосипеды, автоматические трансмиссии автомобилей, станки и пр.

Центробежные муфты могут включаться и выключаться в соответствии со скоростью, с которой вращается ведущая полумуфта. Центробежные муфты могут быть использованы как пусковые механизмы в приводах, а также в качестве предохранительных муфт для ограничения вращательной скорости приводимой машины или ее отключения. Предохранительные функции могут выполнять и муфты других типов, которые допускают проскальзывание и обладают соответствующей конструкцией и характеристиками.

6. Гидравлические или гидродинамические муфты. У валов гидро муфт отсутствует жёсткая механическая связь. Механическая энергия передается с помощью рабочей жидкости, например, масла. Особенностью гидравлической муфты является то, что она обеспечивает ограничение максимального вращательного момента, сглаживание пульсаций, устранение перегрузки двигателя и пр.

7. Электромагнитные и магнитные муфты. В валах также отсутствует жесткая механическая связь. Эти муфты обеспечивают передачу механической энергии через герметическую стенку, причем, совершенно без утечек.

 

Типы муфт	Крутящий момент, передаваемый муфтой	Области применения муфт
Глухие муфты	Передает любую величину крутящего момента (зависит от размеров)	Соединяют соосные валы, оси, штанги, тяги и пр.
Расширительные муфты	Крутящий момент зависит от размеров соединяемых валов	Соединяют соосные валы, которые имеют смещения вдоль оси
Поводковые муфты	До 10 кг/см, если диаметры валов составляют 6-8 мм	Соединяют источники движения и ведомые механизмы
Упругие муфты	Величину крутящего момента определяют размеры муфты и материал упругой прокладки	Присоединяют электродвигатели к приборным механизмам. Соединяют валы, приобретающие в рабочем процессе незначительные перекосы и смещения осей
Крестовые муфты	Исходя из размеров муфты	Соединяют валы, имеющие небольшие смещения осей (3-5 мм) в параллельном направлении
Шарнирные муфты	В зависимости от размера муфты	Соединяют валы, расположенные под углами 25 - 45◦
Мембранные муфты	В зависимости от размера и материала мембраны	Без люфта соединяют валы, расположенные под углами 2 - 3◦
Кулачковые муфты	Зависит от размера муфты	Включают и отключают валы на ходу
Фрикционные муфты	В зависимости от размеров трущихся частей, а также силы прижима	Плавно включают и отключают валы на ходу, зачастую используются как тормоз.
Электромагнитные порошковые муфты	В зависимости от размеров муфты, а также электромагнита	Включают и отключают валы на ходу. Иногда могут регулировать скорость вращения.
Магнитоиндукционные муфты	В зависимости от размеров муфты, а также магнита	Регулируют скорость вращения. Бесконтактным способом соединяют валы, находящиеся в труднодоступных местах.
Предохранительные муфты	Зависит от параметров и регулировки муфты	Предохраняют ведущие элементы в случае застопоривания ведомых механизмов.
Центробежные муфты	Зависит от размеров муфты и числа оборотов валов	Включают и отключают валы, когда те набирают определенную скорость вращения
Муфты свободного хода	В зависимости от параметров муфты	Передают крутящий момент в единственном направлении
Муфты необратимого движения	В зависимости от параметров муфты	Передают крутящий момент от ведущего к ведомому элементу в двух направлениях.

 

Задача.

 

Для вращения вала перистальтического насоса рассчитать одноступенчатый зубчатый механизм с цилиндрическими зубчатыми колесами.

В таблице 1 заданы момент Т_вых на выходном валу механизма (момент со­противления) и частота вращения n_вых выходного вала зубчатого механизма, а также передаточное отношение i механизма.

Требуется выполнить расчет геометрических параметров (d, hа, hf, h, dа, df, b, а) шестерни и ведомого колеса, определить крутящие моменты на всех валах, окружную силу F_t в зацеплении, коэффициент полезного действия зубчатого зацепления, мощность Р_дв и частоту вращения nдв электродвигателя. Уточнить тип зубчатой передачи (прямозубая или косозубая) по величине ок­ружной скорости v в зубчатом зацеплении.

 

Таблица 1. Исходные данные

Момент Твых, Н*м	Частота вращения nвых,	Передаточное отношение i
0.3		7.31

 

Решение

Рассчитываемый механизм служит для уменьшения скорости вращения электродвигателя в i число раз и состоит из пары находящихся в зацеплении цилиндрических зубчатых колес (шестерни и колеса). Зубчатые колеса уста­навливаются на валах, которые поддерживаются в требуемом положении опо­рами. Каждый вал имеет две опоры (скольжения или качения), закрепленные в корпусе. Быстроходный вал редуктора соединен с валом электродвигателя муфтой. В качестве опор принимаем подшипники качения.

Ориентировочно определяем требуемую мощность Рдв электродвигателя, приняв предварительно значения КПД:

КПД зубчатой передачи - ;

КПД подшипника качения - = 0,99;

КПД муфты - = 0,97.

Тогда

 

Р_дв = кР_вых/ [Вт], (1)

 

где к - коэффициент запаса, учитывающий необходимость преодоления ди­намических нагрузок в момент разгона, принимаемый равным 1,05 ... 1,1;

 

Р вых = Твых* - требуемая мощность на выходном валу;

 

= 2 /60 - уг­ловая скорость выходного вала, рад/с;

 

nвых - угловая скорость выходного вала в об/мин; Твых- момент на выходном валу, Н*м; л - коэффициент полезного действия электромеханического привода для выбранной схемы он равен

 

 

Скорость вращения выходного вала в рад/с равна

 

18,31 рад/с.

 

Подставив значения , Tвых, в выражение (1) и приняв к = 1,1 полу­чим

Рдв=(к*Твых* )/ =(1,1*0,3*18,31)/0,8386=7,20 Вт.

Частота вращения электродвигателя

 

nдв = nвых*i = 175*7,31=1279,25 об/мин.

 

Из серии двигателей, имеющих скорости вращения 1250, 1280, 1300 об/мин выбираем электродвигатель с n = 1280 об/мин.

Выбираем число зубьев z₁ шестерни. Так как z_min= 17, а рекомендуемое значение числа зубьев шестерни 18 - 30, принимаем z₁ = 22.

Число зубьев зубчатого колеса определяем по формуле

 

z₂ = z1*i = 22*7,31=160,82

 

Так как колесо должно иметь целое число зубьев, принимаем z₂ = 161.

Тогда фактическое передаточное отношение зубчатой передачи

 

iф = z₂/z₁ = 161/22 = 7,31.

 

Относительная погрешность передаточного отношения зубчатой переда­чи

 

 

Диаметр ведущего вала, т.е. вала шестерни, принимают близким по раз­меру диаметру вала двигателя. Считаем, что dдв> 3 мм.

Выбираем значение модуля m зацепления из стандартного ряда модулей (0,15; 0,2; 0,25; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,8; 1,0; 1,25; ... мм). Применение малых мо­дулей позволяет уменьшить габариты колес или при сохранении габаритов увеличить плавность передачи за счет увеличения числа зубьев. Принимаем m = 0,5, чтобы выполнялось условие, при котором диаметр окружности впа­дин зубьев df шестерни был бы больше диаметра ее ступицы, т.е. df1 > 2d_B.

Предполагая прямозубый тип зубчатых колес, определим диаметр дели­тельной окружности колеса (ведомого звена);

 

d₂ = m*z₂ = 0,5*161 =80,5 мм.

 

Линейная скорость зубчатого колеса в зацеплении

 

v = d₂/2 = (18,31* 80,5)/(2* ) =0,736 м/с.

 

При линейных скоростях v < 6 м/с принимают тип передачи - прямозу­бая.

У зубчатых колес со стандартной (нормальной) высотой зуба коэффици­ент высоты головки зуба h_a* = 1, а коэффициент радиального зазора с* зубьев в зацеплении зависит от модуля и равен

 

с* = 0,5 при m 0,5 мм;

с* = 0,35 при 0,5 <m< 1,0;

с* = 0,25 при m 1,0 мм.

 

Высота головки зубьев колес

 

h_a = h_a**m = 1 *0,5 = 0,5 мм.

 

Высота ножки зубьев колес

 

h_f = m(h_a* + с*) = 0,5(1 + 0,5) = 0,75 мм.

 

Диаметры делительных окружностей зубчатых колес:

шестерни d1 = m*z1 = 0,5*22 =11 мм,

колеса d₂ = m*z₂ = 0,5*161 =80,5 мм.

 

Диаметры окружностей вершин зубьев колес:

 

шестерни dа1= d1 + 2h_a = 11 + 2*0,5=12 мм,

колеса dа2 = d₂ + 2h_a = 80,5 + 2*0,5 = 81,5 мм.

 

Диаметры окружностей впадин зубьев колес:

 

шестерни df1 = d1 - 2h_f = 11 – 2*0,5 = 10 мм,

колеса df2 = d₂ - 2hf = 80,5 – 2*0,5 = 79,5 мм.

 

Межосевое расстояние а зубчатой передачи

 

а = (d1 + d2)/2 = (11 + 80,5)/2 = 45,75 мм.

 

Длина b зуба определяется по формуле b = , где - коэффициент ширины b венца колеса по диаметру d делительной окружности, рекомендует­ся принимать ⁼ 0,005 ... 0,3.

Длина зуба колеса равна

 

b₂ = 0,05*80,5=4,025мм.

 

Длина зуба шестерни, как более нагруженного звена, определяется по формуле

b1 = b₂ + (0,5 ... 1,0) мм = 4 мм.

 

Окружное усилие в зацеплении определяется по формуле

 

Ft= 2Твых/d₂ = (2*0.4*10³)/80,5 = 9,93 Н.

 

Уточняем значение КПД зубчатой пары

 

где f = 0,1 - коэффициент трения стали по стали (шестерня и зубчатое ко­лесо стальные);

=1,5 - коэффициент перекрытия пары прямозубых колес;

с - коэффициент, учитывающий уменьшение КПД зубчатого зацепления при малых нагрузках

 

Вращающийся момент на ведущем валу зубчатого механизма

 

Твд= Твых/(iф* ⁴) = 0,4/(7,31*0.99*0.99⁴) = 0,057 Н*м.

 

Вращающий момент на валу электродвигателя

 

Тдв= Твд/ = 0,059/0,97 = 0,055 Н*м.

 

Кинематическая схема механизма к задаче приведена на рисунке (2.1).

 

Кинематическая схема механизма: 1 - электродвигатель; 2 - муфта; 3 - опора качения; 4 - шестерня (веду­щее зубчатое колесо); 5 - ведомое зубчатое колесо; 6 - корпус; I - вал элек­тродвигателя; II - ведущий вал; III - выходной вал

 

ЛИТЕРАТУРА

1. Красковский Е.Я., Дружинин Ю.А., Филатова Е.М. Расчет и конструирование механизмов приборов и вычислительных систем: Учебное пособие. М.: – Высш. шк., 2001. – 480 с.

2. Сурин В.М. Техническая механика: Учебное пособие. – Мн.: БГУИР, 2004. – 292 с.

3. Ванторин В.Д. Механизмы приборных и вычислительных систем: Учебное пособие. – М.: Высш. шк., 1999. – 415 с.

4. Прикладная механика: учеб. Пособие / В.М.Сурин. – 3-е изд., испр. – Минск: «Новое знание», 2008 г

5. «Детали машин», Д. Н, Решетов, изд. «Машиностроение», Москва, 1989 г.

6. «Большая советская энциклопедия» Яндекс 2009г «http://slovari.yandex.ru/dict/bse»

7. Гулиа Н. В., Клоков В. Г., Юрков С. А. Детали машин. — М.: Издательский центр "Академия", 2004. — С. 417. — ISBN 5-7695-1384-5

8. Анурьев В. И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3 т. / Под ред. И. Н. Жестковой. — 8-е изд., перераб. и доп.. — М.: Машиностроение, 2001. — Т. 2. — 912 с. — ISBN 5-217-02964-1 (5-217-02962-5), ББК 34.42я2, УДК 621.001.66 (035)

9. Башта Т.М., Руднев С.С., Некрасов Б.Б. и др. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы. 2-е изд. — М.: Машиностроение, 1982. — С. 4