Для связи в whatsapp +905441085890

Пример подбора и расчета кулачковой предохранительной муфты

Пример подбора и расчета кулачковой предохранительной муфты

Задание на курсовую работу:

Подобрать кулачковую предохранительную муфту по следующим данным: номинальный вращающий момент = 140 Нм; диаметр вала = 28 мм; коэффициент перегрузки = 1,8.

Порядок расчета

1.По номинальному моменту подбираем муфту с = 160 Н м, диаметром вала = 28 мм, исполнения 1 ([10, с. 231, табл. 23, с. 209 табл. 13 и с. 232, табл. 24] и в настоящем издании табл. 15.1), внутренний диаметр подвижной полу муфты = 75 мм. У выбранной муфты наружный диаметр = 125 мм; высота кулачков =8 мм, число кулачков = 3, угол = 30°.

Диаметр окружности, проходящий через середину кулачков:

где — ширина кулачков (размер в радиальном направлении):

Примечание.

  • Число кулачков = 3. рассчитан для кулачков из стали 20Х с твердостью 58-62 HRC или из стали 45 с твердостью 48-52 HRC. Грань кулачка, расположенная под углом 30°, является рабочей.
  • Направление вращения валов — в одну сторону согласно расположению граней.
  • Определяем расчетный момент, при котором муфта будет выключаться (предельный момент срабатывания муфты):
  • Окружное усилие при передаче номинального момента
  • Окружное усилие при перегрузке
  • Усилие, необходимое для удержания муфты во включенном состоянии при передаче номинального момента:
  • Усилие, необходимое для выключения муфты при перегрузке:

Здесь принято, что трущиеся поверхности муфты будут смазываться, и поэтому

  • Усилие, необходимое для включения муфты после снятия перегрузки, то есть при возвращении к номинальному моменту:

Неравенства обеспечены, следовательно, муфта будет выключаться при перегрузках и включаться после снятия перегрузки .

  • Подсчитываем напряжения смятия при действии :

где — сила нормального давления на кулачки:

Допускаемое

  • Контактные напряжения на кромке кулачков в момент выключения

где — приведенный модуль нормальной упругости.

Для стали МПа, поэтому и МПа;

— приведенный радиус контактирующих в момент выключения кромок кулачков. Если у ведущей и ведомой полумуфт эти радиусы равны = 2 мм, то

= 25 HRC; если принять 62 HRC, то

то есть перегрузка будет достигать

Допускается перенапряжение до 10 %.

Стандартные кулачковые и фрикционные муфты

Кулачковые и фрикционные муфты (рис. 16.1) предназначены для предохранения привода при передаче крутящего момента от 4 до 400 Н м в любом пространственном положении. Допускаемое отношение моментов срабатывания

Муфгы изготовляют трех исполнений: 1 — с цилиндрическим посадочным отверстием и шпоночным пазом по ГОСТ 8788-79; 2 — со шлицевым посадочным отверстием, соответствующим соединению средней серии по ГОСТ 1139-80; 3-е овольвентным шлицевым отверстием по ГОСТ 6033-80.

Параметры кулачковых и фрикционных муфт представлены в табл. 16.1.

Конусные предохранительные муфты

Конусные предохранительные муфты отличаются хорошей расцепляемостью, однако имеют значительные радиальные размеры и отличаются высокими требованиями к соосности соединяемых валов и точности изготовления рабочих поверхностей (рис. 17.1). На точность срабатывания этих муфт влияют давление, шероховатость трущихся поверхностей, закон изменения нагрузки на муфту, продолжительность неподвижного контакта фрикционных поверхностей, нагрузка на муфту перед перегрузкой. Чем чище поверхность, тем сильнее сказывается влияние перечисленных выше факторов на работу муфты, поэтому не следует устанавливать слишком высокое значение параметра шероховатости трущихся поверхностей.

При конструировании и изготовлении муфт для соединения валов надо обеспечивать строгую соосность валов, равномерный контакт трущихся поверхностей, предусматривая для этой цели приработку конусов. Материал полумуфт — чугун СЧ 15-32, СЧ 21-404, для трущихся поверхностей — сочетания чугун по чугуну, по стали, но бронзе — допускается применение асбестовых обкладок и металлокерамических покрытий.

Конусность назначают с тем расчетом, чтобы угол был значительно больше угла трения, практически принимают . Конусные муфты могут работать как со смазкой трущихся поверхностей, так и без нее.

Расчет конусной предохранительной муфты, обеспечивающей передачу вращающего момента

Исходные данные

= 100 Н м при коэффициенте перегрузки = 1,5, диаметре вала ведомой пол у муфты = 28 мм.

  • Для ведомой полумуфты назначаем материал чугун, а для сопряженной — сталь закаленную. Для выбранных материалов при работе без смазки коэффициент трения контактирующих поверхностей полумуфт = 0,1 0,15; допускаемое давление = 1-1,2 МПа [12, с. 477].

Угол во избежание заклинивания муфты должен быть больше угла трения ; для чугунных муфт принимают = 8-15°. Назначаем = 10°.

Отношение ширины контактирующих поверхностей к сред-нему диаметру принимают в пределах

Назначаем

Критерием работоспособности муфты служит величина среднего давления :

Здесь — нормальная сила, сжимающая поверхности трения полумуфт:

где — сила сжатия пружины.

Под действием силы на поверхностях контакта возникает сила трения, достаточная для передачи окружного усилия :

Принимаем

Принимаем

Усилие для включения муфты

Усилие, необходимое для удержания муфты во включенном состоянии:

  • Определяем конструктивно размеры диаметра длины ступиц:

Принимаем

Расчет пружины

  • Задаемся материалом пружины и выбираем величину допускаемого напряжения.

Материал — стальная углеродистая проволока II класса (выносливость в циклах не менее циклов), 3-го разряда из стали 65С2ВЛ [12, с. 488-489]; допускаемое напряжение = 750 МПа.

  • Диаметр проволоки

Назначаем индекс пружины

  • Определяем коэффициент, учитывающий кривизну витков:

При этом средний диаметр у пружины

наружный диаметр

внутренний диаметр 69- 11,5 = 57,5 мм.

Внутренний диаметр

  • Изменение высоты (осадку) цилиндрической винтовой пружины из проволоки круглого сечения определяют по формуле

где — число рабочих витков пружины,

МПа — модуль сдвига для стали.

Изменение высоты прямо пропорционально нагрузке. При известных значениях значением либо нужно задаваться, исходя из условий работы, габаритов муфты, если не известен график зависимости от так называемая характеристика пружины.

В данном случае, принимая = 4, получаем

  • Полное число витков пружины
  • Высота при посадке витка на виток
  • Зазор между витками пружины в ненагруженном состоянии
  • Шаг пружины в свободном состоянии
  • Высота пружины в свободном состоянии
  • Длина заготовки проволоки для пружины
  • Высота пружины при действии силы

Расчет нестандартной предохранительной фрикционной муфты, расположенной на промежуточном валу цилиндрического редуктора

По результатам предварительных расчетов конической зубчатой пары определяем габариты, в которые должна вписываться фрикционная муфта (рис. 19.1). Торец шестерни находится на расстоянии 68 мм от оси вала колеса. Корпус муфты, в которой при помощи шлицев будут крепиться наружные диски, располагаем на расстоянии 5 мм от торца шестерни. При толщине корпуса 12 мм получаем, что наружный диаметр дисков должен быть не более

Если назначить высоту шлицев 5 мм, а зазор между шлицами и наружным диаметром внутренних дисков принять 1 мм, то рабочий наружный диаметр шлицев

Внутренний диаметр шлицев определяем, ориентируясь на диаметр вала = 52 мм. Между шлицами, размеры которых

и внутренним рабочим диаметром шлицев необходимо предусмотреть зазор в 0,5 мм, тогда = 55 мм.

Толщина втулки в коническом колесе 5 мм, наружный диаметр втулки = 46 мм.

Муфта должна передавать номинальный момент = 92 Н-м. Коэффициент перегрузки = 1,45, поэтому предельный момент срабатывания муфты

  • В качестве материалов дисков выбираем закаленную сталь но закаленной стали, диски будут работать со смазкой. По табл. 14.9 [12, с. 477] определяем коэффициент трения = 0,08-0,1, допускаемое давление = 0,3-0,6 МПа. Учитывая примечание к табл. 14.9, назначаем = 0,08, = 0,3 МПа.
  • Диаметры кольца трения дисков: по эмпирической зависимости рекомендуется наружный диаметр

Выше было установлено, что этот диаметр должен быть не более 90 мм, внутренний диаметр

Назначаем = 33 мм.

  • Допускаемое осевое усилие
  • Число пар трения

Таким образом, конструкция, предлагаемая на схеме к заданию, не может быть реализована.

Рационально на чертеже разместить цилиндрическую пару слева от колеса, а справа — конструировать муфту. В этом случае

Принимаем число ведущих дисков = 5; ведомых + 1 = = 5+1=6.

Предельно допустимое число дисков для муфт смазываемых = 11. 6. Число дисков можно уменьшить, если назначить в качестве пар трения сталь по текстолиту.

Тогда

Предварительно принимаем число дисков = 6:

Необходимая сила нажатия при шести трущихся поверхностях

Толщину дисков назначаем 2 мм. Диск со шлицами центрируется по внутреннему диаметру и крепится болтами с резьбой М6 к коническому колесу.

Расчет пружин

Расчет нестандартной центральной пружины

Примем предварительно средний диаметр пружины

индекс

Поправочный коэффициент, учитывающий влияние на напряжения кривизны витков:

Допускаемое напряжение для пружин 1-го или 2-го класса

где — предел прочности:

Диаметр проволоки

Принимаем стандартное значение

Тогда

Деформация пружины под действием сил

Принимая для стали модуль сдвига МПа и задаваясь числом рабочих витков = 4, получаем

Полное число витков пружины

Высота пружины при посадке витка на виток

Зазор между витками пружины в ненагруженном состоянии

Шаг пружины в свободном состоянии

Высота пружины в свободном состоянии

Высота пружины в рабочем состоянии

Расчет тарельчатой центральной пружины

Исходные параметры: = 2700 Н, наружный диаметр 2 • 47 = 94 мм, диаметр отверстия пружины = 32 мм.

Наиболее подходящей является пружина малой жесткости с наружным диаметром = 60 мм, развивающая при прогибе ( = 2 мм) одного диска

усилие = 2700 Н [12, с. 494, табл. 15.2].

Это почти соответствует заданному . Если принять ход пружины при затяжке = 4,8 мм, то необходимое число дисков

При силе затяжки = 2700 Н муфта будет срабатывать, передавая предельный момент

В этом случае коэффициент перегрузки

Общая высота трех дисков до затяжки

Общая высота пакета пружины в рабочем состоянии

Расчет пакета цилиндрических пружин

По конструктивным соображениям наружный диаметр пружины мм.

Длина окружности опорной поверхности пружин но среднему диаметру сил трения

Наибольший диаметр стакана для пружины по чертежу назначаем конструктивно: = 36 мм, причем этот диаметр согласуется с диаметром резьбы, в данном случае с резьбой М36.

Таким образом, на муфте по диаметру равнодействующих сил трения можно поместить не более

Принимаем = 6 пружин. Тогда усилие , которое должно развиваться одной пружиной:

По ГОСТ 13771-68 [11, с. 133, табл. 15] принимаем пружину № 475, у которой диаметр проволоки = 3,5 мм, наружный диаметр пружины = 20 мм, жесткость одного витка = 334,1 Н/мм, наибольший прогиб одного витка = 1,796 мм, сила пружины при максимальной деформации = 600 Н, деформация рабочая = 0,5 = 0,5 • 20= 10 мм. Принимая пружины 1-го или 2-го классов, определяем максимальное значение силы сжатия пружины:

где — относительный инерционный зазор пружин 1-го и 2-го классов. Принимаем силу предварительного сжатия пружины

Тогда жесткость пружины

Число рабочих витков пружины

принимаем .

Уточненная жесткость

Назначаем два нерабочих витка, тогда полное число витков

Средний диаметр пружины

Рабочая деформация под действием силы

Полная деформация (при посадке на виток)

Высота пружины при посадке витка на виток

Высота пружины в ненагруженном состоянии

Высота пружины в рабочем положении

Шаг пружины

По результатам расчета назначаем пружину, которая более всего подходит к данной конструкции. Наименьшие габариты дает конструкция с центральной тарельчатой пружиной, которую и следует предпочесть остальным.

На рис. 19.1 пунктиром обозначены размеры центральной нестандартной пружины; выше оси вращения вала показана конструкция с тарельчатой пружиной, ниже — конструкция с пакетом цилиндрических пружин. Оправка стакан каждой пружины из пакета — крепится к выступам шайбы при помощи резьбы. Крепление нестандартной центральной пружины к валу производится аналогично креплению тарельчатых пружин, то есть при помощи шайб, из которых одна — стопорная, и круглой гайки по ГОСТ 1 1871-73.

УПРУГИЕ МУФТЫ С ТОРООБРАЗНОЙ ОБОЛОЧКОЙ ПО ГОСТ 20884-93

Упругим элементом муфты является резиновая или резинокордная оболочка. Резинокордная оболочка сложнее в изготовлении, чем резиновая, однако срок ее службы в несколько раз больше резиновой.

Эти муфты отличаются высокими компенсационными свойствами, способностью уменьшать динамические нагрузки благодаря малой крутильной жесткости и высокой демпфирующей способности. К недостаткам муфт относятся их большие радиальные размеры по диаметру и появление осевых нагрузок на опоры валов, вызываемых центробежными силами, действующими на упругий элемент.

Упругие муфты предназначены для соединения валов с целью передачи вращающего момента от 20 до 40000 Н м, уменьшения динамических нагрузок и компенсации смещения валов. Муфты допускают соединение валов с угловым перекосом до 2°, радиальным смещением до 2 мм и осевым смещением до 4 мм. Полумуфты и другие детали изготавливаются из стали марки Ст 3 по ГОСТ 380-94. Торообразная оболочка выполнена из резины с сопротивлением разрыву не менее 10 МПа и модулем упругости при 100 %-м удлинении не ниже 5 МПа.

Муфты с торообразной оболочкой (рис. 10.1) состоят из двух полумуф г. Полумуфты изготовляют двух типов:

  • тип 1-е цилиндрическим отверстием на конце вала по ГОСТ 12080-66;
  • тип 2 — с коническим отверстием на конце вала по ГОСТ 12081-72.

Полумуфты каждого тина изготовляют в двух исполнениях: — 1 -на длинные концы валов;

  • 2 — на короткие концы валов.

Допускается изготовлять полумуфты с коническим отверстием на конце вала по ГОСТ 12081-72. Допускаются фланцевые и другие виды муфт без шпоночных соединений полумуфт с валами.

Технические требования

  1. Допускаемые предельные отклонения диаметра — по #8.
  2. Размеры шпоночных пазов для полумуфт типа У: исполнения / — по ГОСТ 23360-78; исполнения 2 с/<+30мм — по ГОСТ 23360-78; исполнение 2d>30 мм — по ГОСТ 10748-79.
  3. Ширина шпоночных пазов для полумуфт типа 2 — по ГОСТ 12081-72.
  4. Предельные отклонения размеров шпоночных пазов — по ГОСТ 23360-78.
  5. Предельные отклонения на угловые размеры конуса для вала в пол у муфте — по 7-й степени точности ГОСТ 8908-81.
  6. Допускается применять сочетания полумуфт разных типов и исполнений с посадочными отверстиями различных диаметров в пределах одного номинального крутящего момента, а в технически обоснованных случаях — различных номинальных крутящих моментов.

Условное обозначение муфт. Обозначение должно содержать название муфты, цифры, характеризующие номинальный крутящий момент, диаметры посадочных отверстий в полумуфтах под валы, типы и исполнения полумуфт и обозначения настоящего стандарта.

Пример обозначения упругой муфты с торообразной оболочкой, номинальным крутящим моментом 800 Н м, диаметром посадочных отверстий в полумуфтах иод валы = 60 мм, с полумуфтами типа 1 и исполнения 1:

Муфта упругая с торообразной оболочкой 800-1-60-1 ГОСТ 20884-93.

То же с полумуфтами: одна — типа 1 и исполнения 1, другая типа 2 и исполнения 1:

Муфта упругая с торообразной оболочкой 800-1-60-1 ГОСТ 20884-93.

То же с полумуфгами: одна с диаметром = 60 мм, другая — с = 63 мм типа 1, исполнения 1:

Муфта упругая с торообразной оболочкой 800-1-60-1-63-1.

Упругий элемент муфты работает на кручение. Муфта имеет большую энергоемкость, высокие упругие и компенсирующие свойства. Исследования показали, что нагрузочная способность муфты ограничивается потерей устойчивости резиновой оболочки, поэтому расчет муфты заключается в расчете прочности оболочки по напряжениям сдвига в сечении около зажима (см. рис. 10.1):

где — номинальный крутящий момент;

— коэффициент режима нагрузки; для транспортеров ленточных = 1,25-1,5; цепных, винтовых, скребковых = 1,5-2,0.

По экспериментальным данным, .

При монтаже муфты с обеих сторон вовнутрь оболочки заводят полукольца 3 и скрепляют кольцами 4 и винтами 6 (см. рис. 10.1). Затем одну установленную на валу иолумуфту сдвигают в осевом направлении и между полумуфтами заводят собранный узел оболочки и заправляют его под выступы фланцев 1. Полумуфту сдвигают в обратном направлении, оболочку скрепляют винтами 5, стягивающими фланцы полумуфт с полукольцами. Сжатие оболочки не более 1/3 толщины борта оболочки; величину и равномерность затяжки контролируют глубиномером. Для этого во фланцах полумуфт выполняют три-четыре отверстия диаметром 6 мм. После сборки муфты на валу устанавливается разъемное кольцо.

На рис. 10.1 положение «Б» обозначает расстояние между полу-муфтами в начале монтажа, а «Г» — расстояние между полумуфтами после затяжки винтов 5.

Параметры муфты даны в табл. 10.1.

Муфта с резиновой звездочкой по гост 14064-93

Муфта (рис. 11.1) состоит из двух полумуфт с торцевыми выступами и резиновой звездочки, зубья которой расположены между выступами. Муфта стандартизована и широко применяется для соединения быстроходных валов.

Работоспособность резиновой звездочки определяется величиной напряжения смятия и может быть рассчитана но формуле

где — номинальный вращающий момент;

— коэффициент режима нагрузки;

— наружный диаметр звездочки;

— число зубьев звездочки (при выводе расчетных формул принимается, что вращающий момент передает только половина от общего числа зубьев звездочки);

— рабочая высота выступов;

— диаметр, определяющий границу контакта выступа и звездочки.

Муфта предназначена для соединения соосных цилиндрических валов при передаче вращающего момента от 2,5 до 400 Н м и уменьшения динамических нагрузок.

Муфты изготавливают двух исполнений: 1 — на длинные концы валов; 2 — на короткие концы валов по ГОСТ 12080-66. Допускается уменьшать длину посадочной части полумуфт в соответствии с ГОСТ 12080-66.

Материал полумуфт — сталь 35. Допускается изготавливать полумуфты из других материалов с механическими свойствами не ниже, чем у стали 35.

Размеры шпоночных пазов для полумуфт принимаются по ГОСТ 8790-79 и ГОСТ 10748-79. Параметры упругой муфты даны в табл. 11.1.

Допускается сочетание полумуфт исполнений 1 и 2 с различными диаметрами в пределах одного номинального момента.

При соединении муфтами валов, не имеющих заплечиков, необходимо стопорить полумуфты с помощью винтов но ГОСТ 1476-93 и кольца по ГОСТ 2833-77.

Звездочки должны изготовляться из резин, соответствующих условиям работы муфты и имеющих следующие физико-механические свойства:

  • предел прочности при разрыве — не ниже 10 МПа; относительное удлинение при разрыве по ГОСТ 270-75 — не менее 300 %.

Пример обозначения упругой муфты со звездочкой с номинальным вращающим моментом = 125 Н-м, диаметром посадочных отверстий в полумуфтах иод валы = 32 мм, с полумуфтами исполнения 1: климатического исполнения УЗ:

Муфта упругая со звездочкой 125-32-1 ГОСТ 14084-93.

То же с полумуфтами исполнения 2:

Муфта упругая со звездочкой 125-32-2 ГОСТ 14084-93.

Кулачковая предохранительная муфта

Кулачковые предохранительные муфты (рис. 12.1) используют при небольших скоростях, малых вращающих моментах и маховых массах соединяемых частей. Действие муфт этого тина основано на замыкании с помощью пружин, поставленных с предварительным натяжением, полумуфт, снабженных на торцах кулачками. При перегрузках происходит срабатывание муфты, которое сопровождается значительными нагрузками и характерным звуком, поэтому кулачковые муфты называют сигнальными.

В конструкциях с малым трением пружинно-кулачковые муфты обеспечивают высокую точность срабатывания, гак как упругие свойства пружин достаточно стабильны. Существенное влияние на точность срабатывания оказывает состояние рабочих поверхностей кулачков: твердость, шероховатость и точность изготовления.

Рабочие поверхности кулачков должны обладать достаточной твердостью, износостойкостью и способностью сопротивляться ударным нагрузкам. Кулачки изготавливают из стали 20Х с последующей цементацией и закалкой до твердости 56-57 HRC3 или из стали 40Х с закалкой до той же твердости. Число кулачков рекомендуется делать нечетным. Это позволяет упростить процесс изготовления и повысить точность расположения кулачков. Число кулачков принимают равным 3-15.

Кулачковая предохранительная муфта по гост 15620-77

Выбирая стандартную кулачковую предохранительную муфту (см. рис. 12.1), нужно предварительно определить, сможет ли муфта включаться и выключаться автоматически при угле наклона рабочих поверхностей кулачков = 30°.

Для решения этого вопроса используем выражение

У стандартных муфт отношение

Если для муфт, работающих при смазке, принять

При меньших значениях муфта не будет выключаться. Для сухих муфт (несмазываемых)

Таким образом, стандартную предохранительную муфту можно применить в случае работы со смазкой при коэффициенте перегрузки , а при работе без смазки — при .



Это курсовая работа взята со страницы готовых курсовых работ по прикладной механике:

Курсовые работы по прикладной механике

Возможно эти курсовые работы вам будут полезны:

Расчет привода с клиноременной передачей
Расчет кулачковой предохранительной муфты
Расчет привода с горизонтальным цилиндрическим косозубым редуктором
Расчет привода с коническим прямозубым редуктором