Расчет кулачковой предохранительной муфты

Оглавление:

Расчет кулачковой предохранительной муфты

Задание на курсовую работу:

Рассчитать муфгу (рис. 13.1) при следующих данных:

Номинальный вращающий момент .
Диаметр вала .
Коэффициент запаса (перегрузки) .

Расчет

Определяем расчетный момент, при котором муфта будет выключаться (предельный момент срабатывания):

Определяем диаметр окружности, проходящей через середины кулачков:

Окружное усилие при передаче номинального момента

Окружное усилие при передаче максимального момента (при перегрузке)

Усилие, необходимое для удержания муфты во включенном состоянии при передаче номинального момента:

где — угол наклона боковой поверхности кулачков; определение этого угла путем расчета приведено ниже.

Усилие, необходимое для выключения муфты при перегрузке, то есть при передаче расчетного момента:

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

Принимая условие получаем

При

получаем

Принимаем , тогда

Таким образом, получено

что и необходимо для работы муфты.

Предварительно определим размеры элементов муфты. Ширина кулачков (размер в радиальном направлении)

Принимаем = 10 мм. Наружный диаметр кулачков

Высота кулачков

принимаем = 6 мм.

Наружный диаметр подвижной втулки

Принимаем

Длина подвижной втулки

Принимаем .

Число кулачков , радиус фаски установим при расчете кулачков по контактным напряжения .

Сила нормального давления на кулачки

Необходимый по условиям контактной прочности радиус передней кромки кулачков и их число могут быть подсчитаны из выражения

В этой формуле — приведенный радиус контактирующих в момент включения (выключения) передних кромок кулачков. Если у ведущей и ведомой полумуфт эти радиусы равны, то

где — радиусы кромок кулачков ведущей и ведомой полумуфт соответственно;

— число кулачков, которое определяют расчетом;

— приведенный модуль нормальной упругости. Модуль упругости для стали МПа. Если кулачки ведомой и ведущей полумуфт стальные, го

При твердости кулачков 60 HRC допускаемое контактное напряжение

Принимаем

тогда

Принимаем = 10.

Длина кулачков на среднем радиусе муфты, который равен = 56 мм, будет определяться как

Подсчитываем напряжение смятия при действии :

Допускаемое

Напряжение изгиба подсчитывают, если число кулачков > 11. При этом в расчет принимают 1/3; 1/2 от общего числа кулачков.

В качестве примера приведем расчет кулачков на изгиб при = 11 Напряжения изгиба в сечении у основания кулачков

Изгибающий момент

Момент сопротивления изгибу одного кулачка

Тогда

Для кулачков из цементированной стали 20Х

13.1. Расчет пружины

Диаметр проволоки для пружины (см. рис. 13.1)

где — индекс пружины;

— средний диаметр пружины.

Рассчитывая параметры муфты, мы определили наружный диаметр подвижной втулки . Так как пружина должна охватывать подвижную втулку, то внутренний диаметр пружины должен быть больше . Таким образом,

Индекс

Диаметр проволоки мм предварительно определен исходя из выборочных значений . Принимаем .

— поправочный коэффициент, учитывающий влияние кривизны витков пружины на напряжение. Если , то

— допускаемое напряжение для пружинной стали:

Здесь принят предел прочности при растяжении = 1450 МПа для проволоки 1-го либо 2-го классов с диаметром проволоки мм [11, с. 99; 12, с. 488].

При

что значительно больше необходимого размера , так как

Назначаем , тогда

При

Принимаем проволоку со стандартным значением = 11 мм, тогда средний диаметр пружины = 11 • 6 = 66 мм, внутренний диаметр пружины = 66 — 11 = 55 мм, что больше принятого значения наружного диаметра подвижной втулки = 42 мм. Наружный диаметр пружины

Для выключения муфты при перегрузке необходимо обеспечить рабочую деформацию пружины на величину высоты кулачков :

Известно, что

где — максимальная деформация (осадка) пружины при действии силы ;

— минимальная (предварительная) деформация пружины под действием силы .

где — число рабочих витков пружины;

— модуль сдвига; для стали в среднем МПа. Принимая , получаем

поэтому

Подставляя значения полученные при расчете муфты, находим

Принимаем число рабочих витков = 5. 3. Тогда предварительная деформация пружины, которая достигается во время монтажа муфты:

Максимальная деформация, обеспечивающая выключение кулачков при перегрузке муфты:

Полное число витков пружины

Высота пружины при полном сжатии (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

13.2. Расчет стандартной пружины для муфты

Дано:

рабочий ход пружины, равный высоте кулачков: = 6 мм, частота вращения муфты (см. рис. 13.1) при включении .

Порядок расчета

Расчет скорости перемещении подвижного конца пружины при включении или выключении.

Из схемы видно, что ширина впадины (рис. 13.2)

Назначаем соответствующую ширину кулачка . Размер впадины

Соответствующий размер кулачка

Размер впадины

Соответствующий размер кулачка

Окружная скорость движения полумуфты при включении не должна быть выше 0,8 м/с, при этом частота вращения полумуфты (вала)

При

где — скорость включения.

За время, в течение которого у подвижной (ведомой) полумуфты кулачок переместится на расстояние , необходимое для удержания муфты во включенном состоянии, ведущая полумуфта пройдет окружной путь, примерно равный . Формула для определения получена из этого условия:

Относим пружину ко 2-му классу, для которого выносливость в циклах не менее циклов.
Относительный инерционный зазор для пружины сжатия

где — сила сжатия при посадке пружины «виток на виток», то есть без зазора между витками. 4. Определение силы сжатия

Для пружины сжатия 2-го класса

Следовательно,

По табл. 16 [11, с. 138] выбираем пружину № 182, для которой сила

диаметр проволоки = 9 мм, наружный диаметр пружины = 63 мм, внутренний диаметр пружины

Наружный диаметр подвижной втулки нужно принять = 42 мм, чтобы получить ; жесткость одного витка = 416,7 МПа; наибольший прогиб одного витка =9,599 мм, материал сталь 50ХФА, твердость 50 HRC, = 1500 МПа [11, с. 100]. Для пружин 2-го класса: