Мархель И.И. Детали машин

Подождите немного. Документ загружается.

Рис 12.6. кулачковая муфта: 1,2—полумуфты

Как называется муфта, показанная на : рис. 12.6?

12.8. Зубчатая муфта (рис. 12.7) состоит из четырех основных деталей: двух полумуфт 1 и 2 с

наружными зубьями и двух обойм 3 и 4 с внутренними зубьями. Обоймы муфты соединены болтами 5.

Через отверстие 6 заливается масло (один раз в три месяца). Зубчатые муфты компенсируют ра-

диальные, угловые и комбинированные смещения валов (углы между полумуфтами и обоймами не

должны превышать 0,5°; d< 560 мм); находят широкое применение в машиностроении. Эти муфты

надежны в

; работе, имеют малые габаритные размеры. Материал полумуфт и обойм — сталь 40 или 45Л.

Рис. 12.7. Зубчатая муфта: 1 , 2 - полумуфты с наружными зубьями 3, 4 — обоймы; 5 — болты; б — отверстие для

подвода смазки

За счет чего происходит компенсация осевого, радиального и углового сме- щений в зубчатой

муфте?

12.9. Упругая втулочно-пальцевая муфта (рис. 12.8) по конструкции аналогична фланцевой муфте,

вместо соединительных болтов у упругой муфты имеются стальные пальцы / на которые установлены

эластичные (резиновые, кожаные и т. п.) втулки 2. Эластичные элементы позволяют компенсировать

незначительные осевые (для малых муфт 1—5 мм; для больших муфт 2—15 мм), радиальные (0,2—0,6

мм) и угловые (до ГЗО') смещения валов. Упругие втулочно-пальцевые муфты обладают хорошей

эластичностью, высокой демпфирующей и электроизоляционной способностью, просты в изготовлении,

надежны в работе. Находят широкое применение, особенно для соединения электродвигателей с

исполнительными механизмами (машинами) при d< 150 мм. Материал полумуфт — сталь 35, 35Л или

чугун СЧ25; пальцы изготовляют из стали 45.

Рис. 12.8. Муфта упругая втулочно-пальцевая: / — пальцы; 2 — эластичные втулки

Рис. 12.9

Дайте характеристику муфте, показанной на рис. 12.9.

§ 4. Сцепные муфты

Эти муфты предназначены для соединения и разъединения валов. Некоторые типы сцепных муфт

позволяют это делать на ходу, без остановки электродвигателя. Сцепные муфты иногда называют

управляемыми. По принципу работы различают кулачковые и фрикционные сцепные муфты.

12.10. Кулачковые муфты (см. рис. 12.6) состоят из двух полумуфт 1 и 2, имеющих кулачки на

торцовых поверхностях. Включение муфты осуществляется за счет полумуфты 2, которая может

передвигаться вдоль вала по направляющей шпонке или по шлицам.

Во избежание повреждений кулачков включение муфты на ходу допускается без нагрузки при

весьма малой разности угловых скоростей валов. Выключение допускается на ходу. Достоинство

кулачковых муфт — простота конструкции и малые габаритные размеры; недостаток —

невозможность, как правило, включения на ходу. Рекомендуемый материал кулачковых полумуфт —

легированная сталь 20Х или 20ХН (с цементацией и закалкой).

Кратко опишите назначение и принцип работы кулачковой муфты.

12.11. Фрикционные муфты (рис. 12.10) в отличие от кулачковых допускают включение на ходу

под нагрузкой. Фрикционные муфты передают вращающий момент за счет сил трения. В результате

проскальзывания достигается плавность включения и предохранение машин от поломок.

По конструкции фрикционные муфты делят на: дисковые (многодисковые) (см. рис. 12.10, а);

конусные (рис. 12.10, б); цилиндрические (рис. 12.10, в). Наибольшее распространение получили

дисковые муфты.

Фрикционные муфты работают без смазочного материала (сухие муфты) и со смазочным

материалом (масляные муфты). Последние применяют в ответственных конструкциях машин при

передаче больших моментов. Смазывание уменьшает изнашивание рабочих поверхностей, но усложняет

конструкцию муфты.

Материал для фрикционных муфт — конструкционные стали, чугун СЧ30. Фрикционные материалы

(прессованную асбесто-проволочную ткань — ферродо, фрикционную пластмассу, порошковые

материалы и др.) применяют в виде накладок.

Найдите рабочие поверхности фрикционных муфт, показанных на рис. 12.10.

Рис. 12.10. Фрикционные муфты: а — дисковая; б — конусная; в — цилиндрическая

§ 5. Самоуправляемые муфты

Эти муфты обеспечивают автоматическое соединение и разъединение валов при изменении

заданного режима работы.

12.12. Муфты свободного хода (рис. 12.11) предназначены для передачи вращающего момента в

одном направлении (например, для вращения втулки заднего колеса велосипеда). Ролики 3 муфты

свободного хода за счет сил трения заклиниваются между поверхностями полумуфт 7 и 2

Рис. 12.11. Роликовая муфта свободного хода

При уменьшении скорости вращения полумуфты 1 вследствие обгона ролики выкатываются в

широкие участки вырезов, и муфта автоматически размыкается.

Муфты свободного хода работают бесшумно, допускают большую частоту включений.

В качестве материалов для муфт свободного хода рекомендуют применять стали ШХ15, 20Х, а

также высокоуглеродистые инструментальные стали.

Опишите работу муфты свободного хода при остановке полумуфты 1 (рис. 12.11).

12.13. Центробежные муфты (рис. 12.12) служат для автоматического включения (выключения)

валов при заданных угловых скоростях. Центробежная муфта состоит из ведущей и ведомой полумуфт /

и 2, в пазы которых устанавливают фрикционные грузы — колодки 3.

Рис. 12.12. Цетробежная колодочная муфта: 1,2— полумуфты; 3 — колодки

При достижении ведущей полумуфтой заданной угловой скорости колодки 3, за счет центробежных

сил, прижимаются к ведомой полумуфте, и муфта включается. В показанной на рис. 12.12 конструкции

любая из полумуфт (1 или 2) может быть ведущей. Передача вращающего момента осуществляется

силами трения, значение которых пропорционально квадрату угловой скорости. Центробежная муфта

допускает частые включения, обеспечивает плавное включение и имеет сравнительно небольшие

габаритные размеры. Материал — см. шаг 12.11.

Поясните необходимость установки грузов-колодок 3 (см. рис. 12.12) в обеих полумуфтах?

§ 6. Предохранительные муфты

12.14. Эти муфты допускают ограничение передаваемого вращающего момента, что

предохраняет машины от поломок при перегрузках.

Наибольшее распространение получили предохранительные кулачковые, шариковые и

фрикционные муфты (рис. 12.13).

Рис. 12.13. Предохранительные муфты

От сцепных и других муфт они отличаются отсутствием механизма включения. Предохранительные

кулачковые и шариковые (рис. 12.13, а) чгуфты постоянно замкнуты, а при перегрузках кулачки или

шарики полу-чгуфты 1 выдавливаются из впадин полумуфты 2, и муфта размыкается. Иначе работает

предохранительная фрикционная муфта (см. рис. 12.13, б). При перегрузке за счет проскальзывания

происходит пробуксовывание этой муфты (останавливается ведомый вал).

Рассмотренные на рис. 12.13 предохранительные муфты применяют при частых перегрузках.

При маловероятных перегрузках применяют предохранительные муфты с разрушающимся

элементом, например со срезным штифтом (рис. 12.14). Они просты по конструкции и малогабаритны.

Рис. 12.14. Муфта предохранительная со срезным штифтом: 1,2— полумуфты; 3 — срезной штифт; 4 — закаленные втулки

Для изготовления деталей предохранительных муфт в зависимости от типа муфты применяют

конструкционные стали, чугун СЧЗО, фрикционные материалы, сталь ШХ12 и др. (см. шаги 12.10—

12.13). Штифты для муфт с разрушающимся элементом изготовляют из стали 45, втулки — из стали

40Х с закалкой.

Назовите конструкции муфт, показанных на рис. 12.13. Опишите устройство предохранительной

муфты с разрушающимся элементом. Назовите недостаток этой муфты.

12.15. Ответить на вопросы контрольной карточки 12.1.

Контрольная карточка 12.1

Вопрос Ответы Код

Назовите материалы (без

уточнения марки) для изготовления

кулачко-во-дисковых муфт

Чугун

Сталь

Бронза

Изменяют ли с помощью муфты

угловую скорость одного вала

относительно другого?

Изменяют

Нет

Перечислите компенсирующие

муфты

Фланцевые

Продол ьно-свертные

Зубчатые

Кулачковые

Фрикционные

Какие муфты можно включать на

ходу при вращении ведущего вала с

большой угловой скоростью?

Кулачковые

Фрикционные

Каково назначение

самоуправляемых муфт?

Для соединения и разъединения валов на

ходу Для автоматического соединения и

разъединения валов при заданной угловой

скорости Для передачи вращающего момента в

одном направлении

Для регулирования передаваемого

вращающего момента

§ 7. Краткие сведения о выборе и расчете муфт

Применяемые в машиностроении муфты стандартизованы. Муфты каждого типоразмера

выполняют для некоторого диапазона диаметров вала. Основным критерием при выборе стандартных

муфт является передаваемый вращающий момент.

При проектировании новых муфт конструктивные размеры элементов муфты определяют расчетом.

Стандартизованные или нормализованные муфты не рассчитывают. Их, как правило, выбирают, как и

подшипник качения, по таблицам справочников.

12.16. Выбор стандартных муфт. Основной характеристикой при выборе муфт является

передаваемый расчетный момент

= К

Т≤[Т]

, (12.1)

где К

— коэффициент режима работы (табл. 12.1); T— номинальный вращающий момент при

установившемся режиме работы.

Таблица 12.1. Значение коэффициента режима работы Jf

Механизм или машина

Конвейеры:

ленточные 1,25-1,50

цепные, скребковые и винтовые (шнеки) 1,50-2,0

Воздуховки и вентиляторы центробежные 1,25-1,50

Насосы:

центробежные 1,50-2,0

поршневые компрессоры 2,0-3,0

Станки металлообрабатывающие:

с непрерывным движением 1,25-1,50

с возвратно-поступательным движением 1,50-2,50

Станки деревообделочные 1,50-2,0

Мельницы шаровые, дробилки, молоты, ножницы 2,0-3,0

Краны, подъемники, элеваторы 3,0-4,0

Муфты выбирают по соответствующим таблицам (табл. 12.2 и 12.3) по Г

в зависимости от диаметра

вала d (учитывают также максимальную угловую скорость ω

max

). Отдельные детали выбранной муфты

проверяют на прочность.

Таблица 12.2. Коэффициенты безопасности К

и режима работы К

Степень ответственности передачи

Поломка муфты вызывает остановку машины 1,0

Поломка муфты вызывает аварию машины 1,2

Поломка муфты вызывает аварию ряда машин 1,5

Поломка муфты может привести к человеческим жертвам 1,8

Условия работы машины

*Р

Работа спокойная 10

Работа неравномерная 1,1-1,3

Тяжела работа с ударами 1,3-1,5

Таблица 12.3. Значения [р] и f для фрикционных муфт

Материал поверхностей трения При смазывании Всухую

[р],

МПа

[р],

МПа

Закаленная сталь по закаленной стали 0,6-

0,8

0,06 —

—

Ферродо по стали и чугуну — —

0,2-

0,3

Порошковый материал по закаленной

стали

0,8 0,12 0,3 0,3

12.17. Расчет на прочность жестких (глухих) муфт.

Втулочные, фланцевые и продольно-свертные муфты выбирают по нормалям (рис. 12.2).

Прочность втулки проверяют по основному условию прочности на кручение

(12.2)

где [τ]

— допускаемое напряжение на кручение (для стали 45[τ]

= = 22 ÷ 25 МПа);

(12.3)

— расчетное напряжение на кручение; Т

— расчетный момент; d и D — размеры муфты (см. рис.

12.2).

Шпоночные или шлицевые (зубчатые) соединения вала с жесткой муфтой проверяют по формулам

(9.1)—(9.3), болтовые соединения на растяжение и срез — по (13.6)—(13.9). Болты и стенки полумуфт

на смятие проверяют по формуле

(12.4)

где F

— сила, срезающая один болт; А

см

— площадь смятия; d

— диаметр болта; К— толщина

фланца полумуфты (см. рис. 12.4, а); [σ]

см

— допускаемое напряжение на смятие материала болтов или

полумуфт.

Проверочный расчет втулочной муфты по данным предыдущего примера (см. шаг 12.16).

Проверочный расчет втулочных муфт проводят по формулам (12.2) и (12.3).

Прочность втулки

Проверяем шпоночное соединение. По табл. 9.1 выбираем размеры шпонки: Ъ х h = 8 х 7; длину

шпонки принимаем /

= 70 мм; Г, = 3 мм. Условие прочности шпоночного соединения (9.1):

12.18. Расчет на прочность компенсирующих муфт. Эти муфты выбирают по нормалям или

стандартам (см. рис. 12.5).

Проверочный расчет на прочность (износостойкость) кулачково-диско-вых муфт производят по

формуле

(12.5)

где р — максимальное давление, возникающее на рабочей поверхности сопряженных деталей

муфты; D, d, h — размеры муфты (см. рис. 12.5); [р] — допускаемое давление (для муфт с закаленными

поверхностями трения [р] = 15 ÷ 30 МПа).

Проверочный расчет зубчатых муфт не производят. Их выбирают по стандарту. Для зубчатых муфт

расчетный момент

=К

Т, (12.6)

где К

и К

— коэффициенты безопасности и режима работы (табл. 12.4); Т — номинальный

вращающий момент.

Таблица 12.4. Муфты втулочные со шпонками (см. рис. 12.2, а), размеры, мм

D L

[Лр

, Н-м

D L

[Г]

, Н-м

20 35 60 70 (45) 70 140 710

(22) 35 65 90 50 80 150 850

25 40 75 125 (55) 90 160 1060

(28) 45 80 170 60 100 180 1500

30 45 90 210 (70)

ПО

200 2240

(35) 50 105 350 80 120 220 3150

40 60 120 450 (90) 130 240 4000

100 140 280 5600

Примечание. Значения, указанные в скобках, по возможности не применять.

Для упругих втулочно-пальцевых муфт проверочный расчет для пальцев производят на изгиб по

формуле (12.7), для втулок — на смятие по формуле (12.8):

(12.7)

(12.8)

где М

— расчетный момент; d

, l

, D

, — размеры пальца втулки и полумуфты (см. рис. 12.8); z —

число пальцев; [σ]

ип

— допускаемое напряжение изгиба (для пальцев из стали 45 [а]

ип

= 80 -ь 90 МПа);

[ст]

смв

— допускаемое напряжение смятия втулки (для резины [а]

= 2 МПа).

12.19. Расчет сцепных муфт. Расчет наиболее распространенных в машиностроении сцепных

многодисковых фрикционных муфт производят на отсутствие проскальзывания полумуфт (дисков) и на

износостойкость рабочих поверхностей дисков. Для передачи вращательного движения от полумуфты 1

к полумуфте 2 (см. рис. 12.10) без относительного проскальзы-, вания дисков момент сил трения должен

быть не меньше вращающего момента, создаваемого на ведущем валу.

Фрикционные дисковые муфты выбирают по нормалям.

За счет чего можно увеличить расчетный момент многодисковой фрикционной муфты, не

изменяя ее диаметра?

12.20. Расчет самоуправляемых и предохранительных муфт. Самоуправляемые роликовые муфты

свободного хода выбирают по нормалям. На контактную прочность проверяют только ролики и рабочие

поверхности полумуфт (см. рис. 12.12):

(12.13)

где Т

— расчетный момент; Е

пр

— приведенный модуль упругости; d и l — диаметр и длина

роликов; α ≈ 7

— угол заклинивания роликов; D — диаметр рабочей поверхности обоймы; z — число

роликов; [α]

— допускаемое контактное напряжение (для стали ШХ15, 20Х и 40Х [α]

= 1500 МПа).

Размеры центробежных муфт принимают конструктивно. Рабочие поверхности трения грузов

проверяют на износостойкость аналогично фрикционным муфтам. Массу груза подбирают по

создаваемой им центробежной силе.

Фрикционные предохранительные муфты выбирают по стандарту. Их расчетная проверка

аналогична расчету сцепных фрикционных муфт.

Предохранительные муфты с разрушающимся элементом выбирают по нормалям станкостроения,

после чего штифт проверяют на срез (см. рис. 12.14):

(12.14)

где T

пред

— предельный момент, при котором происходит разрушение штифтов; D

— диаметр

расположения штифтов (см. рис. 12.14); τ

ср

— предел прочности на срез (для стали 45 τ

ср

= 420 МПа); Т

— расчетный момент; d

— диаметр штифта; z = 1 ÷ 2 — число штифтов.

Какие из перечисленных в шаге 12.20 муфт разрабатывают конструктивно, а затем

рассчитывают на прочность (проверяют массу центробежных грузов)?

12.21. Ответить на вопросы контрольной карточки 12.2.

Контрольная карточка 12.2

Вопрос Ответы Код

По каким параметрам

производят подбор стандартных

муфт

По режиму работы

max

[τ]

кр

По табл. 12.5 выберите упругую

втулочно-пальцевую муфту, если Р

= 8,2 кВт, ω = 120 рад/с (d можно

задать)

МУВП-16

МУВП-20

МУВП-25

МУВП-40-45

По какому моменту выбирают

стандартные зубчатые муфты?

пред

=Т

Какая фрикционная муфта

требует большей прижимной силы

Коническая

Однодисковая

Многодисковая

Многодисковая фрикционная

муфта получила преимущественное

применение, это объясняется в

первую очередь...

уменьшением силы нажатия и увеличением

передаваемого вращающего момента

устранением пробуксовки при

установившемся режиме работы

предохранением машин от перегрузок

обеспечением плавности сцепления валов под

нагрузкой на ходу

Ответы на вопросы

12.1. Муфтой называют устройство, служащее для соединения концов валов или для соединения

валов со свободно сидящими на них деталями (зубчатыми колесами, звездочками и т. п.), а также для

передачи вращающего момента без изменения его величины и направления.

12.2. Жесткие муфты в большей степени передают вибрации, толчки и удары; упругие — смягчают

вибрации, толчки и удары за счет упругих элементов.

12.3. Основной характеристикой муфт является значение передаваемого вращающего момента.

12.4. На рис. 12.2, а — вращающий момент от вала 1 к валу 2 передается через шпонку, втулку

(муфту), шпонку, на рис. 12.2, б — через штифт, втулку, штифт. Радиальное смещение валов на рис.

12.3, б — 5; угловое на рис. 12.3, в — р.

12.5. Центрующее кольцо на рис. 12.4 показано поз. 3. Оно необходимо для лучшей центровки

полумуфт.

12.7. На рис. 12.6 показана кулачковая муфта.

12.8. Компенсация осевого, радиального и углового смещения при работе зубчатой муфты

осуществляется за счет относительных смещений зубьев.

12.9. На рис. 12.9 показана упругая муфта. Полумуфты 1 и 2 соединены упругим элементом 3,

изготовленным из резины или другого эластичного материала.

12.10. Кулачковая муфта (рис. 12.6) служит для соединения и разъединения валов. При включении

кулачки полумуфты 1 входят во впадины полумуфты 2, создавая жесткое сцепление. Вращающий

момент передается кулачками полумуфт.

12.11. В дисковых муфтах рабочими поверхностями РП (см. рис. 12.10, а) служат плоские торцовые

поверхности дисков, в конусных — конусные (см. рис. 12.10, б), в цилиндрических — цилиндрические

(рис. 12.10, в).

Х1Л1. При остановке полумуфты 1 полумуфта 2 (втулка) будет продолжать вращаться: например,

муфта свободного хода (обгонная муфта) позволяет велосипеду катиться при неподвижных педалях.

12.13. Грузы-колодки 3 (см. рис. 12.12) необходимы для включения (выключения) муфты.

Установка их в обеих полумуфтах позволяет увеличить передаваемый вращающий момент и

использовать любую из полумуфт как ведущую.

12.14. На рис. 12.13, а показана предохранительная шариковая муфта; на рис. 12.13, б—

предохранительная фрикционная.

Предохранительная муфта с разрушающимся элементом (см. рис. 12.14) состоит из двух фланцевых

полумуфт 1 и 2, соединенных между собой штифтами 3, вставленными во втулку 4. При перегрузке

штифты 3 срезаются, и муфта выключается. Недостаток этой муфты — необходимость остановки

машины для замены штифтов.

12.19. Расчетный момент Т

многодисковой фрикционной муфты можно увеличить, применив для

изготовления дисков материал с большим коэффициентом трения/(см. табл. 12.5), а также увеличив

число дисков в муфте.

12.20. Разрабатывают конструктивно, а затем рассчитывают центробежные муфты.

ЧАСТЬ III

РЕЗЬБОВЫЕ, ЗАКЛЕПОЧНЫЕ, СВАРНЫЕ

И КЛЕЕВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

ДЕТАЛЕЙ МАШИН

Глава 13

РЕЗЬБОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

Соединения деталей машин делят на разъемные и неразъемные.

К разъемным относят резьбовые соединения, а к неразъемным — заклепочные, сварные, клеевые. К

разъемным также относятся шлицевые, шпоночные и клиновые соединения, но они изучаются в гл. 9,

так как это элементы валов.

§ 1. Виды резьбовых соединений

13.1. Основные типы резьб, их сравнительная характеристика и область применения.

Резьбовые (разъемные) соединения выполняют с помощью резьбовых крепежных деталей — болтов

(рис. 13.1), винтов, шпилек, резьбовых муфт, стяжек и т. п.

Основным элементом резьбового соединения является резьба.

Резьба — чередующиеся выступы и впадины на поверхности тел вращения, расположенные по

винтовой линии; применяется как средство соединения, уплотнения или обеспечения заданных

перемещений деталей машин, механизмов, приборов и т. п.

Различают резьбу цилиндрическую и коническую, наружную (болт, винт, шпилька и т. п.) и

внутреннюю (гайка).

На рис. 13.1 деталь / — резьба цилиндрическая, наружная; деталь 2 — резьба цилиндрическая

внутренняя.

Запишите в конспект характеристику резьбы деталей 1 и 2 (рис. 13.1) по признакам,

изложенным в шаге 13.1.

Рис. 13.1. Болт и гайка

Основными параметрами резьбы являются: форма и размер профиля; наружный диаметр d;

внутренний диаметр d

, средний диаметр d

; угол подъема резьбы Ψ.

Форма и размеры профиля резьбы характеризуются шагом резьбы р; высотой теоретического

профиля H; рабочей высотой профиля h, углом профиля a (рис. 13.2).

Рис. 13.2. Профили резьб: а — метрическая; б — дюймовая; в — трубная цилиндрическая; г — метрическая коническая; д

— трубная коническая; е — круглая; ж — прямоугольная; з — трапецеидальная; и — упорная

13.2. По назначению резьбы делятся на крепежные, крепежно-уплотняю-щие и резьбы для

передачи движения.

К крепежным резьбам относят метрическую (рис. 13.2, а), дюймовую (рис. 13.2, б) и специальную

(часовую).

Крепежно-уплотняющие резьбы используют в резьбовых изделиях, предназначенных как для

скрепления деталей, так и для создания герметичности. К ним относятся резьбы: трубная

цилиндрическая (см. рис. 13.2, в), трубная коническая (см. рис. 13.2, д), коническая дюймовая, круглая

(см. рис. 13.2, е).

Резьбы для передачи движения, применяемые в передачах винт-гайка: прямоугольная,

трапецеидальная, упорная (см. рис. 13.2, ж—и).

Основные типы профилей резьбы, показанных на рис. 13.2: а — треугольный; з — трапецеидальный;

и — упорный; е — круглый; ж — прямоугольный.

Перечислите резьбы для крепления деталей и для передачи движения.