Вивчення кострукцій приводних муфт

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА

 

ВИВЧЕННЯ КОНСТРУКЦІЙ ПРИВОДНИХ МУФТ

 

Мета роботи: Вивчення конструкцій найбільш типових компенсаційних муфт і визначення їх технічної характеристики. Вивчити конструкцію запобіжної кулачкової муфти, одержати практичні навички з її регулювання, оцінити стабільність обертаючого моменту спрацьовування муфти.

 

1 Порядок виконання роботи

- ознайомитись з устроєм та принципом дії лабораторного пристрою для випробування кулачково-пружинної запобіжної муфти, визначити параметри динамометричного ключа;

- зробити описання конструкції муфти, що випробовується, навести основні параметри муфти;

- провести теоретичний розрахунок зусилля пружин муфти при її регулюванні на заданий момент спрацьовування;

- провести експериментальні досліди і визначити експериментальний момент, при якому муфта спрацьовує;

- виконати статистичну обробку результатів експерименту (середнє арифметичне значення моменту спрацьовування, середнє квадратичне відхилення, імовірні значення обертаючого моменту, при якому муфта спрацьовує);

- навести графічне зображення імовірного розподілу моменту спрацьовування муфти;

- зробити висновки та аналіз результатів випробувань (порівняти розрахункові та експериментальні величини, пояснити можливі причини їх розходжень);

- відповісти на контрольні запитання;

- зарахувати лабораторну роботу у викладача.

 

2 Завдання для самопідготовки

Під час самостійної підготовки до лабораторної роботи ознайомитись з областю застосування, класифікацією, умовами роботи, особливостями конструкції основних типів самокерованих муфт, зокрема запобіжних. З’ясувати роль і місце кулачкових муфт, їх недоліки і переваги, основні відмінності кулачкових керованих муфт від кулачкових самокерованих. Розглянути основи розрахунків запобіжних кулачково-пружинних муфт на момент спрацьовування, вияснити фактори, які впливають на стабільність моменту спрацьовування. Підібрати метод статистичної оцінки стабільності моменту спрацьовування.

14.1.png

кінематичного зв'язку і необов'язковій плавності вмикання.

Керовані і самокеровані кулачкові муфти складаються з двох півмуфт (1 і 2) із кулачками (3) на торцевих поверхнях. При вмиканні кулачки одної півмуфти входять у западини другої, створюючи жорстке зчеплення. Для переключення муфти одна з півмуфт за допомогою механізму керування (вилкою в пазі 4), (для самокерованих муфт – під дією внутрішніх сил) переміщається уздовж вала по шліцях або по направляючій шпонці.

Кулачкові муфти не допускають неспіввісності валів, що з'єднуються. Співвісність півмуфт забезпечують або розташуванням їх на одному валі, або за допомогою спеціального кільця (5), запресованого в нерухому півмуфту, яке центрує кулачки.

Матеріал півмуфт - сталь 20Х або сталь 20ХН. Для підвищення зносостійкості робочі поверхні кулачків цементують і загартовують до твердості не нижче 54-60 HRCэ.

Основні елементи муфти – кулачки, бувають різноманітних профілів: трикутного, трапецеїдального, прямокутного - відповідно для малих, середніх і великих навантажень. Кулачки прямокутного профілю потребують точного взаємного кутового розташування півмуфт у момент вмикання і, внаслідок малих бічних зазорів, мають затруднене вмикання, але не створюють відтискаючих сил при роботі муфти. У муфтах із трапецеїдальними кулачками, внаслідок нахилу опорних поверхонь, виникають осьові сили, які прагнуть розсунути півмуфти й утрудняють вмикання.

Гострокутні профілі полегшують вмикання, але потребують осьової сили підтискання тим більшої, чим більше значення кута a профілю (для трикутного профілю a= 30…45°). Асиметричний профіль кулачків застосовують у нереверсивних механізмах для полегшення вмикання муфти.

Число кулачків приймають z = 3…60 у залежності від значення обертаючого моменту і бажаного часу вмикання, що тим менший, чим більше значення z. Кулачкові муфти прості у виготовленні і малогабаритні. Недолік кулачкових муфт - неможливість вмикання на швидкому ході. Щоб уникнути сильних ударів і ушкодження кулачків, вмикання муфти роблять без навантаження при максимальній різниці колових швидкостей на кулачках не більш 1 м/с. Критеріями працездатності кулачкових  муфт є зносостійкість та міцність на згин кулачків. Зношування кулачків відбувається внаслідок їх відносного переміщення (ковзання) під навантаженням у момент вмикання та вимикання муфти при обертанні.

Розрахунок на зносостійкість проводять по середньому тиску на робочих поверхнях у припущенні рівномірної роботи усіх кулачків.

Розрахунок на міцність по напруженням згину біля основи кулачка проводять у припущенні неповного вмикання (сила прикладена до вершини кулачка).

Пружинно-кулачкова запобіжна муфта по конструкції аналогічна зчіпній кулачковій (рис. 2), тільки рухому в осьовому напрямку півмуфту притискають до нерухомої не механізмом керування, а постійно діючою пружиною з регульованою силою притискання.

14.2.png

Застосовуються пристрої регулювання пружини, як правило, гвинтового типу. Трапецеїдальні (або трикутні) кулачки виконують невеликої висоти з кутом a профілю 30, 45, частіше 60°. При перевантаженні сума осьових складових сил F0 на гранях кулачків перевищує притискну силу пружини і муфта спрацьовує – відключає ведений вал та багаторазово поклацує кулачками (за це їх часто називають тріскачками), подаючи своєрідний звуковий сигнал про перевантаження.

Потрібна сила стиску пружини (рис. 3) визначається з умови рівноваги рухомої півмуфти. Ця сила залежить від двох складових: сили, що долає опір кулачків при їх взаємному переміщенні і сили тертя півмуфти по поверхні вала (шліцьового або шпонкового з’єднань). Причому друга складова знижує зусилля стиску пружини.

14.2.1.png

Сила стиску пружини при повному вимиканні (виході з взаємного зачеплення) кулачків муфти не повинна суттєво перевищувати силу на початку вимикання.

Спрацьовування муфти супроводжують значні ударні навантаження, тому ці муфти застосовують для передачі невеликих обертаючих моментів при малих частотах обертання і малих махових моментах мас, що з'єднуються.

Конструкція муфти, що розглядається у даній лабораторній роботі, дещо відрізняється від традиційних конструкцій запобіжних пружинно-кулачкових муфт тим, що одна з півмуфт закріплена на валі, а інша зв’язана через спеціальний фланець з зірочкою приводної ланцюгової передачі. Притискання двох зубчастих шайб здійснюється за допомогою кількох пружин, це підвищує надійність, але ж висуває додаткові вимоги до ідентичності розмірів і параметрів жорсткості пружин. Такі конструкції муфт досить поширені у сільськогосподарському машинобудуванні.

Для такої конструкції муфти зусилля стиску пружин зручніше визначати з вираження

14.2.2.png

де d – середній діаметр кільцевої поверхні фланця, мм.

Рівномірність деформації всіх притискних пружин можна легко контролювати через число обертів регулювальних гайок.

Розрахункова деформація однієї притискної пружини визначається по формулі

14.2.3.png

де Zпр – число пружин;

Спр – жорсткість однієї пружини, Н/мм.

Число обертів регулювальних гайок, яке відповідає розрахунковій деформації пружини, визначається через крок регулювальної різьби р.

14.2.5.png

Розрахунки запобіжних пружинно-кулачкових муфт на зносостійкість та міцність аналогічні відповідним розрахункам керованих кулачкових муфт з подібними профілями кулачків.

4 Оснащення робочого місця лабораторної роботи

- комп’ютер з програмним забезпеченням;

- натурні зразки муфт;

- методичні вказівки по виконанню лабораторної роботи;

- звіт з лабораторної роботи.

 

5 Методика проведення роботи

Дати опис конструкції муфт,що досліджуються.

1 Опис конструкції втулково-пальцевоїмуфти

Муфта пружна втулково-пальцева складається із двох напівмуфт, з’єднаних з валами dВ1 і dВ2 за допомогою шпонок. Обертаючий момент передається через пальці, які закріплені в одній із напівмуфт нерухомо, а з другою – взаємодіють через гумові гофровані втулки. Пружність конструкції забезпечується за рахунок втулок, здатних деформуватися під навантаженням. Стандарт передбачає розмірний ряд муфт для валів діаметром (10…160)мм і обертаючих моментів (3,3…16000) Н·м.

14.3.png

Муфту даної конструкції часто використовують для з’єднання вала електродвигуна з редуктором. Граничний пружний момент муфти визначається міцністю пальців на згин і міцністю гумових втулок на зминання.

Умова міцності втулок:

14.3.1.png

де D – діаметр кола розміщення пальців, мм;

     Z – кількість пальців;

     dп – діаметр пальців, мм;

     lв – довжина гумової втулки,мм;

    [s]зм – допустимі напруження зминання, для гуми [s]зм = (2…2,5) МПа.

За заданими розмірами діаметра вала вибрати муфту МПВП за ГОСТ 21424-93. Креслення виконуються за допомогою програми КОМПАС.

Визначити граничний обертаючий момент муфти з умови міцності гумових втулок на зминання. Основні параметри муфти занести до таблиці 1.

14.1tab.png

Ланцюгова муфта складається із двох зірочок-напівмуфт з однаковим числом зубців Z1 = Z2, охоплених одно- або дворядним ланцюгом. Ці муфти мають відносно просту конструкцію, невеликі габарити, надійні в роботі. Вони зручні для монтажу і демонтажу – не вимагають осьового зміщення валів. Їх габаритні розміри приблизно у 1,5 рази менші, ніж у муфт МПВП. Стандартний ряд ланцюгових муфт передбачає розмірний ряд їх для валів діаметром (20…130) мм і обертаючим моментом (63…8000) Н·м.

14.4.png

Для визначення допустимого обертаючого моменту цієї муфти необхідно попередньо визначити тип ланцюга і його руйнівні навантаження. Для цього необхідно виміряти його крок р, діаметр роликів dРі відстань між пластинами внутрішньої ланки bВН. За отриманими даними з довідника визначити тип ланцюга та його руйнівне навантаження.

Визначити граничний обертаючий момент муфти з умови міцності ланцюга.

14.4.1.png

де dд – ділильний діаметр зірочок, мм;

Кр – коефіцієнт режиму роботи Кр= 1,7.

За заданими розмірами вибрати ланцюгову муфту за ГОСТ 20742-93. Креслення виконуються за допомогою програми КОМПАС.

Основні параметри муфти занести до таблиці 2.

14.2tab.png

Навести головні технічні параметри кожної з муфт і, порівнявши їх з відповідними довідковими даними, зробити висновок відносно ступеня стандартизації досліджуваних муфт.

 

6 Вимоги безпеки

Під час проведення роботи додержуватись правил загальної інструкції з охорони праці, наведених у розділі „Загальні вимоги безпеки“.

 

7 Контрольні питання

1. Класифікація самокерованих муфт.

2. Роль і місце запобіжних муфт. Класифікація запобіжних муфт по принципу дії і конструкції.

3. Змінення якого силового параметра приводить до спрацьовування кулачкової запобіжної муфти?

4. Принцип дії, область застосування пружинно-кулачкових запобіжних муфт. Що обмежує цю область застосування?

5. Класифікація пружинно-кулачкових муфт по кількості та формі кулачків, числу пружин, тощо.

6. Які вимоги потрібно пред’являти до пружин запобіжної пружинно-кулачкової муфти?

7. Переваги та недоліки пружинно-кулачкових запобіжних муфт (в порівнянні з фрикційними).

8. Чому пружинно-кулачкові муфти називають "тріскачками"?

9. Розрахунок моменту спрацьовування муфти. Регулювання муфти на цей момент.

10. Від чого залежить стабільність моменту спрацьовування муфти? Оцінка стабільності спрацьовування муфти методами математичної статистики.

 

8 Тестові завдання

1        Яку з муфт можна віднести до нерозчіпних глухих?

- фланцеву;                 - кулачково-дискову;

- ланцюгову;               - шарнірну.

2 До числа обгінних муфт відносяться:

- роликові;      - відцентрові; 

- фрикційні;    - шарнірні.

 

3 Укажіть основні призначення запобіжних муфт

- захист механізмів від поломок при передачі граничних навантажень;

- сприйняття осьової сили;

- з’єднання валів з неточно сполученими осями;

- з’єднання ділянок довгого складеного з окремих секцій вала.

 

3 Укажіть основне призначення обгінної муфти

- передача руху і моменту тільки в один бік;

- компенсація погрішностей установки валів, які з’єднуються;

- захист механізмів від поломок;

- передача руху і моменту в обох напрямках.

 

4 Запобіжні муфти необхідно обов’язково встановлювати…

- в автоматичних машинах, що працюють без нагляду за їхньою роботою;

- у приводах машин з гідрофікованими робочими органами;

- в машинах з ручним приводом;

- в машинах з циклічним режимом роботи.

 

5 Пальці пружної втулочно-пальцевої муфти (МПВП) розраховують на

- згин;              - кручення;              

- стиск;             - зсув.

 

6 Як залежить момент спрацьовування пружинно-дискової кулачкової запобіжної муфти від зусилля затягу її пружин?

- прямопропорційно;

- оберненопропорційно;

- зовсім не залежить;

- по різному в залежності від моменту на валі.

 

7 З якою метою в конструкціях зубчастих керованих муфт застосовують синхронізатори?

- для зрівняння частоти обертання валів при їх з’єднанні під час руху;

- для зрівняння обертаючих моментів на валах перед їх з’єднанням;

- для зрівняння амплітуд коливань кінців валів перед їх з’єднанням;

- для зрівняння прогину кінців валів перед їх з’єднанням.

 

8 Для чого в приводах машин застосовують запобіжні муфти?

- для автоматичного від’єднання валів при досягненні заданого обертаючого моменту;

- для автоматичного з’єднання валів при досягненні заданої частоти обертання;

- для передачі моменту в прямому напрямку і вільного обертання в зворотному;

- для зрівняння амплітуд коливань кінців валів перед їх з’єднанням.

 

9 Яка з муфт може компенсувати значні кутові зміщення валів (до 40…45°)?

- шарнірна;     

- кулачково-дискова (муфта Ольдгейма);

- хрестова з плаваючим сухарем;

- пружна втулково-пальцева.

 

10 Основне призначення муфт - передача обертаючого моменту. У якому випадку може бути застосована муфта?

- з’єднуються абсолютно співвісні або з невеликими відхиленнями від співвісності вали;

- з’єднуються паралельні вали;

- з’єднуються вали, які перехрещуються;

- з’єднуються перпендикулярні вали.