Проектный расчет на контактную выносливость Особенности расчета конических передач на прочность Расчетные схемы валов и осей Подшипники качения Жесткие нерасцепляемые муфты Синхронные муфты

Детали машин Основные принципы проектирования

В зависимости от сложности изготовления детали, в свою очередь, делятся на простые и сложные. Простые детали для своего изготовления требуют небольшого числа уже известных и хорошо освоенных технологи­ческих операций и изготавливаются при массовом производстве на станках-автоматах (например, крепежные изделия - болты, винты, гайки, шайбы, шплинты; зубчатые колеса небольших размеров и т.п.). Сложные детали имеют чаще всего достаточно сложную конфигурацию, а при их изго­товлении применяются достаточно сложные технологические операции и используется значительный объем ручного труда, для выполнения которого в последние годы все чаще применяются роботы (например, при сборке-сварке кузовов легковых автомобилей).

Жесткие нерасцепляемые муфты

Под постоянными нерасцепляемыми (неуправляемыми) муфтами понимают муфты, осуществляющие постоянное соединение валов между собой или другими вращающимися деталями. Разъединение валов, соединенных постоянными муфтами, возможно только в результате разборки муфты при остановленной машине.

Неподвижные глухие (жесткие нерасцепляемые) муфты предназначены для жесткого соединения строго соосных валов. Кроме крутящего момента они также передают изгибающий момент, перерезывающую (поперечную или радиальную) и осевую силы. Данные муфты следует располагать возможно ближе к опорам или к местам, где эпюра изгибающих моментов неразрезного вала переходит через ноль, если это не противоречит другим условиям.

Основными областями применения являются:

– длинные валопроводы;

– валы при стесненных габаритах (отсутствие места для расположения компенсирующей муфты).

Втулочные муфты

Втулочные муфты предназначены для соединения соосных цилиндрических валов. Муфта представляет собой втулку, насаживаемую на концы валов и закрепляемую на валах коническими штифтами (рис. 15.3. а); призматическими (рис. 15.3, б) или сегментными шпонками (рис. 15.3, в), шлицевыми соединениями (рис. 15.3, г) и стопорными винтами.

 

1 – втулка; 2 – штифт по ГОСТ 3129-70; 3 – кольцо по ГОСТ 2833-77; 4 – винт

по ГОСТ 1476-84; 5 – шпонка по ГОСТ 23360-78; шпонка по ГОСТ 24071-80

Рис. 15.3. Муфты втулочные по ГОСТ 24246-80

Втулочные муфты отличаются простотой конструкции и изготовления, имеют малые радиальные габариты, небольшой маховый момент, низкую стоимость, но сложны в монтаже, так как требуют значительных осевых перемещений агрегатов. Условия монтажа муфт затрудняют применение посадок с натягом. Поэтому втулочные муфты не обеспечивают высокую жесткость соединения на изгиб.

Втулочные муфты применяют для валов диаметром до 100 (105) мм. Передаваемый номинальный вращающий момент – до 12500 Н·м. Материал втулок – сталь 45 по ГОСТ 1050-74, для муфт со шлицами применяется сталь 45, улучшенная, твердостью 24…30 HRC.

Соотношение основных размеров: наружный диаметр  – для исполнений I – IV; длина  – для исполнений I – III и   – для исполнения IV.

Пример условного обозначения втулочной муфты в исполнении I, передающей номинальный вращающий момент  Н·м, с диаметром посадочного отверстия  мм, в климатическом исполнении У и категории размещения 3 по ГОСТ 15150-69:

Муфта втулочная I-200-35У3 ГОСТ 24246-80.

Муфты фланцевые (поперечно-разъемные)

Фланцевые муфты являются наиболее распространенными из класса жестких нерасцепляемых муфт из-за удобства монтажа и возможности жесткого соединения валов. На концы соединяемых валов насаживают полумуфты с фланцами, которые стягивают винтами. Муфты выполняют открытыми (рис. 15.4 – 15.6) без защитного обода и закрытыми (рис. 15.7).

Рис. 15.4. Муфта фланцевая

по ГОСТ 20761-80

 

Рис. 15.5. Муфта фланцевая

с центрирующим пояском

Для обеспечения соосности полумуфты центрируются винтами без зазора, поставленными через один, либо выступом на одном фланце и выточкой на другом (рис. 15.5, 15.7), либо промежуточными полукольцами (рис. 15.6). В последнем случае при монтаже и демонтаже не требуется осевого смещения валов, но снижается точность центрирования.

Для точного сопряжения валов и предотвращения их изгиба должна быть обеспечена строгая перпендикулярность торцевых поверхностей полумуфт к оси вала (рис. 15.8).

Полумуфты устанавливают на валы с небольшим натягом. После напрессовки рабочие торцовые поверхности фланцев проверяют на биение во избежание деформации валов при затяжке винтов. В тяжелых машинах фланцы приваривают к валу или выполняют их за одно целое с валом.

 

Рис. 15.6. Муфта фланцевая с центрирующими промежуточными кольцами

 

Рис. 15.7. Муфта фланцевая закрытая

с центрирующим пояском

 

Рис. 15.8

Если фланцы полумуфт жесткие и стянуты винтами, поставленными с зазором (рис. 15.5), вращающий момент передается силами трения между торцевыми поверхностями полумуфт и расчет винтов сводится к определению диаметра винтов по потребной силе затяжки

,

где   – сила затяжки, Н; Вращающий момент, Н·м;  – коэффициент режима (запаса сцепления), выбираемый по таблице 15.1;  – диаметры, мм;  число крепежных винтов;  – коэффициент трения.

Далее определяется внутренний диаметр резьбы , мм, по формуле

,

где [] – допускаемое напряжение материала винта при растяжении, МПа.

При установке крепежных винтов без зазора вращающий момент передается силами сопротивления на сдвиг крепежных винтов и силами трения. Крепежные винты в данном случае рассчитывают на срез по формуле

,

где  – сила среза, Н;  – диаметр окружности расположения крепежных винтов.

Диаметр стержня болта , мм, определяется по формуле

,

где   – допускаемое напряжение на срез, МПа;  – предел текучести материала винта, МПа.

 

Таблица 15.1 – Значение коэффициента , учитывающего условия эксплуатации привода

Нагрузка

Группа машин

Постоянная с кратковременными перегрузками до 120 % от номинальной

Конвейеры ленточные; станки токарные, шлифовальные, фрезерные

1,15…1,2

Переменная с колебаниями в пределах до 150 % от номинальной

Конвейеры цепные, пластинчатые, винтовые; станки деревообделочные, центробежные насосы

1,3…1,5

Со значительными колебаниями до 200 % от номинальной

Конвейеры скребковые, ковшовые (элеваторы); станки металлообрабатывающие с возвратно-поступательным движением, реверсивные приводы

1,7…2,0

Ударная до 300 % от номинальной

Поршневые насосы и компрессоры; прессы и молоты, дробилки, шаровые мельницы

2,5…3,0

Если муфты дополнительно нагружаются значительными изгибающим моментом и осевой силой, то при расчете винтов следует учитывать увеличение потребной силы затяжки, исключающей раскрытие стыка.

Муфты, выполненные по ГОСТ 20761-80 (рис. 15.4), центрирование полумуфт и восприятие поперечных сил осуществляется винтами, поставленными без зазора через один. Муфты стандартизированы в интервале посадочных диаметров  мм, вращательных моментов: для стальных полумуфт –  Н·м, для чугунных полумуфт –  Н·м. Наружный диаметр муфт  мм.

Допускаемая максимальная окружная скорость:

– для муфт из стали  м/с;

– для муфт из чугуна  м/с.

Материал полумуфт: стали 40, 35Л, чугуны марок СЧ30 и выше. Допускается изготовление полумуфт из чугуна марки СЧ20 по ГОСТ 1412-85, в этом случае вращающий момент и окружная скорость должны быть уменьшены в два раза.

Полумуфты имеют два исполнения: I – с цилиндрическими концами валов по ГОСТ 12080-66; II – с коническими концами валов по ГОСТ 12080-66.

Пример условного обозначения фланцевой муфты, передающей номинальный вращающий момент  Н·м, с диаметром посадочного отверстия  мм, исполнения I, материал 1 – сталь:

Муфта фланцевая 63-20-I-1 ГОСТ 20761-80.

Расчет подшипников скольжения, работающих в режиме жидкостного трения, сводится к обеспечению условий, при которых цапфа будет отделена от вкладыша слоем смазки

Приводные муфты служат для продольного соединения двух деталей машины, связанных общим вращательным движением (вала с валом, вала с зубчатым колесом, двух зубчатых колес и т.д.).

Муфты продольно-разъемные Эти муфты служат для соединения соосных валов в тихоходных передачах. Муфты выполняют из двух полумуфт, разделенных плоскостью, проходящей через ось валов. Вращающий момент передается силами трения на поверхности контакта вала с полумуфтами и шпонками. Для монтажа машины не требуется осевого перемещения валов. Недостатки – трудность балансировки, сложность конструкции и изготовления.

Шероховатость рабочих поверхностей зубьев, посадочных и центрирующих поверхностей отверстий во фланцах обойм и фланцевых полумуфтах, фланцевых разъемов  мкм, а остальных обработанных поверхностей  < 80 мкм по ГОСТ 2789-73

Работоспособность количественно оценивается следующими показа­телями: 1 .Прочность - способность детали выдерживать заданные нагрузки в течение заданного срока без нарушения работоспособности. 2. Жесткость - способность детали выдерживать заданные нагрузки без изменения формы и размеров. 3. Износостойкость - способность детали сопротивляться изнаши­ванию. 4. Стойкость к специальным воздействиям - способность детали сохранять работоспособное состояние при проявлении специальных воз­действий (теплостойкость, вибростойкость, радиационная стойкость, кор­розионная стойкость и т.п.).
Расчет конических зубчатых передач на прочность