Оболочковые упругие элементы (мембраны, сильфоны)

Мембраной называют тонкую упругую, чаще всего круглую, плоскую или гофрированную пластину, закрепленную по краям. Она бывает металлической или неметаллической. Мембраны применяют в качестве упругих элементов в муфтах, чувствительных элементов систем для измерения давления, в микрофонах, телефонах, тормозных устройствах.

Различают: плоская (а), гофрированная (б, в), мембранная коробка (г).

Плоские мембраны имеют большую жесткость и очень малый прогиб. Упругая характеристика гофрированной мембраны может быть линейной, затухающей и возрастающий, её получают путем подбора формы, глубины и числа гофр, материала, толщины и диаметра мембраны. две гофрированные мембраны, сваренные или спаянные по буртику, образуют мембранную коробку, которая позволяет увеличить чувствительность упругого элемента.

Мембранные коробки по использованию делят на манометрические, анероидные и наполненные. Коробки применяют в термометрах и терморегуляторах.

Сильфонами называются тонкостенные цилиндрические сосуды, стенки которых имеют волнообразные складки (гофры). Они применяются для измерения давления, герметизации подвижных соединений, в качестве сосудов переменной емкости, упругих соединений трубопроводов. Под действием сил F, приложенных к крайним сечениям внутреннего или внешнего давления, стенки сильфона деформируются, и изменяется его длина.

Муфты

 

Муфты служат для соединения валов или валов с деталями, свободно вращающимися на них (зубчатыми колесами, шкивами и т.п.), с целью передачи вращения без изменения скорости.

Муфты применяют для включения и выключения исполнительного органа при непрерывно работающем двигателе, для предохранения рабочих органов от перегрузок и чрезмерно больших скоростей, для передачи движения между валами только в одном направлении для остановки в качестве тормоза

Муфты по управляемости передачей вращения между соединяемыми валами делят на три группы:

· муфты постоянные, осуществляющие постоянное соединение валов, – глухие, компенсирующие, упругие;

Глухие жесткие муфты используют при передаче движения между соосными валами, которые должны работать как единый вал. Компенсирующие подвижные муфты применяют при передаче движения между несоосными валами при наличии небольших радиальных, осевых, угловых или комбинированных смещений осей валов. Упругими муфтами пользуются для смягчения толчков, динамических нагрузок при передаче вращающегося момента между валами.

· муфты управляемые, обеспечивающие режим «включено-выключено» с помощью: дистанционного (электрического) управления - электромагнитные магнитопорошковые (магнитожидкостные), пьезокристаллические; ручного (механического) управления - зубчатые, кулачковые, фрикционные.

· муфты самоуправляемые, осуществляющие автоматическое разъединение или соединение валов:- по величине передаваемого момента – предохранительные; -по скорости вращения – центробежные; -по направлению вращения – обгонные.

При достижении скорости определенного значения центробежная сила инерции преодолевает силу упругости пружины происходит автомат расцепления валов.

50. Постоянные муфты.

Эти муфты делятся на глухие и подвижные, или компенсирующие, которые допускают небольшие неточности сборки. Рис. 1

Глухая втулочная муфта (рис.1) является наиболее простой и используется при высокой со оснасти соединяемых валов и отсутствии перекоса. Она состоит из втулки, соединенной с валами с помощью штифтов (а), шпонок (б), а при больших моментах – шлицами.

Втулки изготавливают из различных материалов, но чаще из тех же марок сталей, что и валы.

Расчет таких муфт сводится к расчету штифтов (шпонок) на сдвиг. Размеры втулочных муфт стандартизированы.

Поводковые муфты различных конструкций (рис. 2, 3). Они допускают небольшие радиальные смещения осей валов. Муфты состоят из полумуфт 1 и 2, закрепленных на валах штифтами. На фланце одной из полумуфт закреплен палец (поводок) 3, входящий в паз второй полумуфты.

В точных передачах применяют поводковые муфты (рис. 3), мертвый ход в которых выбирают плоской 4 или винтовой пружиной.

Рис.2

Упругие муфты применяют для амортизации ударных и динамических нагрузок при частых пусках и реверсах механизма.

Упругая поводковая муфта состоит из двух полумуфт, закрепленных на валах. В каждой полумуфте закреплено симметрично относительно оси по два цилиндрических пальца (поводка). Между полумуфтами находится упругий элемент из твердой резины, кожи с четырьмя расположенными равномерно по окружности отверстиями, в которые входят пальцы полумуфт. Рис. 3 При работе муфты упругий элемент деформируется, амортизирует динамические нагрузки и компенсирует погрешности расположения осей валов.

 

 

Управляемые муфты

С помощью управляемых, называемых также сцепными, муфт можно в процессе работы соединять и разъединять валы.

Муфты с ручным управлением применяются в дистанционно управляемых системах, системах автоматики, различных приводах периферийных устройств. Из управляемых сцепных муфт наиболее применимы электромагнитные фрикционные и порошковые, обладающие высоким быстродействием и возможностью регулирования передаваемого момента. Эти муфты используются дополнительно в качестве предохранительных и тормозных устройств.

Управление электромагнитом кулачковых (зубчатых) муфт связано с рядом трудностей, обусловленных плавным сцеплением и расцеплением полумуфт, что возможно только при равенстве их угловых скоростей. Наиболее широко используются фрикционные электромагнитные муфты. Они обеспечивают плавное сцепление и расцепление валов при любых скоростях.

Для повышения коэффициента трения рабочие диски изготавливают из фрикционных материалов на основе металлических порошков.

Сила прижатия дисков или конусов создается электромагнитом, встроенным в левую полумуфту, на обмотку которого подается напряжение через скользящие контакты – кольца и щётки.

Муфта состоит (рис.) из трех основных частей: неподвижного корпуса 1 и двух полумуфт 2, 3. Полумуфты свободно вращаются внутри корпуса. Пространство между полумуфтами заполнено ферримагнитной массой 4 в жидком или порошкообразном виде (смесь из мелкодисперсных частиц карбонильного железа и наполнителя в виде талька или графита). Катушка 5 электромагнита располагается в одной из полумуфт или в корпусе.
Использование пьезокристаллических муфт позволяет увеличить быстродействие при соединении валов до 0,2 мс, что особенно важно в системах управления, обработки информации. Принцип их действия основан на изменении размеров пьезокристалла под действием постоянного тока.

При подводе постоянного тока к кристаллам 1 происходит увеличение размеров полумуфты 2, выборка зазоров между ней и полумуфтой 3 и передача вращения за счет сил трения.

Самоуправляемые муфты

Самоуправляемые муфты служат для автоматического разъединения (соединения) валов в тех случаях, когда передаваемый валом момент или скорость превышает заданную условиями эксплуатации величину.

Центробежная муфта прямого действия (рис. а) применяется для автоматического сцепления валов, а центробежная муфта обратного действия (рис. б) – для автоматического расцепления валов. Полумуфты 1 и 2 соединяются с помощью колодок 3, которые могут поступательно перемещаться в полумуфте 1.

В муфтах прямого действия колодки удерживаются силами упругости F_пр пружин растяжения в полумуфте 1. При вращении вала с полумуфтой 1 со скоростью на колодки действуют центробежные силы инерции F_n = mr ², где m – масса колодки, r – расстояние от центра масс колодки до оси вращения полумуфты 1. При увеличении скорости вращения сила инерции преодолевает силу упругости пружины и прижимает колодку к полумуфте 2 с силой N = F_n – F_пр, создающей трение между полумуфтами.

При моменте трения М_тр = F_тр· r = (F_n – F_пр) · r, превышающем момент сопротивления, происходят передача вращательного движения от полумуфты 1 к полумуфте 2 и соединение валов.

Обгонная муфта (рис. 12.11) передает движение только в одном направлении. Она состоит из ведущей (1) и ведомой (2) полумуфт, шариков (роликов) (4).

Принцип работы обгонных муфт: Полумуфта 1 жестко закреплена на ведущем валу. При его вращении по часовой стрелке шарики 4 под действием сил пружин 3 и сил трения вкатываются в узкую часть клинового зазора полумуфт и, заклиниваясь, передают вращательный момент от полумуфты 1 к полумуфте 2, свободно сидящей на валу и являющейся зубчатым колесом.

Рис. 12.11

При вращении полумуфты 1 против часовой стрелки шарики выходят в широкую часть клиновых зазоров и полумуфты разъединяются, т.е. вращение от вала к зубчатому колесу не передается. Такие муфты нормализованы. Они обеспечивают бесшумную работу и обладают высокой нагрузочной способностью.

Корпуса

По функциональному назначению корпуса делят на несущие и корпуса-кожухи. Несущие корпуса служат для установки подвижных и неподвижных узлов и деталей механизма и должны обеспечивать их требуемое взаимное расположение. Корпуса-кожухи служат не только для размещения и крепления в них узлов и деталей механизмов, но и для защиты их от механических повреждений попадания пыли и влаги. От конструкции корпуса зависят точность и надежность работы механизма, его размеры, масса и внешний вид, удобство и безопасность эксплуатации.

Несущие корпуса по конструктивным признакам классифицируются на цельные, разъемные и сборные, одно- и двухплатные.

-цельные корпуса имеют форму открытых коробок.

Достоинства: высокая прочность и жесткость, хорошо защищают детали и узлы от внешних воздействий.

Недостатки: ограниченные возможности предварительной сборки деталей механизма в узлы до их установки в корпус, сложность и неудобство сборки и разборки.

-разъемные корпуса имеют форму закрытых коробок и состоят обычно из двух основных частей.

Достоинства: высокая прочность и жесткость, обеспечивает точность расположения валов отверстия пол подшипники обрабатываются одновременно для собранных совместно основных частей корпуса.

- сборные корпуса имеют коробчатую форму и состоят из пластин, угольников и крышек, соединенных винтами и штифтами.

Достоинства: Они имеют достаточную прочность и жесткость, защищают детали и узлы механизма от внешних воздействий, но ограничивают, как и цельные корпуса, возможности узловой сборки.

В зависимости от технологии изготовления делят на литые, прессованные, штампованные, сварные механически обработанные.