Методика расчета предохранительных муфт

Муфты со срезными штифтами (рис. 1.2) отличаются компакт- ностью и высокой точностью срабатывания. Недостатком таких муфт является необходимость замены срезанных при перегрузке штифтов.

Расчет муфты заключается в определении диаметра штифтов

d _шт, мм, с учетом их количества z в муфте:

d _шт = 1,128                   ,                    (1.9)

 

где Т _р – расчетный крутящий момент, Н∙м; K _z – коэффициент нерав- номерности распределения нагрузки между штифтами: при числе z = 1 K _z = 1, при z = 2 K _z = 1,2, а при

z = 3 K _z = 1,3; R – расстояние между осью передающих мо- мент валов и осью штифта, м; τ_{в, ср} – предел прочности мате- риала штифта на срез, МПа.

Штифты обычно изго- тавливают из среднеуглероди- стой стали 35, 40, 45.

Для повышения точности срабатывания муфты на штиф- тах в месте их разрушения протачивается канавка, кото-

рая также снижает опасность повреждения полумуфт.

Рис. 1.2. Предохранительная муфта

со срезными штифтами

Муфты с одним штифтом имеют более высокую точность сра- батывания, но при этом возникают передающиеся на валы поперечные нагрузки, которые можно компенсировать установкой нескольких штифтов.

При определении диаметра штифтов расчетный крутящий мо- мент Т _р, Н∙м, принимается на 10…25% больше момента, передаваемо- го муфтой:

Т _р = (1,1…1,25) Т,                         (1.10)

где Т – номинальный крутящий момент, передаваемый муфтой, Н∙м.

Предел прочности на срез для материала, из которого изготов- лены штифты, τ_в.ср, Н∙м, принимают: для стали 35 нормализованной – 405, улучшенной – 487; для стали 40 улучшенной – 525; для стали 45

нормализованной – 457,5, улучшенной – 562,5.

Кулачковые муфты используют в приводах с небольшой частотой вращения для передачи крутящих моментов от 4 до 400 Н∙м.

Под действием максимального крутящего момента кулачки по- лумуфт смещаются относительно друг друга и выходят из зацепления (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Кулачковая предохранительная муфта:

1 – кулачки; 2, 3 – полумуфты; 4 – пружина;

5, 6 – гайка и контргайка; 7 – втулка

 

Расчет кулачковой муфты заключается в правильном конст- руктивном определении ее размеров с целью выполнения условия выключения муфты при предельной нагрузке, а также в определе- нии силы предварительного сжатия пружины муфты и силы сжа-

тия пружины при срабатывании муфты с последующим расчетом и подбором пружины необходимых размеров и жесткости.

Условие выключения муфты выполняется, если

k _д [tg (a – β) – D _к∙ f / d ] ≥ tg α,                  (1.11)

где k _д = 1…6 – коэффициент динамичности привода, принимае- мый по приложению 2; a = 45…60° – угол наклона боковой по- верхности кулачка; β = 2…8° – угол трения боковой поверхности кулачка; D _к – диаметр окружности точек приложения окружного усилия к кулачкам, м; f = 0,1…0,15 – коэффициент трения в шли- цевом или шпоночном соединении: при сухом трении чугуна по чугуну или закаленной стали f = 0,15; при наличии смазки для этих пар трения f = 0,08; для пары закаленная сталь – закаленная сталь при наличии смазки f = 0,06; d – диаметр вала, м.

Сила сжатия F пружины 4, определяющая момент срабатыва- ния муфты, создается предварительной деформацией пружины гайкой 5, которая фиксируется в отрегулированном положении гайкой 6. Си- дящая на шпонке втулка 7 не позволяет пружине закручиваться при ее сжатии гайкой 5.

Сила предварительного сжатия пружины муфты F, Н, определя- ется по формуле

F = 2 Т / D _к [tg(a – β) – D _к ∙ f / d ],                   (1.12)

где Т – номинальный крутящий момент, передаваемый муфтой, Н∙м.

Сила сжатия пружины при срабатывании муфты под действием предельной нагрузки F _c, Н, определяется из выражения

F _с = 2 Т _р / D _к [tg(a – β) – D _к ∙ f / d ],                  (1.13)

где Т _р – расчетный момент срабатывания муфты, Т _р = k _д∙ F, Н∙м.

Следовательно

F _с = k _д ∙ F.                                (1.14)

Пружины сжатия навивают с просветом между витками. Зазор между витками во избежание их соприкосновения при сжатии пру- жины δ ≈ 0,1 d, мм, где d – диаметр проволоки, из которой свита пру- жина, мм.

 

Рис. 1.4. Пружина сжатия

с поджатыми и сошлифованными крайними витками

 

 

d = 1,6

Шаг пружины Р ≈ 1,1 d, мм. Для образования опорной по-

верхности, перпендикулярной к продольной оси пружины, крайние витки поджимают и сошлифовыва- ют (рис. 1.4).

В сечении витка пружины действует  крутящий  момент Т = F _с D ₀/2, Н∙м. Поэтому винтовые пружины рассчитывают на круче- ние.

Диаметр проволоки, из кото- рой свита пружина, d, мм, опреде- ляют по формуле

,                            (1.15)

 

где k – поправочный коэффициент, учитывающий влияние кри- визны витков и поперечной силы, принимаемый по прил. 5; С – индекс пружины: С = D ₀/ d, где D ₀ – средний диаметр витков пру- жины, мм; [τ] – допускаемое напряжение, МПа, принимаемое по прил. 4.

Выбирая индекс пружины, следует придерживаться следующих рекомендаций: при диаметрах d, мм, до 2,5; 3…5; 6…12 С соответст- венно равен 5…12; 4…10; 4…9.

После расчета диаметра пружинной проволоки по формуле

(1.15) окончательное значение принимают по ГОСТ 9389-75.

Условие прочности для пружины из проволоки принятого диа- метра имеет вид:

τ_max = 8 kF _с С / (π d ²) ≤ [τ].                     (1.16)

Изменение высоты винтовой пружины сжатия из проволоки круглого сечения λ_р, мм, определяется по формуле

λ_р = 8 F _с С ³ n / (Gd),                          (1.17)

где n – число рабочих витков пружины; у пружин сжатия рабочее чис- ло витков на 1,5…2 меньше полного числа витков из-за того, что крайние витки поджимают и сошлифовывают, и они в деформации не участвуют; G – модуль сдвига (для стали G = 8 ∙10⁴ МПа).