Основи розрахунку напрямних прямолінійного руху

Навантаження, що діють на деталі напрямних, завжди можуть бути зведені до сили F, при­кладеної у центрі робочої поверхні напрямної, і до моменту М, що діє у поздовжній площині напрямної. Розподіл тиску по ширині плос­кої напрямної беруть рівномірним, а по довжині – таким, що зміню­ється за лінійним законом. Такі допущення можливі через малу ши­рину напрямних порівняно з їхньою довжиною і достатню жорст­кість та точність виготовлення.

Стійкість проти спрацювання робочих поверхонь напрямної із тертям ковзання (рис. 34.3, а) перевіряють за умовою збереження ша­ру мастила у зоні максимального тиску р_max. Епюра розподілу тиску по довжині l напрямної, навантаженої силою F та моментом М, пока­зана на рис. 34.3, а. Для даного випадку навантаження напрямної умова стійкості проти спрацювання робочих поверхонь може бути за­писана у вигляді

p_mах = p_F + p_м = F/(bl) + 6M/(bl)² ≤ [ρ]. (1)

Нерозкриття стику робочих поверхонь напрямної забезпечується при виконанні умови

P_min = p_F – p_м = F/(bl) – 6M/(bl)²) > 0. (2)

Для клинчастих напрямних (рис. 34.3, б) навантаження на поверх­ню контакту визначається за умовою F = 2N sin (α/2), звідки N = 0,5F/sin (α/2).

Відповідно умови обмеження максимального та мінімального тис­ку на робочих поверхнях клинчастої напрямної можна подати у тако­му вигляді:

p_max = 0,5 [F/(bl) + 6M/(bl²)]/sin (α/2) ≤ [p], (3)

p_min = 0,5 [F/(bl) – 6M/(bl²)]/sin (α/2) > 0. (4)

Допустимий тиск на робочих поверхнях напрямних ковзання при досить повільних переміщеннях (v < 0,05м/с) беруть [р] = (2... 3)МПа, а при підви–щених швидкостях у зв'язку з поліпшенням умов змащування [р]=(5...6) МПа.

Якщо умови (1) – (4) не виконуються, то збільшують довжи­ну l повзуна, що рухається вздовж напрямної. Наближений розрахунок напрямних кочення виконується для випадку лінійного закону розподілу навантаження на тіла кочен­ня, (рис. 34.3, в), тобто нехтують різницею у діаметрах тіл кочення. Якщо вибрати довжину напрямної l = Pz, де z – число робочих тіл кочення, а Р –їх крок, то силу, що сприймається найнавантаженішим крайнім тілом кочення, можна визначити за виразом (1) F_1max = р_maxb·Р = F/z + 6Μ/(z²Ρ), (5)

а умову нерозкриття стику – на основі виразу (2)

F_1min = р_maxb·Р = F/z – 6Μ/(z²Ρ) > 0. (6)

За максимальною силою F_1max на тіло кочення перевіряють деталі напрямної на контактну втому. Для випадку контакту кульки діа­метром d_к із площиною маємо

σ_H = Z_M · ≤ [σ]_Η. (7)

Для сталевих деталей коефіцієнт Z_M = 1700 (МПа)^2/3. Допустимі контактні напруження для сталевих загартованих кулькових напрям­них [σ]_Η = (1800...2000) МПа, а для термічне необроблених – [σ]_Η = (500...600) МПа. Якщо умови (6) та (7) при розрахунках не виконуються, то слід збільшити число тіл кочення z, зберігши їхній крок Ρ та діа­метр.

ЛЕКЦІЯ 29 – 32

МУФТИ ПРИВОДІВ

1. Загальні відомості та класифікація муфт

Муфтами називають пристрої, що з'єднують вали і передають обертовий момент. Інколи муфтами з'єднують вал із розміщеними на ньому деталями – зубчастими колесами, шківами, зірочками тощо.

Застосування муфт пов'язане з тим, що більшість машин, у тому числі і їхній привод, компонують із окремих складальних одиниць, що мають вхідні та вихідні вали. Такими складальними одиницями є, наприк­лад, двигун, редуктор і робочий орган ма­шини. Безпосередній кіне­матичний і силовий зв'язок між двигуном і редуктором, редуктором і робочим органом здійснюється за допомогою муфт. Потреба у муфтах виникає і в тих випадках, коли дов­гі вали за умовами технології виготовлення і складання або транспортування слід виго­товляти з кількох складових частин.

З'єднання валів і передавання обертового моменту є спільним, але не єдиним призна­ченням муфт. Муфти можуть виконувати і інші функції, такі як компенсування похи­бок взаємного розміщення валів, захист еле­ментів машини від перевантажень, зменшення динамічних навантажень, з'єднання і роз'єднання робочого органу машини з двигуном без його вимикання.

Характерні похибки взаємного розміщення валів, які потрібно з'єднувати муфтами, показані на рис. 37. 1. Розрізняють осьове змі­щення Δ₀ валів, радіальне зміщення Δ, і кутове зміщення Δ_α. На прак­тиці переважно зустрічається комбінація вказаних похибок, яку на­далі будемо називати неспіввісністю валів.

У машинобудуванні використовують муфти дуже різноманітних конструкцій. Найбільш часто вживані муфти стандартизовані.

Основною характеристикою муфти є обертовий момент Т_р, на передаван–ня якого вона розрахована. Важливими показни­ками конструкцій муфт є частота обертання, габаритні роз­міри, маса і момент інерції.

Стандартні муфти не розраховують, а підбирають за обертовим моментом у відповідних довідниках. Лише у деяких випадках в разі потреби виконують перевірні розрахунки.

Муфти обчислюють за розрахунковим обертовим моментом Т_р = К_ПТ,

де Τ – номінальний обертовий момент; Кп – коефіцієнт, що враховує коротко–часні перевантаження або режим роботи муфти. Для машин із невеликими приводними масами і спокійному навантаженні Кп = 1,0... 1,5, для машин із середніми масами та змінним наванта­женням (поршневі компресори, стругальні верстати) К_П = 1,5...2,0. У машинах із великими приводними масами та ударним навантажен­ням (молоти, прокатні стани,) беруть Кп = 2,5...3,0.

Усі муфти приводів машин за принципом роботи поділяють на три типи: механічні, електричні та гідравлічні.

Класифікація механічних муфт наведена на рис. 37.2 у вигляді структурної схеми. Усі муфти поділяють на чотири класи:некеровані,керовані, самокеровані та комбіновані. Кожний клас муфт складається з груп, а кожна група має відповідні підгрупи, види.

Некеровані муфти

До класу некерованих муфт належать усі нерозчіпні (постійно діючі) муфти, тобто такі, в яких частини муфти (ведуча і ведена півмуфти) з'єднані між собою постійно. Цей клас муфт є найпошире­нішим.

Глухі муфти призначені для жорсткого з'єднання співвісних валів. Вони бувають втулкові і фланцеві.

Втулкова муфта – найпростіша з глухих муфт, суцільна і насаджується на кінці валів (рис. 37.3, а, б), які підлягають з'єд­нанню. З'єднання суцільної втулки з валами може здійснюватись за допомогою штифтів, шпонок або за допомогою шліців. При монтажі або демонтажі муфти виникає потреба у відносному осьовому змі­щенні валів. Тому для втулкових муфт не використовують посадки з гарантованим натягом.

Втулкові муфти застосовують для діаметрів валів d ≤ (60...70) мм. Матеріал втулок – сталь 40, 45, а при великих роз­мірах – чавун СЧ 18, СЧ 20. Штифти виготовляють із сталей 45, 50.

Міцність муфти визначається міцністю її з'єднання з валами, а також міцністю самої втулки.

Розрахунок втулки виконують за умовою міцності на кручення

τ = Т_Р/W_Р = 16T_Р/{πd₁³ [1 – (d/d₁)⁴ ]} ≤ [τ], (1)
а штифтів – за умовою міцності на зріз

τ_3Ρ = F/Aзр = 4Τ_P/(πdd²_ш) ≤ [τ]_ЗР. (2)

Розрахункові розміри в залежностях (1) і (2) відповідають позначенням на рис.а. Допустимі напруження при розрахункам беруть: [τ] = (30...40) МПа; [τ]_ЗР = (40...45) МПа.

Фланцева муфта (рис.в) складається з двох вико­наних у вигляді фланців півмуфт, які насаджені на кінці валів і з'єд­нані між собою болтами. Болти муфти ставлять із зазором (варіант І), або без зазора (варіант ІІ).

У першому випадку момент Т_р передається за рахунок моменту сил тертя, що виникає у площині стику півмуфт від затяжки болтів, а у другому випадку – безпосередньо болтами, які знаходяться під дією деформацій зрізу.

Фланцеві муфти стандартизовані (ГОСТ 20761–80) для валів діа­метром 12– 220 мм і обертових моментів 8 – 45 000 Η·м.

Півмуфти виготовляють із сталі 35, сталевого литва 35Л або з чавунного литва. Болти, що ставляться з зазором, переважно зі сталі СтЗ, а болти без зазора – зі сталей 40, 45.

Міцність муфти визначається міцністю болтового з'єднання фланців.

Якщо болти у муфті поставлені з зазором, то за розрахунками маса муфти набагато більша, ніж для варіанта болтів без зазора для одного і того ж обертового моменту. Однак болти, що ставляться без зазора, вимагають підвищеної точності виготовлення для них отво­рів у півмуфтах і самі болти повинні бути також точно виготовле­ними.

Розглянуті глухі муфти прості за конструкцією, мають малі габа­ритнірозміри, але не компенсують похибоку взаємному розміщенні валів, що вимагає досить високої точності їх центрування.

Пружні муфти використовують переважно для зменшення динаміч­них навантажень у приводі і можуть у деякій мірі компенсувати неспіввісність валів.|3а конструкцією пружні муфти дуже різноманітні. За матеріалом пружних елементів їх поділяють на дві групи: муфти з неметалевими пружними елементами; муфти з металевими пружними елементами.

Основним матеріалом неметалевих пружних елементів є гума, оскільки вона має високі еластичність, демпфувальну здатність і діелек­тричні властивості. Металеві пружні елементи муфт виготовляють у вигляді гвинтових пружин, плоских пружин, сталевих пружинних стержнів, пакетів пластин.

Широко застосовують такі муфти: пружні втулково–пальцеві; із пружним елементом у вигляді зірочки; із тороподібною пружною обо­лонкою та ін.

Муфта пружна втулково–пальцева (МПВП) скла­дається з двох півмуфт (рис. 37.4), нерухомо закріплених в одній півмуфті пальців, на яких розміщені гумові гофровані втулки, що взаємо­діють із другою півмуфтою.

Пружність муфти забезпечується за раху­нок гофрованих втулок, здатних деформуватись при передаванні муф­тою обертового моменту Т_Р. МПВП допускає зміщення валів: Δ₀= (1...5)мм, Δr =(0,2...0,5)мм і Δα = (0,5... 1,0)°. Однак зміщення Δr і Δα збільшують спрацювання пружних елементів і нерівномір­ність розподілу навантаження між пальцями муфти. Крім цього, такі зміщення додатково навантажують вали у радіальному напрямі.

Пе­ревагами МПВП є простота конструкції та заміни пружних елемен­тів, малі габаритні розміри та маса.

МПВП стандартизовані (ГОСТ 21424–75) для валів діаметром (10...160) мм і обертових моментів 6,3–16 000 Η·м.

Півмуфти виготовляють із сірого чавуну СЧ 20, сталі 30 або 35Л. Матеріал пальців – сталь 45, а втулок – гума з границею міцності при розтягу не менш ніж 8 МПа.

Роботоздатність МПВП визначається міцністю пальців та гумових втулок. Перевірний розрахунок гумових втулок виконують за умовою обмеження тиску на поверхні їхнього контакту із пальцями, а самих пальців – за умовою міцності на згин.

Навантаження, яке припадає на один палець, визначають за фор­мулою

F_n = 2T_Р/(Dz), (3)

де D – діаметр кола розміщення пальців (рис. 37.4); z – кількість пальців у муфті (переважно z = 4...8).

Умова міцності втулок муфти

p = F_n /(d_Пd_В) ≤ [p]. (4)

Умова міцності на згин пальців

σ = M/W₀ = 32F_n (0,5 l _В+ с)/(πd_п³) ≤ [σ]. (5)

У залежностях (4) і (5): d_П – діаметр пальця; /_В –довжина втулки; с – осьовий зазор між півмуфтами (рис. 37.4).

Допустимий тиск для гуми беруть [р] = (2,0...2,5) МПа, а допусти­ме напруження згину для пальців [σ] = (60...70) МПа.

Якщо МПВП працює в умовах радіального зміщення валів, то ви­никає додаткове їхнє радіальне навантаження. Усереднене значення цього навантаження можна визначити за співвідношенням

F_M = (0,5... 0,6)Т_p/D.

Робота МПВП супроводжується втратами енергії, які можна оці­нити ККД її =0,96...0,98.

Муфта з пружним елементом у вигляді зі­рочки (рис. 37.5) складається з двох півмуфт, які мають торцеві кулачки. Кулачки входять у відповідні впадини розміщеного між пів­муфтами пружного елемента – зірочки, виготовленої з гуми. Кожна півмуфта може мати два або, як показано на рис. 37 5, три торцеві кулачки. Взаємодія кулачків двох півмуфт при передаванні обертового моменту здійснюється через пружний елемент.

Дана муфта досить компактна і надійна в експлуатації, має малу податли–вість, її роботоздатність різко спадає зі збільшенням неспіввісності валів. Цей тип муфт також стандартизований (ГОСТ 14084 – 76) для діаметрів валів 6–48 мм і обертових моментів 2,5–400 Η·м. Півмуфти переважно виготовляють із СтЗ.

Перевірний розрахунок муфти з пружним елементом у вигляді зірочки виконують за умовою обмеження тиску на робочих поверхнях пружного елемента:

p = 2T_p/(Dzhb) ≤ [p]. (6)

Тут z – число кулачків в одній півмуфті, а розміри D, h і b показа­ні на рис. 37.5. Допустимий тиск беруть [р] = (3...5) МПа (більші зна­чення [р] при малих кутових швидкостях валів).

Втрати у муфті оцінюються ККД η = 0,97...0,98, а додаткове ра­діальне навантаження валів при їх радіальному зміщенні F_М ≈ (0,3...0,4)T_Р/D.

 

Муфта з пружною оболонкою (рис. 37.6) склада­ється з двох півмуфт і тороподібної пружної оболонки, яка закріплюється до півмуфт гвинтами і додатковими кільцями. Обо­лонку виготовляють із гуми, армованої спеціальним кор­дом.

Муфта має високі амортизувальні і демпфувальні властивості і може компенсу­вати значну неспіввісність ва­лів: Δ₀ = (2...6) мм; Δr = (1...4) мм; Δα =(2...4)°. Діаметральні габаритні роз­міри таких муфт більші, ніж пружних муфт інших типів. Муфти з пружною оболон­кою стандартизовані (ГОСТ 20884–82) для валів із діаметром 14– 200 мм і обертових моментів 20–25000Η·м, ККД муфти η ≈ 0,98.

Жорсткі компенсуючі муфти використовують для з'єднання валів із незначною неспіввісністю, спричиненою неточністю виготовлення та монтажу, а також пружними деформаціями валів. Вони підвищують надійність роботи приводів, бо призводять до незначних додаткових радіальних навантажень на вали. Для жорстких компенсуючих муфт належать кулачково–дискові, зубчасті, ланцюгові, шарнірні та ін.

Кулачково–дискова муфта (рис. 37.7, а) складається з двох півмуфт, що взаємодіють між собою через проміжний диск. На внутрішніх торцях півмуфт є діаметрально розміщені пази, а проміж­ний диск має на обох торцях взаємно перпендикулярні виступи, які входять у пази двох півмуфт. Осьовий зазор δ між проміжним диском і півмуфтами дозволяє компенсувати поздовжні зміщення валів, а взаємно перпендикулярний напрям виступів на торцях проміжного диску забезпечує можливість компенсації похибок Δr і Δα.

Переважно компенсаційна здатність муфти становить Δ₀ = (2...4) мм; Δr = (1...3) мм; Δα ≤ 0,5°. Розміри муфти вибирають згідно з ГОСТ 20720–81 для діаметрів валів 16–150 мм і обертових моментів 16–16000Η·м.

Неспіввісність валів спричинює ковзання виступів проміжного диску у пазах півмуфт і їхнє спрацювання. Інтенсивність спрацю­вання зростає зі збільшенням неспіввісності та кутової швидкості валів.

Деталі кулачково–дискових муфт виготовляють із сталей Ст5 або 45Л. Для важко навантажених муфт застосовують леговані сталі ти­пу 15Х, 20Х із цементацією робочих поверхонь.

Роботоздатність кулачково–дискової муфти визначається стійкістю робочих поверхонь проміжного диска і півмуфт проти спрацювання. Тому на вказаних поверхнях обмежують напруження зминання при передаванні муфтою обертового моменту.

При гранично малих зазорах між спряженими поверхнями дета­лей муфти розподіл напружень зминання, наприклад на виступах про­міжного диску, відбувається згідно з епюрами рис. 37.7, б.

За умовою рівноваги проміжного диску наближено можна записати

T_р = 0,5σ_ЗМ · 0.5Dh ·2D/3 – 0,5σ'_3Μ· 0.5dh · 2d/3.

Із рис. 37.7, б видно, що σ_3Μ/σ'_3Μ = D/d. Тому запишемо

T_р = σ_ЗМ D²h /6 –σ_3Μd³h/6D = σ_ЗМ h (D³ –d³)/(6D).

Виходячи із записаної рівності, можна визначити максимальне напружен–ня зминання і подати умову стійкості муфти проти спрацю­вання у вигляді

σ_ЗМ = 6T_pD / [h (D³ – d³)] ≤ [σ]_3Μ. (7)

Допустиме напруження зминання для сталевих термооброблених деталей кулачково–дискової муфти беруть [σ]_3Μ = (15...20) МПа.

Спрацювання деталей муфти можна зменшити також змащуванням поверхонь тертя твердими мастильними матеріалами на основі графіту або дисульфіду молібдену (рідкі і пластичні мастила не утримуються на деталях муфти під час її обертання).

Під час передавання муфтою обертового моменту вали наванта­жуються радіальною силою F_M ≈ (0,3...0,4) T_P/D.

Зубчаста муфта (рис. 37.7, в) складається з півмуфт 1 і 2, що мають зубчасті вінці, і роз'ємної обойми 3 з двома внутрішніми зубчастими вінцями.

Дві половинки обойми з'єднуються між собою за допомогою болтів або гвинтів. Зубці півмуфт і обойми мають евольвентний профіль, аналогічний профілю зубців зубчастих коліс, що дає змогу нарізати їх нормальним зуборізним інструментом.

Зубчаста муфта компенсує осьове, радіальне і кутове зміщення ва­лів, бо її зубчасте зачеплення виготовляють із гарантованим боковим зазором і з можливістю вільного осьового зміщення спряжених зубців, а самі зубці мають бочкоподібну форму зі сферичною зовнішньою по­верхнею. Компенсаційна здатність зубчастих муфт: Δ₀ = (3...4) мм; Δr= (1,5...2) мм; Δα = (0,5... 1,0)°.

Широке використання зубчастих муфт пояс­нюється їхніми перевагами: невеликою масою і габаритними розміра­ми; високою несучою здатністю, що визначається великою кількістю зубців у зачепленні; допускає високіколові швидкості.

Зубчасті муфти стандартизовані для діаметрів валів 40–200 мм і обертових моментів 1000–63 000 Η·м.

Деталі зубчастих муфт виготовляють із вуглецевих сталей марок 45, 50 або 40Х. Для підвищення стійкості проти спрацювання зубці пів­муфт піддають термообробці до твердості не менше, ніж 45 HRC, а зубці обойми – не менше, ніж 40 HRC. Тихохідні муфти виго­товляють з твердістю зубців Η ≤ 350 НВ.

Компенсація неспіввісності валів під час роботи муфти супрово­джується неперервним ковзанням у контакті зубців і відповідним їх­нім спрацюванням. Практикою експлуатації зубчастих муфт виявле­но, що спрацювання зубців є основною причиною виходу їх із ладу. Для зменшення спрацювання в обойму муфти заливають рідке мастило високої в'язкості.

Стійкість зубців муфти проти прискореного спрацювання можна перевірити за умовою

σ_3Μ = Т_Р /(0,9D₀² b) ≤ [σ]_3Μ, (37.8)

де D₀ – ділильний діаметр зубчастих вінців; b – ширина вінця півмуфти.

Для стандартних зубчастих муфт допустиме напруження зминання [σ]_3Μ= (12...15) МПа. Втрати потужності в зубчастій муфті оцінюється ККД η = 0,98...0,99, а радіальне навантаження валів при їхньому радіальному зміщенні

F_М ≈ (0,2...0,3) T_P/D₀.

Ланцюгова муфта (рис. 37.8) складається з двох півмуфт що виконані у формі двох зірочок із однаковим числом зубців, охопле­них одно– або дворядним ланцюгом.

За допомогою ланцюгових муфт можна компенсувати кутові Δα = (0,5...1,0)° і радіальні Δr = (0,5...1) мм зміщення валів. Зазори у зачепленні ланцюга з півмуфтами забезпечують значний вільний хід, тому не можна рекомендувати використовувати ланцюгові муфти у приводах із частими реверсами.

Для ланцюгових муфт характерні простота конструкції, відносно невеликі габаритні розміри, зручність монтажу і демонтажу без осьо­вих зміщень валів. Габаритні розміри ланцюгових муфт приблизно у 1,5 раза менші, ніж пружних втулково–пальцевих муфт.

Ланцюгові муфти стандартизовані (ГОСТ 20742–81) для валів діаметром 20–130 мм і обертових моментів 63–8000 Η·м.

Неспіввісні вали, що з'єднані ланцюговою муфтою, навантажують­ся радіальною силою F_М ≈ 0,6 T_P/D₀.

Шарнірні муфти застосовують при значних зміщеннях з'єднуваних валів. За конструкцією та розмірами вони бувають ду­же різноманітні. Схеми деяких типів шарнірних муфт зображені на рис. 37.9.

Найпростішою шарнірною муфтою є одинарна муфта (рис. 37.9, а), яка складається з двох півмуфт у вигляді вилок, розміщених під пря­мим кутом, і шарнірно з'єднаної з вилками хрестовини. Недоліком такої муфти є те, що при рівномірному обертанні ведучого вала веде­ний вал обертається нерівномірно.

Щоб забезпечити обертання веденого вала з постійно кутовою швид­кістю або щоб була можливість передавати обертовий рух між пара­лельними валами, а також збільшити кут γ між валами вище від гра­ничного для одинарної муфти, слід застосовувати здвоєні шарнірні муфти (рис. 37 9, б). Потрібними умовами сталості кутової швидкості веденого вала є вимога, щоб обидва вали ведучий і ведений були па­ралельні і нахилені відносно проміжного вала здвоєної шарнірної муфти під однаковим кутом, а дві вилки проміжного вала лежали в одній площині.

Шарнірні муфти допускають перекоси осей валів до 40– 45°. За габаритними розмірами шарнірні муфти поділяють на малогабаритні, що передають невеликі навантаження, і великогабаритні, які призна­чені для передавання середніх і великих навантажень.

Малогабаритні одинарні і здвоєні шарнірні муфти стандартизова­ні (ГОСТ 5147–80) для валів діаметром 8–40 мм і обертових момен­тів 11,2–1120 Η·м.

Керовані муфти

До класу керованих належать муфти, за допомогою яких з'єднують і роз'єднують вали під час зупинки і роботи привода. Ці муфти поді­ляють на кулачкові і фрикційні.

Кулачкові муфти. У найпростішому вигляді кулачкова муфта (рис. 37.10, а) складається з двох півмуфт, на торцях яких розміщені кулачки. Одна півмуфта закріпляється на валу нерухомо, а інша, що знаходиться на другому валу, може переміщатись уздовж цього вала. Рухому півмуфту переміщають за допомогою спеціального пристрою – механізму керування муфтою. Вилку механізму керуван­ня розміщують у кільцевому пазу рухомої півмуфти. Із введенням у зачеплення кулачків двох півмуфт здійснюється передавання оберто­вого моменту від одного вала до другого (на рис. 37.10, а муфта показа­на у розімкненому стані).

Кулачкова муфта вимагає достатньо високої точності центрування валів, оскільки перекоси різко зменшують надійність її роботи. Дуже часто кулачкові муфти застосовують для з'єднання або роз'єднання із валом розміщених на ньому зубчастих коліс (наприклад, у коробках швидкостей).У цьому випадку муфта і зубчасті колеса розміщуються на одному і тому ж валу.

Вмикання кулачкових муфт під час обертання валів завжди су­проводжується ударами, які можуть спричинити руйнування кулач­ків. Тому такі муфти не рекомендують використовувати для вмикання приводів під навантаженням і при великих швидкостях відносного обер­тання валів (відносна колова швидкість кулачків ν > 1 м/с).

Розповсюджені форми кулачків показані на рис. 37.10, б, в. Прямо­кутний профіль вимагає точного взаємного розміщення півмуфт у мо­мент вмикання. Крім цього, у муфтах із прямокутним профілем кулач­ків завжди наявні технологічні зазори і пов'язані з цим удари при змі­ні напряму обертання. Трапецієвидний профіль не вимагає точного взаємного розміщення півмуфт у момент вмикання, а бокові зазори тут компенсуються зміною глибини заходу кулачків. Муфти з трапецієвидним профілем кулачків застосовують переважно у приводах із реверсуванням навантаження.

У муфтах із трапецієвидним профілем кулачків виникають осьові сили, які можуть розімкнути півмуфти і затруднити їхнє вмикання. Тому кут трапецієвидного профілю вибирають у межах α = (2... 5)°, щоб забезпечити самогальмування силами тертя між кулачками і невелике постійне зусилля з боку механізму керування муфтою.

Півмуфти кулачкових муфт виготовляють із сталей, що підлягають цементації, 15, 20, 15Х, 20Х, а при великих розмірах – із сталей 45, 40Х, 40ХН. Твердість кулачків повинна бути Н 50...55 HRC.

Роботоздатність кулачкових муфт оцінюється в основному стій­кістю кулачків проти спрацювання, яка залежить від напружень зминання на робочих поверхнях.

При рівномірному розподілі навантаження між усіма кулачками стійкість проти спрацювання забезпечується з виконанням умови (рис. 37.10):

σ_3Μ = 2T_p/(Dzbh) [σ]_3Μ. (9)

Допустиме напруження зминання рекомендують брати: [σ]_3Μ = (90... 100) МПа (вмикання муфти із зупиненим приводом) і [σ]_3Μ = (35...40) МПа (вмикання муфти під час обертання валів).

Фрикційні муфти передають обертовий момент за рахунок моменту сил тертя на робочих поверхнях їхніх деталей.

Під час вмикання фрикційних муфт обертовий момент на веденому валу зростає поступово і пропорційно збільшенню сили притискання поверхонь тертя. Це дозволяє з'єднувати вали під навантаженням і зі значною початко–вою різницею їх кутових швидкостей. У процесі вми­кання муфта пробуксо–вує, а розгін веденого вала відбувається плавно без ударів. Фрикційна муфта може виконувати також функції запобіж­ного пристрою через можливе проковзування при перевантаженнях привода.

Фрикційні муфти за формою робочих поверхонь бувають таких видів: дискові, робочими поверхнями яких є плоскі торцеві поверхні дисків; конусні, робочі поверхні яких мають конічну форму; цилінд­ричні, які мають циліндричну робочу поверхню.

Дискові фрикційні муфти бувають із однією парою поверхонь тертя і з багатьма парами поверхней тертя. На рис. 37.11, а показано приклад найпростішої дводискової муфти, а на рис. 37.11, б – багатодискової муфти.

У першому випадку муфта складається з двох півмуфт, притиснутих одна до другої своїми торцевими площинами (одна пара поверхонь тертя). Вимикання муфти здійснюється осьовим зміщенням на валу однієї півмуфти за допомогою механізму керу­вання.

У багатодисковій муфті є дві групи дисків – зовнішні і внутрішні, які з'єднані за допомогою шліців із відповідними півмуфтами, що роз­міщуються на двох валах. Вмикання або вимикання муфти здійсню­ється осьовим переміщенням натискного диска механізмом керуван­ня. Використання багатодискової конструкції дозволяє зменшити осьову силу F_a стискання дисків, що потрібна для передавання певного обертового моменту Тр.

Осьова сила стискання дисків визначається за умовою рівності розрахункового обертового моменту Т_р і моменту сил тертя T_s на кільцевих поверхнях дисків, обмежених діаметрами D₁ і D₂ (рис. 37.11). Для припрацьованих поверхонь тертя (див. 5.2) запи­шемо:

T_p=T_s = F_afz(D₁ + D₂)/4. (10)

Із цієї рівності дістанемо потрібну силу притискання дисків

, (11)

де f – коефіцієнт тертя ковзання на поверхнях дисків; z – число пар поверхонь тертя (для муфти на рис. 37.11, а z = 1, а для муфти на рис. 37.11, б z = 6).

Таким чином, із застосуванням багатодискових муфт можна збіль­шити передаваний обертовий момент у z разів порівняно з дводиско­вою муфтою, якщо зберігається та сама сила стискання дисків і їхні діаметри.

Найвідповідальнішими деталями фрикційних муфт є диски. Мате­ріали дисків повинні задовольняти ті самі вимоги, що ставляться до матеріалів деталей фрикційних передач. На практиці широко роз­повсюджені такі комбінації матеріалів: загартована сталь по загарто­ваній сталі або сталь по чавуні при достатньому змащуванні; азбесто­ві або обкладки зі спеченого матеріалу по сталі або чавуні без змащу­вання.

Основним критерієм роботоздатності фрикційних муфт є стійкість проти спрацювання поверхонь тертя. Стійкість проти спрацювання досягається обмеженням тиску на поверхнях тертя за умовою

p = 4F_a/[π(D₁²–D₂²)] ≤ [p]. (12)

Щоб зменшити нерівномірність спрацювання дисків фрикційних муфт, слід рекомендувати співвід­ношення розмірів поверхонь тертя D₁/D₂ = 1,5...2,0.

Конусна фрикційна муфта (рис. 37.12) має дві півмуфти, які стикаються між собою по конічних поверхнях. Вмикання або вимикання муфти здійснюється осьовим переміщенням на валу однієї з півмуфт.

 

Конусні муфти порівняно з дисковими фрикційними мають більші габаритні розміри. Вони вимагають підвищеної точності центрування валів. Півмуфти в конусних фрикційних муфтах виготовляють із сталі або чавуну. Інколи застосовують облицювання однієї з поверхонь тер­тя матеріалами, що мають підвищені фрикційні властивості.

Потрібна осьова сила F_a притискання півмуфт визначається за умо­вою рівності розрахункового обертового моменту Т_р і моменту сил тертя на конічній поверхні: T_P = T_s = F_af (D₁ + D₂)/(4 sin α); (13)

F_e = 4 T_P sinα / [f(D₁+D₂)]. (14)

Умова стійкості проти спрацювання робочої конічної поверхні муфти

p = F_a/(bπD_msinα) ≤ [p]_, (15)

де D_m = 0,5 (D₁ + D₂) – середній діаметр робочої поверхні.

Із зменшенням кута конуса α зменшується також потрібна сила F_a притискання півмуфт. Однак використовувати дуже малі кути α не рекоменду–ється, оскільки може відбутись самозаклинювання пів­муфт, що створить труднощі під час роз'єднання їх. Щоб запобігти самозаклинюванню, треба мати α > arctg f. Переважно беруть α ≈ 15°.

Потрібні у розрахунках значення коефіцієнтів тертя f і допусти­мих тисків [р] можна брати за табл.