Детали машин и основы конструирования

Детали машин курсовая
  • Виды механического изнашивания
  • Механическая передача
  • Кинематические и силовые зависимости
  • Зубчатая передача
  • Сравнительная оценка зубчатых зацеплений
  • Гиперболоидная зубчатая передача
  • Геометрические параметры эвольвентного зацепления
  • Кинематические характеристики цилиндрических передач
  • Степени точности и виды сопряжений зубчатых передач
  • Различают два вида потери работоспособности зубчатых передач
  • Нагрузка, допускаемая по контактной прочности зубьев
  • Проектный расчет на контактную выносливость
  • Проверочный расчет на выносливость при изгибе
  • Конические зубчатые передачи
  • Силы в зацеплении
  • Червячные передачи
  • Точность изготовления червячных передач
  • Критерии работоспособности и расчета
  • Ременная передача состоит из двух шкивов
  • Кинематические параметры ременных передач
  • Силы и силовые зависимости
  • Расчет ременных передач по тяговой способности
  • Цепная передача
  • Выбор основных параметров цепных передач
  • Силы в цепной передаче
  • Проектирование новой машины
  • Расчетные схемы валов и осей
  • Расчет валов на сопротивление усталости
  • Общие указания к выбору подшипников качения
  • Подшипник скольжения
  • Приводные муфты
  • Зубчатые муфты
  • Цепные муфты
  • Рабочие нагрузки на шарниры, валы и опоры
  • Основные требования к оформлению расчётно–пояснительной записки
  • Чертёж цилиндрического зубчатого колеса редуктора
  • Основные принципы проектирования
  • Выбор материала деталей машин и связь с технологией изготовления
  • Определяют геометрические параметры передачи
  • Проверка зубчатой передачи на выносливость
  • Расчёт червячных передач
  • Расчёт коэффициента нагрузки для червячных передач
  • Смазывание зубчатых и червячных зацеплений и подшипников
  • Пластичные смазочные материалы
  • Выполнение компоновочных чертежей редуктора
  • Пример выполнения курсового проекта
  • Предварительный расчёт валов редуктора
  • Проверка прочности шпоночных соединений
  • Заклепочное соединение относится к неразъемным соединениям.
  • Расчет соединяемых деталей (листов)
  • Материалы заклепок и допускаемые напряжения
  • Резьбовые соединения
  • Расчет резьбовых соединений, включающих группу болтов
  • Нагрузка соединения раскрывает стык деталей
  • Клеммовые соединения
  • Материалы резьбовых изделий и допускаемые напряжений
  • Зубчатые передачи
  • Расчет передач на сопротивление усталости при изгибе
  • Конструктивные и эксплуатационные методы повышения износостойкости деталей машин
  • Замена в узлах машин трения скольжения трение качения
  • Червячные передачи
  •  

    ПРИВОДНЫЕ МУФТЫ

    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.). Кроме передачи крутящего момента, муфты также используются для следующих целей:

    – для сцепления и разъединения кинематически связанных деталей (управляемые муфты);

    – для предохранения от перегрузок (предохранительные муфты);

    – для ограничения скорости автоматическим разъединением ведущего и ведомого валов (нормально-замкнутые центробежные муфты) или обеспечения плавного разгона машины без перегрузки двигателя, разгоняемого в холостую (нормально-разомкнутые центробежные муфты);

    – для передачи момента в одном направлении при автоматическом разобщении валов, когда частота вращения ведомого звена превысит частоту вращения ведущего (муфты свободного хода);

    – для компенсации радиальных (рис. 15.1, а), осевых (рис. 15.1, б), угловых (рис. 15.1, в) и комбинированных (рис. 15.1, г) смещений валов (компенсирующие муфты);

    – для уменьшения динамических нагрузок вследствие амортизации возникающих толчков, ударов и колебаний (упругие муфты).

    Также используются специальные и сложные комбинированные муфты, сочетающие свойства нескольких простейших муфт.

    Приводные муфты классифицируют по следующим признакам (рис. 15.2):

    – по принципу действия;

    – по назначению;

    – по конструкции;

    – по принципу управления.

     

    Рис. 15.1

     

    Рис. 15.2. Классификация приводных муфт

    Приводные муфты выбираются из стандартов или нормалей по величине расчетного крутящего момента:

    ,

    где  – расчетный момент;  – номинальный момент;  – коэффициент, учитывающий режим работы привода;  – допускаемый момент для данной муфты, выбираемый по таблицам стандартов или нормалей.

    Когда возможно достаточно точно определить момент в период неустановившегося движения (период пуска) за значение момента  принимается значение пускового момента , определяемого по формуле

    ,

    где  – момент, необходимый для преодоления статических сопротивлений в период пуска, приведенный к валу, на котором устанавливается муфта;  – динамический момент от сил инерции вращающихся масс в период пуска, приведенный к валу;  – динамический момент от сил инерции поступательно движущихся масс в период пуска, приведенный к валу.

    Важными показателями конструкции муфт являются габариты, масса и момент инерции относительно оси вращения.

    Муфты каждого типоразмера, рассчитанные на передачу определенного вращающего момента, выполняют для некоторого диапазона посадочных диаметров валов. Это обусловлено тем, что валы для передачи одного итого же вращающего момента имеют разные диаметры из-за нагружения разными изгибающими моментами и изготовления их из различного материала.

    Муфты ответственных машин следует рассчитывать по их действительным критериям работоспособности: прочности при циклических нагрузках или однократных перегрузках, износостойкости и т.д. с обеспечением требуемой податливости на кручение и других характеристик.

    Муфты должны обладать определенной компенсирующей способностью, т.е. компенсировать отклонения от соосного положения соединяемых валов, обусловленные особенностями конструкции машины; неизбежными отклонениями, вызванными погрешностями монтажа (см. рис. 15.1), а также деформациями валов от эксплуатационных нагрузок, тепловых воздействий и т.п.

    Дополнительные изгибающие и перерезывающие нагрузки в системе вал – муфта – опоры можно снизить:

    – уменьшением погрешностей монтажа;

    – увеличением компенсирующей способности системы за счет взаимных кинематических перемещений деталей под нагрузкой в пределах зазоров или по направляющим элементам муфты (компенсирующие и подвижные муфты);

    – увеличением податливости, т.е. компенсирующей способности за счет деформации одного из звеньев системы.

    Опыт проектирования показывает, что во многих случаях из конструктивных, технологических и эксплуатационных соображений выгодно применять для этих целей муфты, имеющие элементы с высокой податливостью (упругие муфты). В качестве упругих элементов используют пружины, мембраны, материалы с малым модулем упругости (например, резина т.п.).

    Важными свойствами муфт являются способности амортизировать (ослаблять) и демпфировать (заглушать, успокаивать) колебания внешней нагрузки, толчки и удары динамически нагруженных агрегатов (особенно при реверсивной нагрузке).

    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.

    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.

    На рис. 15.9 представлена муфта по ГОСТ 23106-78 для соединения цилиндрических концов валов (ГОСТ 12080-66). Материал полумуфт – чугун СЧ 21 по ГОСТ 1412-85.

    1 – фиксирующие полукольца; 2 – полумуфта; 3 – полукожух; 4 – болт по ГОСТ 7796-70; 5 – гайка по ГОСТ 5916-70; 6 – шайба по ГОСТ 6402–70; 7 – винт по ГОСТ 17437-81

    Рис. 15.9. Муфта продольно-разъемная по ГОСТ 23106-—78

    Предельные отклонения размеров: для отверстий – Н14, для валов – h 14, для остальных размеров ± I Т 15/2.

    Расчет винтов муфты выполняют из предположения, что вращающий момент полностью передается силами трения (шпонка не учитывается). Расчет сводится к определению силы затяжки одного крепежного винта по формуле

    ,

    где Т – вращающий момент, Н∙м; k – коэффициент режима (см. табл. 15.1); d – диаметр вала, мм; z – число крепежных винтов; f – коэффициент трения.

    Пример условного обозначения продольно-разъемной муфты с номинальным вращающим моментом Т = 125 Н∙м, диаметром посадочных отверстий в полумуфтах под валы d = 28 мм, с фиксирующими полукольцами, климатического исполнения УЗ по ГОСТ 15150-69:

    Муфта продольно-разъемная 125-28-1-УЗ ГОСТ 23106-78.

    То же, но без фиксирующих полуколец:

    Муфта продольно-разъемная 125-28-2-У3 ГОСТ 23106-78.

    15.3. Жесткие компенсирующие муфты

    К подвижным муфтам относят три типа муфт: жесткие компенсирующие, упругие и шарнирные. Подвижные муфты характеризуются относительной подвижностью деталей муфты. К недостаткам компенсирующих муфт следует отнести обязательное появление дополнительной нагрузки на валы и опоры.

    Жесткие компенсирующие муфты предназначены для передачи вращающего момента и соединения валов с незначительными смещениями осей, обусловленные особенностями конструкции машин, неточностью изготовления и сборки, деформациями валов от эксплуатационных нагрузок, осадками фундамента и т.д. Компенсация смещений достигается за счет относительного перемещения деталей муфты. Основными видами жестких компенсирующих муфт являются зубчатые и цепные.

    Упругие муфты так же, как и жесткие компенсирующие, допускают смещение осей валов, и дополнительно допускают относительный поворот валов на некоторый угол. Кроме компенсаций неточности относительного расположения валов они смягчают удары и гасят крутильные колебания.

    Шарнирные муфты предназначены для передачи вращающего момента между валами с взаимным наклоном осей до 40…45°, причем угол может меняться.

    На главную