Решение

1. В качестве варианта конструктивного исполнения муфту используем муфту, представленную на рис.6.1.

При проектировании муфты используем результаты, накопленные опытом конструирования этих муфт, изложенных в [4]. Рекомендуется:

наружный диаметр поверхности трения диска D₁ = (3…5)d; внутренний диаметр поверхности трения диска D = (0,5….0,8)D₁.

Примем D₁ = 3d =330=90; D = 0,67D₁ = 0,6790 = 60. Средний диаметр поверхности трения:

Для клиноременной передачи

.

Для плоскоременной передачи

2. Расчет фрикционной дисковой муфты.

2.1. Поскольку муфта работает в условиях сухого трения (без подачи масла) выбираем материал пары дисков: для сочетания материалов: сталь – прессованный асбест, коэффициент трения f=0,3; допускаемое удельное давление [Р] = 0,2 МПа (табл.3).

2.2. потребное число пар поверхностей трения определяем по выражению:

,

где: Т_пр – предельный вращательный момент, передаваемый муфтой,

Т_пр = β · Т = 1,3 · 63,7 = 82,8 Нм;

β – коэффициент запаса сцепления, применяемый для предохранительных муфт, β = 1,25….1,4, принимаем β = 1,3;

Т – номинальный вращающий момент в Нм

.

Получилось очень большое число пар трения не соответствующее выбранной конструкции муфты, допускающей для сухих муфт не более 4.

С целью уменьшения Z увеличиваем диаметральные размеры дисков муфты.

2.3. II вариант. D₁ = 5d = 5 · 30 = 150;

D = 0,5 · D₁ = 0,5 · 150 = 75;

мм.

В этом варианте потребное число пар поверхностей трения:

Такое число пар трения приемлемо для выбранной конструкции.

Принимаем Z = 2, тогда число ведущих дисков Zı = Z/2 = 1;

число ведомых дисков Z₂= Zı + 1=2.

2.4 Проверим действительную удельную нагрузку:

где: F- действительная сила сжатия пружины;

Действительные удельные давления не превышают допустимых, следовательно, износостойкость поверхностей трения достаточна.

2.5. Проведем расчет пружин.

Сила сжатия одной пружины при числе пружин n=6:

F_пр=F/n =2453/6=409 Н.

Выбираем для пружин стальную углеродистую проволоку II класса по ГОСТ 9389 – 75 из табл. 2 находим допускаемые напряжения пружин.

Класс прочности II []_с=900 МПа.

Из условия прочности на кручение, задавшись индексом пружины

С= D_о/d_пр=6 , и, вычислив коэффициент К

,

находим потребный диаметр проволоки:

Принимаем d_пр = 3 мм; средний диаметр пружины D_о = d_пр С = 18 мм.

2.6. Из расчета пружин на жесткость определяем осадку одного витка пружины под действием F_пр:

мм,

где: G- модуль сдвига для стали, G = 8 ·10⁴ МПа.

Определяем шаг витков пружины:

t = d_пр + λ + S_р =3+2,95 + 0,3 =6,25мм.

S_р – зазор между витками при осадке пружины расчетной силой F_пр.

По рекомендации S_р = 0,1· d = 0,1 · 3=0,3 мм. Рабочее число витков, принимаем i_р =5, тогда полное число витков пружины:

i= i_р =+ (1,5….2) = 5+2 =7.

Определяем высоту пружины при полном сжатии витков:

H₁ = (i-0,5) d_пр = (7 – 0,5) ·3 = 19,5 мм.

Высота пружины в свободном состоянии:

Н=Н₁ + i_р (t - d_пр) =19,5 +5(6,25-3) = 35,75 мм.

Для выяснения необходимости расчета пружины на устойчивость вычислим отношении:

,

т.к. отклонение не превышает допускаемых норм, проверка на устойчивость не требуется.

Задача VII. Спроектировать и рассчитать для выходного вала редуктора кулачковую предохранительную муфту привода ленточного конвейера по следующим данным:

мощность Р = 1,8 Квт;

частота вращения n = 70 об/мин; диаметр валов d = 40 мм.

Решение.

1 . Исходная конструкция кулачковой муфты представлена на на рис.7.1.

2. Проектирование и расчет кулачковой предохранительной муфты.

2.1. Номинальный момент, передаваемый муфтой:

Нм.

Предельный вращающий момент, передаваемый муфтой:

Т_max= Т β = 245,6 · 1,4 = 345 Нм,

где: β – коэффициент запаса сцепления, β = 1,25…1,4, принимаем β= 1,4.

2.2. Проектирование муфты.

Диаметр окружности, проходящий через середину кулачков:

D_с = 2 d = 2 · 40 = 80 мм.

Число кулачков Z = 3…15, принимаем Z=6, угол кулачков α= 45˚, угол трения на кулачках φ= 2….5, принято φ = 2˚, коэффициент трения в шлицевом или шпоночном соединении вала с подвижной полумуфтой:

f= 0,05…0,1, принято f =0,05.

2.3. Расчет кулачковой муфты.

Окружное усилие на кулачках при номинальном режиме:

.

Окружное усилие при передаче максимального момента: .

Осевое усилие при передаче номинального момента:

Q_ı= F_к tgα = 6125 ·1 = 6125 H

Осевое усилие, действующее на пружину при выключении муфты с учетом трения кулачков и трения втулки по валу:

При передаче номинального вращающего момента потребное усилие включения:

Для правильного функционирования кулачковой муфты необходимо соблюдать неравенства:

и

В решение задачи условие выполнено.

2.4. Расчет пружин.

На базе аналогичной конструкции муфты принимаем число пружин m=8. Тогда усилие, действующее на 1пружину:

при включенной муфте:

при выключенной муфте:

Из условия прочности по напряжениям сдвига потребный диаметр проволоки:

,

где: С – индекс пружины С=D_ο /d принято С=5; К – коэффициент, учитывающий влияние кривизны витков:

;

[τ]_к - допускаемые напряжения кручения (сдвига).

В качестве материала принимаем стальную пружинную проволоку по ГОСТ 9389 – 75 класс прочности I. Допускаемое напряжение [τ]_к = 960 МПа (табл. 2).

Принято d _п = 4 мм ; D_о= Сd_п=5·4=20 мм.

Пружину устанавливают в муфту с предварительным сжатием на величину, достаточную для создания усилия F, удерживающего муфту во включенном состоянии:

G – модуль сдвига для стали, G = 8·10⁴ МПа;

i - число рабочих витков, принимаем i=8.

Максимальная осадка при выключении муфты:

Требуемая высота кулачков:

.

При работе муфта на рабочих поверхностях кулачков возникают удельное давление, способствующее обмятию поверхностей и износу:

,

где: b – ширина кулачков, измеренная по радиусу:

b=(0,12…0,15) ·D_с= (0,12…0,15) · 80 – 9,6..12 мм, принимаем b=12мм.

[P] – допускаемые удельные давления.

По данным [P]=30…40 МПа для муфт включаемых или выключаемых на ходу.

Так как действительное удельное давление велико, увеличим рабочее число витков – i = 10, тогда:

и высота кулачков:

.

Проверим по удельным давлениям:

Условие прочности выполняется. Окончательно получаем следующие размеры предохранительной муфты.

D_c =80 мм; h = 4,0 мм; b = 12 мм; Z = 6; m = 8;

2.5. Проектирование пружин.

Полное число витков пружины:

Определяем шаг пружины:

,

гарантированный зазор между витками,

S_р = 0,1· d= 0,1 · 4 = 0,4 мм.

Высота пружины при полном сжатии витков:

Высота свободной пружины:

ЗадачаVIII. Рассчитать и спроектировать комбинированную упруго предохранительную муфту на выходном валу редуктора к приводу насоса по следующим данным:

вращающий момент Т=3000 Нм;

частота вращения n = 50 об/мин;диаметр вала d = 80 об/мин.