Решение

1. В качестве исходной конструкции предлагается комбинированная муфта, представленная на рис.8.1:

упругая и компенсирующая часть муфты – с торообразной оболочкой, алгоритм проектирования и расчета которой показаны в задаче II;

предохранительная муфта – многодисковая фрикционная.

2. Проектирование и расчет фрикционной предохранительной муфты.

Номинальный момент передаваемый муфтой Т=3000 Нм.

П ередаваемый вращательный момент, после которого муфта прокручивается и прекращает свой функции:

Т_max = β Т =1.3 · 3000 =3900 Нм,

где: β – коэффициент запаса сцепления, β =1,25…1,4, принято β =1,3.

2.1. Проектирование муфты.

Выбираем материал пары трения: сталь – прессовый материал на основе асбеста; по табл. 3 принимаем коэффициент трения f = 0,3 ; допускаемое удельное давление [P] = 0,3 МПа.

Диаметры кольца трения дисков:

• наружный D_н = (3...4)d =4 · 80 = 320 мм;

• внутренний D_вн = 0,5 D_н = 0,5 · 320 = 160 мм;

• средний D_ср = (D_н + D_вн ) /2 = (320 + 160) /2 = 240 мм.

2.2. Расчет муфты.

Определяем потребное число пар дисков:

.

Принимаем Z = 6.

Потребное число дисков:

ведущих Z_ı = Z/2 = 3;

ведомых Z₂ = Z_ı +1 = 3+1 =4.

Действительное усилие прижатия дисков:

Действительное удельное давление на поверхностях трения:

не превышает допустимого.

2.3. Расчет пружины.

Принимаем число пружин, равномерно распределенных по окружности среднего диаметра, принимаем n =6.

В этом случае потребное усилие замыкания муфты для одной пружины:

Выбираем тарельчатую пружину №073 по ГОСТ 3057 – 90 (табл.5) [5,т.3]

Пружина имеет следующие размеры:

наружный диаметр D₁ =28 мм;

внутренний диаметр d = 12 мм;

толщина диска t =1,5мм;

максимальная деформация S₃ = 0,7 мм;

высота пружины l₀ =2,2 мм.

При прогибе равном S₃ – усилие в пружине F = 3550 H.

При прогибе равном 0,8S₃ – усилие в пружине F = 3043 H.

Отклонение

что допустимо, поскольку лежит в пределах рекомендованных значений запаса сцепления .

С целью понижения жесткости пружины и повышения возможности регулирования усилия прижатия дисков заменим одну пружину на пакет последовательно поставленных тарельчатых пружин..

Предположим, что желательно для улучшения возможности точного регулирования муфты общая осадка fс=4 мм. Тогда необходимое число пружин в пакете:

принимаем i = 7.

Пересчитаем общую деформацию пакета из 7 последовательно работающих тарельчатых пружин

.

Задача IX. Рассчитать и определить упругую муфту с цилиндрическими пружинами сжатия на выходном валу редуктора к приводу цепного элеватора по следующим данным:

Вращающий момент Т= 500Н.м.

Частота вращения n = 40 об/мин.

Диаметр вала d= 55мм.

Решение

1 Выбираем муфту с винтовыми цилиндрическими пружинами (рис.9.1) в зависимости от вращающего момента по справочным данным, приведенным в табл. 3.9. [1]

Размеры и параметры выбранной муфты Т=550Н.м.; D=225мм; D_N=100мм; d=55мм; В=155мм.

При расчете жесткости и прочности упругих элементов находится максимальный вращающий момент с учетом динамических нагрузок:

Т_Р=Т_max=T К_Р = 500·1,6 = 800Н.м.

где К_Р – коэффициент динамической нагрузки, зависящий от типа двигателя и типа машины;

К_Р = 1,5…2 (табл.1) для цепного элеватора.

2. Проектирование и расчет муфты.

2.1. Основываясь на практике проектирования этих муфт, принимают:

Принимаем D₀=200мм.

где – Т_Р - расчетный момент в н.м.

D₀ – диаметр окружности по центрам пальцев в м.

2.2. Расчет прочности и жесткости цилиндрических пружин сжатия, проводимые по силе F_n , действующей на одну пружину.

где Z – число ведущих пальцев Z = n / 2 = 6 / 2 = 3;

n – общее число пружин n = 6

- коэффициент, равный 1,2….1,4.

Определим диаметр проволоки, из которой свита пружина по условию прочности кручения:

,

где []_с – допускаемые напряжения кручения, находим из табл. 2. Для стали 60С₂ при d = 5…42мм, []_с=900МПа;

с – геометрический параметр пружины с = , который принимают из диапазона с= 4…6. Принимаем с = 4.

k – коэффициент, учитывающий кривизну витков k = 1+1,45/с. значение к дается на стр. 410 [2]. К = 1,36.

=7,04мм.

Полученный расчетом диаметр проволоки округлим до ближайшего стандартного, [4].

Принимаем d = 8 мм.

Определим потребное рабочие число витков пружины.

i = ,

где G_Т – модуль сдвига, принимаемый для стали, G_Т = 8· 10⁴ МПа.

– необходимая деформация сжатия пружины,

=0,0873D₀ = 0,0873·200=17,46мм.

– допускаемый угол закручивания полумуфт,  = 0,0873 рад.

Полученное по расчету рабочее число витков округляем до ближайшего целого числа i =7.

Полное число витков пружины: i₀ = i + (1,5…2) = 7 + 2=9

Длина пружины сжатой до соприкосновения витков:

Н_П = (i₀ – 0,5) d = (9 - 0,5) 8=68мм.

Длина пружины в ненагруженном состоянии:

Н₀ = Н_П + i (р – d )= 68 + 7(16-8) = 124мм;

где р – шаг витков пружины, равный р = D tg или, примерно,

р = 2d;

 - угол подъема витков, выбранный в пределах 8 … 12^О;

Принимаем р = 2·8=12мм.

Получается очень большая длина пружины, которую невозможно разместить в выбранной муфте.

В связи с этим рассмотрим вариант расчета, в котором изменен геометрический параметр С и принят С=5.

Тогда диаметр проволоки, из которой свита пружина на кручение при k = 1,29:

= .

Примем ближайшее большее из стандартного ряда d=8 мм.

Определим потребное рабочее число витков пружины:

i = .

Округляем до целого числа i = 4,0.

Полное число витков пружины: i₀ = i + (1,5…2) = 4 + 2=6.

Длина пружины сжатой до соприкосновения витков:

Н_П = (i₀ – 0,5) d = (6 - 0,5) 8=44 мм;

Длина пружины в ненагруженном состоянии:

Н₀ = Н_П + i (р – d )= 44 + 4 (16-8) = 76мм;

Средний диаметр пружины: D = c · d = 5 · 8 = 40мм;

Наружный диаметр пружины: D_a = D+ d = 40+8=48 мм;

Ширина сектора (рис.9.1): S = 1,5 ·D_a=55мм

T= 1,2 · D_{a =} 57мм.

При сборке муфты пружины должны быть заневолены, т.е. предварительно сжаты на величину: = 0,5 = 0,5·17,46 = 8,7мм.

Задача X. Рассчитать шариковую предохранительную муфту (рис.10.1), установленную на выходном валу редуктора привода цепного конвейера. На муфте посажена ведущая звездочка цепной передачи. Привод осуществляется от электродвигателя.