Назначение и классификация муфт
Муфты служат для соединения валов или валов с деталями, свободно вращающимися на них (зубчатыми колесами, шкивами и т.п.), с целью передачи вращения без изменения скорости. Известно, что большинство устройств, систем компонуют из отдельных узлов с входными и выходными валами. Такими узлами являются, например, привод в виде двигателя, передаточный и исполнительный механизмы. Кинематическая и силовая связь между этими узлами устройства осуществляется с помощью муфт.
Соединение валов является основным, но не единственным назначением муфт. Муфты применяют для включения и выключения исполнительного органа при непрерывно работающем двигателе, для предохранения рабочих органов от перегрузок и чрезмерно больших скоростей, для передачи движения между валами только в одном направлении, для остановки в качестве тормоза и других функций.
Глухие жесткие муфты используют при передаче движения между соосными валами, которые должны работать как единый вал. Компенсирующие подвижные муфты применяют при передаче движения между несоосными валами при наличии небольших радиальных, осевых, угловых или комбинированных смещений осей валов. Упругими муфтами пользуются для смягчения толчков, динамических нагрузок при передаче вращающегося момента между валами. Предохранительные муфты применяют во избежание поломок деталей механизма из-за перегрузок. Обгонные муфты используют для передачи движения только в одну сторону.
Муфты по управляемости передачей вращения между соединяемыми валами делят на три группы: муфты постоянные, осуществляющие постоянное соединение валов, - глухие, компенсирующие, упругие; муфты управляемые, обеспечивающие режим «включено-выключено» с помощью: дистанционного (электрического) управления - электромагнитные, магнитопорошковые (магнитожидкостные), пьезокристаллические; ручного (механического) управления - зубчатые, кулачковые, фрикционные; муфты самоуправляемые, осуществляющие автоматическое разъединение или соединение валов: по величине передаваемого момента - предохранительные; по скорости вращения - центробежные; по направлению вращения - обгонные.
Стандартами предусмотрены размеры на некоторые типы муфт. Муфты подбирают по большему диаметру соединяемых валов и расчетному значению передаваемого момента Тр = kT, где Т - номинальный момент на валу; k - коэффициент режима работы муфты. В приводах от электродвигателя принимают: при спокойной нагрузке k = 1,15 … 1,4; при переменной нагрузке k = 1,5 … 2; при ударной нагрузке k = 2,5 … 4.
Часто муфты изготавливают индивидуально. При выборе конструкции муфты учитывают ее назначение, особенности конструкции механизма, условия эксплуатации, характер нагрузки. Выбранные муфты проверяют в кинематических передачах на точность, в силовых - на прочность.
Постоянные муфты. Эти муфты делятся на глухие и подвижные, или компенсирующие, которые допускают небольшие неточности сборки.
Глухая втулочная муфта является наиболее простой и используется при высокой соосности соединяемых валов и отсутствии перекоса. Она состоит из втулки, соединенной с валами с помощью штифтов, шпонок, а при больших моментах — шлицами. Втулки изготавливают из различных материалов, но чаще из тех же марок сталей, что и валы.
Для соединения втулки с валом рекомендуют посадки с нулевым зазором типа H/h или переходные типа H/k.
Поводковые муфты различных конструкций применяют при диаметрах валов 3…12 мм. Они допускают небольшие радиальные смещения осей валов. Муфты состоят из полумуфт, закрепленных на валах штифтами. На фланце одной из полумуфт закреплен палец (поводок), входящий в паз второй полумуфты. Палец может быть цилиндрическим и сферическим, последний допускает и перекос осей. Муфта проста по конструкции, но у нее всегда существует мертвый ход за счет зазора z между пальцем и пазом. При расстоянии r между осями вала и пальца величина мертвого хода в угловых минутах = 3438 z/r. Чтобы уменьшить в вале радиальную изгибающую нагрузку, рекомендуют применять муфты с двумя пальцами, расположенными симметрично относительно оси валов. В точных передачах применяют поводковые муфты, мертвый ход в которых выбирают плоской или винтовой пружиной.
Упругие муфты применяют для амортизации ударных и динамических нагрузок при частых пусках и реверсах механизма. Упругая поводковая муфта состоит из двух полумуфт, закрепленных на валах. В каждой полумуфте закреплено симметрично относительно оси по два цилиндрических пальца (поводка). Между полумуфтами находится упругий элемент из твердой резины, кожи с четырьмя расположенными равномерно по окружности отверстиями, в которые входят пальцы полумуфт. При работе муфты упругий элемент деформируется, амортизирует динамические нагрузки и компенсирует погрешности расположения осей валов. Недостатком муфты является наличие мертвого хода из-за деформации упругого элемента и зазора между пальцем и упругим элементом. Упругая мембранная муфта позволяет передавать вращение между валами, имеющими радиальное смещение и перекос осей соответственно до 0,7 мм и 230. Вращающийся момент передается с полумуфты на полумуфту с помощью тонкого упругого кольца и мембраны. Изготавливают мембраны из стали 65Г, фосфористой бронзы, текстолита и других материалов.
Exercise 20. Read and translate the following text and make up the annotation.
Text A
V – BELT DRIVES
Among flexible machine elements, perhaps V-belt drives have widest industrial application. These belts have trapezoidal cross section and do not have any joints. Therefore, these belts are manufactured only for certain standard lengths. To accommodate these belts the pulleys have V shaped grooves which makes them relatively costlier. Multiple groove pulleys are available to accommodate number of belts, when large power transmission is required. V-belt drives are most recommended for shorter center distances. In comparison to flat belt drives, these drives are slightly less efficient. V belt can have transmission ratio up to 1:15 and belt slip is very small. As the belts are endless type, V-belt drives do not suffer from any joint failure and are quiet in operation. V-belts constitute fabric and cords of cotton, nylon etc. and impregnated with rubber.
The standard V-belt sections are A, B, C, D and E. The table below contains design parameters for all the sections of V-belt. The kW rating given for a particular section indicates that, belt section selection depends solely on the power transmission required, irrespective of number of belts. If the required power transmission falls in the overlapping zone, then one has to justify the selection from the economic view point also. As for example, a single belt of B section may be sufficient to transmit the power, instead of two belts of A section. This may increase the cost as well as weight of the pulley, as two- grooved pulley is required. In general, it is better to choose that section for which the required power transmission falls in the lower side of the given range.
Another restriction of choice of belt section arises from the view point of minimum pulley diameter. If a belt of higher thickness (higher section) is used with a relatively smaller pulley, then the bending stress on the belt will increase, thereby shortening the belt life.
Each type of belt section has a power rating. The power rating is given for different pitch diameter of the pulley and different pulley speeds for an angle of wrap of 180ο. A typical nature of the chart is shown below. Here, for example, for pitch diameter of D1 , power rating of the A section belt is kW1, kW2 , kW3 , kW4 for belt speeds of N1 ,N2 ,N3 ,N4 respectively. Similar tables are available for the belts of other sections.
A belt drive is designed based on the design power, which is the modified required power. The modification factor is called the service factor. The service factor depends on hours of running, type of shock load expected and nature of duty.
Power rating of a typical V-belt section requires modification, since, the ratings are given for the conditions other than operating conditions. The factors are as follows: Equivalent smaller pulley diameter: In a belt drive, both the pulleys are not identical, hence to consider severity of flexing, equivalent smaller pulley diameter is calculated based on speed ratio. The power rating of V-belt is then estimated based on the equivalent smaller pulley diameter. Angle of wrap correction factor: The power rating of V-belts are based on angle of wrap, α =1800 . Hence, Angle of wrap correction factor (Cvw) is incorporated when α is not equal to 180ο. Belt length correction factor: There is an optimum belt length for which the power rating of a V-belt is given. Let, the belt length be small then, in a given time it is stressed more than that for the optimum belt length. Depending upon the amount of flexing in the belt in a given time a belt length correction factor (CvL) is used in modifying power rating.
Text B