ТОЛЬЯТТИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра «Машиноведение и инженерная экология»
Лабораторная работа №8
По дисциплине «Детали машин»
«Исследование предохранительных муфт»
Тольятти 2005
Цель работы.
Изучение конструкций предохранительных муфт. Экспериментальное определение моментов срабатывания и сравнение их с расчетными значениями.
Теоретические сведения.
Основное назначение приводных муфт – передача крутящего момента между валами, являющимися продолжением один другого, или между валом и установленными на нем деталями: зубчатыми колесами, шкивами, звездочками. Помимо основного назначения, муфты могут быть предназначены одновременно и для выполнения вспомогательных функций, так, например, для компенсации неточности изготовления и сборки, гашения упругих колебаний в приводе, управления сцеплением соединяемых валов от возможных перегрузок привода нерасчетным моментом. Для предотвращения перегрузок и поломок ответственных узлов в приводе машин применяются предохранительные муфты.
Лабораторная работа предусматривает исследование предохранительных муфт четырех типов:
пружинно-кулачковой,
пружинно–шариковой,
дисково-фрикционной,
конусно-фрикционной.
Пружинно-кулачковые и шариковые муфты широко применяются при небольших скоростях и передаваемых моментах. Они обеспечивают высокую точность и надежность срабатывания. Муфты включаются и выключаются за счет осевого перемещения на шлицах или шпонке одной подпружиненной полумуфты. При перегрузках муфта прощелкивает, причем сцепление автоматически восстанавливается после прекращения действия перегрузок и поворота полумуфты на целое число угловых шагов кулачков (шариков). Сила сжатия пружины, необходимая для обеспечения передачи рабочего момента:
(1)
где М – рабочий момент при срабатывании муфты, Н * мм
D – наружный диаметр кулачков (диаметр расположения шариков)
a - угол наклона рабочей поверхности кулачков, град
j - угол трения между кулачками (шариками), град
d – диаметр вала, направляющего подвижную полумуфту, мм
f – коэффициент трения в шлицевом соединении подвижной полумуфты.
Расчет рабочего момента на шариковой муфте ведется по формуле (1), аналогичной расчету кулачковой. Расчет угла наклона рабочей поверхности кулачков заменяют расчетом угла наклона касательной в точке соприкосновения шариков с осью полумуфт.
(2)
где DШ – диаметр шариков, мм
h – высота выступающей части шарика, мм
Фрикционные предохранительные муфты выполняются из разнородных несхватывающихся материалов (стали, фрикционного материала на асбестовой основе). Они осуществляют передачу момента за счет сил трения между полумуфтами. Их выполняют дисковыми или конусными. Основное применение получили многодисковые муфты. Конусные применяют только при малых моментах работы механизма. В зависимости от места расположения предохранительные муфты выполняются работающими всухую или в масле.
Наибольшее применение находят муфты, работающие без смазки. Так как коэффициент трения в них более стабилен, они обладают лучшей рабочей характеристикой.
Сила прижатия дисков пружиной, необходимая для передачи рабочего момента дисковой фрикционной муфты
(3)
где М – рабочий момент срабатывания муфты, Н * мм
D – средний диаметр контакта дисков, мм
Z – количество поверхностей трения, шт
f – коэффициент трения на рабочих поверхностях.
Сила прижатия пружиной подвижной полумуфты конусной фрикционной муфты, необходимая для передачи рабочего момента, определяется по формуле
(4)
где М – рабочий момент срабатывания муфты, Н * мм
a - половина угла при вершине конуса, град
D – средний диаметр контакта фрикционных поверхностей, мм
f – коэффициент трения на рабочих поверхностях.
Оборудование.
1. Установка для испытаний предохранительных муфт типа ДМ-40 (рис. 1).
2. Кулачковая предохранительная муфта (рис. 2).
3. Шариковая предохранительная муфта (рис. 3).
4. Дисковая фрикционная предохранительная муфта (рис. 4).
5. Конусная фрикционная предохранительная муфта (рис. 5).
6. Гаечные ключи накидные для регулирования муфт 68-70.
7. Гаечный ключ 14.
8. Масштабная линейка для замера длины пружины.
9. Индикатор часового типа с удлиненным наконечником.
Описание установки.
Установка ДМ-40 (рис. 1) смонтирована на чугунной плите 1. На передней части станины установлен защитный кожух 2 и пульт управления 3, на котором вынесена ручка управления двигателем 4. Для запуска электродвигателя необходимо установить ручку в положение «вкл». С электродвигателя 5 вращение передается на клиноременную передачу 6, далее на зубчатые колеса 7 и 8, а затем, через испытываемую муфту 9, на ведомый вал 10. Нагрузка ведомого вала осуществляется балансирным колодочным тормозом 11, позволяющим плавно изменить силу сжатия колодок и величину нагрузки на муфте. Рычаги тормоза соединены штангой 12 с обоймой 13, сидящей на подшипниках ведомого вала. Такая подвеска позволяет тормозной системе свободно качаться вокруг оси вала. Тормоз снабжен гидравлическим демпфером 14. Регистрация момента на валу производится следующим образом: штанга 12 через призму 15 опирается на плоскую измерительную пружину 16, величину прогиба которой замеряют индикатором 17.
Технические характеристики испытываемых муфт.
1. Кулачковая предохранительная муфта:
D = 64мм, - диаметр наружной поверхности кулачков,
j = 5° - угол трения между кулачками,
a = 45° - угол наклона рабочей поверхности кулачков,
d = 40мм – диаметр вала, направляющего подвижную полумуфту,
f = 0.15 – коэффициент трения в шлицевом соединении подвижной полумуфты.
Рис. 1 Установка для испытаний предохранительных муфт типа ДМ-40.
1 – чугунная плита; 2 – защитный кожух; 3 – пульт управления; 4 – ручка включения и выключения; 5 – электродвигатель; 6 – клиноременная передача; 7 – зубчатое колесо ведущее; 8 – зубчатое колесо ведомое; 9 - испытываемая муфта; 10 – ведомый вал; 11 – колодочный тормоз; 12 – штанга; 13 – обойма; 14 – демпфер гидравлический; 15 – призма; 16 – плоская измерительная пружина; 17 – индикатор.
2. Шариковая предохранительная муфта:
D = 60мм – диаметр расположения шариков,
d = 40мм – диаметр вала, направляющего подвижную полумуфту,
DШ = 10мм – диаметр шариков,
h = 2.5мм – высота выступающей части шарика,
z = 3шт – количество шариков.
3. Дисковая фрикционная предохранительная муфта:
D = 65мм – средний диаметр контакта дисков,
z = 5шт – количество поверхностей трения,
f = 0.3...0.4 – коэффициент трения на рабочих поверхностях.
4. Конусная фрикционная предохранительная муфта:
a = 20° - половина угла при вершине конуса,
D = 90мм – средний диаметр контакта фрикционных поверхностей,
f = 0.2…0.3 - коэффициент трения на рабочих поверхностях.