Порядок расчёта привода.

Выбор двигателя.

1. Определение мощности на выходе W_вых=Tω (ω=πn/30), для передачи винт-гайка W_вых=Fv.

2. Расчёт потребной мощности двигателя , где

-КПД редуктора; П_j-потери на трение в подшипниках; η_ij-КПД передачи.

3. По каталогу выбирается двигатель и его характеристики W_Д и n_Д.

Кинематический расчёт передачи.

1.Определение приближённого значения общего передаточного числа и разбивка его по ступеням , где К-число ступеней передачи.

Индекс «mr» означает, что передача выполняется от шестерни z_m к колесу z_r.

Для цилиндрических зубчатых передач коэффициент С_mr принимают:

- из условия минимума габаритов для развёрнутой схемы (К=2) С₁₂=1,2; (К=3) С₁₂=1,3; С =1. Передаточное число последней ступени (К=2) ; (К=3)

для соосных двухступенчатых редукторов .

- из условия минимума инерционности у быстроходных реверсивных приводов (К=2) С₁₂=0,6-0,95; (К=3) С₁₂=0,5-0,8, С =0,9-0,95.

Если на выходе стоит передача винт-гайка, то

, где v-скорость; n_вых - частота вращения вала на выходе, равная частоте вращения винта (гайки).

2. Выбор числа зубьев каждого колеса в паре:

- суммарное число зубьев для колёс с m>1 и однородной структурой z_Σ=z₁+z₂=80-90, для мелкомодульных m<1 z_Σ=90-130, с упрочнённой рабочей поверхностью z_Σ=50-80;

у двухступенчатой передачи число зубьев шестерни для первой ступени равно Z₁=z_Σ/(u₁₂+1) у колеса z₂=z₁u₁₂ (их округляют до целых значений); соответственно для второй ступени .

3. Вычисление уточнённого передаточного числа:

u₁₂=z₂/z₁, .

4. Определение частоты вращения каждого вала:

n₂=n₁/u₁₂, .

Силовой расчёт передачи.

1. Расчёт номинального вращающего момента двигателя.

Т_д=9,55х10³W_Д/n_Д (W_Д в ваттах, n_Д в об/мин).

2. Определение расчётных моментов на каждом валу:

Т₁=К_дТ_Д(1-П₁); Т₂=Т₅u₁₂(1-П₂) ; ,

где К_д-коэффициент динамичности; П_i-потери на трение в подшипниках.

Конструкция редуктора. Для удобства сборки и разборки корпус делают составным. Крышка на корпусе фиксируется штифтами и закрепляется с помощью резьбовых деталей.

- При осевой сборке разъём корпуса перпендикулярен осям валов. Такая конструкция более технологичная и жёсткая, но сложнее сборка и осмотр внутренних частей.

- При радиальной сборке разъём корпуса выполняют по плоскости осей валов, что облегчает его монтаж и осмотр внутренних частей. Но изготовление корпуса сложнее за счёт неодинаковой жёсткости, герметизация по фигурному стыку также менее технологична.

В редукторах с большим ресурсом предусматривается непрерывная смазка. Для этого часть колеса погружают в масло картера или подают масло с помощью струи. При малом ресурсе, низких скоростях и нагрузках жидкую или пластичную смазку подают периодически из маслёнки или ручным шприцом. Иногда используется ресурсная смазка (одноразовая), закладываемая при сборке.

Лекция 21

МУФТЫ.

Муфты служат для соединения валов при передаче крутящего момента без изменения угловой скорости. В определённой степени они также могут компенсировать погрешности расположения осей валов, быть демпферами крутильных колебаний, обеспечивать плавный пуск и останов механизма, предохранять его от перегрузки.

По признаку управляемости муфты делятся на типы:

- неуправляемые - не допускают расцепления валов в процессе работы;

- управляемые – позволяют принудительно соединять и разъединять ведущий и ведомый валы в эксплуатации;

- самоуправляемые – автоматически разъединяют валы при изменении заданного режима работы;

- прочие, например, комбинированные.

По характеру соединения неуправляемые муфты бывают:

- глухие – для постоянного жёсткого соединения строго соосных валов;

- компенсирующие муфты – для соединения валов с малыми смещениями и перекосами осей;

- упругие муфты – для защиты от динамических перегрузок

Управляемые муфты делятся:

- на кулачковые и зубчатые – для соединения и разъёма валов при почти равных угловых скоростях;

- фрикционные – для плавного соединения ведущего и ведомого валов при любой разности угловых скоростей.

Самоуправляемые муфты классифицируются:

- на центробежные – для автоматического соединения или разъединения валов при заданной угловой скорости ведущего вала;

- обгонные муфты - для передачи момента только в одном заданном направлении при равенстве угловых скоростей;

- предохранительные муфты - для защиты механизма от перегрузок.

Основной характеристикой стандартной муфты является расчётный крутящий момент

Т_р=КТ_н,

где К - коэффициент перегрузки; Т_н - номинальный момент.

Конструкции глухих муфт даны на рис.34. Втулочная муфта представляет собой втулку, соединяющую ведущий и ведомый валы. Передача момента осуществляется с помощью штифтов (а), шпонок (б) или шлицов. При шпоночном или шлицевом соединении осевая фиксация осуществляется стопорными винтами. Расчёт муфты на прочность ведут по методикам расчёта соответствующих соединений вала со ступицей. Фланцевая муфта (в)состоит из двух полумуфт, соединённых между собой болтами. Часть болтов ставят с зазором, а болты между ними устанавливают в отверстия под развёртку без зазора. Их рассчитывают на смятие и срез. Болты, поставленные с зазором, рассчитывают по усилию затяжки, найденному из условия передачи момента силами трения на поверхности контакта фланца. Центровка осуществляется пояском на одной полумуфте и впадиной на другой, либо закладными полукольцами.

Компенсирующие муфты показаны на рис.35. Для компенсации осевого смещения валов при небольших нагрузках применяют расширительные муфты (а). Ведущий вал фиксируется штифтом, а ведомый вал на конце имеет выступ, входящий в ответный паз ведущего вала. Кулачково-дисковая муфта (б) состоит из двух полумуфт и «плавающего» диска с крестообразно расположенными кулачками, входящими в ответные пазы полумуфт. Данная муфта предназначена для незначительной компенсации радиальных и угловых смещений валов.

В передачах большой и средней мощности используют зубчатые муфты с большим числом одновременно работающих зубьев. Муфта (в) состоит из двух полумуфт с наружными зубьями эвольвентного профиля и обоймы с двумя рядами внутренних зубьев. Они сцепляются с зубьями полумуфт, насаживаемых на валы. Обойма соединена болтами. Муфта компенсирует все виды погрешностей. С этой целью зубья полумуфт обрабатываются по сфере R, а в продольном сечении им придают бочкообразную форму. Расчёт ведут по формулам для зубчатых передач с определением контактных и изгибных напряжений. Для повышения износостойкости в обойму заливают масло через специальное отверстие.

При малых диаметрах валов применяют поводковые муфты (г), которые компенсируют небольшие радиальные и осевые смещения, а также перекос. Они состоят из двух полумуфт, соединённых с валами штифтами. На одной из них закреплён палец, входящий в ответный паз другой полумуфты. Палец бывает сферическим или цилиндрическим.

К компенсирующим муфтам относятся также упругие муфты, обладающие демпфирующей способностью. На рис.36 показана мембранная упругая муфта, состоящая из двух полумуфт и пружинящих колец-мембран, скреплённых между собой поводками. Эта конструкция компенсирует перекос валов до 3⁰. На рис.37 дана упругая муфта с резиновой звёздочкой, которая имеет 4 или 6 выступов. Эти выступы входят в ответные осевые прорези полумуфт. На рис.38 показана упругая муфта с оболочкой в виде тора, которая состоит из 2 полумуфт и резиновой оболочки, прижатой кольцами и болтами к полумуфтам. Данная конструкция является лучшей из упругих муфт, т.к. допускает осевое смещение до 11 мм, а радиальное – до 5 мм. На рис.38 изображена втулочно-пальцевая муфта, состоящая из двух полумуфт. На одной из них закреплены стальные пальцы с надетыми на них резиновыми гофрированными втулками, которые входят в отверстия второй полумуфты. Упругие втулочно-пальцевые муфты обладают высокой демпфирующей и электроизоляционной способностью.

Особую группу составляют шарнирные муфты одинарные (рис.39а), или сдвоенные (рис.39б), допускающие перекос валов до 45⁰. Сдвоенная муфта имеет спаренную вилку, которая через крестовины соединяет оба вала. Одинарная муфта при равномерном вращении ведущего вала, создаёт неравномерное вращение ведомого вала. У сдвоенной муфты при равных углах соединённых валов со спаренной вилкой ведомый вал вращается получает равномерное вращение.

Управляемые муфты служат для принудительного соединения или расцепления валов на ходу или во время останова. Кулачковые и зубчатые муфты передают вращение зацеплением. В этих механизмах ведомая полумуфта может передвигаться вдоль оси. На торцах полумуфт изготовлены треугольные, прямоугольные или трапецеидальные кулачки, что видно на рис.40. В рабочем положении выступы одной полумуфты входят во впадины другой. Включается муфта в неподвижном состоянии или на ходу при δv<1 валов, что сопровождается ударами. Для облегчения включения на кулачках выполняют дополнительные скосы.

Зубчатые муфты имеют внутреннее эвольвентное зацепление

Муфта включается осевым перемещением левой полумуфты (рис.41), причём для более плавного включения торцы зубьев скругляют. Для выравнивания угловых скоростей валов ставят синхронизаторы. Фрикционные муфты плавно соединяют валы под нагрузкой при любой разнице угловых скоростей. В зависимости от формы поверхностей они делятся на цилиндрические, конусные и дисковые. Схема дисковой муфты показана на рис.42. Одна из полумуфт укреплена на валу неподвижно, другая – может двигаться по оси. Между ними размещена фрикционная накладка. При приложении силы F к подвижной полумуфте происходит включение. В процессе вращения муфта проскальзывает и разгон ведомого вала происходит плавно. Аналогично и при перегрузках, что предохраняет механизм от поломки. При необходимости увеличить нагрузочную способность используют многодисковые или конические муфты. Для дистанционного управления применяют электромагнитные муфты (ЭММ). Фрикционная однодисковая ЭММ показана на рис.43. Она содержит обмотку, электромагнит и якорь. При включении тока якорь притягивается к э/магниту с силой F, создавая трение за счёт фрикционной накладки. Конструкция многодисковой фрикционной электромагнитной муфты изображена на рис.44. Порошковые муфты являются разновидностью ЭММ. Ведущая полумуфта представляет собой корпус с обмоткой. Замкнутый поток Ф пересекает цилиндрическую щелевую зону, где размещается ведомая полумуфта, имеющая форму стакана. Щелевая полость заполнена ферромагнитным наполнителем, для удержания которого служит уплотнитель. При прохождении магнитного потока Ф через рабочие зазоры ферромагнитные частицы намагничиваются и располагаются вдоль силовых линий, осуществляя магнитную связь между полумуфтами (рис.45).

Самоуправляемые муфты служат для соединения и разъединения валов при достижении заданных параметров движения: определённой частоты вращения, передаче вращения и момента в одну сторону, для передачи реверса со стороны ведущего вала.

Предохранительные муфты применяют при необходимости передачи заданного крутящего момента. На рис.46 дана муфта с упругим тарельчатым элементом, который с силой F прижимается к ведомой полумуфте. Усилие тарируется затяжкой гайки. При превышении величины передаваемого момента сила трения оказывается недостаточной и муфта начинает проскальзывать. У шариковой муфты на рис.47 ведущая и ведомая полумуфты соединены подпружиненными шариками. При превышении крутящего момента сила пружин оказывается недостаточной и муфта начинает прощёлкивать

Данные конструкции применяют при частых перегрузках. Если перегрузка маловероятна, то применяют муфты со срезным штифтом, что показано на рис.48. При перегрузке штифт срезается кромками закалённых стальных втулок, установленных в полумуфтах. При повторном запуске штифт заменяется новым. Центробежные муфты используют для автоматического соединения ведущего и ведомого валов при достижении ведущим валом заданной частоты вращения (рис.49а) или для отключения выходного вала при достижении им критической частоты вращения (рис.49б). Работа этих муфт основана на возникновении центробежных сил, действующих на фрикционные колодки при вращении. Угловая скорость, при которой муфта «включается», или «выключается» определяется силой пружин. Обгонные муфты

передают момент только в одну сторону. В тихоходных передачах применяют муфты свободного хода с пружиной. На ведущий вал с натягом надета винтовая пружина. Её изогнутый конец входит в отверстие зубчатого колеса, что показано на рис.50. Если вращение вала совпадает с направлением навивки пружины, то её витки очень плотно охватывают вал и колесо вращается совместно с валом, передавая момент за счёт сил трения. В противном случае пружина раскрывается и скользит по поверхности вала. На рис.51 показана схема обгонной фрикционной муфты в виде обоймы, звёздочки, роликов (шариков) и толкателя со слабой пружиной удерживающей ролик в контакте с обоймой При вращении звёздочки по часовой стрелке под действием сил трения ролики увлекаются в сторону сужения паза и заклиниваются, то есть образуется жёсткое соединение. При вращении звёздочки в обратную сторону или, если обойма станет «обгонять» звёздочку, ролики смещаются в сторону увеличения щели, что размыкает муфту. Применяют и храповые обгонные муфты, где одна из полумуфт имеет венец с несимметричными внутренними зубьями, а другая - шарнирно закреплённые храповики, которые пружинами прижимаются к зубчатому венцу. Храповики обеспечивают передачу крутящего момента, если угловая скорость ведущей полумуфты превышает угловую скорость ведомой полумуфты. Иначе храповики отжимаются скошенной поверхностью зубьев и момент не передаётся. На рис.52 изображена схема муфты необратимого движения, ведущим элементом которой является вилка, а ведомым крестовина. При передаче вращения в обоих направлениях вилка через ролики давит на крестовину, приводя в движение ведомый вал. Если вращение передаётся от крестовины по часовой стрелке, то она надавливая на ролики заклинивает их между собой и неподвижной охватывающей втулкой.