У техніці муфтами називають пристрої для з’єднання двох деталей циліндричної або призматичної чи конусної форми (валів, труб, тяг, кабелів, канатів та ін.).
Національний аграрний університет
Кафедра деталей машин і ПТМ
ВИВЧЕННЯ БУДОВИ ТА ХАРАКТЕРИСТИК КОМПЕНСУЮЧИХ ПРУЖНИХ МУФТ
Методичні вказівки
до лабораторної роботи з деталей машин
для студентів із спеціальностей
7.091902 “ Механізація сільського господарства”,
7.090215 “ Машини та обладнання для
сільськогосподарського виробництва “
Київ – 2000
УДК 621.81.001 (07)
Наведено матеріал з вивчення будови та про роботу пружних муфт у приводах машин. Приводяться дані про визначення пружних характеристик деяких пружних муфт теоретичним шляхом, а також демпфуючої спроможності.
В роботі описано лабораторну установку, порядок виконання роботи та наведено протокол звіту.
Іл.12. Табл.7. Бібл.16 назв.
Укладач В.Ф.Ярошенко
Рецензенти проф. А.З.Філіппов, доц. О.М.Погорілець
Навчальне видання
ВИВЧЕННЯ БУДОВИ ТА ХАРАКТЕРИСТИК КОМПЕНСУЮЧИХ ПРУЖНИХ МУФТ
Методичні вказівки до лабораторної роботи з деталей машин для студентів із спеціальностей:
7.091902 “ Механізація сільського господарства”,
7.090215 “Машини та обладнання для сільськогосподарського виробництва”.
Укладач Володимир Федорович Ярошенко
Відповідальний за випуск проф. І.А.Цурпал
Редактор Т.П.Хільченко
Комп’ютерний набір Підчибій Н.М.
Підписано до друку 21.01.2000р.
Формат 60х84 1/16.Папір друк №2, Ум.др.арк....
Обл.вид.арк.....Тираж 300 Замовне Замов №10
Видавничий центр НАУ, 03041, Київ-41,
вул. Героїв Оборони, 15, тел 267-80-49
Друкарська дільниця УВК НАУ,
03041,Київ-41,пров. Сільськогосподарський, 4, тел. 267-81-55
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА
ВИВЧЕННЯ БУДОВИ ТА ХАРАКТЕРИСТИК КОМПЕНСУЮЧИХ ПРУЖНИХ МУФТ
1. МЕТА РОБОТИ: Вивчити будову, принцип дії, основних пружних компенсуючих муфт та призначення їх деталей. Користуючись експериментальними даними побудувати пружні характеристики муфт і порівняти їх з теоретичними. Визначити експериментальним шляхом коефіцієнт демпфування пружних муфт.
2.КОРОТКІ ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ ТА ПРАКТИЧНІ ПОРАДИ
У техніці муфтами називають пристрої для з’єднання двох деталей циліндричної або призматичної чи конусної форми (валів, труб, тяг, кабелів, канатів та ін.).
Приводні муфти (для з’єднання валів) характеризуються багатьма факторами:
1) величиною та характером дії крутного моменту, що передається за допомогою муфти;
2) режимом роботи;
3) точністю розміщення з’єднувальних кінців валів;
4) швидкістю та напрямом обертання валів;
5) ізолюючими здатностями (необхідністю електричної ізоляції одного вала відносно другого);
6) зручність складання, монтажу, ремонту та експлуатації;
7) технологічністю конструкції та безшумністю в роботі.
Згідно призначення усі муфти приводів можна розділити на три такі основні групи: постійні муфти, зчіпні керовані муфти та зчіпні самокеровані.
Постійними називають такі муфти, при яких роз’єднання валів можна виконати лише при повному або частковому розбиранні муфти при зупиненій машині.
За своїми компенсуючими властивостями постійні муфти розділяють на глухі, жорсткі компенсуючі та пружні компенсуючі.
Зчіпні керовані муфти це такі, які забезпечують з’єднання або роз’єднання двох валів без необхідності зупинки ведучого вала. За принципом передачі крутного моменту зчіпні керовані муфти розділяють на муфти жорсткого зчеплення, фрикційні, гідравлічні та електромагнітні.
Зчіпні самокеровані муфти можна розділити на запобіжні (самокерування за крутним моментом), відцентровані (самокерування за швидкістю обертання), обгінні (самокерування за напрямком обертання).
Пружними компенсуючими муфтами називають такі, у яких внаслідок піддатливості елементів під дією крутного моменту відбувається відносне провертання напівмуфт. Пружні компенсуючі муфти мають такі властивості: знижують динамічні навантаження у приводах при перехідних режимах, захищають приводи від резонансних явищ, компенсують радіальні, осьові та кутові зміщення валів.
Складаються пружні компенсуючі муфти з двох напівмуфт, зв’язок між якими відбувається за рахунок пружного елементу. Причому пружним елементом найчастіше бувають гумові деталі (кільця, циліндричні шпонки, зірочки, проміжні диски, бруски) або металеві циліндричні стержні, змієподібні пружини, циліндричні металеві пружини.
Якщо пружна компенсуюча муфта передає крутний момент Т, то під його дією відбувається деформація пружних елементів, внаслідок чого одна з напівмуфт провертається відносно іншої на кут j. А тому пружні властивості такого типу муфти характеризуються коефіцієнтом жорсткості.
с=dT/dj=tga, (2.1)
де a – кут нахилу кривої Т=¦(j) до осі абсцис.
Пружні компенсуючі муфти можуть мати різні характеристики. Якщо a та с постійні, то муфти мають лінійну пружну характеристику. А коли с=const то характеристика вважається нелінійною.
На рис.2.1. зображені характеристики найбільш розповсюджених пружних муфт. Як видно з рисунку прямою лінією 1 зображено лінійну характеристику. Кривими лініями 2 та 3 зображено нелінійні характеристики пружних компенсуючих муфт, а графіками 4,5 та 6 – шматково – лінійні характеристики. Муфти, у яких характеристика зображена графіком 5, називають такими , що мають попередній зазор jo. А з характеристикою, зображеною графіком 6, називають такою, що має попередній натяг моментом То. Як бачимо з рис. 2.1. зазначені характеристики симетричні (криві у першому і третьому квадрантах дзеркально подібні). Але на практиці зустрічаються муфти, що мають несиметричні характеристики. Якщо із зростанням кута повороту j жорсткість муфти с зменшується, то таку характеристику називають м’якою (крива 3), а якщо ж жорсткість с зростає (крива 2), то така характеристика називається жорсткою.
Жорсткі та м’які характеристики пружних компенсуючих муфт використовують тоді, коли потрібно приводи машин відвести від роботи в резонансних режимах. Коли в приводі застосувати муфти з м’якою пружною характеристикою, то відбудеться зміщення резонансу до області низьких частот відносно випадку застосування муфти з лінійною характеристикою. А коли ж застосовувати пружні муфти з жорсткою характеристикою, то відбудеться зміщення резонансу до області високих частот. Користуючись аналітичними залежностями можна побудувати теоретичні пружні характеристики муфт. Так, наприклад, для втулково-пальцевої муфти (типу МУВП) можна скористуватись такою залежністю:
, (2.2)
де Т – крутний момент, що передається муфтою;
dк – зовнішній діаметр гумових пружних кілець, що одягаються на пальці;
dn – діаметр пальця у місці посадки гумових пружних кілець;
D – діаметр розміщення центрів пальців;
L – робоча довжина комплекту гумових кілець на одному пальці;
z – число пальців;
Eг –модуль пружності гуми, з якої виготовляють пружні кільця звичайно Eг=3,2 Н/мм2=3,2×103МПа.
return false">ссылка скрытаДля пружної компенсуючої муфти з тороподібною оболонкою скористуємось такою формулою:
, (2.3.)
де d – товщина гумової оболонки;
Аa – коефіцієнт, що визначається за графіком роботи муфти залежно від параметра 
та кута a0; причому r=0,5(b-d) – радіускривизни середньої поверхні поперечного перерізу пружної оболонки;
b – ширина оболонки;
Gг – модуль зсуву гуми, звичайно 
, МПа;
h=0,5(D-2r) – відстань від осі обертання муфти до центру кривизни поперечного перерізу пружної оболонки;
a0 – центральний кут поперечного перерізу пружної оболонки, який відповідає дузі радіусу r і вимірюваний від екватора оболонки до перерізу, що нерухомо затиснутий у фланцях.
На лінійній ділянці характеристики муфти із стальними стержнями (в межах деформації стержнів, коли вони не стали взаємодіяти з криволінійними профілями гнізд), визначають так:
, (2.4.)
де 2b –довжина не затиснутої частини стержня;
Е –модуль пружності (модуль Юнга) матеріалу стержня; для сталі Е=2,15×105 МПа;
z –число стержнів;
D –діаметр кола, на якому розміщені осі стержня;
I – момент інерції поперечного перерізу стержня
(2.5)
dc –діаметр стержня.
Необхідно зауважити, що аналітичні залежності, за якими визначають пружні характеристики муфт, внаслідок цілого ряду припущень є наближеними, а тому їх оцінюють остаточно після порівняння з експериментальними даними.
Не менш важливими характеристиками пружних компенсуючих муфт є їх демпфуюча здатність, що показує, яку кількість енергії поглинають необоротно пружні елементи за рахунок внутрішнього і зовнішнього тертя. Втрати енергії за рахунок внутрішнього тертя (гістерезисні втрати) визначаються через площу петлі ОАСВО (рис.2.2) де за кривою ОАС відбувається навантаження, а за кривою СВО – розвантаження пружних елементів муфти.
При цьому коефіцієнтом демпфування y будемо називати відношення втрат енергії за рахунок демпфування до роботи сили пружності при навантаженні:
y=Ад/Апр=(Sн-Sр)/Sн, (2.6)
де Ад – втрати енергії за рахунок демпфування;
Апр – робота сил пружності при навантаженні;
Sн – площа фігури ОАСDО;
Sр – площа фігури ОВСDО; (рис 2.2.).
Розміри площ фігур можна визначити за допомогою планіметра.
Роботу пружної муфти можна показати, коли розглянути двомасову систему (рис. 2.3.).
На цій схемі (Рис 2.3) І1 та І2 – зведені моменти інерції мас привода з кожної сторони муфти. Це допустимо, тому що піддатливість пружної муфти значно більша піддатливості валів і передач привода. Нехай на одну з мас І2 діє момент Т1sinwt, тоді максимальний момент, що діє на вал та муфту привода, як відомо з теорії коливань, складатиме:
. (2.7)
Ця формула відрізняється від формули для системи з жорстким зв’язком коефіцієнтом m , що характеризує ефективність застосування пружних муфт.
Значення коефіцієнта m визначають з такої залежності:
, (2.8.)
де w – кругова частота збуджуючих сил;
– кругова частота власних коливань системи;
с – кутова (крутильна) жорсткість муфти.
Якщо, наприклад, співвідношення w/р=3...5, то коефіцієнт m відповідно 
... 
. Таким чином, перша муфта спрацьовує як ефективний віброзахистний пристрій.
Коефіцієнт m може бути і більший за одиницю тільки при малих співвідношеннях w/р (менших 1,41). В умовах резонансу для лінійних систем
, (2.9.)
де y – відносне розсіювання енергії коливань.
Якщо в системі виникає крутильний удар, наприклад, при вмиканні кулачкових муфт, при вибиранні зазору під час розгону, то пружна муфта спрацьовує як буферна пружина. Динамічний момент при заданій кінетичній енергії удару прямо пропорційний квадратному кореню з кутової жорсткості муфти. Таким чином, пружна муфта, яка вводиться в систему з жорсткими валами та передачами, може зменшити динамічний момент у декілька разів.
2.1. ПРУЖНА КОМПЕНСУЮЧА ВТУЛКОВО-ПАЛЬЦЕВА МУФТА МУВП ГОСТ 21424-75
Такі муфти широко використовуються в машинобудуванні. Вони зручні при монтуванні приводів, прості у виготовленні, надійні в експлуатації. Порівняно з іншими конструкціями пружних муфт вони мають помірні розміри.
Рис. 2.1.1. Пружна компенсуюча втулково-пальцева муфта
Колове зусилля в таких муфтах (рис. 2.1.1.) передається з ведучої 1 до веденої 5 напівмуфт за допомогою пальців 2 та пружних втулок 4. Пальці своїми конічними частинами закріплюються нерухомо в одній з напівмуфт. На циліндричну частину пальців одягають пружні гумові кільця трапецієвидного профілю або гумові чи шкіряні втулки, які входять в отвори другої напівмуфти. Завдяки пружній деформації кілець або втулок, муфта допускає радіальну неспіввісність валів Dr=(0,3...0,6)мм кутове зміщення Da£1°, а також осьове зміщення валів в межах зазору D=(2...6)мм. Діелектричні властивості гумового пружного елемента та наявність зазору D забезпечують електричну ізоляцію валів, що з’єднуються муфтою. Допустима колова швидкість обмежена величиною 30 м/с. Матеріал напівмуфт – чавун СЧ 20 ГОСТ 1412-85, сталь 30 ГОСТ 1050-88, сталь 35Л ГОСТ 977-88, а матеріал пальців – не нижче, ніж сталь 45. Допустиме напруження зминання гумових кілець [s]зм=2,0 МПа (для звичайної гуми) [s]зм=4,0 МПа для твердих сортів гуми марки 3826С за ТУ МХП 1166-58. Для шкіряних кілець [s]зм=2..3 МПа (залежно від якості шкіри).
Недоліки пружно-пальцевої муфти такі:
1. Недостатня стійкість пружного елемента;
2. Поява на фланцях муфти при допустимому радіальному та кутовому зміщенні валів додаткового моменту та радіального зусилля, що згинатиме вал. Дія цих сил на вал еквівалентна зусиллю Fдод=(0,1…0,3)Fк . Тут Fк – колове зусилля, що діє на пальцях муфти.
Підбирають муфти згідно максимально допустимого крутного моменту та найбільшого діаметру з’єднуваних валів.
Тр=КкТном<Тmax таб. (2.1.1)
dв£dтаб. (2.1.2)
де Кк – коефіцієнт запасу крутного моменту (вибирають з таблиці 2.1.)
Тном – номінальний крутний момент на з’єднуваному валу, Нм;
Тр – розрахунковий крутний момент, Нм;
Тmax таб – максимально допустимий крутний момент (табличне значення), Нм;
dв – діаметр з’єднувальних валів, мм;
dтаб – табличне значення діаметра з’єднувальних валів, мм.
Міцність пружних елементів визначається за напруженнями зминання на поверхні пальця.
. (2.1.3)
де 0,8 – коефіцієнт, що враховує нерівномірність розподілу навантажень між пальцями;
D1 – діаметр розміщення центрів пальців, мм;
ogle" style="display:inline-block;width:580px;height:400px" data-ad-client="ca-pub-1201569435861782" data-ad-slot="9319239531">