Материал: m34700

97

При срабатывании муфта передает момент, на который она отрегулирована. После снятия перегрузки проскальзывание прекращается, и нормальная работа привода возобновляется. Из-за интенсивного нагрева поверхностей трения при проскальзывании продолжительные перегрузки не допускаются.

Кулачковые и шариковые предохранительные муфты применяются в машиностроении при небольших скоростях и моментах. При проскальзывании полумуфт происходит динамическое нагружение деталей муфты и привода.

Комбинированные муфты чаще получают объединением соединительной, компенсирующей смещение осей валов, и предохранительной муфт. Число возможных вариантов конструктивных исполнений велико.

Действуют стандарты на основные типы предохранительных муфт:

фрикционные - ГОСТ 15622 - 77 для диаметров валов от 9 до 48 мм и крутящих моментов 6,3...400 Нм;

пружинно-кулачковые - ГОСТ 15620 - 77 для валов 8...48 мм и крутящих моментов 7...400 Нм;

пружинно-шариковые - ГОСТ 15621 - 77 для тех же валов и моментов.

В сельхозмашиностроении используются отраслевые стандарты с расширенным диапазоном диаметров валов и крутящих моментов.

Фиксация взаимного положения деталей и сборочных единиц машин осуществляется формозапиранием, зацеплением и сцеплением (фрикционным, электромагнитным и др.). Для этого применяют различные конструктивные способы, используя отдельные части соединяемых деталей, дополнительные детали, - механические связи (например, шпонки, болты, штифты и др.), технологические процессы (сварка, склеивание и др.), формирующие молекулярно - механические связи между деталями.

Надежность работы конструкции часто определяется работоспособностью соединений.

6.1. Шпоночные, шлицевые и безшпоночные соединения

Для закрепления деталей на осях и валах используют шпоночные, шлицевые, прессовые, затяжные конусные и профильные соединения.

Соединения призматическими шпонками применяют в конструкциях наиболее широко, так как они просты в изготовлении и имеют сравнительно небольшую глубину врезания в вал. Основным является расчет на смятие (упругопластическое сжатие в зоне контакта). У стандартных шпонок сечение (ширина и высота) подобрано так, что напряжение среза шпонки менее опасно, чем напряжение смятия на поверхности контакта шпонкаступица или шпонка-вал.

Для упрощения можно допустить, что шпонка врезана в вал на половину своей высоты и напряжения распределяются равномерно по высоте и длине шпонки. Тогда напряжения смятия

где Т – передаваемый вращающий момент; lp – расчетная длина шпонки;

h – высота шпонки; d – диаметр вала.

Значение допускаемых напряжений зависит от режима нагрузки (постоянная, пульсирующая, знакопеременная), прочности материала вала, втулки и шпонки, типа посадки на вал. Стандартные шпонки изготовляют из чистотянутых стальных прутков

– углеродистой или легированной стали с пределом прочности не ниже 500 МПа. Для неподвижных соединений [ см] = 80…200 МПа. Меньшие значения для чугунных и алюминиевых ступиц при резких изменениях нагрузки. В подвижных в осевом направлении соединениях допускаемые напряжения значительно снижают – в два и более раз.

В алгоритмах расчета учитываются стандартные размеры шпоночных соединений.

При невозможности обеспечить работоспособность шпоночного соединения применяют шлицевые (зубчатые) соединения.

Шлицевые соединения чаще используют с прямобочным профилем (стандарт для валов диаметром до 125 мм). Эвольвентные шлицы предпочтительны при больших диаметрах валов (стандарт до 500 мм), когда проявляются их технологические преимущества. Треугольный профиль не стандартизирован.

Уточненный расчет шлицевых соединений стандартизован с учетом основных критериев работоспособности и расчета:

1)сопротивление рабочих поверхностей смятию;

2)сопротивление изнашиванию от фреттинг – коррозии (ко- розионно-механическое изнашивание при малых относительных колебательных перемещениях контактирующих поверхностей).

Допускается выполнять упрощенные расчеты по обобщенному критерию, аналогичному шпоночным соединениям, с учетом неравномерности распределения нагрузки по шлицам и других факторов.

100

Ослабление валов и ступиц деталей пазами под шпонки и шлицами можно исключить применением прессовых соединений с обеспечением натяга посадки. Сборку любого прессового соединения можно выполнить следующими способами: прессованием, нагревом втулки (ступицы), охлаждением вала.

Алгоритм расчета предусматривает как условия прочности (неподвижности) соединения в окружном и осевом направлениях под действием передаваемого крутящего момента и/или осевой силы, так и условия прочности его деталей, когда натяг вызывает разрушение или чрезмерные деформации.

Ослабление валов и ступиц деталей можно исключить применением соединений посадкой на конус. Давление на конической поверхности (стандартная конусность 1/10) образуется затяжкой гаек или технологического осевого усилия (сверло с коническим хвостовиком). В отличие от прессового, соединение легко собирается и разбирается без применения прессов. Разборка соединения упрощается, если нанести удар по боковой поверхности детали (втулки).

Соединение затяжными конусами, создающими распорные радиальные силы (давления) и на цилиндрических поверхностях вала и ступицы, аналогично прессовому, но может быть применено, когда необходимы повторные сборки и разборки, а также при действии больших крутящих моментов.

На практике часто применяют комбинацию прессового или конусного соединения со шпоночным. Сложность расчета таких соединений заключается в определении нагрузки, которую передает каждое из соединений. Поэтому используют приближенный расчет, в котором допускают, что вся нагрузка передается только одним соединением (чаще шпонкой), но допускаемые напряжения выбирают повышенными.

Профильные соединения, имеющие фасонный профиль, отличный от круглого, обеспечивают фиксирование деталей и передачу вращающего момента соединением вал-ступица. По сравнению со шпоночными и шлицевыми соединениями существенно снижается концентрация напряжений. Наиболее технологичными являются призматические профильные соединения, имеющие плоские грани (от 1 до 8) и переходные участки, очерченные дугами окружностей.