Анализ и выбор материала для детали полумуфта

Содержание:

 

 

1. Введение…………………………………………………….……….2 стр.
2. Описание и назначение детали ………………………………...3 стр.
3. Классификация и виды муфт………………………………….…4-11 стр.
4.  Используемые для изготовления полумуфты материалы……….12 стр.
5. Втулочно-пальцевая муфт…………………………………..….13-15 стр.
6. Выбор и обоснование материала…………………………….…16-21 стр.
7. Заключение………………………………………………..………...22 стр.
8. Литература……………………………………………….…..……...23 стр.
9. Приложение…………………………………………………..…24-.28 стр.

 

Введение

Полумуфты являются достаточно распространёнными деталями, применяемыми в различных сферах промышленности. Ввиду специфики устройств применяемые в них полумуфты имеют свои характерные особенности. Этим обусловлен широкий спектр их форм, размеров, предъявляемых характеристик и материалов для их изготовления. Во многих случаях полумуфты играют определяющую роль в функционировании той или иной машины. Их применение: прокатные станы, металлообрабатывающие станки, всевозможные двигатели, бытовые приборы.

Полумуфты в  зависимости от их назначения и условий  работы изготавливают из самых разнообразных материалов от самых примитивных пластмасс до дорогих высоколегированных сталей и сплавов, основная масса полумуфт – металлические. Применение того или иного материала зависит от степени нагруженности, ответственности размеров, условий среды.

К материалу  полумуфт часто предъявляются высокие  требования прочности, твёрдости, износостойкости  в сочетании с высокой ударной  вязкостью, однородность свойств по всему сечению.

Целью данной работы является определение самого оптимального материала для изготовления полумуфты.

 

Описание и  назначение детали

 

В современном  машиностроении большинство машин  состоит из сборочных единиц (узлов) и механизмов. Для обеспечения  кинематической и силовой связи  валы узлов соединяют муфтами. Полумуфта- одно из колес (с внутренними или наружными зубьями) муфты.

Муфтой называется устройство для соединения концов валов  со свободно сидящими на них деталями (зубчатые колёса, звездочки и т.д.). Основное назначение муфт - передача вращающего момента без изменения его значения и направления. В ряде случаев муфты дополнительно поглощают вибрации и толчки, предохраняют машину от аварий при перегрузках, а также используются для включения и выключения рабочего механизма машины без останова двигателя. Также общим назначением является соединение валов. Например, муфты используют  для включения и выключения исполнительного механизма исполнительного механизма при непрерывно работающем двигателе (управляемые муфты); предохраняя машины от перегрузки (предохранительные муфты); компенсации вредного влияния несоосности валов (компенсирующие муфты) ; уменьшение динамических нагрузок(упругие муфты)  и т. д. [2]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Классификация и виды муфт

 

В машиностроении применяют  большое количество муфт, различающихся  по принципу действия и управления, назначению и конструкции. Классификация муфт по этим признакам представлена на схеме №1.

Глухие жесткие муфты (Рис.1) 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:

1. муфты постоянные, осуществляющие постоянное соединение валов, – глухие, компенсирующие, упругие;
2. муфты управляемые, обеспечивающие режим «включено-выключено» с помощью: дистанционного (электрического) управления – электромагнитные, магнитопорошковые (магнитожидкостные), пьезокристаллические; ручного (механического) управления – зубчатые, кулачковые, фрикционные;
3. 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  Т_р = 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.[2]

Постоянные 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.

Рис. 1 Глухая муфта

Поводковые муфты(Рис.2) 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 Dz между пальцем и пазом. При расстоянии r между осями вала и пальца величина мертвого хода в угловых минутах Dj = 3438 Dz/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.

Рис.2 Поводковая муфта

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(Рис.3) позволяет  передавать вращение между валами, имеющими радиальное смещение и перекос  осей соответственно до ±0,7 мм и 2°30¢. 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. Мертвый ход муфты не превышает 6 … 12¢.

Рис.3 Мембранная муфта

Размеры упругих поводковых и мембранных муфт для валов с диаметром 4 … 5 мм нормализованы.[6]

     С помощью управляемых,  называемых также сцепными, муфт  можно в процессе работы соединять  и разъединять валы.

Муфты с ручным управлением в дистанционно управляемых системах, системах автоматики, различных приводах периферийных устройств ЭВМ практически не применяются. При этом используют муфты управляемые дистанционно с помощью электрических сигналов малой мощности.

Из управляемых сцепных муфт наиболее применимы электромагнитные фрикционные и порошковые(Рис.5,Рис.6), обладающие высоким быстродействием и возможностью регулирования передаваемого момента. Эти муфты используются дополнительно в качестве предохранительных и тормозных устройств.

Рис 4. Электромагнитная фрикционная  муфта

Рис 5. Электромагнитная порошковая муфта

 

Управление электромагнитом  кулачковых (зубчатых) муфт (Рис.6) связано  с рядом трудностей, обусловленных  плавным сцеплением и расцеплением полумуфт, что возможно только при равенстве их угловых скоростей. Наиболее широко используются фрикционные электромагнитные муфты. Они обеспечивают плавное сцепление и расцепление валов при любых скоростях. В этих муфтах для соединения валов используются силы трения между поверхностями полумуфт. Левые полумуфты закреплены на валах неподвижно, а правые являются подвижными (шлицевое, шпоночное соединение) или имеют подвижные элементы. В зависимости от формы рабочих поверхностей различают фрикционные муфты: дисковые – однодисковые и многодисковые конусные

 

Рис.6 Зубчатая муфта

 

Многодисковые муфты(Рис.7) получили наибольшее распространение благодаря плавности  включения, небольшим габаритам  при передаче больших моментов.

Самоуправляемые муфты служат для  автоматического разъединения (соединения) валов в тех случаях, когда передаваемый валом момент или скорость превышает заданную условиями эксплуатации величину. Рассмотренные фрикционные сцепные муфты могут быть использованы в качестве самоуправляемых по величине передаваемого момента. В этих муфтах при перегрузках будет происходить проскальзывание полумуфт с автоматическим разъединением валов.

Рис 7. Многодисковая муфта

Обгонная муфта(Рис.8) передает движение только в одном направлении. Она состоит из ведущей и ведомой  полумуфт, шариков (роликов) .

Принцип работы обгонных муфт- полумуфта  жестко закреплена на ведущем валу. При его вращении по часовой стрелке шарики  под  действием сил пружин  и сил  трения вкатываются в узкую часть  клинового зазора полумуфт и, заклиниваясь, передают вращательный момент от полумуфты  к полумуфте, свободно сидящей на валу и являющейся зубчатым колесом.[1]

Рис 8. Обгонная муфта

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Используемые  для изготовления полумуфты материалы.

 

Полумуфты, как  было сказанно во введении, изготавливают  из самых разнообразных материалов. Начиная от примитивных пластмасс до дорогих высоколегированных сталей и сплавов. Чаще всего полумуфты- металлические. 

Полумуфты выполняются  из различных материалов исходя из их назначения. Так, например, полумуфты  для упругих втулочно-пальцевых муфт изготавливаются из чугуна марки СЧ20. Допускается изготавливать полумуфты из других материалов с механическими свойствами не ниже, чем у чугуна марки СЧ20. Упругие муфты со звездочкой, которые предназначены для соединения соосных цилиндрических валов при передаче вращающего момента от 2,5 до 400 Н*м,  изготавливаются из стали 35. Материалом кулачково-дисковых муфт является сталь марки 45 по ГОСТ 1050-88 или марки 45Л по ГОСТ 977-88. В шарнирных муфтах полумуфта изготавливается из стали 20Х.[3]

Исходя из того материала, из которого сделана муфта  они применяются в различных  отраслях. Например, в динамо-машинах—это  устаревшее название двигателя, служащего  для выработки постоянного электрического тока из механической работы, в воздуходувках (воздуходувка— компрессор низкого давления от 10 до 100 кПа, предназначенный для подачи воздуха или создания вакуума), в центробежных и поршневых насосах, в металлорежущих станках (с непрерывным движением, с возвратно-поступательным движением), в ленточных и цепных транспортерах, в деревообрабатывающих станках, в подъемных кранах, в элеваторах (устройство, предназначенное для подъёма жидкостей (подливное водяное колесо) или сыпучих материалов в вертикальном направлении).[7]

 

Втулочно-пальцевая  муфта

 

Муфта втулочно-пальцевая  или МУВП(рис.8) предназначена для  соединения соосных валов при  передаче крутящего момента от 6,3 до 16000Н м и уменьшения динамичеаских  нагрузок.Муфта втулочно-пальцевая  или МУВП предназначена для соединения валов и передачи вращающего движения между ними или между валом и соединенной с ним деталью. Муфта МУВП состоит из двух полумуфт, соединенных металлическими "пальцами", на которых закреплены резиновые втулки. Канавки на резиновых втулках повышают упругость элемента. За счет их деформирования происходит взаимное смещение полумуфт, что обеспечивает компенсацию взаимных смещений соединяемых валов и крутильную податливость при нагружении муфты вращающим моментом.

 

Компенсирующая способность муфты втулочно-пальцевой - это способность соединять несоосные валы. Числовые значения смещений валов ограничены долговечностью упругих элементов муфты МУВП, а также дополнительным давлением на валы со стороны муфты. С ростом смещений валов увеличиваются деформации упругих элементов муфты МУВП, в них возрастает напряжение и снижается их долговечность.

Рис. 8 Втулочно-пальцевая  муфта

 

Муфты втулочно-пальцевые  являются элементами конвейерного оборудования, предназначенного для транспортировки грузов, сыпучих материалов, продукции и деталей. Область применения конвейерного оборудования чрезвычайно широка: электроэнергетика, горнорудная промышленность, предприятия нефтегазового комплекса, черная и цветная металлургия, строительная индустрия, складское оборудование, железнодорожные станции, речные и морские порты.

Рассмотрим втулочно-пальцевую муфту в ленточном конвейре(Рис.1). Ленточный конвейер — (англ. belt conveyor)(Рис.9) транспортирующее устройство непрерывного действия с рабочим органом в виде ленты.

Ленточный конвейер является наиболее распространённым типом  конвейеров, он может служить для  перемещения насыпных или штучных  грузов. Применяется на промышленных производствах, в рудниках и шахтах, в сельском хозяйстве. Груз перемещается по ленте в горизонтальной плоскости или под углом до 30° к горизонту.

Часто конвейерная  лента является одной из частей транспортирующего  устройства. Например зернопогрузчик применяющийся на механизированном току для сбора зерновой массы  с площадки имеет щёточные скребки, далее зерно поднимается норией и попадает на ленточный конвейер который забрасывает зерно в кузов грузового автомобиля.

Привод конвейера  ленточного состоит из электродвигателя и редуктора.Вал соединяется с  входным валом упругой втулочно-пальцевой муфтой. Здесь же устанавливается и тормозное устройство. Выходной вал редуктора соединяется зубчатой муфтой с валом приводного барабана.