Упругие муфты. Управляемые муфты. Автоматические муфты. Фрикционные передачи

Лекция №25

27.5. Упругие муфты

27.5.1. Назначение и динамические свойства муфт

Характерным элементом упругих муфт является звено или ряд звеньев, способных деформироваться в процессе работы, причем способность к упругой деформации является главной особенностью муфты. Важнейшими свойствами муфт являются способность амортизировать (ослаблять) и демпфировать (заглушать, успокаивать) колебания внешней нагрузки.

1. Способность смягчать (амортизировать) толчки и удары. При резком изменении нагрузки на один из валов влияние этого изменения на другой вал может быть значительно уменьшено за счёт деформации упругих элементов муфты. Кинетическая энергия удара при этом частично поглощается упругим элементом и переходит в тепло, частично аккумулируется упругими элементами, превращаясь в потенциальную энергию деформации.

2. Способность служить средством защиты от резонансных крутильных колебаний, возникающих в механизме вследствие неравномерности вращения. Например, если в двигателе внутреннего сгорания имеется звено с собственной частотой колебания, равной числу вспышек в цилиндрах, то это звено может разрушиться.

3. Способность компенсировать несоосность валов.

Одной из основных характеристик упругой муфты является её жесткость. Для муфт постоянной жесткости коэффициент жёсткости:

                                           (27.6)

где  j – угол закручивания муфты моментом Т (рис. 27.8).

В зависимости от характеристики различают муфты с постоянной и переменной жёсткостью. Переменной жёсткостью обладают муфты с неметаллическими упругими элементами, материалы которых (резина, войлок и т.д.) не подчиняются закону Гука, а также муфты с металлическими упругими элементами, условия деформирования которых задаются конструкцией.

От характеристики жёсткости в значительной степени зависит способность машины переносить резкие колебания нагрузки (удары) и работать без резонансных колебаний. Пусть работа в точке А муфты с переменной жёсткостью (рис. 27.8) соответствует условиям резонанса. При этом будет возрастать амплитуда колебаний и максимальные значения Т и j дойдут до точки В. Но в точке В муфта имеет другую жёсткость, при которой резонанса нет. Система будет возвращаться к точке А и т.д. Следовательно, при муфте с переменной жёсткостью (нелинейной) не может быть резонанса в полном смысле этого понятия.

Рис. 27.8. Характеристики жёсткости               Рис. 27.9. Кривые гистерезиса

27.5.2. Упругие элементы муфт

Важным свойством упругой муфты является её демпфирующая способность, которая характеризуется энергией, необратимо поглощаемой муфтой за один цикл (рис. 27.9): нагрузка ОА1 и разгрузка 1ВО. Как известно, эта энергия измеряется площадью петли гистерезиса ОА1ВО. Энергия в муфтах расходуется на внутреннее и внешнее трение при деформировании упругих элементов. Коэффициент демпфирования y определяется отношением энергии, потерянной за один цикл колебания муфты, к полной энергии, затраченной на деформацию её за этот же период, то есть

                                          (27.7)

Демпфирующая способность упругих муфт способствует снижению динамических нагрузок и затуханию колебаний.

В машиностроении применяют большое количество разнообразных по конструкции упругих муфт. По материалу упругих элементов эти муфты делят на две группы: с металлическими и неметаллическими элементами. Основные типы металлических упругих элементов:

1. Витые цилиндрические пружины (рис. 27.10).

2. Стержни, пластины или пакеты пластин, расположенные в радиальном направлении (рис. 27.11 и 27.12);

3. Пакеты разрезных гильзовых пружин (рис. 27.13);

4. Змеевидные пластинчатые пружины (рис. 27.14).

       Рис. 27.10. Витые пружины  Рис. 27.11. Пластина  Рис. 27.12. Пакет пластин

Рис. 27.13. Гильзовые пружины         Рис. 27.14. Змеевидные пружины

Эти элементы работают на кручение (рис.  27.11 и 27.12) и изгиб. Они более долговечны, чем неметаллические, и позволяют изготовлять малогабаритные муфты с большой нагрузочной способностью. Муфты с металлическими упругими элементами могут быть выполнены с постоянной и переменной жёсткостью в зависимости от условий деформирования элемента.

          7. Муфта со змеевидными пружинами (рис. 27.14) имеет полумуфты с зубьями специального профиля, между которыми размещается змеевидная пружина. В муфтах с постоянной жёсткостью расстояние 2а между точками упора зубьев в пружину постоянно и не зависит от нагрузки муфты (рис. 27.15). В нелинейной муфте (рис. 27.16) с круговой формой зуба это расстояние уменьшается под нагрузкой, создавая условия для гашения резонансных колебаний.

Рис. 27.15. Пружина линейной муфты    Рис. 27.16. Пружина нелинейной муфты

Основная область применения муфт – тяжёлое машиностроение (прокатные станы, поршневые двигатели и т.п.). В зависимости от конструкции и диаметра муфты допускают осевое смещение Dl =4…20 мм, эксцентриситет Dr =0,5…3 мм, излом Da£ 1,25°. Основным материалом неметаллических упругих элементов является резина. Это определяет относительно низкую стоимость данного вида муфт.

Недостатки резиновых элементов:

1. Малая долговечность.

2. Низкая прочность.

Муфты с резиновыми упругими элементами широко распространены для передачи малых и средних вращающих моментов. Некоторые из элементов конструкций данного вида представлены на рис. 27.17:

1. цилиндрические шпонки (рис. 27.17, а);