Материал: Техническая механика. учебное пособие. Жилин Р.А., Жулай В.А
Сцепные управляемые муфты предназначены для соедине-
нияи разъединениявалов вовремя работы машины. По принципу работы их делят на две группы: а) кулачковые и зубчатые; б) фрикционные(дисковыеи конические)(рис. 10.6).
Рис. 10.5. Коническая фрикционнаямуфта
Сцепные самоуправляемые муфты автоматически разъ-
единяют или соединяют валы в зависимости от изменения режима работы: скорости вращения валов (центробежные), величины крутящего момента (предохранительные, рис. 10.7), направления вращения (обгонные, рис. 10.8).
Рис. 10.6. Предохранительная муфта со срезным штифтом [14]
Основной характеристикой муфт является передаваемый крутящий момент. Муфты подбирают по ГОСТу по большему диаметру соединяемых валов и расчетному моменту Mр:
Mp=KM,
116
где M – номинальный крутящий момент на валу; K – коэффициент динамичности режима нагрузки. Коэффициент K учитывает дополнительные динамические нагрузки от толчков и ударов. Для приводов от электродвигателя принимают: при спокойной нагрузке K=1,15–1,4; при переменной K=1,5–2, при ударной K=2,5–4.
Рис. 10.7. Обгонная муфта
10.2.1. Волновые передачи
Кинематически волновые передачи представляют собой планетарные передачи с одним из колес, выполненным в виде гибкого вала. Как и планетарная, волновая передача состоит из трех основных звеньев (рис. 10.8): неподвижного жесткого колеса 2 с внутренними зубьями, гибкого колеса 1, представляющего собой упругий тонкостенный стакан, основание которого соединено с ведомым валом 4, и генератора волн 3, деформирующего в радиальном направлении гибкое колесо 1.
На обоих колесах 1 и 2 нарезаны зубья одинакового модуля, однако число зубьев неодинаково – у гибкого колеса число зубьев Z1 на два меньше, чем у жесткого Z2.
117
Рис. 10.8. Схема волновой передачи [8]
Наибольшее распространение получили передачи с числом волн 2. В свободном состоянии (без генератора 3) колеса находятся в центрическом положении с равномерным зазором между зубьями жесткого и гибкого колеса. Установленный внутри гибкого колеса генератор волн деформирует гибкое колесо в радиальном направлении, придавая ему эллипсообразную форму. При этом по большей оси эллипса зубья зацепляются на полную рабочую высоту, а по малой оси – между вершинами зубьев образуется зазор.
Передаточное число одноступенчатого волнового редуктора достигает Uр = 60…300 и более. Это основной качественный показатель волновых передач, выгодно отличающий их от других зубчатых передач, в том числе и планетарных. К тому же нужно отметить, что в зацеплении у волновой передачи находится одновременно 25 30 % зубьев. Это и обеспечивает высокие кинематическую точность и нагрузочную способность на единицу массы. Еще одним положительным качеством волновой передачи является ее высокая демпфирующая способность (в 4–5 раз больше, чем у обычной зубчатой передачи).
К недостаткам волновых передач можно отнести ограниченные частоты вращения ведущего вала генератора волн
118
при больших диаметрах колес, мелкие модули зубчатых колес (0,15–2,0 мм), сложность изготовления гибкого колеса и генератора волн в индивидуальном производстве. Однако при серийном изготовлении в специализированном производстве волновые передачи дешевле планетарных.
Волновые передачи могут работать в качестве редуктора (КПД 80–90 %) и мультипликатора (КПД 60–70 %). В первом случае ведущим звеном является генератор волн, во втором – вал гибкого или жесткого колеса.
При неподвижном жестком колесе передаточное число волновой передачи (рис. 10.8) определяется выражениемЯ:
U |
n0 |
|
Z1 |
. |
n1 |
|
|||
|
|
Z2 Z1 |
||
Знак минус указывает на разные направления вращения ведущего и ведомого звеньев.
При неподвижном гибком колесе
U |
n0 |
|
Z2 |
, |
n2 |
|
|||
|
|
Z2 Z1 |
||
где n1,n2,n3 – частота вращения ведущего и ведомых звеньев;
Z1,Z2 – числа зубьев гибкого и жесткого колес. Разность зубьев жесткого и гибкого колес должна быть
равна или кратна числу волн, т. е.
Z1 Z2 RZU ,
где U – число волн, обычно равное 2;
RZ – коэффициент кратности, обычно равный 1,0; при
U < 70, RZ = 2, а при U < 45, RZ = 3.
Необходимое максимальное радиальное перемещение 0 при отсутствии бокового зазора (если зубчатые венцы нарезаны без смещения производящего контура) должно равняться полуразности диаметров начальных (делительных) окружностей:
n 0 0,5 dW2 dW1 0,5 Z2 Z1 0,5 RZU .
Иногда применяют в качестве кинематической волновую передачу с двумя зубчатыми венцами на гибкой оболочке, соответствующую планетарной с двумя внутренними за-
119
цеплениями. КПД такой передачи низкий 2 5 %, а передаточное число велико U = 3600 9000.
Экспериментальные исследования показывают, что волновые передачи становятся неработоспособными по следующим причинам:
1.Разрушение подшипников генератора волн от нагрузки в зацеплении или из-за значительного повышения температуры. Повышение температуры может вызвать недопустимое уменьшение зазора между генератором волн и гибким зубчатым венцом, что в свою очередь может привести к недопустимому изменению первоначальной формы генератора волн, гибкого и жесткого зубчатого венцов.
2.Проскок генератора волн при больших крутящих моментах (по аналогии с предохранительной муфтой). Это явление наступает тогда, когда зубья на входе в зацепление упираются один в другой поверхностями вершин. При этом генератор волн сжимается, а жесткое колесо распирается в радиальном направлении. Для предотвращения проскока радиальное упругое перемещение предусматривают больше номинального, а зацепление собирают с натягом.
3.Поломка гибкого колеса от трещин усталости, появляющихся вдоль впадин зубчатого венца. С увеличением толщины гибкого колеса напряжения в нем от полезного передаваемого момента уменьшаются, а от деформирования генератора волн увеличиваются. Поэтому есть оптимальная толщина.
Долговечность гибкого элемента легко обеспечивается при U < 120 и чрезвычайно трудно при U < 80.
Анализ причин выхода из строя волновых передач показывает, что при U < 120 несущая способность обычно ограни-
чивается стойкостью подшипника генератора волн, при U 120 – прочностью гибкого элемента. Максимальный допустимый крутящий момент связан с податливостью звеньев.
120