Конусные предохранительные муфты

Конусные предохранительные муфты отличаются хорошей расцепляемостью, однако имеют значительные радиальные размеры и отличаются высокими требованиями к соосности соединяемых валов и точности изготовления рабочих поверхностей (рис. 17.1). На точность срабатывания этих муфт влияют давление, шероховатость трущихся поверхностей, закон изменения нагрузки на муфту, продолжительность неподвижного контакта фрикционных поверхностей, нагрузка на муфту перед перегрузкой. Чем чище поверхность, тем сильнее сказывается влияние перечисленных выше факторов на работу муфты, поэтому не следует устанавливать слишком высокое значение параметра шероховатости трущихся поверхностей.

Рис. 17.1. Конусная предохранительная муфта

При конструировании и изготовлении муфт для соединения валов надо обеспечивать строгую соосность валов, равномерный контакт трущихся поверхностей, предусматривая для этой цели приработку конусов. Материал полумуфт – чугун СЧ 15-32, СЧ 21-404, для трущихся поверхностей – сочетания чугун по чугуну, по стали, по бронзе – допускается применение асбестовых обкладок и металлокерамических покрытий.

Конусность назначают с тем расчетом, чтобы угол α был значительно больше угла трения, практически принимают α ≈ 15–30°. Конусные муфты могут работать как со смазкой трущихся поверхностей, так и без нее.

РАСЧЕТ КОНУСНОЙ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОЙ МУФТЫ,

ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЙ ПЕРЕДАЧУ

ВРАЩАЮЩЕГО МОМЕНТА

Исходные данные

Т = 100 Н×м при коэффициенте перегрузки β = 1,5, диаметре вала ведомой полумуфты d = 28 мм.

1. Для ведомой полумуфты назначаем материал чугун, а для сопряженной – сталь закаленную. Для выбранных материалов при работе без смазки коэффициент трения контактирующих поверхностей полумуфт f = 0,1–0,15; допускаемое давление [р] = 1–1,2 МПа [12, с. 477].

Угол α во избежание заклинивания муфты должен быть больше угла трения ρ; для чугунных муфт принимают α = 8–15°. Назначаем α = 10°.

Отношение ширины b контактирующих поверхностей к сред-нему диаметру D_c принимают в пределах

0,15–0,25.

Назначаем ψ = 0,25.

2. Критерием работоспособности муфты служит величина среднего давления p:

^.

Здесь F_n – нормальная сила, сжимающая поверхности трения полумуфт:

,

где Q₁ – сила сжатия пружины.

Под действием силы Q₁ на поверхностях контакта возникает сила трения, достаточная для передачи окружного усилия F_t:

Тогда

Принимаем D_c = 156 мм.

b = 156 × 0,25 = 39 мм. Принимаем b = 40 мм.

3. Усилие для включения муфты

4. Усилие, необходимое для удержания муфты во включенном состоянии:

3339,39 Н.

5. Определяем конструктивно размеры диаметра d_ст, длины l_ст, ступиц:

44,8 Н.

Принмаем d_ст = 45 мм.

Расчет пружины

1. Задаемся материалом пружины и выбираем величину допускаемого напряжения.

Материал – стальная углеродистая проволока II класса (выносливость в циклах не менее 1 · 10⁵ циклов), 3-го разряда из стали 65С2ВА [12, с. 488–489]; допускаемое напряжение [τ] = 750 МПa.

2. Диаметр проволоки

Назначаем индекс пружины

3. Определяем коэффициент, учитывающий кривизну витков:

При этом средний диаметр у пружины D₀ = 6 × 11,5 = 69 мм; наружный диаметр D_н = 69 + 11,5 = 80,5 мм; внутренний диаметр D_вн =
= 69 – 11,5 = 57,5 мм.

Внутренний диаметр D_вн > d_ст.

4. Изменение высоты (осадку) цилиндрической винтовой пру-жины из проволоки круглого сечения определяют по формуле

где n – число рабочих витков пружины,

G = 8 × 10⁴ МПа – модуль сдвига для стали.

Изменение высоты прямо пропорционально нагрузке. При известных значениях Q₂, С, G, d значением F₂ либо n нужно задаваться, исходя из условий работы, габаритов муфты, если не известен график зависимости F₂ от Q₂, так называемая характеристика пружины.

В данном случае, принимая n = 4, получаем

5. Полное число витков пружины

n₁ = n + 2 = 4 + 2 = 6.

6. Высота H₃ при посадке витка на виток

7. Зазор между витками пружины в ненагруженном состоянии

8. Шаг пружины в свободном состоянии

9. Высота пружины H₀ в свободном состоянии

10. Длина l заготовки проволоки для пружины

11. Высота пружины H₂ при действии силы Q₂