Конструкция и принцип работы лабораторной установки
Самарский государственный университет путей сообщения
Кафедра механики
ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ПРИВОДА
С ФРИКЦИОННОЙ МУФТОЙ
Методические указания по выполнению лабораторной работы
Для студентов очного и заочного обучения специальностей:
190205- Подъемно-транспортные, строительные,
дорожные машины и оборудование;
190301- Локомотивы;
190302 – Вагоны;
190303 – Электрический транспорт железных дорог.
Составители:
проф. Янковский В.В.
доц. Алексеев А.В
доц. Жарков М.С.
доц. Толстоногов А.А.
Самара, 2010
УДК 621.81.001.63
Исследование работы привода с фрикционной муфтой. Методические указания по выполнению лабораторной работы для студентов специальностей 190205, 190301, 190302, 190303 очной и заочной форм обучения./Составители : В.В.Янковский, А.В.Алексеев, М.С.Жарков, А.А.Толстоногов.- Самара, СамГУПС, 2010. – 11 с.
Утверждены на заседании кафедры 08.02.2010 г., протокол № 6.
Печатается по решению редакционно-издательского совета СамГУПС.
Приведены сведения о конструкции и принципе работы фрикционной муфты и методика ее расчета. Изложен порядок выполнения лабораторной работы, вопросы для проверки теоретических знаний по теме работы, приведена форма протокола лабораторной работы. Предназначены для студентов очной и заочной форм обучения механических и электромеханических специальностей, изучающих курс «Детали машин и основы конструирования».
Составители: В.В.Янковский
А.В.Алексеев
М.С.Жарков
А.А.Толстоногов
Рецензенты: к.т.н., доцент кафедры «Механика» СамГУПС Е.В.Глобенко;
д.т.н., профессор зав. кафедрой СДМиТМ СамГУПС
В.Н.Самохвалов.
Редактор
Компьютерная верстка
Подписано в печать Формат 60х90 1/16
Усл.печ.л. 0,7. Тираж 200 экз. Заказ №
©Самарский государственный университет путей сообщения
Введение
В большинстве приводов механизмов и машин используются муфты.
Муфты это устройства, предназначенные для соединения валов и передачи вращающего момента. Муфты могут также передавать вращающий момент между валом и установленными на нём деталями - зубчатыми колёсами, шкивами, звёздочками. Конструкции и принципы работы муфт многообразны, однако в любой из них можно выделить ведущую и ведомую полумуфты, прикреплённые, соответственно к ведущему и ведомому валам.
Муфты могут быть использованы для:
· составления длинных валов из отдельных частей;
· компенсации вредного влияния несоосности валов;
· обеспечения взаимной подвижности валов;
· уменьшения динамических перегрузок;
· сцепления и расцепления валов.
Известны механические, гидродинамические, электромагнитные и специальные муфты. В курсе «Детали машин» изучаются только механические муфты.
По назначению и характеру работы муфты делятся на 3 класса:
· постоянные соединительные;
· управляемые;
· самоуправляющиеся.
Основной характеристикой любой муфты является передаваемый вращающий момент, который называют расчётным моментом
M = K * MН ,
где: MН-номинальный момент, передаваемый при установившемся режиме;
K - коэффициент динамичности или режима работы, учитывающий дополнительные динамические нагрузки на муфту (K= 1...3).
В приводах машин и механизмов с автоматическим управлением широко применяются муфты, способные соединять и разъединять валы как по команде (управляемые), так и автоматически при изменении режима работы (самоуправляющиеся). Примером такого привода является привод стрелочного перевода.
Конструкция и принцип работы лабораторной установки
Лабораторная установка для исследования работы механического привода с фрикционной муфтой выполнена на базе привода стрелочного перевода типа СПВ-5 (рис.1).
Рис.1 Общий вид лабораторной установки.
Привод состоит из электродвигателя 1, двухступенчатого цилиндрического редуктора 2, фрикционной муфты 3, зубчатой передачи 4 (передаточное отношение этой зубчатой передачи u=3,07), главного вала с шиберными шестернями 5 (диаметр делительной окружности шиберной шестерни 72мм) и двух шиберных линеек 6, к которым в реальных условиях прикрепляется остряк стрелочного перевода. В лабораторной установке шиберные линейки при перемещении упираются в динамометр 7 с индикатором часового типа 8, измеряющим усилие на шиберных линейках (это усилие равно окружной силе на шиберной шестерне). Величина передаваемого муфтой вращающего момента регулируется гайкой 10, деформирующей пружину 9. Величина деформации пружины определяется по линейке 11.
При включении электродвигателя движение через редуктор 2 передается на корпус муфты. За счет трения между дисками фрикционной муфты вращение передается на вал, на конце которого расположена шестерня, с которой вращение через зубчатое колесо передается на шиберный вал. При вращении шиберного вала приводятся в движение шиберные линейки. После достижения шиберными линейками крайних положений (запирания шиберных линеек в реальном приводе или упирания их в динамометр – на лабораторной установке) момент сопротивления на шиберном валу возрастает, происходит проскальзывание дисков во фрикционной муфте. Вал электродвигателя и зубчатые колеса двухступенчатого редуктора продолжают вращаться, а зубчатая передача на шиберный вал, шиберный вал и шиберные линейки останавливаются.
2. Конструкция и расчёт фрикционных муфт
Фрикционные муфты передают вращающий момент благодаря силам трения, возникающим в контакте между элементами муфты (от латинского frictio - трение). Силы трения легко регулируются изменением силы сжатия трущихся поверхностей. Поэтому фрикционные муфты допускают плавное сцепление при любой скорости, что успешно используется, например, в конструкции автомобильного сцепления.
Кроме того, фрикционная муфта не может передать через себя момент, больший, чем момент сил трения, поскольку начинается проскальзывание в контакте фрикционных элементов, Поэтому фрикционные муфты являются эффективными предохранительными устройствами, для защиты машины от динамических перегрузок.
Встречаются различные формы рабочих поверхностей фрикционных элементов:
· дисковые, в которых трение происходит по торцевым поверхностям дисков (одно- и многодисковые);
· конусные, в которых рабочие поверхности имеют коническую форму;
· цилиндрические, имеющие цилиндрическую поверхность контакта (колодочные, ленточные и т.д.).
Преимущественное распространение получили многодисковые муфты, поскольку они имеют сравнительно малые габариты, высокую
плавность включения, легко регулируются. В таких муфтах диски прикреплены через один к ведущей и ведомой полумуфтам.
Конструкция дисковых муфт с плоскими и винтовой пружинами показана на рис.2. Муфта имеет четыре наружных диска 13, закрепленных в корпусе муфты 15 с помощью шпонок 12, и четыре внутренних диска 14, закрепленных на валу 16 с помощью шлицев 11. Усилие прижатия дисков регулируется пружиной 7 с помощью гайки 6. Устройство фрикционной муфты можно наглядно изучить так же по макету, выполненному из реальной конструкции муфты, благодаря вырезу в корпусе.
 |
| Рис. 2. Фрикционная муфта : 1,3 – маслёнки, 2,4 – крышки, 5 – винт, 6 – регулировочная гайка, 7 – пружина, 8 – опорная шайба, 9 – промежуточная шайба, 10 – крышка, 11 –шлиц вала, 12 – шпонка корпуса, 13 – наружный диск, 14 – внутренний диск, 15 – корпус муфты, 16 – вал, 17 – корпус подшипника, 18 –шестерня, 19 – шпонка. |
При сжатии фрикционных дисков осевым усилиемQсжсогласно закону Амонтона-Кулона на плоскостях контакта возникают силы трения, равнодействующая которых
Fтр = f * Qсж,
где f -коэффициент трения материала дисков (Табл. 1).
Момент сил трения равен произведению
Mтр = Fтр * Rпр*n,
где Rпр -приведенный радиус точки приложения равнодействующей
сил трения;
n – число пар контактирующих поверхностей.
Передача момента через муфту ограничена величиной сжимающего усилия Qсж, которое нельзя увеличивать бесконечно.
Между дисками при сжатии возникает контактное давление
p = Qсж / S,
где S- площадь поверхностей контакта дисков.
Если контактное давление p больше допускаемого [p], то условие контактной прочности не выполняется, и фрикционные диски могут разрушиться.
В зависимости от материала дисков фрикционные муфты могут работать со смазкой и без смазки. Смазка дисков уменьшает их износ и улучшает расcцепляемость, но снижает величину передаваемого крутящего момента.
Сжатие фрикционных дисков может производиться механическими (рычажными, пружинными), электромагнитными, гидравлическими и пневматическими устройствами.
Порядок выполнения работы
1) Строго соблюдать правила техники безопасности;
2) Изучить данные методические указания;
3) Разобрав и собрав макет муфты изучить ее конструкцию , найти в ней фрикционные диски, определить количество поверхностей трения, продемонстрировать преподавателю своё знание конструкции муфты;
4) Получить у преподавателя 3 значения усилий сжатия пружины;
5) Для каждого из заданных значений усилий сжатия пружины рассчитать контактные давления на дисках и вращающие моменты, передаваемые муфтой, а так же усилия на шиберной линейке. Результаты расчетов занести в протокол.
6) По графику тарировки пружины (рис.3) определить величины перемещения торца гайки, соответствующие заданным усилиям сжатия дисков.
7) Установить гайку в первое положение, закрыть кожух, включить установку и записать показания индикатора динамометра (для устранения погрешности измерений производится три включения установки). Провести аналогичный эксперимент для двух других заданных значений сжатия пружины.
8)По графику тарировки динамометра (рис.4) определить фактические
усилия на шиберной линейке. Сравнить экспериментальные и расчет-
ные значения.
9)Оформить протокол работы, в котором указать цель работы, резуль-
таты измерений и вычислений, выводы.
10)Отчитаться по работе, для чего предъявить протокол и ответить на все контрольные вопросы.
Таблица 1. Коэффициенты трения и допускаемые контактные давления для фрикционных муфт.
| Материал фрикционной пары | Коэффициент трения f | Допускаемое давление [p], Н/мм2 |
| Со смазкой | ||
| Закалённая сталь по закалённой стали | 0.06 | 0,6 – 0,8 |
| Чугун по чугуну или по закалённой стали | 0.08 | 0,6 – 0,8 |
| Текстолит по стали | 0.12 | 0,4 – 0,6 |
| Металлокерамика по стали | 0.1 | 0,8 |
| Без смазки | ||
| Асбест по стали и чугуну | 0.3 | 0,2 – 0,3 |
| Металлокерамика по стали | 0.4 | 0,3 |
| Чугун по чугуну или по закалённой стали | 0.15 | 0,2 – 0,3 |
Тарировочные графики
| Рис. 3. Характеристика сжимающей пружины |
| Деформация пружины, мм |
| Рис. 4. Характеристика динамометра |
| Показания индикатора, мм |
Контрольные вопросы.
Что такое муфты ?
Какие детали есть практически у любых муфт ?
Для чего используются муфты ?
Что является основной характеристикой муфты ?
Чем отличаются расчётный и номинальный моменты ?
Для каких машин применяются фрикционные муфты ?
За счёт чего передают момент фрикционные муфты ?
Почему фрикционные муфты допускают плавное сцепление и расцепление в процессе работы ?
Почему фрикционные муфты могут считаться предохранительными устройствами ?
От чего зависят силы трения при сжатии дисков ?
Чем ограничена несущая способность муфты ?
По какой величине оценивается контактная прочность дисков ?
5. Литература
1. Иванов М.Н. Детали машин.- М.: Высшая школа,2002.- 390 c.
2. Проектирование приводов машин и механизмов транспортной техники : учебное пособие / А.А. Толстоногов [ и др.] : под ред. А.А. Толстоногова.- Самара : СамГУПС, 2008 . – 228 с.
Приложение
ПРОТОКОЛ
выполнения лабораторной работы
| Параметры фрикционной муфты | |||||||||
| Общее количество дисков | |||||||||
| Число пар трения n= | |||||||||
| Размеры рабочих поверхностей дисков: Наружный диаметр D= мм Внутренний диаметр Dвн= мм | |||||||||
| Приведенный радиус трения Rпр=(D3- Dвн3)/3( D2- Dвн2)= мм | |||||||||
| Площадь поверхностей контакта дисков S=π(D2-Dвн2)/4= мм2 | |||||||||
| Материал фрикционных дисков: наружных – внутренних - | |||||||||
| Коэффициент трения f= | |||||||||
| Диаметр начальной окружности шиберной шестерни dшиб.= мм | |||||||||
| Передаточное отношение от фрикционной муфты до главного вала U= | |||||||||
| Опыт 1 | Опыт 2 | Опыт 3 | |||||||
| Заданная величина осевого усилия сжатия дисков Qсж, H | |||||||||
| Величина перемещения гайки, мм | |||||||||
| Расчетное значение момента трения в муфте Мтр = Qсж*f*Rпр*n, Hмм | |||||||||
| Расчетное значение усилия на шиберной линейке Ррасч=2Мтр*U /dшиб, H | |||||||||
| Показания индикатора динамометра | |||||||||
| Среднее значение показаний индикатора динамометра | |||||||||
| Фактическое значение усилия на шиберной линейке Рфакт, H | |||||||||
| Расчетное удельное давление между дисками pрасч=Qсж/S, Н/мм2 | |||||||||
| Допускаемое удельное давление для материала дисков [p] Н/мм2 | |||||||||