ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Рекомендации по проектировочному расчету пальцевых муфт с упругим диском из "Муфты с неметаллическими упругими элементами " Проектировочный расчет является, как известно, предварительным и служит для ориентировочного определения основных размеров проектируемого изделия, которые затем на стадии проверочного расчета могут быть уточнены или признаны приемлемыми. [c.103] При вычислении диаметра О можно рекомендовать следующие значения безразмерных параметров а==0,14- 0,16 р = 0,25- 0,26 7 = 0,45- - 0,50. Что касается выбора числа пальцев муфты г, то здесь можно придерживаться таких рекомендаций при Н м г = 4 при 10 Н- м Гв ВОН-м 2 = 6 при 7 в 80Н-м 2 = 8. [c.104] Найденное по формуле (4.19) значение О округляется до стандартного, после чего, используя рекомендуемые значения безразмерных параметров, определяются остальные размеры диска, которые также округляются до стандартных значений. На этом проектировочный расчет заканчивается. [c.104] В ответственных случаях, особенно при циклическом нагружении муфты, следует, используя методику, описанную в гл. 3, произвести проверочный расчет муфты, определив ее ресурс. После этого может быть принято решение о пригодности спроектированной конструкции муфты для заданных условий работы. [c.104] Положительный опыт эксплуатации муфт с торообразной оболочкой выпуклого профиля способствовал выпуску на них государственного стандарта (ГОСТ 20884—82). В стадии завершения находится и работа над созданием стандарта на муфты с торообразным элементом вогнутого профиля. Оба стандарта (действующий и разрабатываемый) относятся к разряду параметрических. [c.105] Наряду с отмеченными достоинствами муфты с торообразной оболочкой имеют и некоторые недостатки большие габаритные размеры и материалоемкость муфт, сложность изготовления и сборки. Кроме того, следует иметь в виду, что вращение муфты вызывает осевые силы, отрицательно сказывающиеся на работоспособности подшипников, входящих в состав опор соединяемых муфтой валов. Предварительное сжатие бурта оболочки, осуществляемое с целью создания требуемой для передачи момента силы трения, приводит к возникновению значительных напряжений у основания оболочки и, как следствие этого, к снижению ресурса муфты. [c.105] Предельный момент, передаваемый муфтой, обычно лимитируется моментом потери устойчивости оболочки либо моментом сил трения в узле ее защемления. Единичные случаи потери устойчивости оболочки или ее проскальзывания в узле защемления, наблюдаемые в период перегрузки муфты, не приводят к немедленному выходу муфты из строя, однако отрицательно сказываются на ее дальнейшей работе. Обычно муфты выбирают таким образом, чтобы максимально реализуемые в приводе нагрузки не превосходили момента потери устойчивости оболочки (Гп. у). Это условие приводит к следующему соотношению между моментом потери устойчивости оболочки и номинальным моментом муфты Гп. у= (5-f-8) Гн. Что касается предельного значения момента сил трения, то его, очевидно, следует назначать, задавая степень деформации бурта оболочки, из условия Гтр тах п. у- На практике до настоящего времени момент потери устойчивости оболочки определяют экспериментальным путем. Метод его определения прост и легко реализуется на обычных статических стендах, используемых для нахождения крутильной жесткости муфт. [c.105] Решение ряда перечисленных задач требует рассмотрения сложных в расчетном отношении математических моделей муфт и не может быть получено в рамках методов теории оболочек вращения. Тем не менее ряд задач, особенно касающихся определения жесткостных параметров муфт, может быть с достаточной точностью решен и в рамках теории тонких оболочек. Сопоставление результатов [27], выполненных нами на основе этой теории и по методу конечных элементов, дало в ряде случаев близкие значения. Что касается трудоемкости выполнения расчетов, то аналитические методы имеют здесь безусловное преимущество, особенно, если речь идет об исследовании влияния конструктивных параметров на прочностные и жесткостные характеристики муфт. В то же время решение отдельных задач получить можно только методом конечных элементов. Этот метод и использован нами для получения приведенных ниже результатов. [c.106] Расчеты проводились для замкнутой в окружном направлении торообразной оболочки. Обозначения размеров, характеризующих ее геометрию, приведены на рис. 5.1. [c.106] Передача вращающего момента, как указывалось выше, с одной полумуфты на другую осуществляется за счет сил трения в узле зажима бурта оболочки (см. рис. 1.1). Как недостоточное, так и избыточное сжатия бурта вредны. В первом случае может происходить проскальзывание бурта оболочки относительно металлических деталей полумуфт, приводящее к нагреву и изнашиванию оболочки. Во втором случае необоснованно увеличивается ее напряженность, и ресурс муфты падает. Оптимальное сжатие бурта может быть найдено лишь в том случае, если известна его жесткость, т. е. если установлена связь между деформацией бурта и величиной контактных давлений. Для нахождения этой связи в полной мере может быть использован метод, изложенный в п. 4.2, применительно к расчету контактного взаимодействия упругого диска и металлических пальцев полумуфт. Основное отличие здесь состоит лишь в иной форме жестких металлических штампов. [c.106] Не повторяя подробно весь алгоритм расчета, отметим здесь лишь основные его этапы, а также укажем на некоторые исходные предпосылки и особенности задания граничных условий. Сжатие резинового бурта оболочки происходит при сближении двух жестких штампов. Предполагается, что весь объем деформируемого в узле зашемления материала может смещаться лишь в направлении от оси муфты. Возникающие при этом силы трения подчиняются закону Кулона. Напряженное состояние бурта оболочки при сближении штампов рассматривается как осесимметричное при этом матрицы жесткости кольцевых конечных элементов, на которые в процессе решения задачи разбивается бурт оболочки, определяются согласно зависимости (1.25). В общем случае поверхности штампов (фланца полумуфты и прижимного кольца) могут иметь конфигурацию, отличную от ответных поверхностей бурта оболочки. При проведении расчетов задача о нагружении бурта оболочки решалась методом сил, поскольку он обеспечивает большую точность, чем метод перемещений, хотя алгоритм расчета в этом случае оказывается более сложным. Процесс нагружения бурта оболочки во избежание ошибок, связанных с проявлением эффектов конструкционной и геометрической нелинейностей, разбивался на ряд последовательных шагов. В пределах каждого шага с помощью итерационной процедуры устанавливались величины и характер распределения нормальных и касательных сил на контактной поверхности бурта. Суть итерационной процедуры состоит в следующем. Задается шаговое сближение штампов путем задания новых значений координат точек поверхности штампов, а также начальная система распределенных нормальных и касательных сил, которая в каждой узловой точке на поверхности контакта бурта дает составляющие Fri и F i (рис. 5.2). [c.107] При последующих шагах сближения штампов алгоритм решения полностью повторяется. Координаты узловых точек бурта оболочки, полученные на предыдущем шаге, принимаются при этом в качестве исходных. [c.108] На рис. 5.3 приведено решение контактной задачи, полученное с использованием описанного выше алгоритма при следующих исходных данных диаметр оболочки (см. рис. 5.1)/) = 250 мм ширина оболочки В] =70 мм толщина оболочки /г =12,5 мм толщина бурта оболочки Дб = 20 мм остальные размеры оболочки Б = 62,5 м Ь = = 150 мм / о = 92,5 мм модуль упругости материала оболочки Е = Ъ МПа коэффициент Пуассона у = 0,48 степень деформации бурта оболочки составляет 30 %. [c.108] Решение получено для трех значений коэффициента трения / = 0, / = 0,5 и /=с (привулканизация). Как и следовало ожидать, влияние сил трения на величину контактных давлений оказалось существенным, что подтвердило необходимость их учета при определении контактных давлений, несмотря на значительное усложнение алгоритма расчета. [c.108] Точность решения контактной задачи может быть оценена из сопоставления расчетной и экспериментальной зависимостей между степенью сжатия бурта е и реакцией Рб бурта оболочки (рис. 5.4). Расчетное значение реакции Рб найдено интегрированием напряжений 5г ПО контактной поверхности. Экспериментальное значение реакции получено на установке, принципиальная схема которой приведена на рис. 5.5. Здесь упругая оболочка устанавливается в полумуфту, смонтированную на столе нагрузочного устройства. К прижимному фланцу прикладывается сила Рб, создаваемая винтовым прессом ДМ ЗОМ. Сила измеряется динамометром, а сближение прижимных фланцев — индикаторами часового типа. При условии достаточной точности определения коэффициента трения и модуля упругости резины совпадение результатов расчета и эксперимента следует признать вполне удовлетворительным. [c.108] Сравнение эпюр давлений на рис. 5.6 показывает, что центробежные силы также приводят к падению давления в узле защемления оболочки, и это также должно быть учтено при назначении степени сжатия бурта. Здесь же показаны поля напряжений а , обусловленных 30 %-ным сжатием бурта оболочки с учетом действия центробежных сил (со = 314 с ). Напряжения отнесены к равновесному модулю сдвига Со. [c.108] Начальное поле напряжений Ог, обусловленное 30 %-ным предварительным сжатием бурта, представлено на рис. 5.7, а. Здесь же в относительных единицах (Со — равновесный модуль сдвига) приведена начальная эпюра давлений. При коэффициенте трения / = 0,5 30 %-ное сжатие бурта обеспечивает передачу вращающего момента около 750 Н-м, что создает почти десятикратный запас по номинальному и трехкратный запас по максимальному перегрузочному моменту, значения которых по ГОСТ 20884—82 равны соответственно 80 и 250 Н-м. Уровень наибольших девиаторных напряжений растяжения, возникающих в верхней части бурта оболочки при такой степени ее деформации, оказывается даже выше уровня напряжений, обусловленного передачей вращающего момента. [c.109] Практика эксплуатации муфт этого типа показывает, что в большинстве случаев именно в этих точках зарождаются первые микротрещины, приводящие в конечном счете к разрушению упругого элемента. Это подтверждает необходимость тщательного подхода к выбору предварительного сжатия бурта оболочки. [c.110] Следуя алгоритму, описанному в п. 1.3, провели анализ изменения напряженного состояния бурта оболочки во времени. Установлено, что после релаксации девиаторных напряжений эпюра давлений несколько сглаживается (см. рис. 5.7,6). Происходит более интенсивное уменьшение напряжений в наиболее нагруженных точках, снижается суммарная реакция бурта. Уменьшение суммарных давлений в течение первого месяца составляет около 10 %. Далее релаксация напряжений протекает с включением гидростатического давления, но в целом скорость релаксационных процессов падает. Примерно за три года общее падение давления составляет 60 %, что обеспечивает приблизительно трехкратный запас сцепления по номинальному моменту. Однако при столь значительном предварительном сжатии бурта оболочки существенно снижается ее ресурс. С целью увеличения ресурса муфты можно рекомендовать 20 %-ное предварительное сжатие бурта оболочки (начальный запас сцепления по номинальному моменту равен шести) с последующей ежегодной подзатяжкой на 5 %. Технически это легко осуществимо. Приведенные результаты расчета выполнены для температуры упругого элемента 20 °С. Аналогичные расчеты можно выполнить и для других температурных условий. При этом необходимо лишь знать зависимость парциональных модулей упругости и времени релаксации от температуры. [c.110] Конструкция муфты, представленная на рис. 5.8, значительно проще описанных в работе [35] конструкций упругопредохранительных муфт с упругим элементом в виде торообразной оболочки. Упрощение достигается за счет того, что для зажима бурта оболочки и создания давления на рабочих поверхностях фрикционных дисков используются одни и те же болты, а вместо специальных пружин — бурт оболочки. Применение регулировочных прокладок надежно предохраняет бурт от недопустимых деформаций, что положительно сказывается на увеличении ресурса муфты. [c.111] Вернуться к основной статье