Соединение муфты зубчатой с валом (4 видео)

Для повышения несущей способности зубчатых муфт обоймы, ступицы и зубья у их основания должны быть равными на изгибную прочность. Это может быть достигнуто двумя способами: тангенциальные изменения основной стойки с использованием специального зуборезного инструмента и дополнительные модификации с центром зубьев, точение на стандартные плита и случай зуборезной обработки зубьев такой как предлагаемый метод их наружному конусу шлифования. Для улучшения износостойкости зубьев предлагается также выполнять продольные линии на концентраторе, кривизну зубьев, так называемую «естественным изменением», зубья, которые занимает в процесс износа. Улучшение зубчатых муфт геометрии повышает ее несущую способность на 25. 40%. Дальнейшее увеличение нагрузочной способности и износостойкости может быть достигнуто путем индукционной закалка на поверхности зубов. Все предлагаемые обработки методы и алгоритмы расчета проверены ЭЗТМ производственной практикой.

Содержание

Ключевые слова
1. ВВЕДЕНИЕ
2. КОНСТРУКЦИЯ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ
3. ЗУБ ПРОДОЛЬНОЙ МОДИФИКАЦИИ
4. ЗУБ ТАНГЕНЦИАЛЬНОЙ МОДИФИКАЦИИ
4. ЗУБ ДОБАВЛЕННОЙ МОДИФИКАЦИИ
🎦 Видео

Ключевые слова

Зубчатые муфты, тангенциальные и дополнительные модификации.

1. ВВЕДЕНИЕ

Зубчатые муфты предназначены для соединения валов и компенсации взаимосвязи между ними. Они состоят из двух валов с концентраторами внешних зубьев, которые связаны между собой обоймой (как правило, две штуки) с внутренними зубьями (рис. 1).

Рисунок 1 – Зубчатая муфта

Их высокий крутящий момент в сочетании с низкой инерцией системы привода. Поэтому они широко используются в технике для высокоскоростных применений, особенно когда соединительный валы работают с искаженным углом до 1,5° [1].

Зубчатые шпинделя зубчатых муфт с промежуточным валом используются для больших валов,например, для передачи вращения от редуктора на рабочую клеть прокатного стана [2].

«ЭЗТМ» (ОАО«Электростальский завод тяжелого машиностроения») является одним из основных российских производителей зубчатых муфт и шпинделей для тяжелой промышленности.

Нормированные зубчатые муфты включает в себя 19 размеров. Зубчатые муфты размеров 1-8 предназначены для передачи крутящего момента от 1 до 63 кНм. Они производятся как коммерческие продукты в специализированном разделе. Технические характеристики для их производства регулируются ГОСТ 50895-96, который заменил предыдущего ГОСТ 5006-83 и ГОСТ 5006-55. «ЭЗТМ» активно участвует в разработка всех этих стандартов.

Большие зубчатые муфты размерами 9-19 с максимальной нагрузкой до 1250 кНм, предназначены также для передач, валы изготавливаются по индивидуальным заказам. Они используются, главным образом, в приводов прокатных станов и других машин, в номенклатуре компании.

Видео:13.1 Муфты Часть 1Скачать

Надежность подключения устройств существенно влияет на надежность машины в целом. В этой связи, проектный и научно-исследовательский отдел ЭЗТМ уделяет постоянное внимание на совершенствование их конструкции. Ряд оригинальных технических решений защищены авторскими свидетельствами [3]. Научно-исследовательская работа была проведена в сотрудничестве с ИМАШ в России и других научных учреждений. Фундаментальный вклад в методы проектирования и анализ муфта зубчатая устройств выступил проф. Е. Л. Айрапетов и его коллег 2.

При проектировании зубчатых соединений,геометрические параметры, материалы и методы закаливания задают, так что при заданных внешних условиях нагрузки – крутящий момент, скорость и искажение углов для обеспечения надежности их работы по критериям отказа зубьев и контакт удаление их активной поверхности. Вместе с тем, обеспечение этих условий не исключает постепенного износа и отказ передач соединения, когда их зубья достигают критической толщины. Исследовательские работы по увеличению долговечности зубчатых соединений постоянно происходят.

2. КОНСТРУКЦИЯ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ

Зубчатую муфту можно рассматривать как инволютивный цилиндрический редуктор с внутренними зубьями, а передаточное отношение u = 1. Количеством зубьев z и модуль m равны для обоих элементов. Традиционная муфта с основными размерами приведена на рис. 2.

Рисунок 2 – Основные параметры зубчатой муфты

Внешние зубья ступицы нарезаны червячной фрезой со стандартными параметрами, основные значения: угол зацепления α=20°, h_a1=m, h_f1=1,25m.

Читайте также: Бензотриммер с гибким валом

Структура зубьев проводится с небольшим дополнением h_a2=0,8m. С одной стороны, предотвращает повреждение погрешностей между зубьями в машину, зацепление с в Т-образным зуборезом. С другой стороны, увеличивается радиальный зазор, равный C_r≈0,45m требующий во взаимодействие чтобы компенсировать смещение в соединение деталей в сборке.

Расчетный диаметр обеих частей равна d = mz.

Напряжение будет сосредоточено в точке на поверхности зубьев. В этом случае номинальной диаметр и наружный диаметр равны друг другу.

Номинальные значения толщинs ступицы и обоймы зубьев были взяты равными: S₁=S₂=πm/2.

Видео:Видео обзор промышленных муфт. Соединительная муфта для валовСкачать

Чтобы компенсировать смещение концов валов и погрешность шага необходимо обеспечить боковой зазор между зубьями, которые оцениваются в общей нормали к инволютивному профилю. По словам нормировщиков ЭЗТМ, в муфтах с бочкообразной зубьями, она устанавливается на C_n=0,12m и это при условии обязательного утоньшения обоймы зубьев на стоимость δ_n2=0,08m, и зубья на δ_n1=0,04m.

3. ЗУБ ПРОДОЛЬНОЙ МОДИФИКАЦИИ

Для предотвращения повреждения контакта на концентраторе его внешние зубы должны быть выполнены с помощью продольной модификации или бочкообразования.

Традиционная форма продольной модификации зубье показана на рис. 3. Наружная поверхность втулки зубы осуществляется в сфере радиусом R_a=d_a1/2. Боковой профиль зубьев в тангенциальном разрезе на поле, цилиндр выполняется на кривой постоянной кривизны, которая является близко к дуге окружности с радиусом R.

Рисунок 3 – Концентратор с бочкообразными зубьями.

Такая модификация гарантирует, что концентратор зубьев с переменным сдвигом основной стойки вдоль длины зуба в связи с продольной подачей червячной фрезы кривой радиусом R_c, связанных с R: R_c=Rtanα.

Значение R_c должyj принимать во внимание расчетный диаметр, модуль, ширинe и угол осей cмещения. В соответствии с нормами ЭЗТМ для передачи муфты он был назначен в диапазоне R_c=(1,7. 1,8)d, и для зубчатых шпинделей R_c=0.5d.

При эксплуатации зубчатая муфта с осями cмещения углом равным ω_α центр подшипника контактирует во время одна движется вдоль зуба из одной стороны на другую и обратно, уходя от середины на значение x_α= Rsinω_α.

Смещение контакта вызывает значительное увеличение напряжения изгиба в зубах, так что сокращение x_α, снижение R является полезным для работы муфты. Но с другой стороны, уменьшение R приводит к увеличению контактного давления между зубами. Так при оптимизации радиус R является многокритериальной задачи.

Теоретическое и экспериментальное исследование распределения нагрузки между зубами и вдоль каждой из них показали, что максимальная нагрузка происходит на расстоянии x_α от среднего вылета, и в середине зуба, она минимальна. Поэтому, в процессе износа зубьев на их стороны поверхностные изменения первоначальной формы, и приобрела так называемая «естественная модификация».

Этот профиль (рис. 4) симметрично выпуклой кривой переменной кривизны. В середине радиусом кривизны минимальное и в обычном разрезе должны быть равны радиусу кривизны инволютивного профиля в полюс сцепление R_о=mzsinα.

Видео:Монтаж зубчатой муфты. Видеоинструкция.Скачать

Рисунок 4 – Профиль зуба с обычной «естественной» модификацией.

Как профиль кривизны радиус должен увеличиться и достичь максимального на расстоянии x_α от концентратора среднего. Несколько вариантов уравнений кривых, которые удовлетворяют этому условию не предлагается. В частности, в [2] было описано уравнением:

что обеспечивает нулевую кривизну в точках приложения максимальной нагрузки при заданном искажении угол ω_α. Более подробно зубья с продольной модификацией рассмотрены в [4].

4. ЗУБ ТАНГЕНЦИАЛЬНОЙ МОДИФИКАЦИИ

Основным критерием для определения несущей мощность зубчатой муфты является прочность при изгибе зубьев, которые, в свою очередь, зависит от напряжения изгиба в опасном сечении у основания зуба.

В традиционной конструкции и конструкции (рис. 2) концентратор зуба толщина S_f1 в этом разделе существенно меньше, чем в толщина клетки зуба S_f2. Соответственно, на изгибную силу ступица зубов меньше, чем в клетке зубы.

Читайте также: Рулевая рейка с валом рено логан

Максимальное напряжение при изгибе на базе концентратора зуба σ_Fmax рассчитывается по следующей эмпирической формуле [2]:

где P – периферическая сила, k_c и k_b – факторы, принимающие учет концентрации напряжений и место загрузки приложения. Отсюда следует, что при прочих вещях равные муфты нагрузки, т.е. стоимость допустимая передаваемый крутящий момент, пропорциональна S_l1 2 .

Так, за счет выравнивания сил и клетки зубьев муфты нагрузка может быть значительно улучшена. В 90-е комплекс теоретические и экспериментальные работы по созданию муфты с равной силой зубов был проведен на ЭЗТМ. Эффект изгиба, равном сил было достигнуто при тангенциальном модификации основных параметров (рис. 5).

Видео:Детали машин. Лекция 4.4. МуфтыСкачать

Рисунок 5 – Профиль зуба с тангенциальной модификацией.

При сохранении всех диаметральных размеров шестерен, втулки шаг зубьев толщина S₁ были рассчитаны из условия что S_l1=S_f2, и в зависимости от зубьев номер увеличивается на стоимость ΔS=(0,22. 0,25)m. В обойме зубья шагом толщиной S2 была уменьшена на ту же сумму. Таким образом, толщина S_l1 была увеличен на 10-12%.

Это решение было защищено патентом РФ № 1598563 [3]. Она легла в основу ГОСТ 50895-96, и когда в сочетании с рядом других решений позволило увеличение грузоподъемности по сравнению с муфтой, произведенных ранее, примерно в полтора раза дороже.

С производства приложения тангенциального изменения, необходимых для разработки и производства специальных режущих инструментов: обойма с тоньшими зубьями для резки внешних концентраторов зубьев и протяжек с толстыми зубьями для внутренних клеток зуба. За первые восемь размеров серийно произведено муфты с небольших модулей (m = 2,5. 4), решение было экономически целесообразным, поскольку стоимость инструмента плановая замена быстро окупится.

4. ЗУБ ДОБАВЛЕННОЙ МОДИФИКАЦИИ

Большой муфты с модулями m=6. 14 производятся индивидуально. В этом случае концентратор зубьев должен быть сокращен на стандарт с шагом зубьев толщиной S₀=0,5πm и зуб добавление h_a0≥1,25m. Нужное утолщение зубьев может быть достигнуто в добавлении модификации, т.е. перемещение инструмента на расстоянии xm от обработки втулка оси. Основные пропорции зубов в средней части модифицированные соединения, показано на рис. 6.

Рисунок 6 – Профиль зуба добавленной модификации.

Глубина зуба сохраняется таким же, как раньше: h₂=h_a2+h_a1=1,8m. Радиальный зазор, в центре зубьев уменьшается до величины C_r=0,3m. Это достаточно при условии одновременного изменения и позволяет снизить зуб дополнительно к стоимости h_a1=0,85m и полная высота зуба, чтобы h₁=h₂+C_r=2,1m.

Предполагаемый шаг толщины зубы определяются с принятие минимальных боковой люфтов C_t=C_n/cosα, как: S₁=m(0,5π+2xtanα), S₂=πm–S₁–C_t

Измерения толщины хорды S_y1 и S_y2 устанавливаются на круг диаметром d_y=m(z+2), рассчитывается по традиционным для инволютивных передач методам.

Видео:Лекция 12. МуфтыСкачать

Те же методы определения толщины S_l1 концентратора зуб в опасным диаметром d_a2 и толщиной S_f2 обоймы зубьев с диаметром d_f2.

Обойма, внутренние зубья нарезаны со стандартным зуборезным инструментом. Однако для улучшения точность и производительность выпускается по наружному конусу так, что окончательная позиция его рассмотрения нижней и обе стороны внутреннего зуба одновременны.

Творец параметров, таких как: зубы число z₀, добавление фактор x₀, диаметр основания d_b0 и наружный диаметр d_a0 должны быть связаны с параметрами обработки, обоймы уравнения:

Следовательно, диаметр d_a0 может быть определен для данного фактора x, а также значение x равно нашел для выбранного d_a0. При выборе фактора x, необходимо учитывать также следующие технологические ограничения.

1. После округления внешний диаметр, высота зуба должна быть не менее 2-х модулей.

2. Торец того же диаметра, d_a0, должны быть использованы для обоймы одного и того же модуля с различными номерами зубьев.

Читайте также: Мотор от стиральной машины диаметр вала

3. Радиус между внутренним кругом и инволютивный профиль обоймы зуба, не должна превышать 0,1m.

В ходе пересмотра муфты стандартной серии, когда необходимо, модуль зуба также увеличился.

Сравнение предыдущих и модифицированных – муфты представлены в Таблице 1. В этой таблице T-допустимая передаваемый крутящий момент, кНм. Как показано она была увеличена для модифицированных муфт на 25. 40%.

Видео:Монтаж муфты с пружинным элементомСкачать