Главная

Лабораторная работа

Расчёт несущей способности дисковой фрикционной муфты

1. Цель работы

Целью работы является исследование конструкции и несущей способности фрикционной муфты.

2. Теоретические положения

2.1 Основные понятия и определения

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

где M_Н - номинальный момент, передаваемый при установившемся режиме; K - коэффициент динамичности или режима работы, учитывающий дополнительные динамические нагрузки на муфту (K= 1...3).

Для машин и механизмов с автоматическим управлением широко применяются муфты, способные сцеплять и расцеплять валы как по команде (управляемые), так и автоматически при изменении режима работы (самодействующие). Для таких машин широко применяются фрикционные муфты.

2.2. 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.

При сжатии фрикционных дисков осевым усилием Q_сж согласно закону Амонтона-Кулона на плоскостях контакта возникают силы трения, равнодействующая которых

где f - коэффициент трения материала дисков (табл. 1).

Момент сил трения равен произведению

где r - радиус точки приложения равнодействующей сил трения.

Передача момента через муфту ограничена величиной сжимающего усилия Q_сж, которое нельзя увеличивать бесконечно. Между дисками при сжатии возникает контактное давление

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 расцепляемость, но снижает величину передаваемого крутящего момента.

Таблица 1. Коэффициенты трения и допускаемые контактные давления для фрикционных муфт.

Материал фрикционной пары	Коэффициент трения f	Допускаемое давление [p], кГ/см^2
Со смазкой
Закалённая сталь по закалённой стали	0.06	6 - 8
Чугун по чугуну или по закалённой стали	0.08	6 - 8
Текстолит по стали	0.12	4 - 6
Металлокерамика по стали	0.1	8
Без смазки
Асбест по стали и чугуну	0.3	2 - 3
Металлокерамика по стали	0.4	3
Чугун по чугуну или по закалённой стали	0.15	2 - 3

Сжатие фрикционных дисков может производиться механическими (рычажными, пружинными), электромагнитными, гидравлическими и пневматическими устройствами.

3. Описание лабораторной работы

Передаваемый муфтой вращающий момент может регулироваться с помощью пружины, изменяющей силу трения между фрикционными дисками. Момент, переданный муфтой, в конечном итоге влияет на усилие, приводящее в движение шиберную рейку, которая перемещает остряк стрелочного перевода.

Устройство фрикционной муфты можно наглядно изучить по макету, выполненному из реальной конструкции муфты, благодаря вырезу в корпусе. Муфта имеет несколько чередующихся стальных и чугунных фрикционных дисков и соответствующее число плоскостей контакта без смазки. Рабочие поверхности дисков представляют собой кольца.

Момент, передаваемый муфтой равен

где r_ср – средний радиус диска; n – число пар поверхностей трения; f – коэффициент трения в дисках.

Контактное давление на фрикционных дисках.

где S – площадь диска.

По условию прочности контактное давление должно быть меньше допускаемого

р < [р].

4. Порядок выполнения работы

4.1. Строго соблюдать правила техники безопасности;

4.2. Изучить данные методические указания;

4.3. Разобрав и собрав макет изучить по нему конструкцию муфты, найти в ней фрикционные диски, определить площадь и количество поверхностей трения, продемонстрировать преподавателю своё знание конструкции муфты;

4.4. Получить у преподавателя значения крутящих моментов, которые должна передать муфта;

4.5. Для каждого из этих крутящих моментов рассчитать сжимающие усилия и контактные давления на дисках;

4.6. По допускаемому контактному давлению материала дисков вычислить максимально возможное усилие сжатия дисков и максимально возможный передаваемый муфтой вращающий момент;

4.7. Результаты измерений и вычислений свести в таблицу.

Количество дисков
Число пар трения
Наружный радиус диска, мм
Внутренний радиус диска, мм
Средний радиус диска, мм
Момент, передаваемый муфтой, кГсм	Усилие сжатия дисков, кГ	Контактное давление дисков, кГ/см^2
Со смазкой
Mкр1=	Qсж1 =	р1 =
Mкр2=	Qсж2 =	р2 =
Mкр3=	Qсж3 =	р3 =
Без смазки
Mкр1=	Qсж1 =	р1 =
Mкр2=	Qсж2 =	р2 =
Mкр3=	Qсж3 =	р3 =
Максимальный момент, передаваемый муфтой, кГсм	Максимальное усилие сжатия дисков, кГ	Допускаемое контактное давление дисков, кГ/см^2
Со смазкой
Mкр maх=	Qсж maх =	[р] =
Без смазки
Mкр maх=	Qсж maх =	[р] =

4.8. Оформить протокол работы, в котором указать цель работы, результаты измерений и вычислений, выводы.

Выводы не должны ограничиваться сообщением о том, что работа проделана. Выводы должны показать, какие новые знания получены Вами при выполнении лабораторной работы, например: заключение о работоспособности муфты исходя из условий контактной прочности, предельная несущая способность муфты и т.п.

5. Вопросы для самоконтроля

1. Что такое муфты?

2. Какие детали есть практически у любых муфт?

3. Для чего используются муфты?

4. Что является основной характеристикой муфты?

5. Чем отличаются расчётный и номинальный моменты?

6. Для каких машин применяются фрикционные муфты?

7. За счёт чего передают момент фрикционные муфты?

8. Почему фрикционные муфты допускают плавное сцепление и расцепление в процессе работы?

9. Почему фрикционные муфты могут считаться предохранительными устройствами?

10. От чего зависят силы трения при сжатии дисков?

11. Чем ограничена несущая способность муфты?

12. По какой величине оценивается контактная прочность дисков?

13. Как влияет смазка на работу фрикционной муфты?

---

email: KarimovI@rambler.ru

Адрес: Россия, 450071, г.Уфа, почтовый ящик 21

Теоретическая механика Сопротивление материалов

Прикладная механика Строительная механика Теория машин и механизмов

00:00:00