Основные правила конструирования узлов и механизмов в передаче крутящего момента

Основные геометрические соотношения

Основным параметром цепи является шаг передачи, который принимается по ГОСТу. Чем больше шаг, тем выше нагрузочная способность цепи, но сильнее удар звена цепи о зуб звёздочки в период набегания цепи на звездочку, меньше плавность, бесшумность и долговечность передачи.

Оптимальное межосевое расстояние передачи принимают из условий долговечности цепи:



a =??30...50??Ч?t ,

где t - шаг цепи.

Рекомендуют принимать меньшие значения межосевого расстояния для передач с передаточным отношением i = 1...2, большие значения - для передач у которых i = 6...7 .

Число звеньев цепи W определяют в зависимости от межосевого расстояния, округляют до целого числа, которое желательно брать четным, чтобы не применять специальных соединительных звеньев.

Для нормальной работы передачи ведомая ветвь должна иметь небольшое провисание для чего расчетное межосевое расстояние уменьшают на величину равную (0,002 ...0,004 ) Ч a

Конструкции основных элементов цепных передач

Главный элемент цепной передачи - приводная цепь (рис. 22), которая состоит из соединенных шарнирами звеньев. Цепи стандартизованы и изготавливаются на специальных заводах.

Втулочно-роликовая цепь состоит из валика 3, запрессованного в отверстие внешнего звена 2, и втулки 4, запрессованной в отверстие внутреннего звена 1. Втулка на валике и ролик 5 могут свободно поворачиваться (рис.23). Зацепление цепи с зубом звездочки осуществляется через ролик.

Рис. 23. Втулочно-роликовая цепь Рис. 24. Зубчатая цепь

Втулочные цепи аналогичны втулочно-роликовым цепям, но у них нет ролика 5. Вследствие этого износ цепи и звездочек увеличивается, при этом снижается масса и стоимость цепи.

Зубчатые цепи состоят из набора пластин с двумя зубообразными выступами (рис. 24). Пластины цепи зацепляются с зубьями звездочки своими торцевыми плоскостями. Зубчатые цепи работают плавно, с меньшим шумом. Их рекомендуют применять при сравнительно высоких скоростях до 35 м/с. Для устранения бокового сползания цепи со звездочки применяют направляющие пластины. Зубчатые цепи различают в основном по конструкции шарниров. Применяют шарниры скольжения и шарниры качения.

Звездочки во многом подобны зубчатым колесам. Профиль и размеры зубьев звездочки зависят от типа и размеров цепи. Для цепей все размеры звездочек стандартизованы.

Материал звездочек должен быть износостойким и хорошо сопротивляться ударным нагрузкам. Звездочки изготовляют из углеродистых или низколегированных сталей 45, 40Х, 40ХН и др. с цементацией венцов на глубину 1…1,5 мм. Твердость поверхности зубьев 45…55 HRC. Перспективным является изготовление венца звездочки из пластмассы, что понижает шум при работе передачи и изнашивание цепи.

Критерии работоспособности и расчета цепных передач

Стандартные цепи конструируют равнопрочными по напряжениям во всех деталях. Для большинства условий работы цепных передач основной причиной потери работоспособности является износ шарниров цепи.

Поэтому основным критерием работоспособности цепных передач является долговечность цепи, определяемая износом шарниров. Долговечность приводных цепей по износу составляет 3…5 тыс. часов работы. Для увеличения долговечности цепной передачи принимают по возможности большее число зубьев меньшей звездочки (z₁ = 19… 31).

При большом числе зубьев даже у малоизношенной цепи в результате радиального сползания по профилю зубьев нарушается зацепление со звездочкой, поэтому ограничивают максимальное число зубьев большой звездочки. Рекомендуют:

- для втулочной цепи z₂ ? 90;

- для роликовой z₂ ? 120;

- для зубчатой z₂ ? 140.

Предпочтительно принимать нечетные числа зубьев звездочек, что в сочетании с четным числом звеньев цепи способствует более равномерному ее износу.

Муфты

Муфты - это устройства, служащие для соединения валов и передачи крутящего момента. Потребность в соединении валов связана с тем, что большинство машин компонуют из отдельных узлов с входными и выходными валами. Так, например, двигатель, редуктор и рабочая машина. Непосредственную кинематическую и силовую связь отдельных узлов выполняют с помощью муфт.

Соединение валов является общим, но не единственным назначением муфт. Например, муфты используют для выключения и включения исполнительного механизма при непрерывно работающем двигателе (управляемые муфты); для предохранения машины от перегрузки (предохранительные муфты); для компенсации вредного влияния несоосности валов, связанной с неточностью монтажа (компенсирующие муфты); для уменьшения динамических нагрузок (упругие муфты) и т.д.

В современном машиностроении применяют большое количество муфт, различающихся по принципу действия, назначению, конструкции.

Широко применяемые муфты стандартизированы.

Основной паспортной характеристикой их является величина крутящего момента, на передачу которого она рассчитана. Муфты подбирают по ГОСТу по диаметру соединяемых валов и расчётному моменту:

Т_расч=КТ

где K - коэффициент режима работы муфты, K = 1,5...2,5.

Рассмотрим назначение некоторых видов муфт.

Глухие муфты. Глухие муфты образуют жесткое и неподвижное соединение валов. К ним относят втулочную и фланцевую муфты.

Втулочная муфта нашла широкое применение в легких машинах при соединении валов d ??60…70 мм. Отличается простотой конструкции и малыми габаритами. Скрепление втулки с валами выполняется с помощью штифтов, шпонок или шлицев (рис. 24).

Рис. 24. Глухие муфты

На рис. 25 представлены две конструкции фланцевой муфты. Одна изображена сверху от осевой линии, другая - внизу. В первом варианте полумуфты соединяются болтами, поставленными без зазора, во втором - с зазором



Рис. 25 Фланцевая муфта

Во втором варианте крутящий момент передается за счет сил трения, возникающих в стыке полумуфт от затяжки болтов, в первом - непосредственно болтами, которые работают на срез и смятие.

Болты, поставленные без зазора, могут одновременно выполнять функцию центровки валов (во втором варианте такая центровка производится цилиндрическим выступом). Установка болтов без зазора позволяет получить муфту меньших габаритов, поэтому она более распространена.

Фланцевые муфты широко распространены в машиностроении. Их применяют для соединения валов диаметром до 200 мм и более. Достоинства таких муфт: простота конструкции и сравнительно небольшие габариты.

Муфты компенсирующие жесткие. Вследствие погрешностей изготовления и монтажа всегда имеется некоторая неточность взаимного расположения геометрических осей соединяемых валов.

Различают следующие виды отклонений от правильного взаимного

расположения валов (несоосности валов) (рис.26):

- продольное смещение D?l , вызывается ошибками монтажа или температурным удлинением валов;

- радиальное смещение D?r или эксцентриситет - вызывается неточностью монтажа или биением конца вала неточность обработки;

- угловое смещение или перекос, обусловленный теми же причинами, что и радиальное смещение.

Рис. 26. Отклонение валов

На практике чаще всего встречается комбинация указанных отклонений, которую условимся называть "несоосностью валов".

При соединении глухими муфтами требуется высокая точность расположения осей валов. Для понижения этих требований применяют компенсирующие муфты. Компенсация вредного влияния несоосности валов достигается:

- за счет подвижности практически жестких деталей - компенсирующие жесткие муфты;

- за счет деформации упругих деталей - упругие муфты.

Наибольшее распространение из группы компенсирующих жестких муфт получили кулачково-дисковая со скользящим вкладышем и зубчатая.

Кулачково-дисковая муфта (рис. 27) состоит из двух полумуфт 1 и 2 и промежуточного диска 3. На внутреннем торце каждой полумуфты образовано по одному диаметрально расположенному пазу. У собранной муфты выступы диска располагаются в пазах полумуфт. Перпендикулярное расположение пазов позволяет муфте компенсировать эксцентриситет и перекос валов. При этом выступы скользят в пазах, а центр диска описывает окружность радиусом, равным эксцентриситету. Зазоры между диском и полумуфтами позволяют компенсировать также и продольные смещения валов.

Рис. 27. Кулачково-дисковая муфта

Зубчатая муфта (рис. 28) состоит из двух полумуфт с наружными зубьями и разъемной обоймы с двумя рядами внутренних зубьев. Муфта компенсирует все виды смещения валов. Зубчатые муфты обладают компактностью и хорошими компенсирующими свойствами. Их широко применяют в машиностроении, особенно для передачи больших крутящих моментов.

Рис. 28. Зубчатая муфта



Управляемые или сцепные муфты. Эти муфты позволяют соединять или разъединять валы при помощи механизма управления. По принципу работы все эти муфты можно разделить на две группы:

- муфты, основанные на зацеплении (кулачковые и зубчатые);

- муфты, основанные на трении (фрикционные).

В кулачковой муфте (рис. 29) на торцах полумуфт выполняют кулачки. Для включения и выключения муфты одну из полумуфт устанавливают на валу подвижно в осевом направлении. Кулачки муфты могут иметь прямоугольный, трапецеидальный симметричный и несимметричный профиль. Эти муфты требуют точной центровки валов.

Рис. 29. Кулачковая муфта

При включении фрикционных муфт крутящий момент возрастает постепенно по мере увеличения силы нажатия на поверхности трения. Это позволяет соединять валы под нагрузкой и с большой разностью начальных угловых скоростей. В процессе включения муфта пробуксовывает, а разгон ведомого вала происходит плавно, без удара. Будучи отрегулированной на передачу предельного крутящего момента, безопасного для прочности машины, фрикционная муфта выполняет одновременно функции предохранительного устройства.

Муфты автоматические или самоуправляемые. Эти муфты предназначены для автоматического разъединения валов в тех случаях, когда параметры работы машины становятся недопустимыми по тем или иным показателям. Они предъявляют высокие требования к соосности валов.

К ним относят:

- муфты предохранительные служат для защиты машины от перегрузки.

Например, муфта со специальным разрушающимся элементом, рассчитанным на определенную величину передаваемого крутящего момента (рис. 30) или кулачковая предохранительная с трапецеидальным профилем кулачков, которые под действием осевых сил, превышающих норму, раздвигают полумуфты и выводят их из зацепления;

- центробежные муфты соединяют валы только тогда, когда угловая скорость превысит некоторую заданную величину. Их используют для включения исполнительного механизма с помощью регулировки угловой скорости двигателя; для разгона машин с большими маховыми массами при двигателе с малым пусковым моментом; для повышения плавности пуска;

Рис. 30.

Муфта предохранительная упругая втулочно-пальчиковая - муфты свободного хода передают крутящий момент только в одном заданном направлении. Их применяют в станках, автомобилях. Простейшим их представителем является устройство с храповиком. Сюда же относят фрикционные шариковые или роликовые муфты.

В тех случаях, когда ни одна из рассмотренных выше муфт не может полностью удовлетворить всем требованиям, предъявляемым к соединению валов, используют комбинированные муфты, обычно сочетающие в себе комбинации упругих муфт с предохранительными или управляемыми.

Дифференциалы

Дифференциал -- это механическое устройство, которое делит момент входного вала между выходными валами, которые называются полуосями. Наиболее широко применяется в конструкции привода автомобилей, где момент от выходного вала коробки передач (или карданного вала) поровну делится между полуосями правого и левого колеса. В полноприводных автомобилях также может применяться для деления момента в заданном соотношении между ведущими осями, хотя здесь достаточно распространены конструкции и без дифференциала (например, свискомуфтой).

Необходимость применения дифференциала в конструкции привода автомобилей обусловлена тем, что внешнее колесо при повороте проходит более длинную дугу, чем внутреннее. То есть при вращении ведущих колёс с одинаковой скоростью поворот возможен только с пробуксовкой, а это негативно сказывается на управляемости и сильно повышает износ шин.

Назначение дифференциала в автомобилях:

§ позволяет ведущим колёсам вращаться с разными угловыми скоростями;

§ неразрывно передаёт крутящий момент от двигателя на ведущие колёса;

§ в сочетании с главной передачей служит дополнительной понижающей передачей.

В случае единственного приводного колеса или отдельного двигателя для каждого из ведущих колёс дифференциал не требуется. В конструкции раллийных автомобилей иногда дифференциал намертво блокируют (заваривают), жёстко связывая колёса ведущей оси - это допустимо, так как на гравии или снегу в ралли повороты проходятся только с заносом. Также дифференциал отсутствует в конструкции картов, при этом их рамы обычно позволяют вывешивать ведущее заднее колесо с внутренней стороны поворота без отрыва передних колёс от трассы. В веломобилях с ведущей осью вместо дифференциала часто применяются более простые и доступные трещотки (обгонные муфты) в колёсах - такой привод допускает вращение колёс на ведущей оси с разной скоростью, но при этом весь момент передаётся только на то колесо, которое медленнее вращается.

Классические автомобильные дифференциалы основаны на планетарной передаче. Карданный вал 1 через коническую зубчатую передачу передает вращение на корпус дифференциала 2. Корпус дифференциала через независимые друг от друга шестерни (сателлиты) 3 вращает полуоси 4. Такое зацепление имеет не одну, а две степени свободы, и каждая из полуосей вращается с такой скоростью, с какой может. Постоянна лишь суммарная скорость вращения полуосей.

Может показаться, что обычный дифференциал - это бессмысленный механизм, который направляет крутящий момент двигателя именно на то колесо, которое легче прокручивается. Конечно, целесообразнее было бы передавать больше крутящего момента на колесо с лучшим сцеплением, но этого не происходит в силу устройства дифференциала.

Дело в том, что создаваемый двигателем момент зависит от силы реакции на каждом из ведущих колёс автомобиля. В случае потери сцепления одним из колёс, его сопротивление падает, а раскрутка происходит без существенного увеличения момента сопротивления (трение скольжения в пятне контакта меньше трения покоя и несущестенно зависит от скорости пробуксовки). В момент когда колесо начинает проскальзывать, моменты на колесах тоже равны друг другу, но при этом они равны наименьшей силе реакции точки опоры в системе (т.е. у проскальзывающего колеса), а весь лишний момент (который превышает момент точки опоры) уходит в раскрутку буксующего колеса.

Данную ситуацию можно выразить следующим выражением: момент не буксующего колеса равен моменту буксующего колеса плюс момент на раскрутку буксующего колеса.

Ручная блокировка дифференциала

По команде из кабины шестерни дифференциала блокируются, и колёса вращаются синхронно. Таким образом, дифференциал стоит блокировать перед преодолением сложных участков пути (вязкий грунт, препятствия), и затем отключать блокировку после выезда на обычную дорогу. Также нужно знать, что крутящий момент, создаваемый мотором, настолько велик, что может сломать механизм блокировки или полуось. Обычно производители автомобиля отдельно указывают рекомендованную максимальную скорость движения при заблокированном дифференциале, в случае ее превышения возможны поломки трансмиссии. Включенная блокировка, особенно в переднем мосту, отрицательно влияет на управляемость.

Электронное управление дифференциалом

На внедорожниках, снабжённых антипробуксовочной системой (TRC и другие), если одно из колёс буксует, оно подтормаживается рабочим тормозом.

Преимущество электронного управления в том, что повышается тяга в повороте, и степень блокировки можно настроить в зависимости от предпочтений гонщика. На прямой совсем не теряется мощность двигателя. Недостаток в том, что датчики и исполнительные механизмы обладают некоторой инерцией, и такой дифференциал нечувствителен к быстро меняющимся дорожным условиям.

Фрикционный самоблокирующийся дифференциал

Этот тип дифференциала (как, впрочем, и вязкостная муфта) основан на том, что на прямой полуоси вращаются синхронно с корпусом дифференциала, но в повороте появляется разница в угловых скоростях.

Между корпусом дифференциала 2 и полуосевой шестерней 4 установлен фрикцион (в зависимости от конструкции, фрикцион может быть установлен с одной стороны или с двух; на ходовые качества это не влияет). Когда автомобиль движется по прямой, корпус и шестерня вращаются с одной и той же скоростью, и потерь нет. При появлении разницы в скоростях вращения корпуса и шестерни на отстающую шестерню подается дополнительный крутящий момент из-за наличия трения между шестерней и корпусом дифференциала.

Этот вид дифференциала требует периодического обслуживания (так как трущиеся части фрикциона изнашиваются, снижается сила трения и эффективность блокировки) и поэтому редко устанавливается на серийные машины.

Вязкостная муфта (Вискомуфта)

Упрощённый вариант фрикционного дифференциала. На одной из полуосей имеется резервуар, заполненный вязкой жидкостью. В эту жидкость погружены два пакета дисков; один соединён с ротором, второй с полуосью. Чем больше разница в скоростях колёс, тем больше разница в скоростях вращения дисков, и тем больше вязкое сопротивление.

Достоинство такой конструкции в простоте и дешевизне. Недостаток в том, что вязкостная муфта довольно инерционна и отказывается работать на полном бездорожье. Хороших ходовых качеств вязкостная муфта не обеспечивает. Для установки в качестве осевого дифференциала такая конструкция слишком громоздка.

Иногда вместо дифференциала ставят коническую зубчатую передачу с вязкостной муфтой на одной из полуосей.

Кулачковый/зубчатый самоблокирующийся дифференциал

Принцип действия аналогичен, но полуоси соединяются зубчатой или кулачковой парой. Таким образом, при пробуксовке одного из колёс дифференциал резко блокируется. Поэтому такая система применяется только в военной и специальной технике, где нужно большое тяговое усилие и долговечность в ущерб управляемости.



Гидророторный самоблокирующийся дифференциал

Попытка повысить эффективность и долговечность фрикционного дифференциала. При возникновении разницы в угловых скоростях насос закачивает жидкость в цилиндр, и поршень сжимает фрикционный пакет, блокируя дифференциал.

Шестеренчатые самоблокирующиеся дифференциалы

Существует три типа таких дифференциалов -- планетарные, типа Quaife и типа Torsen. Все они основаны на свойстве косозубой или червячной передачи «заклинивать» при определённом соотношении крутящих моментов. Такие дифференциалы передают бомльшую часть крутящего момента (до 80 %) небуксующему колесу.

Недостатки: сложность; большая потеря мощности, чем у обычного дифференциала.

Дифференциал типа Torsen изобретён в 1958 г. американцем Верноном Глизманом. Имеет достоинства вязкостной муфты и не имеет её недостатков. Принцип работы основан на свойстве червячной передачи «расклиниваться»..

Разновидностей конструкций не так уж и много -- можно выделить три основных:

Первый тип(T-1) Червячными парами являются шестерни ведущих полуосей и сателлиты. При этом каждая полуось имеет собственные сателлиты, которые парно связанны с сателлитами противоположной полуоси обычным прямозубым зацеплением. Следует отметить, что ось сателлита перпендикулярна полуоси. При нормальном движении и равенстве передаваемых на полуоси моментов, червячные пары «сателлит / ведущая шестерня» либо остановлены, либо проворачиваются, обеспечивая разницу угловых скоростей полуосей в повороте. Как только дифференциал пытается отдать момент на одну из полуосей, то червячную пару этой полуоси начинает расклинивать и блокировать с чашкой дифференциала, что приводит к частичной блокировке дифференциала. Данная конструкция работает в самом большом диапазоне отношений крутящего момента -- от 2.5/1 до 5.0/1, то есть является самой мощной в серии. Диапазон срабатывания регулируется углом наклона зубцов червяка.

Второй тип(T-2) В данном случае, оси сателлитов параллельны полуосям. Сателлиты расположены в своеобразных карманах чашки дифференциала. При этом парные сателлиты имеют косозубое зацепление, которое расклиниваясь, так же участвует в процессе блокировки

Третий тип(Т-3) Планетарная структура конструкции позволяет сместить номинальное распределение момента в пользу одной из осей. Срабатывание частичной блокировки происходит при 20-30 % разнице в передаваемых на оси моментах. Подобная структура дифференциала делает его компактным, что в свою очередь, упрощает конструкцию и улучшает компоновку раздаточной коробки.

В отличие от других конструкций, датчики вращающего момента работают практически в любых условиях. Даже если колеса вращаются с различными скоростями (поворот, прохождение через ухабы), они тем не менее всегда получают вращающий момент основанный на сцеплении.

Данные дифференциалы не требуют применения специальных присадок к маслу (в отличие от фрикционных дифференциалов), однако лучше использовать качественное масло для нагруженных гипоидных передач.



Ступицы

механизм машина передача привод

Ступица колеса

Большинство двигателей, используемых в машиностроении, создают вращательное движение. Поэтому в инженерной практике часто встречается задача передачи крутящего момента от выходного вала на элементы приводов -- шкивы, звездочки и др.

Различают два основных способа передачи крутящего момента: жесткий и фрикционный. При первом способе крутящий момент передается жесткими элементами, работающими на срез, изгиб или смятие. При втором -- силами трения, получаемыми на цилиндрических, конических или торцовых поверхностях вала.

Главные виды жестких соединений: шпоночные, шлицевые, профильные, штифтовые и фланцевые. К фрикционным относятся соединения с натягом, конусные, клеммовые и с зажимными кольцами.

фрикционные винтовые затяжные ступицы и гидравлические зажимные ступицы ,представляющие дальнейшее развитие зажимных колец. Такая ступица с помощью сил трения передает крутящий момент с гладкого цилиндрического вала отбора мощности на приводимый элемент с гладким цилиндрическим отверстием. Поставляются зажимные ступицы готовым блоком.

Применяются зажимные ступицы для передачи крутящего момента с вала на шкив в ременных передачах; с вала на звездочку в цепных передачах; с вала на зубчатое колесо; на барабаны ленточных конвейеров; для фиксации кривошипов; соединения валов (выполняют роль жесткой муфты). А поскольку зубчатые, ременные и цепные передачи имеют широкое распространение в машиностроении, то, соответственно, зажимные ступицы можно встретить в самых разных машинах.

Основное преимущество зажимных ступиц -- возможность бесступенчатой регулировки осевого положения приводимого элемента (шкива, звездочки, зубчатого колеса, барабана). К другим достоинствам следует отнести: снижение стоимости изготовления валов и шкивов (звездочек); увеличение прочности вала, т.к. сечение не ослабляется шпоночным пазом или шлицами; соединение нечувствительно к динамическим и вибрационным нагрузкам; сравнительная простота сборки с использованием стандартных инструментов; механизм защищен от превышения крутящего момента проскальзыванием по валу (однако, такого режима следует избегать). Недостатками зажимных ступиц являются: сравнительно высокие требования к культуре сборки агрегата; возможное увеличение стоимости привода в целом (определяется для каждого случая индивидуально).

Винтовая зажимная ступица состоит из наружного кольца; внутреннего кольца и затяжных винтов . Кольца сопрягаются по коническим поверхностям и имеют разрез. При затягивании винтов внутреннее и наружное кольца надвигаются одно на другое. При этом наружное кольцо растягивается и плотно прижимается к ступице, а внутренне кольцо сжимается и плотно прижимается к валу. Вследствие этого на поверхности вала и отверстия возникает натяг и соединение способно передавать крутящий момент силами трения на трех поверхностях. Момент затяжки винтов нормируется производителем. Для демонтажа ступицы предусмотрены резьбовые отверстия.

Требования к посадочной поверхности валов и отверстий приводных элементов сравнительно невысоки. Максимально допустимые отклонения валов по h8, отверстий -- H8. Допустимая шероховатость поверхности -- Rz16.

Производители предлагают конструкторам-машиностроителям целую гамму винтовых зажимных ступиц, имеющих различные области применения. Прежде всего, существуют ступицы внутренней и наружной установки.

Различают также самоцентрирующие и нецентрирующие зажимные ступицы. Самоцентрирующие ступицы не требуют дополнительных конструкторских мероприятий для обеспечения центровки шкива относительно вала. Величина несоосности указана в каталогах производителей и обычно находится в пределах 0,02…0,04 мм. Нецентрирующие зажимные ступицы центровки не дают, поэтому необходимо предусматривать центрирующую поверхность на охватывающей детали.

Наиболее универсальными являются ступицы, имеют компактную и простую конструкцию. При установке ступицы, она упирается буртом в охватывающую деталь. В этом случае при затяжке отсутствует осевое смещение охватывающей детали. Ступицы не передают больший крутящий момент, однако, при затяжке ступиц происходит небольшое осевое смещение деталей. Данный тип ступиц самоцентрирующийся. Диапазон передаваемого крутящего момента для подобных конструкции зажимных ступиц T=428…44 056 Нм, допускаемая осевая сила F=43…640 кН при диаметре вала d=20…180 мм соответственно.

Существует так же ступицы, которые обеспечивают более точную центровку и больший передаваемый момент (примерно на 10…30%). Это достигается за счет увеличения длины посадочной поверхности. Диапазон передаваемого крутящего момента для подобных конструкции зажимных ступицT=513…57 642 Нм при диаметре вала d=20…180 мм соответственно.

Для приводных элементов, которые по конструктивным ограничениям имеют ограничение по наружному диаметру (толщине стенки), применяют винтовые зажимные ступицы. Это достигается за счет переноса резьбового фланца за посадочное место ступицы и увеличения длины посадочного места. Передаваемый крутящий моментT=14…23 911 Нм при диаметре вала d=6…130 мм соответственно.

В приводах, где действуют большие динамические или вибрационные нагрузки, применяют винтовые зажимные ступицы с удвоенным количеством поверхностей трения. Для этого добавляется еще одно внутреннее коническое кольцо, а наружное кольцо выполняется с двумя ответными поверхностями трения. Данные ступицы являются самоцентрирующимися. Передаваемый крутящий момент T=714…797 384 Нм, допускаемая осевая сила F=59…3 987 кН при диаметре вала d=24…400 мм соответственно. Например, такие конструкции применяют в барабанах ленточных конвейеров. Следует иметь ввиду, что при установке нескольких ступиц для высоких нагрузок на один вал, необходимо ввести уменьшающий коэффициент передаваемого момента.

В качестве недостатка рассмотренных выше конструкций указывалась относительно высокая трудоемкость сборки. представлена коническая зажимная ступица с центральной шлицевой гайкой. Сборка аналогична установке подшипников на затяжных втулках. Эти ступицы допускают изготовление валов с отклонением по h9, отверстий -- H9. Передаваемый крутящий момент T=10,1…2 320 Нм при диаметре вала d=5…50 мм соответственно. Ступица самоцентрирующаяся.

Рассмотренные выше зажимные ступицы центровали приводной элемент с валом. нецентрующая ступица с двумя внутренними кольцами и одним наружным. Эта конструкция имеет меньшие габариты. Требования к посадочным поверхностям самые низкие: отклонение вала поh11, отверстия -- H11. Благодаря увеличенному числу поверхностей трения нагрузочная способность ступиц высокая: передаваемый крутящий моментT=240…773 517 Нм при диаметре вала d=18…600 мм соответственно. При установке нескольких ступиц на один вал расчетный передаваемый крутящий момент необходимо уменьшить (см. выше).

Простейшим и самым дешевым вариантом, предлагаемым производителями, являются два зажимных кольца. Такие кольца используются только в паре с зажимным фланцем, изготовленным потребителем. Соединение предназначено для передачи небольших крутящих моментов. Свойством самоцентрирования кольца не обладают. Требования к посадочным поверхностям более жесткие: отклонение вала по h6, отверстия -- H7 для соединений диаметром менее 38 мм; при больших диаметрах отклонение вала по h8, отверстия -- H8. Рекомендуемая шероховатость поверхности -- Rz6.Передаваемый крутящий момент T=2…178 138 Нм при диаметре вала d=6…400 мм соответственно. Допускается устанавливать до 4 пар зажимных колец на один вал-ступицу. Для двух ступиц передаваемый момент равен для трех , для четырех .

Существует ступица внешней установки. В этой конструкции зажимная ступица насаживается на тонкостенный полый вал (хвостовик приводного элемента). Создаваемое при затяжке давление деформирует охватываемую деталь, прижимая ее к сплошному валу. Сил трения хватает для передачи небольших и средних нагрузок. Посадка полого хвостовика (вала) по сплошному валу H6/j6 для диаметров 18…30 мм; H6/h6 для диаметров 31…50 мм;H6/g6 для диаметров 51…80 мм и H7/g6 для диаметров 81…500 мм. Отклонения наружного диаметра полого хвостовика (вала) по h6. Передаваемый крутящий момент T=24…7 200 Нм при диаметре вала d=14…90 мм соответственно.

Производители предлагают также и другие модификации винтовых зажимных ступиц. Для более полной информации необходимо обратиться к соответствующим каталогам. Однако, помимо винтовых производятся и гидравлические зажимные ступицы, изображенные на. Такая ступица представляет собой тонкостенную полую втулку, заполненную жидкостью. Во втулке расположено уплотнительное кольцо и поршень, на который воздействует нажимной фланец. Усилие на нажимном фланце создают зажимные винты, ввернутые в резьбовые отверстия на фланце полой втулки. Затяжка винтов приводит к перемещению нажимного фланца и поршня. При перемещении поршня создается давление, распирающее втулку. Деформированная втулка создает силы трения на вале и в ступице приводного элемента. Количество зажимных винтов в таких ступицах меньше, чем в механических ступицах (от 4 до 8).

Также существует другие разновидности гидравлической зажимной ступицы. В этой конструкции во фланец втулки установлен поршень с уплотнением, упирающийся в зажимной винт. При его затяжке поршень перемещается и создает давление, распирающее втулку.

Основным достоинством гидравлических ступиц является быстрота сборки - разборки. В отличие от винтовых ступиц, где необходимо затягивать от 4 до 14 винтов, в гидравлических ступицах оперируют существенно меньшим количеством винтов, либо вообще одним винтом. Передаваемый крутящий момент 940 Нм и 1100 Нм. В случае механической ступицы необходимо равномерно затянуть 14 винтов, а гидравлической 6 или 1 винт. Такая ступица более компактная.

Недостаткам гидравлических ступиц следует отнести чувствительность к изменению температуры. Поскольку мы имеем дело с жидкостью, заключенной в ограниченный объем, то при нагреве (или охлаждении) происходит увеличение (или уменьшение) внутреннего давления. Пропорционально изменяется величина передаваемого крутящего момента. Диапазон допустимой рабочей температуры t=-30…+85°С. Коэффициенты коррекции крутящего момента для различных типов ступиц приведены в каталогах производителей.

Другой недостаток -- уменьшение величины передаваемого крутящего момента с увеличением частоты вращения вала. Падение несущей способности может быть существенным. Так, для одного из типов ступиц, передаваемый крутящий момент T=2 000 Нм при n=0 мин^-1, T=1 200 Нм при n=15 000 мин^-1 и T=0 Нм при n=23 000 мин^-1! Поэтому при установке гидравлических ступиц на быстроходные валы необходимо проконсультироваться с производителем.

Передаваемый крутящий момент гидравлических ступиц T=46…17 000 Нм при диаметре вала d=15…100 мм соответственно. Требования к посадочным поверхностям: поле допуска вала по h8, отверстия -- H7. При изготовлении вала с полем допуска по h9 необходимо уменьшить расчетный крутящий момент на 25%, а при поле допуска по k6 увеличить на 20%. Рекомендуемая шероховатость поверхности -- Ra 1…3 мкм. Гидравлические ступицы самоцентрирующиеся. Точность центрирования у них сравнимая или даже выше (несоосность менее 0,02 мм), чем у механических.

Принцип создания поверхностного давления с помощью гидравлики расширяет области применения зажимных ступиц. Механизм с двумя гидравлическими ступицами, подсоединенными к одному источнику давления, такая конструкция позволяет быстро изменять взаимное положение плиты и толкателей. Предлагаются и другие типы гидрозажимных ступиц.



Литература

http://files.lib.sfu-kras.ru/ebibl/umkd/Kosolapova/u_lectures.pdf

http://www.prikladmeh.ru/lect4.htm

http://www.cherch.ru/mechanicheskie_peredachi/remennie_peredachi.html

http://www.detalmach.ru/lect10.htm

http://www.licrym.org/index.php/%D0%9C%D1%83%D1%84%D1%82%D1%8B

http://www.ohotniki.ru/transport/boats/article/2012/01/26/634428-chto-takoe-differentsial-i-dlya-chego-nuzhnyi-blokirovki.html

Размещено на Allbest.ru