ШСМ

ЭнергоТехнологияЭкономикаПродукцияО компании

РПЭДЯ 
РППЭДЯ 
РПЛЭ 
МЭХО 
ШСМ 
УПС 
KДН 
АПЭЯ 
ЧТЯ 

KОПЭН>Продукция>ШСМ

ШСМ - ШАРНИРНО СДВОЕННАЯ МУФТА

  ШСМ это устройство, созданное для увеличения ресурса работы механизмов и машин, защищающее их сопряженные валы от взаимных толчков, ударов и вибраций.  ШСМ является не выключаемой муфтой,  передающей вращающий момент от ведущего вала к ведомому без искажения закона передаваемого момента по форме и времени, нейтрализуя негативные воздействия взаимно сопряженных звеньев, вызванные радиальными и осевыми перемещениями валов, в том числе с перекрещиванием осей вращения.  

ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ШСМ

  Шарнирно сдвоенная муфта разработана для замены существующих типов соединительных муфт в технологическом оборудовании: в нефтегазовой промышленности, для бурового оборудования, в дорожно - строительной технике, подъемно – транспортных механизмах, в пищевой промышленности, в оборудовании коммунального хозяйства, в общем машиностроении.

 Известные устройства, защищающие ведомый и ведущие валы от взаимных пульсаций вращающего момента, вибраций, ударов,  показал, что все они характеризуются следующими недостатками:

1. Величина передаваемого момента ограничена габаритами конкретного механизма   или  машины.  

2.Сложная, часто ненадежная и дорогая  конструкция, имеющая к тому же большую массу и габариты.

3.  Нуждаются в источнике рабочего тела: вода, масло, порошок, шарики ….

4. Обусловливают потерю оборотов, т.е. предусматривают наличие скольжения.

5.  Имеют ограниченную температуру перегрева.

6. Не полностью компенсируют частоту и амплитуду вибраций сопряженных механизмов  и машин друг на друга, что неминуемо ведет к их разрушению.

   Анализ показал, что упомянутые недостатки объясняются, прежде всего, малым числом допустимых степеней подвижности цапф. 

КОНСТРУКЦИЯ И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ШСМ

 ШСМ содержит две полумуфты с зубцами на торцевой стороне, промежуточный элемент с зубцами на обеих сторонах, образующий зубчатое зацепление с каждой стороны с каждой из полумуфт, при этом зубцы промежуточного элемента расположены под углом 90 градусов друг относительно друга, защитная гильза, жестко соединенная с одной из полумуфт.  Зубцы имеют специальную форму.  

Благодаря специальному профилю зубцов каждая полумуфта может перемещаться по трем осям X, Y, Z  координат и иметь малые углы вращения вокруг каждой из осей X, Y, Z, что в общей сложности составляет шесть степеней подвижности муфты с каждой стороны промежуточного элемента или 12 степеней подвижности для всей ШСМ.

Кроме своих уникальных функциональных свойств ШСМ имеет самые малые среди компенсационных муфт диаметральные размеры  в мире относительно диаметров сопрягаемых валов.

Изделие подготовлено к серийному производству. Мы готовы рассмотреть предложение о постановке на серию ШСМ по Вашему техническому заданию или о создании совместного предприятия.

ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ШСМ

 

    Диаметр вала электродвигателя - 30 мм.

    Диаметр сопряженного вала - 22 мм.

    Частота вращения - 3000 об/мин.

    передаваемый вращающий момент - 320 Нм.

    передаваемая мощность - 100 кВт.

    Длина ШСМ - 120 мм.

    Наружный диаметр - 45 мм.

    Масса - 0,75 кг.

    КПД - 99,7 %.

    Допустимая несоосность валов - 3,5 мм.

    Перекрещивание осей цапф - 7 градусов.

ОСНОВЫ РАСЧЕТА ШСМ

 

Введение.  Категории механики в прочностных оценках оперируют абстрактными понятиями силовых взаимодействий. Сосредоточенные силы являются суммой элементарных воздействий от компонентов тензора напряжений. По распределению сосредоточенных факторов к нормальным или касательным напряжениям, оценивают несущую способность конструкционных материалов деталей.

Для оценки элементов ШСМ, в теории упругости для аналогичных случаев, широко применяют метод конечных элементов, когда сплошная среда деталей заменяется набором состыкованных  по узлам тетраэдров сосредоточенными силами в объеме рассматриваемой конструкции.

Проще говоря, реальную конструкцию ШСМ представляют в виде упрощенной для последующих математических исследований модели. О напряжениях судят по перераспределению в  конечных элементах потенциальной энергии деформации тетраэдров.

В нашем случае, более удобным, оказался метод конечных объемов, в основе которого при схематизации реальных конструкций используются расчетные схемы сопротивления материалов и теории упругости, элементы которых согласовываются с реальной конструкцией посредством контактных силовых факторов, выраженных аналитически через совместность деформаций.

Рассматривая конкретную конструкцию ШСМ, обнаруживаем, что все ее части могут быть представлены в виде круглых пластин, нагруженных неосесимметрично. Это вполне соответствует расчетным схемам именно конечных объемов.

Толщина трех пластин, снабженных зубьями для передачи крутящего момента близки между собою, но краевое крепление наружного контура средней части свободное, в то время как крайние имеют жесткое крепление.

 Контактирование зубьев происходит в основном за счет податливости средней части муфты, зубья которой в контактной зоне перемещаются сообразно искривляемости круглой пластины.


 Расчетная схема ШСМ. Деформируемость конструктивных элементов муфты определяется ее наиболее податливыми участками, которые представляют собою круглые пластины, оснащенные зубьями.

На основании методов теории круглых пластин, для расчета неосесимметричного нагружения от распределенной по поверхности нагрузки при опирании на две диаметрально распределенные точки, искомое уравнение запишется в виде

 

 ,

 где W - прогиб; a- радиус;  

 - цилиндрическая жесткость пластины, толщиною h.

Эта зависимость позволяет, кроме прогибов средней линии оценить напряженное состояние пластины, так как компоненты тензора напряженного состояния определяются через внутренние силовые факторы.

Радиальный момент:

  

Окружной  момент:

 

Сдвиг:

 

Однако интерес представляют внутренние контактные воздействия, возникающие между зубьями элементов муфты, для выявления которых, ее среднюю часть рассматриваем как элемент, вызывающий деформацию в контактирующих с ним зубцах (брусьях).

Рассмотрим деформацию пластины от сосредоточенных сил, в которой установим перемещаемость контактных точек зубьев за счет деформации пластины. Вычислим угол поворота пластины под местом крепления зуба к пластине, где перемещение происходит в плоскости перпендикулярной зубу, как частную производную функции двух переменных по одному из направлений в виде:

 

  

  

  ,   

    ,  

 ;  

 .

 Следовательно, задавшись координатой оси "х" контактной линии зуба, а затем, задаваясь положением контактных точек z, можно составить для каждого вида нагружения пластины, перемещаемость контактных точек в виде таблицы, по которой установить распределяемость контактной нагрузки по поверхности и длине зуба.

Таковы основы методики расчета ШСМ.

Система сосредоточенных нагрузок, к которым приводится контактная нагрузка, может быть представлена двумя парами встречных сил и моментов, которые рассматриваем поочередно. Начнем с сил.

Метод суперпозиции, позволяет получить общий профиль пластины от деформации двумя парами сил в виде:

,

 

 

   .

 Искомое перемещение составит:

  

 Смещение поверхности зуба происходит за счет поворота его опорной поверхности. Гипотеза плоских сечений брусьев, позволяет вычислить смещение контактной поверхности, как составляющую от разворота опорной поверхности пластины.

Имея значения перемещений в крайних по ширине бруса точках и задаваясь величиной передаваемого муфтой момента можно получить поле перемещений пластины под ложем зуба. Это можно выразить в виде:

 

      

 Расчет по этой зависимости сведен в таблицу результатов, в зависимости от места приложения сосредоточенной силы, от которой ведется отсчет угла . Причем, это место будет зависить от возможности одновременного контакта сразу по двум поверхностям двух поверхностей зубьев, а, следовательно, суммарная сила может проходить между этими поверхностями.

Более точное положение может быть выявлено методом последовательных расчетов с сопоставлением результатов в зависимости от предполагаемого положения, которое в программе расчетов фиксируется в памяти начала отсчета угла .

Для определения искривляемости поверхностей зубьев средней части муфты, вычисляем действие двух пар моментов, возникающих от передачи окружных усилий крутящего момента и действующих на плече высоты зубьев до средней плоскости круглой пластины.

Эта высота служит мерой для разнесения двух встречных сил, образующих нагружающий момент. Так, для одной пары сил такого момента можно получить:

аналогично для второй пары:

сумма которых из рядов в косинусах одиночной пластинки переводит:

для суммарного воздействия двух пар моментов в ряды в синусах.

Соответственно этому, при определении смещений конкретных точек зубьев за счет их разворота на круглой пластине дифференцируем перемещения круглой пластины в поперечном к оси зуба направлении. Зависимость имеет несколько иной, чем для сил вид: 

 

 Согласуя между собой перемещения от двух пар сил и моментов, можно получить:

 

 

 Анализ полученной зависимости, свидетельствует о том, что упругие перемещения средней части муфты, при принятых конструктивных размерах и номинале передающегося рабочего момента от двигателя, оказываются в пределах 10 - 15 мкм.

Это свидетельствует о точности установки осевого размера между контактирующими деталями ШСМ, а также о точности установки выполнения размеров поверхностей, контактирующих конструктивных элементов.

Расчетные оценки, выполненные по полученной зависимости, свидетельствует о том, что результат распределения контактных перемещений по поверхностям двух соседних зубьев зависит от места приложения сосредоточенных силовых факторов, крутящего момента и связанного с ним сжимающих сил, от которого ведется начало отсчета угла .

Контактное перемещение увеличивается на том зубе, к которому приближается место приложения сосредоточенных и распределенных силовых факторов.

Так, расчетным путем удалось установить промежуточное положение между зубьями и началом отсчета угла , при котором окружные перемещения по величине накладываются. Распределение перемещений по длине зуба представлено табличными расчетными значениями, нарастающими по радиусу.

Закон такого распределения принимается и для контактных силовых факторов, действие которых должно быть согласовано с передаваемым муфтой моментом. В таблице расчетных значений с интервалом через 0,05 радиуса произведено суммирование произведений их с радиусом, что из сопоставления с крутящим моментом позволяет установить значение контактной распределенной нагрузки.

Такой подход позволяет не просто рассчитывать требуемые геометрические размеры ШСМ, правильно подбирать материал, из которого следует изготавливать ШСМ, но и технологию обработки контактирующих поверхностей и муфты в целом. Следствием чего, является надежная и долговечная работа ШСМ с одной стороны, а с другой стороны, это позволяет оптимизировать запасы прочности ШСМ, минимизируя стоимость материала муфты, снижая себестоимость ШСМ в целом и повышая прибыль.


Директор    НПП ООО "КОПЭН",  

Сергей Николаевич Яловега

E-mail: snyalovega@mail.ru 

       

[Back][Up][Next]

Copyright(c) 2005 My Company. All rights reserved.

 



Сайт создан в системе uCoz