Файл: Антонов А.А. Пневматические фрикционные муфты в нефтяной промышленности.pdf

внутреннее давление в полости баллона; ро = 0,34- 0)5 кгс/см2 — давление, расходуемое на деформацию баллона для преодоления начального зазора между колодками и шкивом; F — площадь вну­ тренней поверхности полости баллона, передающая давление воздуха на колодки муфты; т — масса отжимаемой части муфты; v — окруж­ ная скорость центра тяжести отжимаемой части муфты; гц . т — радиус центра тяжести сечения отжимаемой части муфты; DB — диаметр внутренней полости баллона; Ви — ширина внутренней полости баллона; Gx — вес отжимаемой части муфты; п — частота вращения муфты.

Рис. 18. Расчетная схе­ ма сечения баллона шин- но-пневматической муф­ ты:

Все элементы муфты и в том числе обод, баллон и шкив должны быть рассчитаны на прочность с учетом основного параметра — предельного крутящего момента. Ниже приведен расчет основного элемента муфты — ее баллона. Другие элементы шиннопневматических муфт в каждом конкретном случае можно рассчитать по мето­ дикам, широко известным в общем машиностроении.

Р а с ч е т б а л л о н а м у ф т ы н а п р о ч н о с т ь . Основ­ ным несущим элементом баллона является его кордный каркас. Конфигурация свободной части этого каркаса определяется усло­ виями равновесия его нитей под действием внутреннего давления воздуха в баллоне и практически не изменяется при нагружении муфты крутящим моментом. При этом нити каркаса должны работать только на растяжение. В противном случае функции каркаса нару­ шаются и долговечность муфты резко снижается.

Рассмотрим значение усилия растяжения нити в какой-нибудь точке каркаса баллона, например в точке А, после заполнения его воздухом, при давлении рп (рис. 18).

Поверхности каркаса, прилегающие к внутреннему и наружному протекторам, не участвуют в образовании равновесной конфигура­ ции. Их форма определяется профилями шкива и наружного обода муфты. Свободно формируемая поверхность баллона образует две половины тора, на каждую из которых действует растягивающее усилие от давления воздуха Рр

в среднем сечении шины в точке С (см. рис. 18); tc — шаг нитей корда на окружности гс ; Рд — угол, образованный нитью с мериди­ аном тора в точке А.

браически складываются, а в другой вычитаются. Для того чтобы результирующее усилие в нити было растягивающим, в каждом сечении каркаса должно соблюдаться условие

Допустимый момент муфты Мд, определяемый прочностью кар­ каса баллона, вычисляем, исходя из максимально возможного соот­ ношения усилий

Из уравнений (II . 4), (II.6) и (II.9) находим допустимый момент Мл,

Для устойчивой работы муфты должно соблюдаться условие

Из формулы (11.12) видно, что усилия в нитях и, следовательно, работоспособность муфты в большой мере зависят от угла наклона нитей корда к меридиану ВА .

Важнейшими элементами баллона являются протекторы, опре­ деляющие в основном величину его податливости. Касательные напряжения т в протекторах баллона также не должны превышать допустимые.

протектора; R2 — средний радиус наружного протектора.

С целью увеличения податливости баллона и для экономии резины при конструировании муфты касательные напряжения в протекторах необходимо сделать одинаковыми. Если приравнять т 2 и т 2 , то ши­ рина наружного протектора

("-15)

При конструировании шиннопневматических муфт необходимо учитывать, что из условия взаимозаменяемости старых и вновь конструируемых муфт должно соблюдаться условие:

муфтой момент является функцией размеров каркаса баллона, его протекторов, а также величины угла наклона нитей корда к мериди-

ану р А . Эти величины являются основными переменными, от которых зависят параметры муфт.

Анализ полученных зависимостей показывает, что:

с увеличением высоты каркаса Н до наибольшей допустимой величины повышается момент, передаваемый баллоном Мл;

с увеличением толщины внутреннего протектора h1 при неизмен­ ном значении Н возрастает крутильная, боковая и угловая податли­ вость;

с увеличением угла $ А до 50—55° повышается момент М д ; однако,

наиболее рациональное направление при конструировании балло­ нов шиннопневматических муфт — сокращение размера 7&4 при сохра­ нении или увеличении размеров hx, /г3 и Н (см. рис. 18).

Р а с ч е т д о л г о в е ч н о с т и ш и н н о п н е в м а т и ч е с к и х м у ф т

В процессе сцепления и расцепления пневматических фрикцион­ ных муфт работа трения превращается в основном в тепло, которое расходуется на нагрев муфты и окружающей. среды и лишь частично — на износ трущейся пары. Тепловой режим оказывает рещающее влияние на долговечность муфт, работающих при повторно-кратковременном включении с числом циклов более 40 в 1 ч. Как известно, при циклических деформациях резины, нагретой до высокой температуры (например, до 120—150° С), усталостные разрушения наступают в десятки раз быстрее, чем у резины, имеющей температуру 50—80° С. Поэтому создание условий для работы муфты,

Определение рационального теплового режима работы муфт при конструировании машины может значительно повысить их надеж­ ность и долговечность. Однако интенсивность теплового потока, возникающего на поверхностях трущейся пары, и его распределение, являются не только функцией момента трения и скорости буксования муфты, изменяющихся в процессе сцепления в зависимости от вре­ мени, но и ряда других факторов. Поэтому выявление закономерно­ стей выделения тепла в муфте и его распределения представляет собой сложную задачу.

Существующие методы теплового расчета фрикционных муфт построены в основном на различных допущениях, искажающих действительные условия работы, или на громоздких мало при­ емлемых формулах.

В результате работы трения в муфте за каждый цикл вклю­ чения в ней выделяется определенное количество тепла, которое может быть рассчитано на основании формулы (1.31). Если муфта работает в режиме повторно-кратковременного включения, то после каждого цикла она все более нагревается. Однако с увеличением

температуры деталей муфты повышается и ее теплоотдача окружа­ ющей среде в периоды охлаждения между циклами включения. В результате наступает равновесие, при котором температура муфты устанавливается на определенном уровне. Не исключаются случаи, когда поступление тепла превышает возможности охлаждения. Тогда муфта сгорает.

По установившейся рабочей температуре деталей муфты в про­ цессе эксплуатации можно определить ее долговечность, если изве­ стна зависимость долговечности материалов, из которых она изгото­ влена, от уровня температуры.

60,ккал/м^ч°С

Рис. 19. График зависимости коэффициента теплообмена с внешней средой от окружной скорости вращения охлажда­ емой поверхности.

К деталям шиннопневматической муфты, наиболее подверженным усталостным разрушениям при работе в условиях высоких темпера­ тур, относятся внутренние протекторы баллонов. Поэтому долго­ вечность этих муфт целесообразно рассчитывать, взяв за основу долговечность внутреннего протектора.

Установившуюся среднеобъемную температуру внутреннего про­ тектора оперативной муфты в процессе ее эксплуатации можно определить на основании исследований ВНИИнефтемаша по формуле

коэффициент распределения теплового потока, показывающий долю тепла, идущего на нагрев фрикционных колодок; Кт — коэффициент, равный отношению среднеобъемной температуры внутреннего про­

окружной скорости вращения муфты в ккал/м 2 - ч - с С (график для определения этого коэффициента приведен на рис . 19); Fm — пло­ щадь поверхности сцепления колодок и шкива, на которой выде-