Accouplement pour le dessin des arbres. Accouplements : description classification

Conférence 11

6.7. Accouplements mécaniques. But et classification des accouplements

Les accouplements d'entraînement (généralement simplement des accouplements) sont des dispositifs qui servent à l'accouplement cinématique et de puissance des arbres dans les entraînements de machines et de mécanismes. Les accouplements transmettent le couple d'un arbre à l'autre sans changer sa taille et sa direction, et également compenser les imprécisions de montage et les déformations des axes géométriques des arbres, déconnecter et connecter les arbres sans arrêter le moteur, protéger la machine des pannes en mode secours, absorber dans certains cas les chocs et les vibrations, limiter la vitesse de rotation, etc.

Sur la fig. les erreurs possibles lors du montage de l'arbre (désalignement de l'arbre) sont indiquées : un- déplacement radial ; b- déplacement axial ; dans- déplacement angulaire. Ces erreurs peuvent exister simultanément.

Les accouplements des entraînements de machines sont classés selon de nombreux critères.

Selon le principe de fonctionnement, l'accouplement est divisé en quatre cours :

1. non libérable(ne permettant pas la séparation des arbres pendant le fonctionnement de la machine) ;

2. géré(permettant la possibilité de contrôler l'embrayage);

3. autonome(automatiquement déclenché suite à la modification du mode de fonctionnement défini) ;

4. les autres(tous les attelages non compris dans les trois premières classes).

Les classes de couplage (sauf la quatrième) sont divisées en groupes(mécanique, hydrodynamique, électromagnétique), sous-groupes(rigide, compensateur, élastique, sécurité, dépassement, etc.), sortes(frottement, avec un élément destructible, etc.) et dessins(came, bille, engrenage, bride, douille-doigt et bien d'autres).

Dans le cas général, l'accouplement est constitué d'un demi-accouplement menant et mené et d'éléments de liaison. Dans les accouplements mécaniques, des corps solides (rigides ou élastiques) sont utilisés comme élément de liaison. Dans les couplages hydrodynamiques, la fonction de l'élément de liaison est assurée par un liquide, dans les couplages électromagnétiques - par un champ électromagnétique.

Les raccords couramment utilisés sont normalisés. La principale caractéristique de passeport de l'embrayage est la valeur du couple, pour la transmission duquel il est conçu.

Nous ne considérerons que les accouplements mécaniques les plus courants en génie mécanique. De par la nature de la connexion des arbres, les accouplements sont divisés en non géré (permanent), géré et autogéré (automatique).

Types d'accouplements

Accouplement sourd forme une liaison rigide et fixe des arbres. Ils ne compensent pas les erreurs de fabrication et d'installation, ils nécessitent un alignement précis des arbres. Les accouplements aveugles sont généralement utilisés pour les arbres à faible vitesse.

Accouplement à manchon- le plus simple des accouplements aveugles, consiste en un manchon de raccordement avec des broches (Fig. 7.1, a) ou des clés (Fig. 7.1, b). Leur principal avantage est la simplicité de conception. Ils sont utilisés pour des charges relativement faibles sur des arbres d'un diamètre allant jusqu'à 60 ... 70 mm.

un) b) Fig. 7.1. Accouplements à manchon avec: a - goupilles; b - chevilles

Accouplement à bride- le plus courant (Fig. 7.2), consiste en deux demi-raccords 2 reliés par des boulons 1. Les boulons sont placés à travers un: avec un espace (option I) et sans espace pour l'alésage (option II). Dans ce cas, le centrage des moitiés d'accouplement est effectué avec des boulons installés sans espace, qui sont conçus pour le cisaillement. L'installation de boulons sans jeu permet des accouplements plus petits et est donc plus courante. Riz. 7.2. accouplement à bride

Les accouplements à bride sont utilisés pour connecter des arbres d'un diamètre allant jusqu'à 200 mm ou plus. Les avantages de tels accouplements sont la simplicité de conception et les dimensions relativement petites.

Manchon de compensation rigide. En raison de la mobilité des pièces, de tels accouplements compensent les déplacements radiaux, angulaires et axiaux de l'arbre causés par des imprécisions dans leur fabrication, leur installation et des déformations élastiques. Cela réduit la charge sur les arbres et les roulements.

L'inconvénient des accouplements compensateurs rigides est l'absence d'éléments amortisseurs élastiques qui amortissent les chocs et les chocs. Les plus répandus sont le came-disk et l'engrenage.

Embrayage à disque à came(Fig. 7.3) se compose de deux moitiés d'accouplement 1 et 3, reliées par un disque intermédiaire 2. Pendant le fonctionnement, le disque se déplace le long des rainures des moitiés d'accouplement, ce qui compense le désalignement des arbres connectés (déplacements radiaux - vers le haut à 0,04d, angulaire - jusqu'à 30 ").

Le glissement des protubérances dans les rainures s'accompagne de leur usure. L'intensité de l'usure augmente avec l'augmentation du désalignement et de la vitesse. Pour réduire l'usure de la surface de friction, les accouplements sont périodiquement lubrifiés et ne permettent pas de fortes contraintes d'effondrement sur eux.

Riz. 7.3. Embrayage à disque à came

À partir de l'état de résistance à l'usure des accouplements à disque à cames, la pression sur les surfaces latérales des saillies et des rainures est calculée :

, (7.1)

où Tr est le couple calculé ; h est la hauteur de travail de la saillie ; D, d sont les diamètres extérieur et intérieur, respectivement ; [p] - pression admissible : avec des surfaces non traitées thermiquement et bien lubrifiées ou avec des surfaces de friction durcies [p] = 15 ... 30 MPa. Les détails des accouplements cames-disques sont en aciers St5 (forgeage) ou 25L (fonderie). Pour les accouplements fortement chargés, des aciers alliés de type 15X, 20X sont utilisés avec carburation des surfaces de travail.

embrayage de vitesse(Fig. 7.4, a) se compose de deux demi-accouplements 1 et 3 à dents externes à profil en développante et d'un clip amovible 2 à dents internes. La transmission du couple est réalisée par un grand nombre de dents travaillant simultanément, ce qui offre une capacité de charge élevée et de petites dimensions de l'accouplement.

Figure. 7.4. embrayage de vitesse

Pour compenser les déplacements des pièces, un entrefer δ est prévu. S'affaiblir influence néfaste contact de bord, des dents en forme de tonneau sont utilisées (Fig. 7.4, b) et la connexion est établie avec des écarts accrus. Les accouplements à engrenages permettent un déplacement angulaire des arbres (Fig. 7.4, c) Δα max = 1,5 °, radial Δr = 0,2 ... 0,6 mm, axial (non représenté sur la figure) - 1 ... 8 mm des aciers au carbone de type 45, 40X, 45L forgées ou coulées. Pour augmenter la résistance à l'usure, les dents des moitiés d'accouplement sont soumises à un traitement thermique à une dureté d'au moins 40HRC, et les dents des cages - au moins 35HRC.

Accouplements flexibles compensateurs sont utilisés non seulement pour compenser le déplacement de l'arbre, mais également pour réduire la dynamique des charges et amortir les vibrations qui se produisent lors du fonctionnement des engrenages de la machine.

L'accouplement élastique manchon-doigt (Fig. 7.5) se compose de deux demi-accouplements 1 reliés par des doigts 2, sur lesquels des bagues en caoutchouc ondulé sont placées pour atténuer les coups. En raison de la simplicité de conception, de tels accouplements sont largement utilisés dans les entraînements de moteurs électriques pour arbres d'un diamètre de 9 ... 160 mm à des couples de 6,3 ... 16000 Nm.

Figure. 7.5. Accouplement flexible goupille-manchon

L'épaisseur des bagues en caoutchouc est faible et, par conséquent, la capacité d'amortissement de l'accouplement est négligeable. Ils permettent un déplacement radial des arbres jusqu'à 0,6 mm, un déplacement longitudinal jusqu'à 5 mm, un déplacement angulaire jusqu'à 1°. Pour limiter l'usure, la pression moyenne de contact de la goupille sur le manchon se trouve par la formule :

(7.2)

où z = 6 est le nombre de doigts ; Dm est le diamètre de la circonférence de l'emplacement des axes des doigts ; dp est le diamètre des doigts ; l est la longueur de l'élément élastique ; [p] ≈ 2 MPa est la pression admissible pour les bagues en caoutchouc.

Accouplement avec ressorts serpentins(Fig. 7.6) se compose de deux moitiés d'embrayage 1 avec des dents de forme spéciale, entre lesquelles des sections d'un ressort serpentin 3 de section rectangulaire sont librement situées. Le boîtier 2, composé de deux moitiés, sert de réservoir à graisse et empêche le ressort de tomber. Figure. 7.6. Accouplement avec ressorts serpentins

L'embrayage est utilisé pour transmettre des couples importants, a de bonnes performances, a de petites dimensions, mais est relativement coûteux. Selon la taille de l'accouplement, ils peuvent compenser les déplacements radiaux de l'arbre de 0,5 ... 3 mm, les déplacements axiaux de 4 ... 20 mm et les déplacements angulaires jusqu'à 1 ° 15". L'accouplement permet de contrôler la flexion force du ressort par des méthodes de résistance des matériaux.

Embrayages contrôlés (couplage) Permet de connecter et de déconnecter les arbres sans arrêter le moteur. De par leur conception, les embrayages contrôlés peuvent être divisés en came, engrenage, basé sur l'engrenage, et frottement, basé sur le frottement. Les accouplements à came et à engrenage ont des dimensions et un poids très réduits, ne permettent pas de glissement. Cependant, leur inclusion en déplacement s'accompagne de coups. Les embrayages à friction vous permettent de connecter en douceur les arbres d'entraînement et entraînés sous charge à n'importe quelle vitesse de leur rotation, protégez les mécanismes des surcharges soudaines. Les accouplements dirigés nécessitent un alignement précis des arbres connectés.

L'embrayage à came (Fig. 7.7) se compose de deux demi-accouplements 1 et 2, qui ont des saillies sur les extrémités d'accouplement - cames. Lorsque l'embrayage est engagé, les cames d'un demi-accouplement pénètrent dans les dépressions de l'autre, créant une liaison rigide. L'embrayage à came est enclenché pour éviter les chocs à l'arrêt du moteur ou à basse vitesse (jusqu'à 1 m/s). Les demi-accouplements sont le plus souvent implantés sur un même arbre, ce qui assure leur bon alignement. Lorsque l'embrayage est désactivé, la roue dentée tourne librement sur le palier lisse 3. Si l'embrayage est activé, le couple de la roue dentée est transmis par les cames et les cannelures à l'arbre. Pour éliminer les chocs et le bruit lorsque l'embrayage est activé, des dispositifs de connexion spéciaux sont utilisés - des synchroniseurs. Les accouplements à cames sont en aciers 20, 15X, 20X suivis de cémentation ou en aciers 40X, 30XH suivis de trempe dans la masse. Les dimensions des accouplements sont prises de manière constructive, puis le calcul de vérification des cames pour la résistance à l'usure et la résistance est effectué.

Riz. 7.7. Embrayage à came

Les accouplements à friction transmettent le couple entre les moitiés d'accouplement en raison des forces de frottement sur les surfaces de travail (Fig. 7.8).

Figure. 7.8. Embrayages à friction :

a - disque unique ; b - multi-disque ; c - conique

Dans la période initiale de contact entre les moitiés d'accouplement, un glissement relatif de leurs surfaces de travail (lubrifiées ou sèches) se produit, et ainsi un engagement en douceur de l'accouplement est assuré. Avec un mouvement régulier, le patinage ne se produit pas et, en cas de surcharge, l'embrayage patine, ce qui protège la machine des pannes. Les embrayages à friction doivent avoir une adhérence fiable, une résistance élevée à l'usure et une résistance à la chaleur des surfaces de contact. Le matériau des pièces frottantes (patins) est choisi en fonction de la contrainte moyenne de contact (pression) :

, (7.3)

où Fa est la force axiale ; T - couple; k = 1,3…1,5 – facteur de sécurité d'adhérence ; Dm est le diamètre de contact moyen ; f est le coefficient d'adhérence (frottement statique) ; z est le nombre de paires de surfaces de frottement ; А = πDmb est la surface de frottement ; b est la largeur de la surface de frottement ; [p] – tension de contact admissible.

Selon la formule (7.3), le couple pouvant être transmis par l'embrayage à friction peut être calculé. Pour augmenter le couple transmis, vous pouvez augmenter le nombre de paires de surfaces de friction. Les embrayages à friction multidisques sont de petite taille et ne nécessitent pas beaucoup de force pour les engager.

Embrayages automatiques autocontrôlés effectuer automatiquement l'une des fonctions suivantes : limitation de la charge transmise - embrayages de sécurité ; transfert de charge (couple) dans une seule direction - embrayage à roue libre ; allumage et extinction à une vitesse donnée - embrayages centrifuges.

Les embrayages de sécurité fonctionnent lorsque le couple dépasse une certaine valeur de consigne. Lorsque le couple atteint la valeur limite sous l'action des forces axiales dues à la forme des évidements du demi-accouplement, les billes se déplacent dans le sens axial (surmontant la résistance du ressort) et ouvrent l'accouplement, puis cliquent.

Embrayage de dépassement (embrayage à roue libre) conçu pour transmettre le couple dans un seul sens. Les embrayages à roue libre à friction, qui transmettent le couple dû au coincement entre les demi-accouplements des corps intermédiaires (rouleaux principalement), sont les plus utilisés. De tels accouplements sont silencieux, compacts et peuvent fonctionner à des vitesses élevées. Ils sont conçus pour des arbres d'un diamètre de 10 ... 90 mm et une transmission de couple jusqu'à 750 ... 800 Nm.

Les embrayages à roue libre (Fig. 7.9) sont utilisés dans les entraînements des moteurs d'avions (par exemple, dans les entraînements des générateurs de démarrage) et dans les entraînements des rotors des hélicoptères; si un moteur tombe en panne, le mouvement de l'hélice n'est pas ralenti, car l'embrayage à roue libre permet aux roues dentées de tourner. Si les deux moteurs tombent en panne, les embrayages à roue libre n'interfèrent pas avec la rotation du rotor principal en mode autorotation.

Riz. 7.9. embrayage à roue libre

lanceur L'embrayage (centrifuge) est utilisé pour le démarrage en douceur des entraînements des machines de levage, des convoyeurs, etc. Ils permettent au moteur électrique d'accélérer facilement et, lorsqu'il atteint une certaine vitesse, commencent une accélération douce du corps de travail. Dans le même temps, les embrayages de démarrage remplissent également des fonctions de sécurité. Les embrayages à friction centrifuge à sabot et à disque sont courants. L'embrayage centrifuge est monté sur l'arbre du moteur. En présence d'un entraînement par courroie du moteur électrique au corps de travail, la partie extérieure entraînée de l'embrayage est conçue sous la forme d'une poulie.

6.8. Connexions. Types de connexion

Joints soudés

Les joints soudés sont formés en soudant des pièces à la jonction. Il existe environ 60 méthodes de soudage. Les plus courants sont : arc, contact, faisceau d'électrons, diffusion. Les joints soudés sont les plus durables, dont le principal inconvénient est le gauchissement, et la possibilité de vices cachés (fissures, manque de pénétration...).

Selon la position relative des pièces, elles sont divisées: bout à bout (Fig. 4.3a), chevauchement (Fig. 4.3b), té (Fig. 4.3c), joints d'angle (Fig. 4.3d). Les types de soudures sont illustrés à la (Fig. 4.3e)

Le calcul de la résistance du joint bout à bout est effectué en fonction des contraintes normales de traction (compression)

Où F est la charge, la largeur et l'épaisseur de la feuille, la contrainte admissible

Calcul de couplage. En pratique, les accouplements standards et normalisés sont choisis dans les catalogues en fonction du diamètre des arbres à raccorder et du couple calculé T selon la condition :

où À - facteur de surcharge tenant compte du mode d'exploitation et de la responsabilité de l'ouvrage ; J le couple continu le plus élevé ; est le couple nominal indiqué dans le catalogue.

Pour les entraînements à partir d'un moteur électrique, vous pouvez prendre : à une charge silencieuse K= 1,0...1,5 ; à charge variable K = 1,5...2; sous impact et charge réversible K = 2,5...3 et plus. Pour les embrayages à friction, au lieu du facteur de surcharge, le facteur de sécurité de l'embrayage est introduit k= 1,25...1,5.

Dans les structures critiques, ils effectuent calcul de vérification opérabilité des éléments individuels de l'embrayage sélectionné en termes de couple calculé ou limite (pour les embrayages de sécurité). Les formules de calcul sont données dans la littérature de référence.

Classement des accouplements

Conférence 48

Connaître le but, les conceptions des principaux types d'accouplements, l'évaluation des accouplements et leurs domaines d'application ; le principe de sélection des accouplements standards et normalisés et la procédure de vérification de la résistance des éléments principaux.

Fonctions principales accouplements - connexion d'arbre et transmission de couple. En reliant les arbres des machines, les accouplements remplissent un certain nombre de fonctions supplémentaires : ils compensent les désalignements et les déplacements des arbres, adoucissent les vibrations et les charges dynamiques, fournissent, si nécessaire, démarrages en douceur et s'arrête, protège les pièces de la machine contre les surcharges et les changements de sens de rotation.

Les accouplements sont divisés en

Permanent (sourd, compensateur, élastique);

Couplage géré ;

Autogéré (automatique) en couple (sécurité), en sens de marche (dépassement), en vitesse (centrifuge).

1. Rigide non compensateur (sourd) accouplements ne pas autoriser la connexion d'arbres avec des décalages ou des désalignements des arbres.

Accouplements à manchon(Fig. 15.1, un) nécessitent un alignement d'arbre. Les accouplements sont réalisés avec des goupilles et une rainure de clavette. Les accouplements sont faciles à fabriquer, bon marché, mais l'installation (montage) est associée à la nécessité de grands déplacements axiaux des arbres. Les accouplements ne permettent pas de monter des pièces avec un ajustement serré, n'assurent pas la rigidité de l'arbre.

Accouplements à bride(Fig. 15.1, b) sont les plus courants, il est nécessaire de s'assurer que les surfaces d'extrémité A sont perpendiculaires à l'axe de l'arbre.

2. Accouplements compensateurs rigides permettre des connexions d'arbres avec un léger désalignement des axes.

Un groupe spécial est accouplements articulés permettant un désalignement important des axes de l'arbre

Très répandu embrayage de vitesse (Fig. 15.1, dans). La surface externe des dents des manchons d'accouplement est sphérique, les dents ont un profil en développante. En raison du grand nombre de dents, les accouplements ont une grande capacité portante et une grande fiabilité. Les accouplements permettent un déplacement de l'arbre dans le sens axial jusqu'à 8 mm, dans le sens radial - jusqu'à 0,6 mm, désalignement - jusqu'à 1 0 30". leur usure ; la lubrification des dents est utilisée.

3. Accouplements de compensation élastiques amortissent les chocs et les chocs transmis par les arbres connectés, protègent des vibrations et compensent tous les types de désalignements d'arbres. Les accouplements contiennent des éléments élastiques non métalliques (en caoutchouc) ou en métal - ressorts, paquets de plaques.

Accouplement à douille élastique(MUVP) (Fig. 15.1, G) se compose de deux moitiés d'accouplement reliées par une goupille avec des bagues en caoutchouc placées dessus. L'accouplement est de conception simple, compact et léger, les bagues en caoutchouc d'usure sont facilement remplacées. Les accouplements permettent des déplacements axiaux jusqu'à 5 mm, des déplacements radiaux - jusqu'à 0,6 mm, des désalignements - jusqu'à 1°.

4. Couplage des embrayages commandés sont utilisés pour connecter et déconnecter des arbres rotatifs ou fixes. Les accouplements sont divisés en accouplements avec fermeture de profil (came et engrenage) et friction. Accouplements avec fermeture profilée utilisé pour transmettre des couples importants, si la fluidité de la connexion n'est pas requise.

Pour une connexion et une déconnexion en douceur des arbres, utilisez embrayages à friction (Fig. 15.1, d - g). Le travail des embrayages à friction est basé sur la création de forces de friction entre les éléments de l'embrayage. La force de frottement peut être ajustée en modifiant la force de compression des surfaces de frottement. La commande de l'embrayage peut être mécanique, hydraulique et électromagnétique. Selon la forme des surfaces de frottement, les accouplements sont divisés en disque, conique et cylindrique. Une distinction est faite entre les accouplements secs et les accouplements lubrifiés.

Lors du processus d'activation de l'embrayage à friction, un patinage se produit et l'arbre entraîné accélère en douceur. L'embrayage est réglé pour transmettre le couple maximal sans danger pour les éléments de la machine.

Pour réduire l'encombrement, l'accouplement est réalisé avec plusieurs surfaces de friction - embrayage multidisque (voir figure 15.1, e). Tous les disques d'embrayage doivent être parallèles, plats et coaxiaux, de sorte que tous les disques sont installés sur l'une des moitiés d'accouplement - il est nécessaire alignement absolu des arbres.

Vertus accouplements à cône (voir figure 15.1, g) sont de faibles forces de commutation, un bon dégagement et une conception simple. Les principaux inconvénients sont des dimensions globales importantes et des forces axiales non équilibrées transmises aux arbres.

À embrayage pneu-pneumatique cylindrique (voir figure 15.1, et) les forces axiales ne sont pas créées sur l'arbre, les déplacements axiaux sont autorisés, le moment est facilement réglable.

Les principaux inconvénients de tels raccords sont le coût important du cylindre en caoutchouc et l'instabilité du caoutchouc aux produits pétroliers.

5. Embrayages autoréglables conçu pour accoupler et désengager les arbres lors du changement du mode de fonctionnement réglé.

Pour cela, appliquez embrayages à roue libre (course libre), moment de transmission dans une direction, embrayages centrifuges pour connecter et déconnecter les arbres lorsqu'une certaine vitesse est atteinte et embrayages de sécurité , désactivant le mécanisme en cas de surcharges.

Selon le principe de fonctionnement, les embrayages de sécurité sont divisés en

le printemps,

frottement et

· avec un élément de rupture.

De par leur conception, les embrayages à ressort et à friction sont similaires aux embrayages contrôlés.

Accouplements : description, classification

Embrayage appelé un dispositif pour relier les arbres. Le but principal des accouplements est de transférer le couple entre les arbres, sans changer sa valeur et sa direction. En plus de transmettre le couple, certains embrayages remplissent des fonctions supplémentaires.

Pour acheter un embrayage, vous devez connaître les principales différences fondamentales entre eux. Les arbres longs, selon les conditions de la technologie de fabrication et d'assemblage, doivent être fabriqués en composite, et l'arbre composite doit fonctionner dans son ensemble. Ses parties sont reliées par des accouplements rigides sourds non débrayables.

Pour connecter des arbres avec des axes mal alignés, des accouplements compensateurs sont utilisés qui compensent les petits déplacements radiaux, axiaux ou autres.
Les entraînements de certaines machines transmettent des moments variables, y compris avec des chocs. Pour réduire les charges dynamiques et les vibrations, des accouplements élastiques sont utilisés.
Pour démarrer et arrêter les différents composants de la machine, des embrayages contrôlés sont utilisés. Lors de surcharges et d'un fonctionnement incorrect, des pièces peuvent se casser, pour que cela ne se produise pas, des embrayages de sécurité sont utilisés.
Si le mouvement et le moment doivent être transmis dans un sens et ne doivent pas être transmis dans le sens opposé, des embrayages à roue libre sont utilisés. Les embrayages de sécurité et à roue libre ne nécessitent pas d'intervention humaine, ils sont appelés auto-agissants.

Les embrayages pneumatiques sont également apparus récemment sur le marché.

Selon la contrôlabilité de l'embrayage peut être divisé en:

1) Les accouplements ne se désengagent pas, établissant une connexion permanente - sourds, compensateurs, élastiques
2) Accouplements, contrôlés,
3) Embrayages d'accouplement, à action automatique (autocontrôlés), dans le sens du mouvement - dépassement, en vitesse (centrifuge), en cours de route (monotour), etc.

La principale caractéristique des accouplements en rapport avec leur objectif principal est le couple.D'autres indicateurs importants sont les dimensions, la masse, le moment d'inertie, par rapport à l'axe de rotation.
Les accouplements des principaux types sont réglementés par les normes nationales.

Classement des accouplements

Intentionnellement:

• Géré (couplé, automatique)
• Non géré (permanent)

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