5.5.4. Метод инверсии
При конструировании следует помнить, что свойства нового изделия или сборочной единицы, детали могут быть получены путем изменения функции, формы или расположения его деталей. Такой прием называется методом инверсии.
Например, иногда бывает целесообразно в сборочных единицах машины поменять ролями назначение отдельных деталей: ведущую деталь сделать ведомой, направляющую – направляемой, охватывающую – охватываемой, неподвижную – подвижной и т.д. Выгодно иногда инвертировать формы деталей, например, наружный конус заменить внутренним, выпуклую сферически поверхность – вогнутой. В некоторых случаях целесообразно перемещение конструктивных элементов с одной детали на другую, например, шпонки с вала на ступицу или бойка с рычага на толкатель.
Оценивая новые свойства инвертированного варианта, конструктору необходимо взвесить преимущества и недостатки нового варианта с учетом надежности, технологичности, удобства эксплуатации и выбрать наилучший из них. Примеры инверсии типовых сборок приведены в табл. 7.2.
5.5.5. Компонование
После выбора схемы конструкции машины и основных параметров разрабатывают компоновку которая затем служит основанием для составления эскизного, технического проектов и рабочей документации.
Компонование состоит из двух этапов: 1) эскизного, когда разрабатывают основную схему и общую конструкцию машины; 2) рабочего, при котором уточняют конструкцию и который служит исходным материалом для дальнейшего проектирования.
При компоновании важно выделить главное из второстепенного и установить правильную последовательность разработки конструкции машин:
1) идти от общего к частному (а не наоборот), для чего следует начинать с решения главных вопросов: выбора кинематических и силовых схем, правильных размеров и форм деталей, определения целесообразного их расположения;
2) разрабатывать, анализировать и выбирать наиболее рациональные варианты, при этом необязательна полная проработка вариантов, достаточно карандашных набросков (важно не поддаваться психологической инерции и не снизойти до уровня шаблонов и стереотипов);
3) производить хотя бы ориентировочные и приближенные расчеты основных деталей на прочность и жесткость.
Таблица 5.2. Схема инверсии типовых узлов
Схемы |
Сравнительная характеристика схем |
|
I |
II |
|
|
В схеме I рычаг 1 приводит в действие тягу 2 через ось 3, установленную в вилке тяги. В схеме II ось установлена в вилке рычага. Результат инверсии – устранение поперечных усилий на тягу. В конструкции по схеме II затруднительна обработка проушины тяги. |
|
|
В схеме I боек коромысла 4 плоский, тарелка толкателя 5 – сферическая, в схеме II – наоборот. Инверсия устраняет поперечные нагрузки на толкатель. Боек можно выполнить цилиндрическим, что обеспечит линейный контакт. |
|
|
В схеме I тяга выполнена со сферическим наконечником 6, в схеме II сферическим выполнен боек 7 коромысла. Инверсия улучшает смазку сочленения (масло, находящееся в полости привода, скапливается в чаше тяги). |
|
|
В схеме I шпиндель 8 затягивается гайкой 9, в схеме II – наружной 10. Осевые габариты в схеме II меньше, а радиальные несколько больше. |
|
|
В схеме I шпиндель 11 выполнен в внутренним конусом, в схеме II – с наружным. Осевые габариты в схеме II меньше. |
|
|
Замена полной сферы (схема I) двумя концентричными полусферами (схема II) значительно сокращает осевые габариты. Изготовление узла, однако, усложняется. |
|
Продолжение табл. 5.2.
Схемы |
Сравнительная характеристика схем |
|
I |
II |
|
|
Схема II выгоднее схемы I по условиям смазки. |
|
|
Схема II повышает прочность резьбового соединения (податливость бобышки у начальных витков способствует более равномерному распределению нагрузки по виткам). |
|
|
В схеме I лопатка 12 крепится вильчатой ножкой на Т-образном кольцевом шипе ротора 13. В схеме II – Т-образной ножкой в кольцевом пазу ротора. Схема II уменьшает массу, увеличивает жесткость и упрощает изготовление лопатки. |
|
|
В схеме I винт с коротким резьбовым поясом 14 перемещается в корпусе с резьбой, длина которой равна ходу винта. В схеме II резьба нарезана по всей длине винта; корпус имеет короткий резьбовой пояс 15. Облегчается изготовление (нарезание длинной резьбы в отверстии затруднительно). При одинаковом диаметре d резьбы прочность винта в схеме II выше. |
|
|
В схеме I ось 16 закреплена в шатуне и вращается в подшипниках вилки, в схеме II – наоборот. Схема II улучшает условия работы подшипника вследствие увеличения его жесткости и более благоприятного отношения длины к диаметру. |
|
Продолжение табл. 5.2.
Схемы |
Сравнительная характеристика схем |
|
I |
II |
|
|
В схеме I направляющая шпонка 17 установлена на валу и имеет длину, равную ходу ступицы 18. В схеме II шпонка 19 установлена в ступице и перемещается в продольном пазу вала. Схема облегчает изготовление узла и улучшает направление. |
|
|
В схеме I приводная головка 20 перемещается по неподвижной штанге 21. В схеме II головка закреплена на штанге, которая перемещается в направляющих втулках 22 корпуса. Точность направления значительно повышается, поперечные силы на головке и переставная сила уменьшаются. |
|
|
В схеме I шток 23 приводится в поступательно-возвратное движение двумя роликами 24, обкатывающими дисковый копир 25, а в схеме II – одним роликом 26, перемещающимся между двумя копирами 27. Схема II резко сокращает осевые размеры узла. |
|
|
В схеме I головка рычага воздействует на две пружины, опертые в корпусе. В схеме II рычаг сделан вильчатым и воздействует на одну пружину, работающую в обоих направлениях. Схеме сокращает осевые размеры узла. |
|
|
Замена пружины растяжения (схема I) пружиной сжатия с реверсом (схема II) повышает надежность и долговечность узла (пружины сжатия прочнее пружин растяжения). Конструкция по схеме II, однако, значительно сложнее, чем по схеме I. |
|
|
В схеме I клапан направляется стержнем 28, запрессованным в корпусе, а в схеме II – хвостовиком 29, скользящим в отверстии корпуса. Точность направления в схеме II значительно выше (направляющее отверстие и седло обрабатываются с одного установа). |
|
Окончанием табл. 5.2
Схемы |
Сравнительная характеристика схем |
|
I |
II |
|
|
В схеме I фиксатор расположен в ступенчатом отверстии и направляется хвостовиком и головкой; в схеме II фиксатор выполнен в виде стакана, внутри которого размещена пружина. Схема II технологичнее (сквозное отверстие), конструкция, однако, сложнее. |
|
|
В схеме I переходник 30 имеет наружные шлицы, а приводные диски – внутренние. В схеме II переходник 31 выполнен с внутренними шлицами, а диски с наружными. Схема II выгоднее по осевым размерам и технологичности (внутренние шлицы обрабатывают напроход). |
|
|
Установка шестерни на оси (схема II) улучшает условия работы подшипника вследствие увеличения его жесткости. В схеме II ось нагружена силой постоянного направления, в схеме I нагрузка на вал циклическая (круговой изгиб). |
|
|
Установка шестерни на подшипниках качения на оси (схема II) уменьшает долговечность подшипников (вращаются наружные кольца подшипников, тогда как в схеме I – внутренние). Нагрузка на наружные кольца в схеме I – постоянного направления. Схема II иногда целесообразна по габаритным условиям (например, консольная установка шестерни). |
|
|
В схеме I поршень 32 перемещается в неподвижном цилиндре 33, в схеме II неподвижен поршень 34, по нему перемещается поршень 35. В схеме II возможен привод от любой точки по высоте цилиндра. Маслораспределительная система и конструкция узла сложнее, чем в схеме I. |
|
4) компонуя деталь, учитывать технологичность ее изготовления (размеры, форму, материал);
5) добиваться максимальной унификации, нормализации или стандартизации элементов в сборочных единицах машин;
6) учитывать все условия, определяющие работоспособность машины, разрабатывать системы смазки, охлаждения, сборки - разборки, крепления и присоединения к нему смежных деталей, предусматривать условия удобного обслуживания, осмотра и регулировки механизмов, выбирать материалы для основных деталей, продумывать способы повышения долговечности, увеличения износостойкости трущихся соединений, защиты от коррозии, исследовать возможность форсирования составных частей машины и пути ее дальнейшего развития.
Не всегда компонование идет нормально. Следует создавать временную паузу, давать передышку конструктору, после которой в результате подсознательной работы мышления нередко возникают удачные решения, выводящие конструктора из тупика, выслушивать мнение посторонних людей, товарищей, учитывать критику.
Чем шире поставлено обсуждение компоновки и чем внимательнее конструктор прислушивается к полезным советам и указаниям, тем рациональнее становится компоновка и тем совершеннее может стать конструкция машины, отличающаяся низкой стоимостью, малыми сроками изготовления и высокой экономической эффективностью.