8. Основные принципы конструирования деталей и сборочных единиц

Проектируя машину, конструктор должен добиваться всемерного увеличения ее рентабельности и повышения экономического эффекта за весь период работы. Величина экономического эффекта зависит от обширного комплекса технологических, организационно-производственных и эксплуатационных факторов.

Рассмотрим только те способы повышения экономического эффекта, которые непосредственно связаны с конструированием или модернизацией, и зависят от деятельности конструктора. К ним можно отнести рассматриваемые ниже принципы конструирования деталей и сборочных единиц для вновь создаваемых машин, а также для модернизации действующих машин и оборудования.

8.1. Унификация конструктивных элементов

Элементы, выявляющиеся в процессе компонования машины, следует многократно использовать для всей конструкции. Унификация конструктивных элементов заключается в многократном использовании элементов конструкции, выявленных в процессе компонования, путем усреднения расчетных параметров с целью максимального сокращения их номенклатуры.

Унификации в первую очередь подлежат:

- посадочные соединения (по номинальным размерам, типу посадок и классу точности);

- резьбы (по диаметру, шагу и классу точности);

- шлицевые и шпоночные соединения;

- крепежные детали и т.д.

На рис. 8.1 приведен пример компонования вала с двумя насаженными деталями, одна из которых опирается на бронзовую втулку. В конструкции (рис. 8.1,а) выбор посадочных диаметров не продуман. Правильно назначен основной посадочный размер (диаметр опорной шейки) из числа нормальных (Ø 50). Далее допущены ошибки. С целью уменьшения расхода бронзы конструктор принимает толщину стенок втулки равной 3,5 мм, вследствие чего получается нестандартный размер наружного диаметра (Ø 57). Стремясь увеличить прочность вала в соединении со второй деталью, конструктор уменьшает диаметр вала по отношению к шейке на 2 мм на сторону, в результате чего получается не -стандартный диаметр (Ø 46), который приводят к размеру резьбы М 45 под затяжную гайку.

В компоновке на основе нормальных размеров (рис. 8.1,б) наружный диаметр втулки – 60мм, диаметр вала в соединении со второй деталью принят 45мм. Отсюда следует назначение резьбы М45, которая соответствует стандартному диаметру (Ø 45). Однако такая стандартизация размеров, в данном случае, приводит к некоторому снижению прочности вала и увеличению массы бронзовой втулки.

В более рациональной конструкции (рис. 8.1, в) диаметр шейки -55 мм, наружный диаметр втулки - 60мм, диаметр вала в соединении со второй деталью - 50мм и размер резьбы - М 48.

Рассмотрим пример компонования многоступенчатого цилиндрического вала с закрепленными на нем деталями, опирающегося в корпусе на подшипники скольжения (рис. 8.1,г,д).

Рис. 8.1. Унификация элементов конструкции

В конструкции (рис. 8.1,г) допущен значительный разнобой в размерах посадочных диаметров, резьб, шпонок и модулей зубьев. В рациональной конструкции (рис.8.1,д) сокращено число посадочных размеров, унифицированы шпонки и модули зубьев (m=4).

Необходимая прочность зубьев малых зубчатых колес достигнута увеличением их длин. Итоги унификации представлены в табл. 8.1.

Таблица 8.1.Унификация элементов конструкции вала

Элементы конструкции вала	Исходная конструкция	Число	Унифицированная конструкция	Число
Диаметры и посадки	ǿ 40 ǿ45 ǿ46 ǿ48 ǿ50 ǿ50 ǿ55 ǿ55 ǿ65	1 1 1 1 1 1 1 1 1	ǿ40 ǿ45 ǿ50 ǿ55	2 2 1 2
Резьбы	М39 М48	1 2	М39	2
Шпонки, мм	8 10	2 3	10	3
Модули зубьев	4 4,5 5	1 1 1	4	3
Всего наименований	16		7

Анализируя таблицу, можно сделать вывод, что в результате проведенной унификации элементов конструкции вала в общей сложности номенклатура элементов сокращена с 16 до 7 наименований, а именно: число посадочных размеров сокращено с 9 до 4, число резьб - с 2 до 1, число шпонок - с 2 до 1, число модулей зубьев шестерен - с 3 до 1.

В качестве примера унификации размеров под ключ рассмотрим установку для регулировки редукционного клапана (рис. 8.2). В конструкции установки (рис. 8.2,а) применены три размера (1...3), в унифицированной конструкции (рис.8.2, б) - один размер (4).

Рис. 8.2. Унификация размеров под ключ