3.1. Разработка вариантов

Разработка вариантов - дело не индивидуальной привычки или наклонностей конструктора, а закономерный метод проектирования, помогающий отыскать наиболее рациональное решение. В качестве примера разработки и сравнительного анализа вариантов приведем часто встречающийся в машиностроении узел редуцирующей конической зубчатой передачи (рис. 3.1.).

Д ля упрощения не рассмотрены возможные конструктивные варианты подвода и отбора крутящего момента, типа опор, способов фиксации осевого положения зубчатых колес. Даны только варианты общей компоновки передачи, конструкции корпуса, расстановки опор, систем сборки и проверки зацепления.

Окончательный выбор варианта редуктора зависит от условий его применения и установки. Наибольшими достоинствами для общих условий применения обладает конструкция на рис. 3.1,а. Валы колес расположены в одном корпусе, что позволяет при изготовлении обеспечить точное взаимное расположение осей. Доступ к колесам свободный – через люк с отъемной крышкой. Механизм можно осматривать в сборе. По условиям сборки наружный диаметр малого колеса должен быть меньше диаметра отверстий под подшипники вала.

В конструкции на рис. 3.1,б верхняя опора вала колеса перенесена в крышку. Расстояние между опорами увеличено, радиальные нагрузки на подшипники уменьшены. Недостаток конструкции – затруднительность осмотра и регулирования механизма в сборе. При снятии крышки вал колеса остается на нижней опоре; отсутствие его фиксации не позволяет проверить правильность зацепления. Кроме того, расположение опор в разных деталях ухудшает центрирование вала. Необходима обработка отверстий под подшипники в сборе корпуса и крышки, что усложняет технологию изготовления.

Конструкция на рис. 3.1,в компактна – имеет меньший вес и габариты. Подшипники колеса и внутренний подшипник шестерни установлены в приливе корпуса. Осмотр механизма через нижнюю несущую крышку; участок зацепления просматривается с торца зубьев. Для осмотра необходимо предварительно отключить вал отбора мощности. Конструкция допускает только подвесное крепление. Применяется в случаях, когда необходимо максимальное снижение веса и габаритов, например в самолетостроении.

3.2. Метод инверсии

Среди приемов, облегчающих сложную работу конструирования, видное место занимает метод инверсии (обращение функций, форм и расположения деталей).

В узлах иногда бывает выгодным поменять детали ролями, например, ведущую деталь сделать ведомой, направляющую – направляемой, охватывающую – охватываемой, неподвижную, - подвижной. Целесообразно иногда инвертировать формы деталей, например, наружный конус заменить внутренним, выпуклую сферическую поверхность – вогнутой. В других случаях оказывается выгодным переместить конструктивные элементы с одной детали на другую, например, ось закреплена в шатуне и вращается в подшипниках вилки (рис 3.2, а), в другом варианте подшипник установлен в шатуне (рис 3.2, б). Второй вариант улучшает условия работы подшипника вследствие увеличения его жесткости и более благоприятного отношения длины к диаметру.

Я рким примером изменения эксплуатационных свойств заменой выпуклой сферической поверхности на вогнутую, может служить конструктивное решение рукоятки переключения в коробке скоростей (рис 3.3.).

Для переключения рычага в положение II по выпуклой сфере (рис 3.3,а), необходим довольно большой размах (А) в верхней части рычага, при переключении рычага, установленному на вогнутую сферу (рис. 3.3,б), на тоже расстояние (а) нижней части рычага в коробке скоростей, размах (А) верхней части рычага в несколько раз меньше, что очень важно в стесненном пространстве кабины автомобиля. Хотя при отсутствии гидравлики управления трактором, экскаватором, подъемным краном, где кабина просторна, а усилия на рычаг переключения скоростей довольно большие, схема на рис 3.3,а рациональнее, так как плечо рычага переключения на много больше, что облегчает переключение.

В схеме на рис. 3.3,б удачна конструкция трущейся пары сферических поверхностей – это две сферические шайбы, тогда как в конструкции (а) – необходима замена всей сферической втулки насажанной на рычаг с натягом.

Каждый раз конструкция при инверсии приобретает новые свойства. Дело конструктора взвесить преимущества и недостатки исходного и инвертированного вариантов с учетом надежности, технологичности, удобства эксплуатации и выбрать наилучший из них. У опытного конструктора метод инвертирования является неотъемлемым инструментом мышления и значительно облегчает процесс поисков решений, в результате которых рождается рациональная конструкция.