4.5. Обязательные принципы конструирования.

Устранение подгонки. Необходимо избегать установки и подгонки узлов и деталей по месту. Подгонка, особенно сопровождаемая операциями слесарной или станочной обработки, снижает производительность сборки и лишает конструкцию взаимозаменяемости.

П ринципом установки по месту приведен на рис 4.14, а и б. Зубчатое колесо устанавливают на валу по сцепляющемуся с ним зубчатому колесу, после чего положение фиксируют врезным винтом (а) или штифтом (б). При этом требуется обработка по месту дрелями и ручными развертками. Неизбежно попадание стружки в агрегат. После обработки приходится его разбирать, промывать и снова собирать. Разметка при сборке с последующей передачей на станочную обработку ещё более усложняет сборку. Более технологична фиксация зубчатого колеса кольцевыми стопорами, устанавливаемыми в заранее проделанные канавки на валу (в).

В агрегатированных системах с механическим приводом большое значение имеет конструкция соединений, передающих момент. Соединение должно компенсировать осевое и радиальное смещение, угловые перекосы соединяемых агрегатов.

В качестве компенсаторов чаще всего применяют шлицевые муфты с эфальвентным зубом, шлицевые валы и втулки, торсионы.

К омпенсирующая способность соединения шлицами, нарезанными непосредственно на приводном валу (рис. 4.15,а,б) невелика и определяется только смещением шлицев в пределах зазоров между ними. Установка между валами шлицевой переходной втулки (рис 4.15,в), свободно посаженной на шлицы в обоих валах, позволяет в два раза повысить компенсирующую способность данного соединения (по сравнению с предыдущей схемой), определяемую величиной суммарного зазора в шлицах.

Установка удлиненной шлицевой втулки 3 (рис. 4.15,г) позволяет ещё более повысит компенсирующую способность соединения, благодаря возможности собственных перекосов втулки.

Наиболее же целесообразной конструкцией соединения двух соосных валов является конструкция, предусматривающая установку длинного шлицевого вала – торсиона 4 (рис. 4.15,д,е), который позволяет не только компенсировать несоосность и перекосы, но и амортизировать в пределах упругих деформаций (торсион изготавливается из стали 69С2А колебания передаваемого крутящего момента, делая работу всех элементов привода более легкой и плавной. Особое значение это свойство торсионов приобретает в машинах с использованием пульсирующего крутящего момента (поршневые машины). Благодаря малым радиальным размерам торсионы вписываются в габариты внутренних полостей валов, что делает конструкцию компактной.

Во всех случаях, когда допускает конструкция, изгиб следует заменять более выгодными видами деформации – растяжением, сжатием или сдвигом. Целесообразно применение стержневых или близких к ним системам, элементы которых работают преимущественно на растяжение – сжатие. Если изгибное нагружение неизбежно, то следует уменьшать плечо изгибающих сил и увеличивать моменты сопротивления на опасных участках. Особенно это важно при консольном нагружении, наиболее невыгодном по прочности и жесткости.

Рассмотрим примеры конструкций, в которых полностью или частично устраняется изгиб (рис. 4.16). Так введением таврового ребра между рычагами, испытывающими изгиб от действия сил (рис. 4.16,2), ликвидирует изгиб этих рычагов по сравнению с конструкцией приведенной на схеме 1.

В конструкции 3 лапа корпуса станины, на которую установлен опорный ролик, испытывает изгиб. Несколько улучшает работу конструкции установка усиливающих ребер на лапе корпуса и кронштейне ролика (схема 4). Наиболее же рациональной следует считать конструкцию 5, которая полностью устраняет изгиб путем установки опорного ролика непосредственно под стенкой корпуса станины, работающей на сжатие.

В конструкции 6 шарикового подшипника опорная кольцевая полка под действием рабочей нагрузки работает на изгиб. В улучшенной конструкции 7 полка усилена ребрами жесткости. В наиболее рациональной конструкции 8 рабочая нагрузка передается непосредственно на стенки корпуса, работающие на сжатие.

Принцип самоустанавливаемости. В подвижных соединениях где возможны перекосы и смещения деталей, необходимо предусматривать свободу самоустанавливаемости, обеспечивающую правильную работу детали при всех возможных неточностях изготовления и монтажа.

Принцип самоустанавливаемости широко применяют в конструкции опор валов подверженных изгибу и перекосам. Самоустанавливаемость особенно необходима в случае подшипников скольжения с большим отношением длины к диаметру. При жесткой установке (рис. 4.17, 1) изгиб и перекос вала вызывают повышенные кромочные давления, резко ухудшающие условия работы подшипника. Для придания самоустанавливаемости подшипники устанавливают на сферические опоры (рис. 4.17, 2).

В шариковых радиальных подшипниках (рис. 4.17, 3) изгиб вала вызывает перекос подшипника и одностороннюю нагрузку шариков, иногда намного превышающую номинальную нагрузку. Это устранимо заключением подшипника в сферическую обойму (схема 4) или применением двухрядных сферических подшипников (схема 4), а при повышенной осевой нагрузке двухрядных самоустанавливающихся подшипников с бочкообразными роликами.

Приспособление 1 (рис. 4.18) предназначено для зажима пакета заготовок с помощью рычага, приводимого штоком гидравлического цилиндра. Вследствие колебаний размеров заготовок неизбежен зажим в одной точке; при зажиме нижним краем упорной поверхности рычага (увеличенные осевые размеры пакета) возможно выворачивание заготовок. Установка упорного элемента на шарнире обеспечивает правильный зажим (конструкция 2).

Н а рис. 4.18 показан пример клиновой задвижки (шибера), перекрывающей соосные трубопроводы. При жестком креплении задвижки к приводному штоку 1 (конструкция 3) плотное прилегание задвижки одновременно к обоим седлам практически недостижимо; самоустановка задвижки возможна только за счет упругих деформаций и зазоров в системе. Ошибки изготовления наклонных поверхностей задвижки и седел, несоосность, прекос и поворот одного трубопровода относительно другого могут быть компенсированы только путем разделения задвижки на две независимые заслонки.

В конструкции 4 заслонки соединены со штоком и между собой осью с зазорами, позволяющими каждой заслонке самоустанавливаться относительно своего седла. Ещё более совершенной конструкцией 4 будет если вместо оси установить сферический шарнир.

Бомбинирование – прием широко применяемый для деталей, работающих под нагрузкой в условиях линейного или плоского контакта, и заключающийся в выполнении поверхности контакта слегка выпуклыми, что обеспечивает центральное приложение нагрузок и устраняет повышенные кромочные давления, возникающие из-за неточности изготовления и монтажа.

Принцип бомбинирования рассмотрим на примере ролика подшипника качения (рис. 4.19). У ролика с острыми кромками возникают повышенные кромочные давления, особенно при перекосе и внецентренном приложении нагрузки (а). Снятие фасок на торцах не исправляет положения; разница состоит в том, что краевая нагрузка приходится на тупой, а не на острый угол кромки. Введение галтелей (б) снижает кромочные давления, но и здесь при внецентренном приложении нагрузки возникает пик давления, хотя и меньший, чем в предыдущих случаях. У частично бомбинированного ролика с цилиндрическим профилем на участке n и плавно скругленными торцами (в) эпюр давлений имеет ещё более пологий характер. Полностью бомбинированная конструкция бочкооразного ролика (г) обеспечивает наиболее благоприятное распредел ение нагрузки при перекосах (д).

С опряжение по нескольким поверхностям. Следует избегать сопряжение деталей по нескольким поверхностям (рис. 4.20, а и в). Детали следует сопрягать только по одной поверхности, предусматривая на остальных поверхностях зазоры (рис. 4.20, б и г), достаточные для того, чтобы исключить их соприкосновение при всех возможных неточностях изготовления, упругих деформациях, тепловых расширениях системы или при сжатии уплотняющих прокладок.

Грубые ошибки, подобные приведенным на рис. 4.20, а и в, допускают только начинающие конструкторы. Чаще встречаются ошибки, заключающиеся во введении излишней подгонки, излишнего центрирования и т.п. Например, подгонка призматической закладной шпонки к шпоночной канавке по всему контуру (рис. 4.20, д) намного осложняет производство и сборку. Правильно подгонять шпонку только по рабочим граням, оставляя зазоры по торцам шпонки и между верхней плоскостью шпонки и днищем канавки (рис. 4.20, е).

О севая фиксация деталей – принцип, предусматривающий фиксирование деталей в осевом направлении только в одной точке, предусматривая возможность самоустановки детали по остальной её длине. Если, например, ось зафиксирована врезными винтами в двух опорах (рис. 4.21, а), то при тепловом изменении размеров в узле возникают напряжения, которые могут привести к разрушению конструкции. В правильной конструкции б закреплен только один конец оси; противоположный конец может перемещаться в опоре.

На свободных участках деталей следует предусматривать запасы на самоустановку и производственные отклонения размеров. Запасы устанавливают расчетом размерных цепей и тепловых деформаций системы.

Д етали, совершающие прямолинейное поступательно-возвратное движение по двум направляющим, следует также фиксировать на одной направляющей; вторая направляющая должна только поддерживать деталь или иметь зазор между одним из гнезд штоков в ведомой детали и направляющей (рис. 4.22, б). Одновременное двойное направление (рис. 4.22, а) предъявляет повышенные требования к точности изготовления направляющих и пазов. При переменах температурного режима направление может нарушиться, вследствие чего деталь заклинивается в направляющих.

Буртики (рис. 4.23) применяют для упора деталей в неподвижных соединениях и для ограничения осевого перемещения деталей в подвижных соединениях. Рациональны буртики с формой равного сопротивления изгибу, обладающие наименьшей массой и простые в изготовлении. Нерабочую поверхность буртика целесообразно выполнить под углом 45 так, чтобы ее можно было обработать проходным резцом с обычным значением главного угла в плане 45.

В ысоту буртиков следует сокращать до минимума, допускаемого конструктивными условиями. Чем выше буртик, тем больше отход металла в стружку и трудоемкость изготовления.

В неподвижных соединениях буртик часто заменяют кольцевыми стопорами прямоугольного сечения, что способствует экономии металла, упрощению изготовления и сборки-разборки.

Ф аски и галтели. Все внешние углы деталей должны быть снабжены фасками 1, внутренние углы – галтелями 2 (рис. 4.24, а).

Фаски чаще всего выполняют под углом 45. Катет с фаски для цилиндрических деталей общего назначения можно определить из соотношения с = 0,1 , где D – диаметр цилиндра. Значения с, полученные из этого выражения, округляют до стандартных: с = 0,2; 0,5; 0,8; 1; 1,2;1,5; 1,8; 2,5; 3; 3,5; 4; 5.

На свободных, не сопрягающихся поверхностях, фаски делают размером 0,1 – 0,2 мм. В отличие от конструктивных фасок их на изображении не показывают в технических требованиях чертежа надписью типа: острые кромки притупить R = 0,2 мм. Необходимость притупления острых кромок чаще указывают в общих технических требованиях на изготовление изделия, где оговаривают также размеры и допускаемые колебания размеров таких фасок.

Галтели перекрывают галтелями большего радиуса, чем галтель охватываемой детали (рис. 4.24, б), выточками в) и фасками а), способом наиболее технологичным.

Лекция № 11

Виды конструкторских документов

Эскизный проект разрабатывается, если это предусматривается техническим заданием. В эскизном проекте производится конструкторская проработка оптимального варианта до уровня принципиальных конструкторских решений, дающих общее представление об устройстве и принципах работы изделия.

Эскизный проект – совокупность конструкторских документов, которые должны содержать принципиальные конструктивные решения, дающие общее представление об устройстве и принципе работы изделия. В эскизном проекте подтверждаются или уточняются требования к изделию установленные техническим заданием и техническим предложением. На основе проводимых конструкторских проработок разрабатываются новые .уточненные технические требования и уточняются новые технические параметры. Рассчитываются технико-экономические показатели, которые заложены при разработке эскизного проекта и которых необходимо достичь в дальнейшей разработке.

В эскизном проекте закладываются основы применения типовых стандартизованных и унифицированных составных частей разработки. Особое внимание уделяется применению ранее разработанных испытанных на практике узлов и механизмов. Устанавливаются технические требования на составные части изделия и материалы ,разработку и изготовление которых целесообразно поручить другим организациям и предприятиям.

Если при разработке эскизного проекта возникают сомнения в принципах работы отдельных узлов и механизмов, принимаются решения об изготовлении и испытании макетов и в общих чертах намечается технология их изготовления.

В пояснительной записке к эскизному проекту приводятся результаты конструкторской проработки, в том числе описание принципа работы изделия, технико-экономические показатели, а также предложения по дальнейшим конструкторским и экспериментальным работам. В пояснительной записке устанавливаются требования к работам, которые должны быть проведены при техническом проектировании.

Технический проект содержит технические решения и данные, достаточные для полного представления об устройстве и принципе работы изделия. В техническом проекте должны быть решены все вопросы, обеспечивающие хороший технический уровень нового изделия как в процессе изготовления, сборки, испытания, так и в процессе эксплуатации. В техническом проекте должны быть разработаны вопросы смазки, охлаждения, заправки смазочными материалами, охлаждающей жидкостью, топливом. В комплексных разработках недостаточно уделяется внимание таким второстепенным устройствам как: площадки для обслуживания, ограждения, лестницы, вентиляция и др. Эти недоработки отрицательно влияют на показатели разработки. Разработка этих объектов в последнюю очередь без ограничительной встройки их в конструкцию приводит к нарушению конструкционной целостности всей разработки.

В техническом проекте должны уточняться многие элементы конструкции (например, длина привода, кабелей, тросов), проверяться крайние положения механизмов и узлов, рассчитываться размерные цепи и др. Все расчеты технического проекта выполняются в окончательном варианте, не требующем проверки и уточнения на стадии разработки рабочей документации.

Технический проект – совокупность конструкторских документов, содержащих данные для разработки рабочей конструкторской документации. Обязательными документами для технического проекта, установленные ГОСТом является чертеж общего вида (ОВ), ведомость технического проекта (ТП) и пояснительная записка (ПЗ). В пояснительной записке к техническому проекту приводятся: подробное описание конструкции и принципа работы, описание работы всех систем, входящих в состав документации; обоснование применяемых материалов, термообработки и покрытий; требования к прочности изготовления и сборки изделия; окончательные технико-экономические расчеты.

Рабочая конструкторская документация разрабатывается для изготовления опытного образца установочной серии и серийного или массового производства. На этой стадии решаются не принципиальные конструкторские разработки (они разработаны на проектных этапах), а вопросы конструкторских и технологических разработок оригинальных деталей.

При разработке рабочей конструкторской документации устраняются все замечания, выявленные при обсуждении и принятии технической документации предыдущих стадий проектирования.

На стадии разработки рабочей конструкторской документации завершается отработка конструкции на технологичность, обеспечиваются показатели качества, технико-экономические показатели и др. Разработка рабочей конструкторской документации непосредственно связана с технической подготовкой производства. При разработке ее решаются следующие вопросы: определение точности обработки; определение шероховатости поверхностей; выбор баз, простановка размеров; проведение проверочных расчетов на прочность, долговечность и т.п.; внесение коррективов в документации на основании расчетов, производство нормализационного и технологического контроля рабочих конструкторских документов, расчет окончательного экономического эффекта; изготовление и испытание опытного образца, установочных серий, головной серии; корректировка конструкторских документов по результатам изготовления и испытания.