Детали машин / Konspekty_lekcii / Конспекты лекций / Лекция 25. Основные принципы и правила конструирования

3. Другие методы и принципы конструирования

Помимо рассмотренных выше методов конструирования деталей и узлов механизмов используются и другие подходы, облегчающие создание и эксплуатацию изделий. Рассмотрим некоторые из них.

Блочный принцип. Использование блочного конструирования позволяет существенно повысить технологичность при сборке и особенно при ремонте изделия. На рис.25.20, а приведен золотник, после износа последнего при ремонте необходима пригонка цилиндрической поверхности золотника и сопряженного цилиндрического отверстия, выполненного в корпусе. На рис. 25.20, б изображена более совершенная конструкция, где золотник заключен в стакан, наружная поверхность которого не изнашивается, и при ремонте не дорабатывается корпус, а заменяется весь блок, что существенно упрощает ремонт.

Рис. 25.20

Компактность конструкции. Меньшие габариты получаются при переходе к более совершенным передачам, например при замене многоступенчатой цилиндрической зубчатой передачи на волновую. Использование более совершенных схем расположения колес (рис. 25.21)

также уменьшает размеры.

Соосная схема редуктора (рис. 25.21, б) лучше, так как она имеет меньший объем и массу, чем развернутая (рис. 21, а).

При конструировании для получения более совершенных изделий можно использовать э в р и с т и ч е с к и е приемы. Приведем некоторые из

а показаны два коромысла, каждое из которых имеет свою опору, а на рис. 25.22, б - г приведены варианты, в которых две опоры объединены в одну. При этом конструкция становится проще, а масса меньше;

Рис. 25.22

-метод «матрешки», когда один элемент конструкции помещается внутри другого например мотор устанавливается внутри колеса и узел становится более компактным;

-метод наоборот, при котором, например, в передаче винт-гайка вращение винта заменяется на вращение гайки.

4.Особенности конструкции деталей при различных способах изготовления

Общие сведения. Конструируя детали, необходимо учитывать не только факторы, обеспечивающие их работоспособность (прочность, жесткость, износостойкость и т. д.) при минимальных материалоемкости и габаритах, но и технологические возможности производства, позволяющие применять наиболее технологичные и высокопроизводительные способы изготовления. Деталь (изделие) будет технологичной в том случае, если конструктивное решение обеспечивает наименьшие затраты труда, времени и средств на изготовление, т. е. быстрое и экономичное освоение его производства с использованием современных технологических процессов.

Кратко сформулируем общие технологические требования к конструкции деталей и узлов:

-для повышения качества изготавливаемых деталей необходимо предусмотреть возможность использования прогрессивных способов изготовления - прецизионных, лазерных, электронно- и ионно-плазменных и других высокопроизводительных технологий;

-максимально приблизить заготовку к окончательной форме, а механическую обработку свести к минимуму;

-обеспечить использование высокопроизводительных способов механической обработки (обработку напроход, удобные базы, унификацию элементов, одновременное изготовление нескольких деталей);

-расчленить сложные детали на несколько с простыми формами поверхностей, использовать составные конструкции, обеспечить доступ к составным частям, их установку и съем;

-при изготовлении литьем, штамповкой, прессованием, вытяжкой избегать резких переходов и делать плавные очертания;

-применять стандартизацию и унификацию элементов конструкций;

-учитывать объем выпуска и возможности производства.

12

Рассмотрим подробнее требования к конструкции для наиболее распространенных способов изготовления.

4.1. Механически обрабатываемые детали

При проектировании главной задачей является обеспечение технологичности конструкции.

Сокращение объема механической обработки. Поверхности детали,

подвергаемые механической обработке, должны минимально необходимыми, а форма заготовки - максимально приближена к окончательной форме детали. Расход материала при изготовлении детали оценивается коэффициентом использования материала (КИМ)

КИМ=mдет/mзагот,

где mдет, mзагот массы детали и заготовки. Нужно стремиться к разработке деталей с высоким значением КИМ. При безотходном производстве КИМ = 1. На

рис. 25.23, а представлен неудачный вариант детали она должна изготавливаться из круглого прутка, при этом отходы в стружку большие. Представленную на рис. 25. 23, б гайку следует изготавливать из шестигранного прутка, что уменьшит отходы.

Использование составных конструкций. Конструкцию деталей сложной' формы целесообразно делать составной, если это не противоречит выполнению других требований. На рис. 25.24, а показан неудачный вариант конструкции, а на рис. 25.24, б верный. Отделение штуцера от емкости значительно упрощает изготовление. Возможно присоединение штуцера сваркой, пайкой или с помощью цилиндрической резьбы. В последнем случае для исключения течи нужно между кольцевым выступом штуцера и емкостью установить уплотнительную прокладку. Переход от монолитной конструкции (рис. 25.25, б) к составной, состоящей из вала и колеса (рис. 25.25, а) существенно сокращает расход металла. Вместо запрессовки возможны и другие способы соединения вала со ступицей колеса. Аналогичную составную конструкцию целесообразно использовать и при разработке поршня со штоком.

13

Рис. 25

Обработка напроход. Свободный подход и выход для инструмента повышает качество и производительность. На рис. 25.26, а инструмент крепится на консольно закрепленной оправке (отсутствует свободный выход), а в случае рис. 25.26, б возможно крепление оправки на двух опорах (имеется свободный подход и выход), что повышает точность, необходимую при обработке отверстий под подшипники. На рис. 25.27, а показана нетехнологичная конструкция, поскольку нельзя изготовить отверстие под подшипники напроход. В другом варианте (рис. 25.27, б) кольцевой выступ в отверстии заменен съемным пружинным упорным кольцом, что обеспечивает обработку напроход и приводит к увеличению точности.

Обеспечение подхода и выхода инструмента. Размеры и форма элементов детали, назначаемые конструктором, должны учитывать способы механической обработки и необходимых измерений и, соответственно, размеры, и форму режущего и вид измерительного инструментов. Например, при нарезании шлицов выбор радиуса выхода шлицов зависит от диаметра фрезы. С одной стороны, радиус выхода определяется необходимостью повышения производительности обработки (при увеличении диаметра повышается производительность), а с другой излишнее увеличение радиуса Rфр увеличивает длину нерабочего участка шлицов L, что по конструктивным соображениям не всегда допустимо (рис. 25.28). У шлифованных поверхностей шипов на валах для уменьшения износа шлифовального круга нужно делать канавку (рис. 25.29, а)

14

В исключительных случаях допускается делать галтель с регламентированным радиусом Ry который должен быть меньше, чем радиус у устанавливаемого на шип подшипника (рис. 25.29, б). Для обеспечения установки подшипника на торце шипа делается фаска.

Нарезка резьбы. При нарезке наружной резьбы плашкой (из-за режущей части инструмента с неполной высотой профиля) невозможно довести резьбу до торца выступа (рис. 25.30, а), необходимо оставлять участок длиной L ≥ 4Р, где Р шаг резьбы (рис. 25.30, б).

При нарезке резьбы резцом необходимо предусмотреть канавку шириной b ≥ 2Р для его выхода (рис. 25.30, в). Нарезка внутренней резьбы метчиком до торца отверстия невозможна (из-за режущей части инструмента с неполным профилем) (рис. 25.31, а), нужно оставлять участок длиной L ≥4Р (рис. 25.31, б). При нарезке резцом предусматривается канавка шириной b ≥ 3Р для его выхода (рис. 25.31, в). У паза под шпонку нужно предусмотреть отверстие т, или канавку, или увеличение диаметра отверстия для выхода инструмента (рис.25.32, а-в).

15

Отказ от совместной обработки в сборе. Однако не во всех случаях это можно осуществить, например, единственно возможный вариант изготовления соединения вал ступица обработка отверстия под штифт в сборе (рис. 25.37). В этом случае делается исключение и детали обрабатываются совместно. При этом легче изготавливать и собирать узел, изображенный на рис. 25.37, б, а не приведенный на рис. 25.37, а. Также более простым вариантом изготовления является совместная обработка отверстий под штифты в основании и крышке корпуса редуктора.

Рис. 25.37

4.2.Особенности конструкций литых деталей

Литые корпуса мощных редукторов в общем машиностроении обычно изготавливаются из чугуна, а у ЛА из легких сплавов. Толщина стенки таких конструкций находится с учетом обеспечения прочности и жесткости. Если механизм малой мощности (до 100 Вт), то их литые корпуса целесообразно изготовлять из легких (алюминиевых и магниевых) сплавов. При замене алюминиевого сплава на сталь масса аналогичных по размерам и форме деталей увеличивается почти в 3 раза. При малых нагрузках на корпус толщина стенок берется минимально возможной в соответствии с технологией изготовления. Минимальная толщина стенки в миллиметрах конструкций из легких сплавов в зависимости от способа

Литье под давлением ........……………0,5..1 При использовании других металлов толщина стенки больше, например, у

чугуна не менее 6 мм.

В единичном или мелкосерийном производстве обычно применяется литье в песчаные формы.

Для изготовления деталей можно использовать литейные сплавы: алюминиевые АЛ2, АЛЗ, АЛ9; магниевые МЛ2, МЛ5, МЛ6; титановые ВТ5Л, ВТ6Л; углеродистые стали 20Л, 45Л; конструкционные легированные стали 40ХЛ, 40ХНТЛ, 35ХГСЛ; высоколегированные стали 2Х13Л, Х9С2Л, Х18Н24С2Л; чугуны СЧ10, 0420, СЧ40идр.

17

Сведение к минимуму механической обработки. Форма заготовки должна быть максимально приближена к форме детали. Необходимо обратить внимание на приемы, связанные с повышением технологичности, что существенно влияет на себестоимость изделия. Эти приемы заключаются в упрощении формы и конструкции детали, замене механической обработки процессом без снятия стружки, исключении пригоночных работ, унификации конструкции, форм, размеров деталей, использовании стандартных элементов. У литых деталей целесообразно отделять черновые поверхности от чистовых. В местах, где поверхность обрабатывается, надо предусмотреть припуск К, который должен быть у бобышки, выступающей над поверхностью детали (рис. 25.38). Крышку редуктора у плоскости разъема также лучше делать с припуском, как показано на рис. 25.39. Следует избегать разъема форм по наклонным и ступенчатым поверхностям (рис. 25.40, а), улучшенный вариант показан на рис. 25.40, б, где плоскость разъема основания и крышки корпуса плоские, а не ступенчатые.

Устранение подрезок. Для беспрепятственного извлечения модели из формы нужно, чтобы на поверхности модели не было подрезок - выступов или углублений, расположенных перпендикулярно или наклонно к направлению выемки, которые при извлечении модели срезают отформованные участки. Модель детали (рис. 25.41, а) нельзя вынуть без подрезки из формы в указанном стрелкой направлении при литье в землю (подрезаемые участки зачернены). После изменения конструкции (рис. 25.41, б) подрезка устраняется. Подрезаемые участки можно определить, используя правило теней. При освещении детали лучами, перпендикулярными к плоскости разъема, затененные участки свидетельствуют о наличии подрезок. Крупные и сложные литые детали целесообразно разделять на части и делать составную конструкцию, что дает дополнительные возможности по устранению подрезок.

18

Рис. 25.40

Правила конструирования литых деталей:

-толщину стенки s рекомендуется по возможности делать постоянной. Толщина внутренних стенок (0,8...0,9)s (для одновременного застывания);

-переход от стенки к стенке следует выполнять плавно по радиусу R. Плоскости стенок корпусных деталей, соединяющихся под прямым или тупым углом, нельзя делать, как показано на рис. 25.42, а (низкое качество

(рис.25.42, б), более технологичные радиусами R ≥ (3...5).s (рис.25.42, в), что улучшает качество отливки;

-следует избегать соединения под острым углом. Для сопряжения стенок, расположенных под острым углом, вводят дополнительный участок высотой 2s (рис. 25.43);

-стенки различной толщины нужно соединять клиновыми переходами (рис. 44, б), а не делать резких переходов (рис. 25.44, а);

-бобышки соединять со стенками радиусами R > 2s или уклонами 1 : 1 или

1 : 2 (рис. 25.45, а, б);

19

- внешние обводы разъема корпуса рекомендуется снабжать по всему контуру отбортовкой (рис. 25.46, а) для увеличения жесткости, равномерности застывания, равномерности распределения нагрузки при соединении и лучшей герметизации стыка. Снаружи делают приливы с радиусом Ro ≥ 2d и высотой Н ≥ (2,5...3)d (d диаметр шпильки, болта, винта или штифта) для резьбовых и штифтовых соединений крышки с основанием корпуса (рис. 25.46, б). Если приливы для болтов и штифтов расположены близко, то их объединяют;

- поверхности, перпендикулярные к плоскости разъема, для облегчения удаления отливок из формы должны иметь литейные уклоны (0,5...2°). На чертежах стандартные уклоны не проставляются.

Ряд аналогичных правил существует и для деталей, изготавливаемых штамповкой, прессованием, вытяжкой. Например, при штамповке для обеспечения правильного течения металла конфигурацию деталей нужно приближать к простым симметричным формам и делать закругления (R ≥ 2 мм) при переходе от одной поверхности к другой. Детали име ют штамповочные уклоны (0,5.. .5°).

Рис. 25.46

20