Проектирование строительных и дорожных машин

нения можно достичь введением ребер (конструкция 8, 9) и приближением стенок к оси болтов путем гофрирования стенок (конструкция 10) или расположения болтов в нишах (конструкция 11).

Рис. 7.6. Устранение изгиба

7.6. Устранение деформаций при затяжке

Следует устранять возможность деформации частей конструкции при затяжке (рис. 7.7, 1). Шпильки и болты, проходящие через полые детали, нужно заключать в жесткие колонки (конструкция 2). В отдельных случаях можно ограничиться подкреплением стягиваемых стенок ребрами т (конструкция 3), расположенными в непосредственной близости к крепежной детали.

Крепление крышки подшипника (конструкция 4) ошибочно. Затяжка болтов вызывает деформацию крышки, сопровождающуюся нарушением правильной цилиндрической формы подшипника. Кроме того, в болтах возникают напряжения изгиба. В конструкции 5 крышка освобождена от действия сил затяжки.

130

На рис. 7.7 показаны неправильная 6 и правильная 7 конструкции фланцев. Узел 8 крепления крышки шатуна является неправильным, а 9 – правильным.

Крепление тяги в вилке (конструкция 10) требует точной обработки или притирки поверхностей обеих деталей. В противном случае неизбежен или распор вилки тягой, или прогиб щек при затяжке болтов.

Вулучшенной конструкции 11 нижний болт заменен призонным пальцем, испытывающим сдвиг и смятие. Щеки изгибаются (при наличии зазора в соединении) только в результате затяжки верхнего болта, которая вызывает меньшие напряжения, чем в конструкции 10.

Вконструкции 12 детали соединены призонными пальцами, зафиксированными в осевом направлении стопорными кольцами, и не испытывают изгиба. Однако соединение лишено преимущества затяжки.

По суммарным показателям прочности и жесткости лучшей является конструкция 11.

При креплении оси в вилке (конструкция 13) в щеках вилки возникает изгиб. Подкрепление щек распорной втулкой (конструкция 14) заставляет точно выдерживать длину втулок и ширину пролета между щеками, что усложняет изготовление. Крепление оси в одной из щек штифтом (конструкция 15) освобождает узел от внутренних напряжений, но лишает его жесткости. Наиболее правильно затягивать палец только в одной щеке (конструкция 16). Жесткость увеличивается по сравнению с конструкцией 15, хотя и уступает жесткости конструкции 14.

При установке ролика в вилке (конструкция 17) затяжка оси вызывает смыкание проушин вилки до упора в торцы ролика, в результате чего ролик теряет подвижность. Введение дистанционной втулки (конструкция 18) исправляет положение, но усложняет изготовление. Наиболее целесообразно крепить ось штифтом в одной из проушин (конструкция 19). Свободу вращения ролика обеспечивают, предусматривая осевой зазор между роликом и проушинами.

Фиксация втулки 20 подшипника является ошибочной. Стопорный винт завертывается до упора во втулку, вследствие чего последняя деформируется (штриховая линия). В правильной конструкции 21 винт упирается головкой в корпус подшипника: между резьбой и наружной поверхностью втулки оставлен зазор п.

Затяжка упорной шайбы 22, нагруженной по торцу подшипника скольжения, является неправильной. Высота заплечика вала недо-

132

статочна; при затяжке возникает сила Р, деформирующая шайбу. Для сохранения плоской формы шайбы следует увеличить высоту заплечика и уменьшить диаметр гайки (конструкция 23) или придать шайбе жесткий воротник (конструкция 24).

Вузле установки зубчатого колеса на центрирующих конусах (конструкция 25) ошибка заключается в том, что конусы расположены под зубьями; при затяжке зубья деформируются (штриховые линии). В правильной конструкции 26 конусы вынесены за пределы зубчатого венца.

Конструкция 27 уплотнения с разрезными пружинными кольцами ошибочна. При затяжке гребешки корпуса деформируются, и кольца теряют подвижность. Конструкции 28–30 исключают защемление колец.

Вотдельных случаях создают незначительную деформацию с целью увеличения жесткости и устойчивости крепления. Например, при креплении колонны в станине (конструкция 31) между фланцем колонны и опорной поверхностью оставляют зазор s, выбираемый при затяжке (конструкция 32). Зазор устанавливают расчетом или экспериментально так, чтобы напряжения во фланце не превышали допустимых значений.

Вузле 33 крепления направляющего лопаточного аппарата к крыльчатке центробежного насоса торцы лопаток обработаны на конус и при затяжке плотно смыкаются с лопатками крыльчатки 34, что предотвращает вибрации лопаток при работе.

7.7. Компактность конструкции

Одним из признаков рациональной конструкции является компактность. Целесообразное использование объема уменьшает размеры, массу и металлоемкость.

Уменьшения осевых размеров можно иногда достичь разноской конструкции в радиальном направлении. В узле торцового уплотнения (рис. 7.8, 1), втулка т которого прижимается пружиной к уплотняющему диску п, расположение пружины снаружи втулки (конструкция 2) делает узел более компактным без нарушения параметров, определяющих его работоспособность.

133

В шлицевых, конусных и других соединениях, несущая способность которых пропорциональна квадрату диаметра, при одинаковой нагружаемости длина соединения подчиняется соотношению

l1 l2 D2 D1 2 . Значительного сокращения осевых размеров мож-

но достичь сравнительно малым увеличением диаметра (конструкции 3, 4 и 5, 6).

Для размещения конструктивных элементов следует использовать свободные полости. В компенсирующей шлицевой муфте 7 с заданной длиной L промежуточной втулки можно сократить габариты путем частичного (конструкция 8) или полного (конструкция 9) ввода ступиц приводных дисков в полость втулки. При размерах, показанных на рисунке, длина соединений сокращается в отноше-

нии L1 : L2 : L3 1: 0,8: 0,6 .

Вузле установки зубчатого колеса 10 сокращение длины достигнуто расположением ступицы подшипника под венцом колеса (конструкция 11). Конструкцию шарикового подпятника 12 можно сделать компактной, спрятав узел подпятника в полости вала (конструкция 13).

Размеры шарнирного соединения трубопроводов 14 сокращены путем замены одной из наружных сферических поверхностей внутренней сферической поверхностью (конструкция 15).

Вузле 16 концевой установки вала, нагруженного радиальной и осевой силой переменного направления, осевую нагрузку воспринимают два однорядных упорных подшипника. Конструкция громоздкая. Фиксация вала в продольном направлении неточная: упорные подшипники, расположенные на значительном расстоянии один от другого, должны быть установлены с осевым зазором, компенсирующим тепловые деформации системы; в установке неизбежен осевой зазор.

Вконструкции 17 осевую нагрузку воспринимает двухрядный упорный подшипник, расположенный между радиальными опорами. При том же расстоянии L между опорами размеры узла сокращены примерно в 1,5 раза. Осевой зазор становится минимальным. При сохранении тех же размеров, что и в конструкции 16, можно увеличить разноску радиальных опор в 1,5 раза с выгодой для устойчивости вала.

135

Висходной конструкции 18 гайка законтрена подпружиненным стопором q с двумя шестигранниками, из которых больший скользит в шестигранном отверстии вала, а меньший входит в шестигранное отверстие гайки. Осевые размеры узла неоправданно велики. Для отвертывания гайки необходимо предварительно утопить стопор до вывода малого шестигранника из зацепления с гайкой; неопытный сборщик может попытаться отвертывать гайку без предварительного освобождения стопора. При отвертывании стопор, ничем не зафиксированный в осевом направлении, выпадает из отверстия вала.

Вконструкции 19 осевые размеры уменьшены путем размещения пружины в шестиграннике стопора. Длина внутреннего шестигранника гайки сокращена, что исключает возможность отворачивания гайки без предварительного освобождения стопора.

Внаиболее рациональной конструкции 20 стопор выполнен из шестигранного прутка. Шестигранные отверстия в валу и гайке обрабатываются одной протяжкой (в предыдущих конструкциях требовались две протяжки). Благодаря установке пружины снаружи стопора осевые размеры узла сокращены в 1,5 раза по сравнению

сисходной конструкцией. Стопор зафиксирован в осевом направлении пружинным кольцом и не выпадает из отверстия после отвертывания гайки. Отвернуть гайку можно лишь после освобождения стопора.

На рис. 7.9, а показан узел конической передачи с обычной консольной установкой зубчатого колеса. В конструкции б применена двухопорная установка. Один конец вала ведущего колеса установлен в стенке корпуса, другой – в отъемной крышке 1 с окном на участке зацепления зубьев. Габариты передачи существенно сокращены, устойчивость колес улучшена.

При переносе зубчатого колеса на другую сторону ведомого вала (конструкция в) осевые размеры передачи сокращаются почти в 2 раза по сравнению с исходной конструкцией.

Редуктор с конической передачей обычной схемы (г) отличается большими размерами. Объем корпуса рационально использован в конструкции д, где подшипники большого конического колеса и один из подшипников малого колеса установлены в приливе внутри.

136

Вшариковых радиальных подшипниках 6 изгиб вала вызывает перекос подшипника и одностороннюю нагрузку шариков, иногда намного превышающую номинальную нагрузку. Это устранимо заключением подшипника в сферическую обойму 7 или применением двухрядных сферических подшипников 8.

Сферические двухрядные подшипники обладают пониженной нагружаемостью по сравнению с однорядными радиальными вследствие неблагоприятной для контактной прочности формы наружных беговых дорожек и не приспособлены для восприятия значительных осевых сил. Поэтому в узлах, воспринимающих повышенную осевую нагрузку, предпочтительнее применять однорядные подшипники 9 на сферических опорах или двухрядные самоустанавливающие подшипники 10 с бочкообразными роликами. Несущую способность упорных подшипников 11 повышают установкой их на сферических шайбах. Высокой нагружаемостью отличаются самоустанавливающиеся сфероконические подшипники 12 с бочкообразными роликами.

Другой пример – двухступенчатый поршень воздушного компрессора 13. Поршень т перемещается в цилиндре низкого давления, скалка п скользит в цилиндре высокого давления (воздушные коммуникации на рисунке не показаны). Недостаток конструкции состоит в том, что поршень и скалка выполнены как одно целое. Требуется соблюдение точной соосности рабочих поверхностей: вопервых, поршня и скалки, во-вторых, отверстий цилиндров высокого и низкого давлений. Так как зазор между скалкой и стенками цилиндра высокого давления гораздо меньше, чем зазор между поршнем и стенками цилиндра низкого давления, поперечные силы привода воспринимаются преимущественно скалкой, которая в этой конструкции подвергается усиленному износу.

Вцелесообразной конструкции 14 скалка может несколько перекашиваться и смещаться относительно оси поршня. Нагрузку привода воспринимает поршень; скалка разгружена от поперечных сил. Требование строгой соосности отверстий цилиндров низкого и высокого давлений отпадает.

Конструкция 15 тарельчатого клапана, в которой тарелка жестко закреплена на хвостовике шпинделя, не обеспечивает беззазорной посадки клапана на седло вследствие неизбежного отклонения от перпендикулярности посадочной плоскости относительно оси шпин-

139