29.2. Раціональність конструкції машин

29.2.1. Раціональність силової схеми. Досконалість конструкції, її маса, габарити, роботоздатність залежать від раціональності силової схеми цієї машини. Раціональною називається така схема, в якій діючі сили взаємно урівноважуються на можливо короткій ділянці за допомогою елементів, в яких виникають переважно напруження розтягу, стиску або крутіння (а не згинанню).

Приклад. Корпус шнекового конвеєра, який приводиться в дію електродвигуном через черв'ячний редуктор і ланцюгову передачу, навантажений силою привода, яка деформує корпус і опори (рис. 29.7). Це може привести до зменшення зазору між шнеком і внутрішньою стінкою корпуса, або навіть до контакту між ними. Результатом буде підвищення тертя і приводного моменту, що буде супроводжуватися новим зростанням згинальної сили привода і н овим зростанням тертя, що може привести до заклинювання шнека в корпусі.

У

Рис. 29.7. Приведення в дію шнекового конвеєра: а - електродвигуном через черв'ячний редуктор і ланцюгову передачу

раціональній конструкції шнек приводиться в дію фланцевим електродвигуном через співвісний редуктор, який установлено на торці корпусу. Обертовий момент привода і реактивний обертовий момент взаємно знищуються у вузлі кріплення редуктора. Корпус конвеєра та опори не зазнають дії сил привода. Опори навантажені лише масою конвеєра.

29.2.2. Компактність конструкції. Компактність конструкції машин є однією із ознак її раціональності.

Компактність конструкції досягається такими способами.

а). Раціональне використання об'єму вузла, що забезпечує зменшення його розмірів, маси, металомісткості.

Наприклад, в зубчастій муфті із заданою довжиною проміжної втулки L можна скоротити габарити шляхом часткового або повного розміщення маточин приводних дисків в порожнинах обода (рис. 29.8, а-б).

2). Зменшення осьових розмірів вузлів, яке досягається рознесенням конструкції в радіальному напрямку. а також збільшенням діаметрів шліцьових, циліндричних, конусних з'єднань, несуча здатність яких залежить від квадрата діаметра (рис. 29.9).

Н

Рис. 29.8. Конструкція зубчастої муфт: а – звичайна конструкція; б – скорочена довжина

априклад, у вузлі торцевого ущільнення, втулка з фланцем т якого притискується пружиною до ущільнюючого диска п, розміщення пружини зовні втулки робить (рис. 29.10) вузол біль компактним порівняно із конструкцією, в якій пружина розміщується на одному діаметрі із втулкою з фланцем т.

3). Розміри і масу конструкції можна зменшити суміщенням декількох функцій в одній деталі.

П

Рис. 29.10. Вузол торцевого ущільнення: а - пружина розміщується на одному діаметрі із втулкою з фланцем т; б - розміщення пружини зовні втулки

Рис. 29.9. Збільшення діаметрів з'єднань, несуча здатність яких залежить від квадрата діаметра

риклади. При парному установленні радіально-упорних підшипників, які можуть сприймати осьове навантаження в одному напрямку, в кожний момент часу працює лише один підшипник (рис. 29.11, а). Якщо використати однорядний підшипник двосторонньої дії, то розміри конструкції зменшаться вдвічі (рис. 29.11, б). Конструкцію можна зробити агрегатною, розмістивши кільця підшипників в одній обоймі (рис. 29.11, в).

В блоці зубчастих коліс насадні зубчасті колеса, звичайно, встановлюють на шліцах вала-шестерні. В раціональній конструкції зубчасті колеса встановлено на продовжені зуб'їв вала-шестерні, що підвищує міцність вала, спрощує технологію обробки (рис. 29.12).

Рис. 29.11. Способи установлення радіально-упорних підшипників: а - парне установлення; б - однорядний підшипник двосторонньої дії; в - агрегатна конструкція

Рис. 29.12. Раціональна конструкція блока зубчастих коліс

29.3. Рівноміцність конструкції і рівнонавантаженість опор

29.3.1. Рівноміцність конструкції. Рівноміцність конструкції полягає в тому, що усі її деталі або вузли машини мають рівні значення напруги при використанні для їх виготовлення однакових матеріалів або мають рівні запаси міцності при виготовленні деталей із різних за міцністю матеріалів.

П

Рис. 29.13. Блок зубчастих коліс: а - нераціональна конструкція; б - раціональна конструкція

риклад. У блоці двох зубчастих коліс їх зуб'я нерівноміцні за згинальною і контактною напругою (рис. 29.13, а). При однаковому обертовому моменті, який передається блоком коліс, обертова сила на зубчастому вінці шестерні при всіх умовах є більшою, ніж обертова сила на вінці колеса більшого діаметра у співвідношенні розмірів їх діаметрів. Для забезпечення рівноміцності зуб'їв блока коліс звичайно збільшують модуль зуб'їв шестерні або, що більш технологічно, надають зуб'ям шестерні ширину, обернено пропорційну діаметрам зубчастих коліс блока (рис. 29.13, б).

На рис. 29.14 показано рівноміцний штампований і литий стояки.

2

Рис. 29.14. Рівноміцний штампований (а) і литий стояки (б)

9.3.2. Рівнонавантаженість опор. При проектуванні вузлів з підшипниками кочення раціонально забезпечувати рівну довговічність вcиx підшипників.

П

Рис. 29.15. Розподіл навантаження на підшипники зубчастої передачі: а – нераціональна конструкція; б – раціональна конструкція

риклад. Нехай у зубчастій передачі навантаження на шестерню від сил привода Р1 більше, ніж навантаження на колесо більшого діаметра Р2 в співвідношенні 2 (рис. 29.15). При цьому навантаження лівого підшипника вдвічі більше сили, яка діє на правому підшипнику. Для забезпечення рівнонавантаженості опор потрібно змінити їх розміщення відносно діючих сил.

Однакову довговічність можна досягти також, якщо на правій опорі встановити підшипник з динамічною вантажопідйомністю вдвічі меншою, ніж у лівого підшипника.