Нетрадиционные конструкторские решения

Наилучшей почвой для рождения идей является личный опыт и необходимость принимать собственные решения в рамках реальных ситуаций.

Творческие идеи редко возникают сразу (озарение); обычно они появляются у людей, которые обращают внимание на малозначащие с первого взгляда детали. На рис. 1.34 приведены схемы конструкций, которые несмотря на их простоту можно рационализировать без дополнительных затрат. Так, незначительное изменение конструкции детали (рис. 1.34, а) позволяет вместо двух наименований деталей (вариант I) ограничиться одним (вариант II). Изменение положения зубчатого колеса (рис. 1.34, б) способствует выравниванию распределения напряжений о смятия в шлицевом соединении (возникающих из-за деформаций ступицы колеса) и снижает концентрацию напряжений. Как видно из рис. 1.34, в, небольшое изменение конструкции коробки скоростей позволяет существенно уменьшить ее ширину В.

Нетрадиционные конструкторские решения

При установке зубчатого колеса на вал в случае I (рис. 1.34, г) шпонка не выходит за пределы посадки с натягом по диаметру d и ориентация зубчатого колеса при сборке затруднена, тогда как в случае II (особенно при большом натяге в соединении) осуществить сборку значительно легче. При невнимательном подходе к выбору размера Д узел фиксации зубчатого блока 2 на валу 3 может оказаться неработоспособным (рис. 1.34, д). Так, если точка контакта шарика 1 с поверхностью блока 2 расположена выше центра тяжести шарика (Δ1 < 0, см. вариант I), то сочетание направлений сил, действующих на шарик, может быть неблагоприятным, что приведет к его заклиниванию. В случае Δ2> 0 (вариант II) заклинивание не возникает.

На рис. 1.34, е приведены схемы лабиринтных уплотнений, которые неудовлетворительно (вариант II) и достаточно надежно (вариант I) защищают подшипник 1 шпинделя 2 от попадания мелкой стружки и пыли из зоны резания. Поскольку на большем диаметре возникает большая центробежная сила, давление воздуха в разных зонах лабиринта различно (р2 > р1), что обеспечивает соответствующий уплотнительный (вариант) или всасывающий (вариант II) эффект.

На рис. 1.34, ж показаны различные варианты фиксации в осевом направлении шарикового винта привода подачи суппорта. В варианте II в отличие от варианта I направление тепловых смещений Δш шпинделя и Δи инструмента совпадает, что способствует повышению точности узла вследствие их взаимной компенсации (степень последней зависит от характера и величины смещений Δш  и  Δи).

Внимательный взгляд на, казалось бы, очевидные вещи часто служит основой для рождения оригинальных конструкций. Врагами оригинальности являются неспособность подойти к задаче с различных сторон и склонность принимать желаемое за действительное. Приведем примеры некоторых нетрадиционных конструкторских решений в станках.

Обеспечение компактности конструкции. Рассмотрим компактные конструкции коробок скоростей. Конструкция на рис. 1.35, а обеспечивает девять скоростей, переключение которых происходит путем осевого смещения блоков 1 и 4 (каждый блок имеет три положения). Компактность достигается благодаря соосности валов 2, 3 и 5, 6. Традиционная конструкция имела бы при этом в 2 раза большие размеры. Малогабаритная двухступенчатая планетарная коробка скоростей, встроенная в ползун 3 (рис. 1 35, б), обеспечивает большое передаточное число (и ≥ 5), что позволяет получить широкий диапазон частот вращения при применении бесступенчатых приводов. При больших частотах вращения (для этого зубчатое колесо z3 с внутренними зубьями перемещается вниз) коробка работает как муфта. При этом колесо z3 жестко связано с водилом 2 (и=1), что улучшает динамические характеристики привода. Вращение от вала 1 двигателя передается через зубчатую муфту 4 и колесо z1 сателлиты z2 и колесо z3 на водило 2. Все колеса и водило имеют одинаковую угловую скорость.

Нетрадиционные конструкторские решения

При смещении колеса z3 вверх,  Нетрадиционные конструкторские решения    вращение от двигателя 1 передается через зубчатую муфту4 и колесо zна сателлиты z2, которые, обкатываясь по неподвижному колесу z3, вращают водило 2 и связанный с ним выходной вал. Особенностью конструкции является наличие самоустанавливающегося зубчатого колеса z1 и использование трех сателлитов z2 для передачи момента, благодаря чему уменьшаются нагрузки на каждый зуб передачи.

На рис. 1.35, в приведена компактная схема привода гидростатической червячно-реечной передачи, осуществляемого с помощью зубчатого колеса 3. Витки червяка 1 имеют увеличенную высоту Н, что позволяет нарезать на их вершинах зубья 2, передающие вращение на червяк.

Механизмы зажима. На рис. 1.36 показан механизм закрепления подвижного узла 2 на направляющих. Зажим осуществляется при подводе масла к трубкам 1 эллипсообразного сечения, которые под действием давления масла стремятся приобрести цилиндрическую форму. При этом возникает сила трения, фиксирующая подвижный узел. В случае установки таких зажимов с двух сторон направляющих подвижный узел при закреплении не сбивается с позиции.

Нетрадиционные конструкторские решения

Совмещение различных функций. Реализацию уникальной возможности одновременного вращения и поступательного перемещения в гидростатических опорах можно проследить на примере шпиндельной бабки горизонтальнорасточного станка (рис. 1.37, а), в которой и вращение, и осевое перемещение шпинделя 2 осуществляются в одних и тех же гидростатических опорах 3 и 4. •Для исключения вытекания смазочного материала при осевом перемещении предусмотрено воздушное уплотнение 1. Это позволяет отказаться от традиционной конструкции горизонтально-расточных станков, имеющих два соосных шпинделя: одного полого (вращающегося) и другого, совершающего кроме вращения поступательное перемещение вдоль оси. Между шпинделями имеется гарантированный радиальный зазор, что ухудшает виброустойчивость станка. Возможность вывода резца 5 из обработанного отверстия без повреждения последнего достигается благодаря специально создаваемому перекосу шпинделя на угол а (рис. 1.37, б). Для этого в шпиндельной гидростатической опоре кроме несущих карманов 1 и 2 предусмотрены дополнительные карманы 3 и 4, в которые подается масло для вывода резца.

Выборка зазора в кинематических цепях. Выборка зазора в червячной передаче обеспечивается благодаря соосной установке двух червяков 4 и 5 (рис. 1.38, а). Одна из втулок 2 и 6, служащих гидростатическими опорами червяков, при выборке зазора смещается вдоль оси гидроцилиндром 3 или 7. Вторая втулка при этом упирается в торец 10 корпуса 9 и воспринимает осевую силу от червяка. Включение того или иного цилиндра зависит от конnролирующего устройства 8 направления вращения червячного колеса 1. Чтобы разместить червяки на одной оси, необходимо максимально удалить поля их зацепления с колесом от средней плоскости последнего (вариант II), для чего колесо выполняют корригированным. В этом случае /2 > 11 и появляется возможность размещения червяков на одной оси

На рис 1.38, 6 показана схема выборки бокового зазора в зубчатой паре привода главного движения. Натяг кинематической цепи возникает при относительном проскальзывании колес 1 и 2 (числа зубьев которых различаются на единицу) по поверхностям А, Б и В, армированным антифрикционным материалом. Силу натяга регулируют пружинами 3.

Нетрадиционные конструкторские решения

 

Нетрадиционные конструкторские решения

Компенсация упругих деформаций деталей. В схеме компенсации упругой деформации ползуна 1 при различной длине L вылета опорный элемент 3 расположен близко к центру тяжести ползуна и перемещается вместе с ним (рис. 1.39, а) Вес ползуна воспринимается в основном этим элементом, а передняя опора 2 обеспечивает требуемую точность перемещения. Таким образом, прогиб ползуна имеет примерно одинаковое значение при разной длине вылета. Для уменьшения исходной погрешности обработку ползуна проводят также с опиранием его в центре тяжести

Уменьшить деформацию направляющих консоли 2 (рис. 1.39, б) одностоечного токарно-карусельного станка при перемещении суппорта 1 можно, если разгрузить консоль от веса суппорта. Для этого служит стальная балка 6, закрепленная на консоли в местах ее связи со стойкой 5. Балка б воспринимает вес суппорта через пружину 4 и ролик 3. Деформация S балки зависит от положения на консоли, а деформация направляющих консоли не изменяется при перемещении суппорта.

На рис. 1.39, в показана схема гидростатических круговых направляющих 2 вертлюга 1. Грани направляющих расположены так, что треугольник сил F1, F2, F3, действующих на них, замкнутый. Это способствует снижению деформаций деталей.

Нетрадиционные конструкторские решения

Приводы перемещений узлов. Казалось бы, этот традиционный механизм отработан в такой степени, что не остается места для оригинальных решений. Между тем, это не так. Ниже рассмотрены некоторые оригинальные решения приводов:

Нетрадиционные конструкторские решения

Различные механизмы. На рис. 1.41 приведена схема непрерывного автоматического контроля подачи масла в карманы гидростатических направляющих при большом (до 50) числе карманов. Если система питания карманов функционирует нормально, то давления в кармане и р\ у реле 1 равны. При возникновении неисправностей (например, обрыве трубопровода 5) масло поступает через дроссель 3, трубопроводы 2 и б и поврежденный трубопровод на слив. Реле 1, настроенное на давление р1 ≈ 0,25р2min регистрирует нарушение. При традиционных способах контроля необходимо устанавливать большее число контрольных устройств, что весьма сложно и ненадежно.

В механизме отскока долбяка, принципиально отличающемся от широко используемых в настоящее время механизмах (в них отскок осуществляется в результате отвода стола или поворота долбежной головки при обратном ходе долбяка), используется устройство закрепления долбяка 1 (рис. 1.42). Оно установлено на шпинделе 2 и центрируется зубчатой муфтой 8 с треугольным профилем зубьев. При ходе шпинделя вверх кулачок 5 воздействует через рычаг 4 на тягу 3 и сжимает пружину б. При этом зубчатая муфта расцепляется, и долбяк может свободно покачиваться на шарнире 7. При ходе шпинделя вниз кулачок выходит из контакта с рычагом, долбяк перемещается пружиной на величину L и посредством кулачковой муфты фиксируется на шпинделе. Такая конструкция исключает необходимость перемещения узла большой массы, что важно, например, в тяжелых станках.

Нетрадиционные конструкторские решения

Нетрадиционные конструкторские решения

На рис. 1.43 приведен фрагмент коробки скоростей, в которой переключение с передачи z1 - z2 на передачу z3 - z4 происходит при осевом перемещении зубчатой муфты 7, расположенной внутри выходного колеса 2. Такая конструкция обеспечивает надежное переключение (сила действует по оси штока 3) и позволяет использовать косозубые зубчатые колеса.

Создание оригинальной конструкции обычно является мучительно трудным процессом, который захватывает конструктора до получения им результатов. В человеческой деятельности не так уж много сфер, которые по творческим началам могли бы конкурировать с процессом конструирования.

Нетрадиционные конструкторские решения

Смотрите также