Изучение сферы применения машин

Развитие машиностроения неразрывно связано с развитием отраслей промышленности и народного хозяйства, являющихся потребителями машин. В промышленности происходит процесс непрерывного совершенствования: растет объем продукции, сокращается производственный цикл, появляются новые технологические процессы, меняются компоновка линий, состав и расстановка оборудования, непрерывно повышается уровень механизации и автоматизации производства. Соответственно возрастают требования к показателям машин, их производительности, степени автоматизации. Некоторые машины с появлением новых технологических процессов становятся ненужными. Возникает необходимость создания но­вых машин или модификации старых.

Иногда эти перемены бывают очень крупными и затрагивают обширные категории машин. Так, введение прогрессивного процесса непрерывной разливки стали означает отмирание или во всяком случае сокращение производства таких сложных и металлоемких машин, как блюминги и слябинги. Развитие конверторного производства стали с применением кислородного дутья вызовет снижение применяемости мартеновских печей, если только последние в свою очередь не подвергнутся коренным усовершенствованиям. Появление магнито-газодинамических генераторов, непосредственно преобразующих тепловую энергию в электрическую, приведет к отмиранию электрогенераторов и значительному сокращению использования тепловых двигателей.

Проектированию машин, предназначенных для определенной отрасли промышленности должно предшествовать тщательное изучение этой отрасли, динамики ее количественного и качественного развития, потребностей в данной категории машин и вероятности появления новых технологических процессов и новых методов производства,

Конструктор должен отлично знать специфику этой отрасли и условия эксплуатации машин. Лучшие конструкторы, по наблюдениям автора, это те, которые прошли школу производства и сочетают конструкторские способности со знанием условий эксплуатации проектируемых машин.

При выборе параметров машины необходимо учитывать конкретные условия ее применения. Нельзя, например, произвольно увеличивать производительность машины, не считаясь с потребностями производства, для которого она предназначена, и не учитывая производительности смежного оборудования. В некоторых случаях машины с повышенной производительностью могут оказаться в эксплуатации недогруженными и будут больше простаивать, чем работать. Это снижает степень их использования и уменьшает экономический эффект.

Выбор конструкции

При выборе параметров машины, основной схемы и типа конструкции в центре внимания должны быть факторы, определяющие экономическую эффективность машины - высокая полезная отдача, малые энергопотребление и расходы на обслуживание, низкая стоимость эксплуатации и длительный срок применения.

Схему машины обычно выбирают путем параллельной разработки нескольких вариантов, которые подвергают тщательной сравнительной оценке со стороны конструктивной целесообразности, совершенства кинематической и силовой схем, стоимости изготовления, энергоемкости, расходов на рабочую силу, надежности действия, габаритов, металлоемкости и веса, технологичности, степени агрегатности, удобства обслуживания, сборки-разборки, осмотра, наладки, регулирования.

Следует выяснить, в какой мере схема обеспечивает возможность последующего развития, форсировки и совершенствования машины, образования на базе исходной модели производных машин и модификаций.

Не всегда удается даже при самых тщательных поисках найти решение, полностью отвечающее поставленным требованиям. Безупречный во всех отношениях вариант в конструкторской практике - редкая удача. Дело порой не в недостатке изобретательности, а в противоречивости выдвигаемых требований. В таких случаях приходится идти на компромиссное решение и поступаться некоторыми из них, не имеющими первостепенного значения в данных условиях применения машины. Нередко приходится выбирать вариант, не столько имеющий наибольшие достоинства, сколько обладающий наименьшими недостатками.

После выбора схемы и основных показателей агрегата разрабатывают эскизную, а затем рабочую компоновку, на основе которых составляют эскизный, технический и рабочий проекты.

Разработка вариантов

Разработка вариантов - дело не индивидуальной привычки или наклонностей конструктора, а закономерный метод проектирования, позволяющий отыскать наиболее рациональное решение.

В качестве примера разработки и сравнительного анализа вариантов приведем часто встречающийся в машиностроении узел редуцирующей конической зубчатой передачи (рис. 2.7).

Для упрощения не рассмотрены возможные конструктивные варианты подвода и отбора крутящего момента, типа опор, способов фиксации осевого положения зубчатых колес. Даны только варианты общей компоновки передачи, конструкции корпуса и расстановки опор.

В практике широко применяют конструкцию редуктора с консольной установкой зубчатых колес в общем корпусе (рис. 2.7, а). Распространенность конструкции объясняется ее несомненными достоинствами. Валы колес расположены в одном корпусе, что позволяет при изготовлении обеспечить точное взаимное расположение зубчатых колес. Доступ к колесам свободный - через люк с отъемной крышкой. Механизм можно осматривать в полном сборе.

Редуктор рассчитан в основном на крепление к станине нижней плоскостью при помощи лап. По условиям сборки наружный диаметр малого зубчатого колеса должен быть меньше диаметра отверстий под подшипники вала.

В другом варианте конструкции (рис. 2.7, б) подшипники зубчатого колеса установлены в промежуточных втулках, что позволяет несколько увеличить допустимый по условиям сборки диаметр малого колеса. Это облегчает регулировку зацепления, так как в данном случае не надо разбирать каждое колесо, сменяя только мерные шайбы т, подкладываемые под фланцы промежуточных втулок. Особенно удобно, если регулировочные шайбы т выполнены в виде полуколец (на рис. 2.7, б внизу), фиксируемых болтами. Для смены шайб отвертывают болты и сдвигают на нужную величину промежуточную втулку.

В конструкции, приведенной на рис. 2.7, в, колеса установлены в отъемных корпусах. Преимущества предыдущей конструкции сохраняются, однако жесткость главного корпуса значительно уменьшается. При изготовлении корпусов необходимо выдерживать строгую соосность центрирующих буртиков и посадочных поверхностей подшипников. По конструкции редуктор более приспособлен для подвесного крепления, хотя возможна установка его на нижней плоскости при помощи лап, отлитых заодно с нижней крышкой.

При выводе хвостовика большого зубчатого колеса наверх (рис. 2.7, г) конструкция ухудшается. Здесь осматривать механизм в собранном виде нельзя; при снятии корпуса большого колеса целостность механизма нарушается.

Регулировать зацепление можно только по краске с многократными пробными снятиями и установкой большого зубчатого колеса. Осмотр внутренней полости редуктора требует предварительного разобщения приводного вала большого колеса.

В конструкции по рис. 2.7. д, зубчатые колеса установлены в разъемном (в плоскости оси малого колеса) корпусе. Конструкция отличается простотой сборки и удобством осмотра механизма. Проверка зацепления будет полноценной только в том случае, если вал малого колеса в сборе с подшипниками прижать к нижним постелям подшипников.

Изготовление разъемного корпуса сложнее, чем целого. Необходимо сначала начисто обработать плоскости стыка, соединить половины корпуса на контрольных штифтах и в сборе обработать посадочные отверстия под подшипники. Поверхности стыка притирают. Применение уплотняющих прокладок на стыке недопустимо, иначе возможно нарушение цилиндричности гнезд подшипников малого колеса.

Последующие варианты редукторов преследуют цель уменьшения габаритов передачи за счет перенесения опор во внутреннюю полость корпуса.

В конструкции, приведенной на рис. 2.7, е, вал большого зубчатого колеса установлен на двух опорах, одна из которых расположена в корпусе, другая - в крышке. Здесь расстояние между опорами увеличено, нагрузка на подшипники уменьшена по сравнению с консольной установкой. Основным недостатком конструкции является затруднительность осмотра и регулировки механизма в сборе. При снятии крышки вал большого колеса остается на одной нижней опоре; его качка не позволяет проверить правильность зацепления. Кроме того, из-за расположения опор в разных деталях ухудшено центрирование вала. Необходимость обработки посадочных отверстий под подшипники в сборе корпуса и крышки усложняет технологический процесс.

Еще более компактная конструкция, приведенная на рис. 2.7, ж, при ближайшем рассмотрении оказывается неудовлетворительной. Здесь осмотр механизма практически неосуществим. Для снятия крышки с большого колеса необходимо предварительно вынуть малое колесо, вследствие чего механизм оказывается полностью разобщенным.

Лучше вариант, в котором вал большого колеса смонтирован в корпусе (рис. 2.7, з). Доступ к механизму - через нижнюю крышку. Конструкция приемлема при подвесном креплении редуктора и неприменима, если его необходимо устанавливать на станину нижней плоскостью. В этом случае для осмотра механизмов пришлось бы снимать весь редуктор. Положительная особенность конструкции - возможность отбора мощности с верхнего хвостовика вала большого колеса, для чего достаточно вывести хвостовик через верхнюю крышку.

Аналогичная конструкция с выводом вала большого зубчатого колеса наверх и креплением редуктора нижней плоскостью приведена на рис. 2.7, и. Для осмотра механизма требуется предварительное разобщение привода большого колеса. Участок зацепления просматривается с торца.

Габариты передачи можно сократить за счет переноса одного из подшипников вала малого колеса внутрь корпуса (рис. 2.7, к). Подшипник установлен в перегородке, прилитой к боковым стенкам корпуса. Конструкция допускает и подвеску редуктора, и установку его нижней плоскостью. Механизм осматривается через ненесущую крышку; разобщения приводных валов не требуется. Недостатком конструкции является затруднительность осмотра участка зацепления колес, заслоненного перегородкой

В варианте по рис. 2.7, л, внутренний подшипник вала малого колеса перенесен на противоположную стенку корпуса. Здесь обеспечена хорошая разноска опор и удобный осмотр механизма без разобщения приводных валов. Возможен отбор мощности с вала малого колеса.

Недостаток конструкции: нельзя разобрать зубчатые колеса порознь; для снятия большого колеса необходимо предварительно демонтировать малое.

Принципиально наиболее выгодны по габаритам конструкции с расположением внутри корпуса подшипников как большого, так и малого зубчатых колес (рис. 2.7, м, п).

В конструкции по рис. 2.7, м, подшипники вала большого колеса уста­новлены в ступице, отлитой заодно с корпусом. Внутренний подшипник малого колеса размещен в боковом отверстии ступицы. Большое колесо монтируется через нижнюю ненесущую крышку, служащую также для осмотра механизма. Участок зацепления колес просматривается с торца. Конструкция допускает только подвесное крепление.

На рис. 2.7, н, представлен вариант редуктора, прикрепляемого нижней плоскостью, с выводом вала большого колеса наверх.

Недостатком вариантов по рис. 2.7, м, н является необходимость предварительного разобщения приводного вала большого колеса при снятии смотровой крышки.

На рис. 2.7, о показан вариант, допускающий осмотр механизма без разобщения привода. Конструкция приспособлена для подвесного крепления.

Вариант конструкции со сниженной высотой корпуса и штампованной крышкой большого размера, обеспечивающей удобный осмотр механизма, приведен на рис. 2.7, п.

Окончательный выбор варианта редуктора зависит от условий его применения и установки. Наибольшими достоинствами для общих условий применения обладают конструкции, изображенные на рис. 2.7, а, в. При необходимости сокращения габарита и веса передачи целесообразно применять компактные конструкции по рис. 2.7, м…п.

Рисунок 2.7 - Варианты компоновки конической зубчатой передачи