2 Примеры выполнения компоновки

2.1 Примеры улучшения конструкцииспециальных редукторов

за счет изменения их компоновки.

При проектировании специальных редукторов, которые должны встраиваться в каче-

стве привода в различные машины и оборудование, или размещаться на конкретной, вы-

деленной для этого, производственной площади цеха, как правило, устанавливаются, дос-

таточно жесткие ограничения и прежде всего по габаритным размерам. Кроме того, эти

редуктора часто изготавливаются в количестве одной, двух единиц, поэтому оснастка для

их производства должна быть максимально проста, что подразумевает простую форму

входящих в них деталей и особенно корпуса редуктора, поскольку литейная оснастка, не-

обходимая для изготовления сложного корпуса редуктора, может оказаться дороже самого

изделия, а использована она будет только один раз.

В качестве примеров рассмотрим три различные конструкции специальных редукто-

ров, приведенные в «Атласе конструкций механизмов, узлов и деталей машин» издатель-

ства Станкин, Москва 2000 г., и за счет изменения компоновки постараемся уменьшить их

габаритные размеры и упростить конструкцию.

На Рис 9а показана конструкция конического редуктора со встроенной электромагнитной

муфтой включения. Редуктор состоит их двух соединенных друг с другом корпусов, в

первом из которых, установлен стакан, несущий на подшипниках качения ведущий вал с

расположенными на нем ведомой полумуфтой, втулочно-пальцевой муфты и стаканом,

внутренние шлицы которого зацепляются с наружными шлицами электромагнитной муф-

ты, расположенной на промежуточном валу редуктора. Во втором корпусе, также в стака-

не на подшипниках качения установлен промежуточный вал - шестерня, на котором кре-

пится электромагнитная муфта, его коническая шестерня входит в зацепление с ведомым

коническим зубчатым колесом, которое закреплено на выходном валу, также установлен-

ным на подшипниках качения во втором корпусе, перпендикулярно промежуточному ва-

лу. Кроме того, во втором корпусе соосно с выходным валом, установлена разгрузочная

букса, на подшипниках которой располагается шкив ременной передачи, который через

жестко соединенную с ним крышку соединен с выходным валом. Конструкция односту-

пенчатого редуктора необоснованно усложнена, за счет ничем не обоснованного введения

дополнительного (промежуточного) вала. Этот вал, помимо усложнения конструкции и

увеличения габаритных размеров редуктора, существенно ухудшает условия работы

Рис. 406.Конструкция специального

конического редуктора после изменения

компоновкивходящих в него элементов

Рис. 10.Конструкция специального

конического редуктора после измене-

ния компоновки входящих

в него элементов

Рис. 11 . Исходная конструкция

специального коническо – цилин-

дрического редуктора

Рис. 9.Первоначальная конструкция

специального конического редуктора

Рис. 13. Конструкция специального-

коническо-цилиндрического

редуктора

Рис. 9.Конструкция специального конического редуктора до и после из-

менения компоновки входящих в него деталей

электромагнитной муфты, поскольку из-за наличия большого количества промежуточ-

ных базовых поверхностей деталей (подшипников, валов стаканов, корпуса) не обеспечи-

вает необходимого взаимного расположения шлицевых поверхностей стакана и дисков

муфты (имеет место увеличенное биение и перекос указанных шлицевых поверхностей).

Упростить конструкцию редуктора, уменьшив его габаритные размеры и кардинально

улучшив условия работы электромагнитной муфты, можно за счет изменения взаимного

расположения (компоновки) ведущей втулочно-пальцевой муфты относительно электро-

магнитной (объединения их в единый моноблок), что позволяет за ненадобностью исклю-

чить корпус, вал и стакан с подшипниками, а также еще ряд деталей (см Рис 9б).

На Рис 10а показана конструкция специального трехступенчатого коническо - цилинд-

рического редуктора. Редуктор состоит из корпуса, в котором выполнены, четыре расточ-

ки во взаимно перпендикулярных плоскостях. В этих расточках на подшипниках качения

установлены все валы редуктора: ведущий, два промежуточных и ведомый. На ведущем

валу – шестерне установлена втулочно – пальцевая муфта, а его зубчатый венец зацепля-

ется с промежуточным зубчатым колесом, установленном на первом промежуточном ва-

лу, расположенном на подшипниках качения в параллельной расточке корпуса редуктора.

На этом же валу закреплено ведущее коническое зубчатое колесо, находящееся в зацепле-

нии с ведомым зубчатым колесом, установленном на втором промежуточном валу, кото-

рый на подшипниках качения расположен в расточке корпуса редуктора, выполненной

перпендикулярно расточке корпуса редуктора под первый промежуточный вал. При этом

ведомое коническое зубчатое колесо смонтировано на валу посредствам подшипника

скольжения и имеет возможность передавать вращения второму промежуточному валу

посредствам фрикционной муфты включения с ручным приводом. На втором промежу-

точном валу установлена цилиндрическая шестерня, находящаяся в зацеплении с зубча-

тым колесом расположенном на выходном валу, который на подшипниках качения нахо-

дится в расточке корпуса редуктора, параллельной расточке второго промежуточного ва-

ла. На выходном валу редуктора также смонтирована соединительная зубчатая муфта, для

его соединения с исполнительным механизмом. Основным недостатком конструкции рас-

смотренного редуктора является то, что его габаритный размер по координате «Х», не-

обоснованно увеличен. При этом внутри корпуса редуктора расположено ничем не запол-

ненное большое свободное пространство.

Рис. 1.12.11.Конструкция специальногоко-

ническо-цилиндрического редуктора

Рис. 407 . Исходная конструкция специ-

ального коническо – цилиндрического

редуктора

Рис. 10.Конструкция специального коническо - цилиндрического редуктора

до и после изменения компоновки входящих в него деталей

На Рис 10б показана конструкция того же специального редуктора в котором для ис-

ключения свободного пространства внутри корпуса и уменьшения за счет этого габарит-

ного ного размера редуктора по координате «Х» изменена его компоновка, за счет перене-

сения муфты включения со второго промежуточного вала на выходной вал. При этом ве-

домая коническое зубчатое колесо и шестерня установленные на втором промежуточном

валу выполнены в виде единого блока, а ведомее зубчатое колесо, жестко соединенное со

стаканом электромагнитной муфты посредствам шпоночного соединения, установлено на

выходном валу на подшип- никах скольжения. Остальные детали и сборочные единицы

специального редуктора (валы, шестерни, подшипники, соединительные муфты) остались

неизменными, кроме фрикционной муфты включения, которая заменена на электромаг-

нитную большего типоразмера.

На Рис 11а показана конструкция специального трехступенчатого коническо-

цилиндрического редуктора. Он состоит из корпуса, в котором на четырех валах, распо-

ложенных на подшипниках качения в соответствующих расточках корпуса, установлены

зубчатые колеса и фрикционная муфта включения с ручным управлением. На ведущем

валу – шестерне, который на подшипниках качения расположен в стакане, закрепленным в

корпусе редуктора, установлена втулочно-пальцевая муфта, его коническая шестерня на-

ходится в зацеплении с коническим зубчатым колесом, установленным посредствам

подшипника скольжения на первом промежуточном валу. Первый промежуточный вал на

подшипниках качения установлен в расточке корпуса редуктора, расположенной перпен-

дикулярно оси расточки под ведущий вал – шестерню, и помимо промежуточной шестер-

ни несет фрикционную муфту включения с ручным управлением которая жестко соеди-

нена с коническим колесом посредствам стакана, внутренние эвольвентные шлицы кото-

рогонаходятся в контакте с наружными шлицами дисков муфты. Второй промежуточный

вал установлен на подшипниках качения в расточке корпуса редуктора, параллельной оси

расточки первого промежуточного вала и несет зубчатое колесо, зацепляющееся с шес-

терней первого промежуточного вала и шестерню, находящаяся в зацеплении с ведомым

зубчатым колесом, расположенным на выходном валу редуктора. Выходной вал, распо-

ложенный на подшипниках качения в расточке редуктора выполненной соосно расточке

первого промежуточного вала, несет ведомое зубчатое колесо и соединительную зубча-

тую муфту. Основным недостатком данной конструкции специального редуктора является

увеличенные габаритные размеры и сложная форма корпуса редуктора, причиной которо-

го является расположение фрикционной муфты включения на первом промежуточном ва-

лу. Поэтому изменение ее расположения (изменение компоновки редуктора) должно

уменьшить габаритные размеры и упростить конструкцию редуктора в целом.

Рис. 11. Конструкция специального коническо-цилиндрического редукторадо и

после изменения компоновки входящих в него деталей

На Рис 11б показана новая конструкция этого редуктора, которая была сформирова-

на в результате изменения его компоновки. При этом конструкция ведущего вала - шес-

терни, промежуточного вала и выходного вала с установленными на них шестернями не

изменилась, также, как и не изменились подшипники на которых они установлены в кор-

пусе редуктора, а на первом промежуточном валу, длина которого существенно уменьши-

лась, появился зубчатый блок, который объединяет коническое зубчатое колесо и веду-

щую шестерню. Электромагнитная муфта включения, которая заменила фрикционную

муфту с ручным включением, теперь размещается вместе с зубчатой соединительной

муфтой на конце ведомого вала, длина которого при этом несколько увеличилась.

Таким образом, три рассмотренные примера убедительно показывают, что изменение

компоновки редуктора, или привода позволяет существенным образом менять его конст-

рукцию, обеспечивая ее упрощение и уменьшение габаритных размеров.

2.2 Примеры оригинальной компоновки

механизмов и деталей в составе узла

Как уже говорилось ранее, оптимальная компоновка элементов входящих в узел по-

зволяет сделать его конструкцию компактной, что очень важно для его размещения в ма-

шине или агрегате. Рассмотрим несколько конструкций агрегатов машин с оригинально

выполненной компоновкой входящих в них элементов, механизмов, сборочных единиц и

деталей.

На Рис 12 показана конструкцию передней бабки шлифовально – затыловочного

станка, включающая механизм автоматического деления и привод вращения планшайбы.

Привод вращения планшайбы 34 состоит из ведущего колеса 15 и промежуточной шес-

терни 14, жестко установленных посредствам шпоночного соединения на ведущем валу16,

который посредствам подшипников 17 и 18 смонтирован в расточке корпуса 2 передней

бабки. Промежуточная шестерня 14 зацепляется с шестерней 11, выполненной за одно

целое с шестерней 10 в виде зубчатого блока, смонтированного на подшипниках 12 в кор-

пусе бабки 2 и буксе 13, при этом шестерня 10 находится в зацеплении с зубчатым коле-

сом 9, смонтированном на валу 6, который посредствам подшипников 7 и 8 установлен в

корпусе 2 бабки. На валу 6 установлена шестерня 5, зацепляющаяся с зубчатым колесом 4,

которое на подшипниках 3 установлено на центральной оси 1 и жестко соединено с план-

шайбой 34. Центральная ось 1 своей передней базовой поверхностью установлена в кор-

пусе 2 бабки, а ее задний конец расположен в буксе 13, при этом в конусную расточку оси

устанавливается центр, а в осевой расточке оси расположена скалка 33 с резьбовым кон-

цом для выталкивания центра 31. Вращение от кинематической цепи станка на привод

вращения планшайбы сообщается ведущему зубчатому колесу 15 и через систему зубча-

тых колес 14, 11, 10, 9, 5 и 4 передается планшайбе 34.Оригинальность компоновки меха-

низмов в составе передней бабки состоит в том, что механизм автоматического деления

встроен в привод вращения планшайбы, при этом зубчатые колеса привода вращения

планшайбы успешно обходят центральную ось 1. Все это не требует дополнительного

пространства внутри корпуса 2 бабки, и позволяет сделать ее конструкцию максимально

компактной. Механизм автоматического деления состоит из плунжера 22, установленного

с возможностью осевого перемещения в корпусе 2 бабки, фиксатора 23 размещенного в

отверстии корпуса кулачка 24, свободно установленного на ступице зубчатого колеса 4,

плунжера 25, постоянно поджатого пружиной к кулачку, поворотного сектора 26, ось ко-

торого закреплена в корпусе плунжера 25, тяги 27, расположенной в центральном отвер-

стии ведущего вала 16. Второй конец тяги 27 контактирует с поворотным сектором 28, ось

которого установлена на валу 16, а сектор 28 взаимодействует с фиксатором 29, располо-

женным в диске 32, также закрепленным посредствам шпоночного соединения на валу 16.

Фиксатор 29 имеет возможность входить в пазы делительного диска 30, закрепленного на

Рис. 410. Измененнаяконструкция специ-

альногоконическо-цилиндрического ре-

дуктора

зубчатом колесе 19, которое вместе с шестерней 20 образует единый блок, установленный

на валу 16 посредствам подшипника скольжения.

Механизм деления работает следующим образом. При подаче команды на управ-

ляющий электромагнит, последний заставляет плунжер 22 перемещаться в крайнее правое

положение, вследствие чего, фиксатор 23 входит в паз зубчатого колеса 4. Поскольку зуб-

чатое колесо 4 непрерывно вращается, вместе с ним начинает вращаться и кулачок 24, по-

скольку он соединен с ним посредствам фиксатора 23. Через фиксированный промежуток

времени, определяемый количеством выступов на кулачке 24, последний перемещает

вверх плунжер 26, который поворачивает против часовой стрелки сектор 26, а последний

воздействуя на правый торец тяги 27, заставляет ее перемещаться влево, и своим левым

торцем поворачивать против часовой стрелки сектор 28. При этом сектор 28 поднимает

вверх фиксатор 29 и таким образом выводит его из паза делительного диска 30 и враще-

ние блока состоящего из зубчатых колес 20 и 19 прекращается, поскольку они установле-

ны на валу 16 посредствам подшипника скольжения. Фиксация (соединение) делительного

диска 30 вместе с зубчатыми колесами 19 и 20 с валом 16 осуществляется при выключении

электромагнита управления и возврате плунжера 22 в исходное положения. При этом, пе-

ремещение деталей рассмотренного механизма осуществляется аналогичным образом, но

в обратном направлении.

На Рис 13 показана конструкция двухмодульного понижающего редуктора привода

тяжело нагруженного скребкового конвейера, позволяющего менять положение привод-

ного электродвигателя относительно оси подачи материала, что очень существенно при

расположении конвейера на ограниченных производственных площадях. Предлагаемый

привод состоит из двух модулей входного 6 или 9 и выходного 8, при этом, две его ком-

поновки могут быть получены заменой входного модуля 6 при неизменном выходном мо-

дуле 9, который сопрягается с валом ведущих звездочек скребкового конвейера. Выход-

ной модуль 8 представляет собою расположенную в цельном корпусе 11 двухрядную

планетарную передачу, состоящую из входного вала 12, выполненного за одно целое с

солнечной шестерней 13, неподвижного корончатого колеса 14, с внутренним зацеплени-

ем, трех комплектов сдвоенных сателлитов 15, водила 16 соединенного с выходным валом

модуля, выполненным в виде зубчатой полумуфты.

Рис. 12.Передняя бабка шлифовально-затыловочного

станка

Входной модуль 6, входящий в первый вариант компановки понижающего редукто-

ра представляет собою двухступенчатый коническо – цилиндрический редуктор. Зубчатое

колесо 19 его цилиндрической передачи 17 и шестерня 20 конической передачи 18 разме-

щаются в стакане 21, при этом опоры 22 размещены таким образом, что обеспечивают

равномерное распределение действующих в зацеплениях нагрузок. В стакане 21 выполне-

но окно 23 обеспечивающее зацепление конической шестерни 20 с коническим колесом

24, которое посредствам вала 31 с фланцем установлено на подшипниках в корпусе моду-

ля, а с помощью шлицевого соединения контактирует с выходным валам 12 , который яв-

ляется входным валом модуля 8. Входной вал 26 с шестерней 27 цилиндрической переда-

чи установлены в стакане 28, причем опоры 29 размещены в стакане 28 таким образом,

что обеспечивают равномерное распределение действующих в зацеплениях нагрузок. В

стакане 28 выполнено окно 30 для обеспечения внутреннего зацепления шестерни 27 с

зубчатым колесом 19 цилиндрической ступени. Стакан 28 установлен во фланце 35, в ба-

зовом торце которого выполнено два ряда отверстий на диаметре и , центры кото-

рых смещены на величину Δ и предназначены, первые для его крепления к корпусу моду-

ля 6, а вторые для соединения с приводным электродвигателем.

Входной модуль 9, входящий в состав второго варианта компоновки понижающего

редуктора представляет собою двухступенчатый цилиндрический редуктор. Тихоходная

цилиндрическая передача 32 состоит из шестерни 33 и колеса 34, а выходной вал 12, со-

единенный с ним посредствам шлицевого соединения является входным валом модуля 8.

Быстроходная цилиндрическая передача 17 содержит входной вал 26 с шестерней 27 и

зубчатое колесо 19, такие же, как и в модуле 6. Модуль 9 также как и модуль 6 снабжен

фланцем 35 имеющим аналогичное назначение.

Рис 13 Конструкция двухмодульного понижающего редуктора при-

вода тяжело нагруженного скребкового конвейера

Работает понижающий редуктор привода скребкового конвейера следующим обра-

зом. При его компоновке в составе модуля 8 и 6 крутящий момент от электродвигателя

(на Рис 448 не показан) посредствам вала 26 модуля 6 передается на вход рядовой цилин-

дрической передачи 17 и далее через коническую передачу18 сообщается входному валу

12 модуля 8, который преобразует его посредствам солнечной шестерни 13, сателлитов 15

и корончатого колеса 14 и передает водилу 16, соединенному с выходным валом модуля,

который сообщает его ведущей звездочке конвейера. При компановке редуктора в соста-

ве модудей 8 и 9 крутящий момент от электродвигателя посредствам вала 26 модуля 6 пе-

редается на вход рядовой цилиндрической передачи 17 и далее через цилиндрическую

зубчатую передачу 32 сообщается входному валу 12 модуля 8, который преобразует его

посредствам солнечной шестерни 13, сателлитов 15 и корончатого колеса 14 и передает

водилу 16, соединенному с выходным валом модуля, который сообщает его ведущей

звездочке конвейера.

На Рис 14а показан общий вид, а на Рис 14б конструкция гибочного модуля полуавто-

мата для изготовления деталей из проволоки с ушками на конце. В состав гибочного мо-

дуля входят два механизма, механизм гибки и механизм перемещения гибочной оправки,

которые расположены на корпусе 9 гибочного модуля, установленного на двух горизон-

тально расположенных штангах 3. Механизм гибки состоит из пневмоповоротника 19

расположенного в открытой полости корпуса 9, на валу которого установлена ведущая

шестерня 20, зацепляющаяся с ведомой шестерней 18, закрепленной посредствам шпо-

ночного соединения на эксцентриковом валу 11, который на подшипниках 10 смонтиро-

ван в отверстии корпуса 9. На левом торце эксцентрикового вала 11 эксцентрично его

продольной оси выполнено отверстие, в котором установлен палец 16 с гибочным роли-

ком 17. Механизм перемещения гибочной оправки состоит из пневмоцилиндра 15, распо-

ложенного на плите 22, закрепленной на корпусе 9 посредствам шпилек 23, шток которого

соединен посредствам резьбовой муфты 24 со скалкой 12, на которой закреплена гибочная

оправка 14. Компактность конструкции гибочного модуля обеспечивается за счет компо-

новки входящих в него механизмов предусматривающей расположение пневмоповорот-

ника 19 внутри открытой полости корпуса 8 и соединения его выходного вала с эксцен-

Рис 14 Общий вид и конструкция гибочного модуля полуавтомата для из-

готовления деталей из проволоки с ушками на конце.

триковым валом 11 посредствам шестерен 20, 18 и расположения гибочной оправки 14 на

скалке 12, расположенной в центральном отверстии эксцентрикового вала 11.

Литература

1. Дунаев П.Ф. Леликов О. П. Конструирование узлов и деталей машин. М.: Академия

2003г.

2. Игнатьев Н.П. Обеспечение точности при проектировании приводов и механизмов

Азов 2012г.

3. Миндлин Я.Э. Логика конструирования. М.: Мир 1969г.

4. Орлов П.И. Основы конструирования. Справочно-методическое пособие в 3(х) томах

М.: Машиностроение 1977г.

Статья написана на основе соответствующего раздела учебно – методического

пособия Н. П. Игнатьева «Основы проектирования» Азов 2011г. В пособии также со-

держатся:

общая методика проектирования,

методика проектирования механизмов и систем,

исходная информация, необходимая для проектирования всех видов приводов и

механизмов, включая расчеты, а также большое количество примеров ориги-

нальных приводов и механизмов,

большое количество примеров основных элементов конструкции гидравличе-

ского привода и системы пневмоавтоматики и прежде всего гидро- и пневмо-

цилиндров.

информация необходимая для определения: уровня автоматизации проекти-

руемого оборудования, выбора типа его привод и отработки конструкции на

технологичность, а также примеры выполнения указанных работ.