Принцип самоустанавливаемости

В подвижных соединениях, где возможны перекосы и смешения деталей, необходимо предусматривать свободу самоустанавливаемости, обеспечивающую правильную работу деталей при всех возможных неточностях изготовления и монтажа.

В подпятнике с жесткой установкой опорной шайбы в корпусе (рис. 31, 1) пята работает по шайбе краями вследствие неизбежных в систе­ме перекосов. В конструкции 2 шайба уста­новлена на сферической опоре, что обеспечи­вает контакт по всей поверхности трения. Кроме того, шарнирная установка допускает образование клинового зазора, обеспечиваю­щего гидродинамическую смазку.

Принцип самоустанавливаемости широко применяют в конструкции опор валов, подвер­женных изгибу и перекосам. Самоустанавливаемость особенно необходима в случае под­шипников скольжения с большим отношением длины к диаметру. При жесткой установке 3 изгиб и перекос вала вызывают повышенные кромочные давления, резко ухудшающие усло­вия работы подшипника. Для придания само­устанавливаемости подшипники устанавли­вают на сферических опорах 4 и 5.

В шариковых 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 подшипни­ками 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: во-первых, 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.

В целесообразной 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 шпинделя. Другая ошибка заключается в том, что тарел­ка при посадке вращается вместе со шпинде­лем относительно седла. Последняя ошибка исправлена в конструкции 16, где тарелка за­фиксирована на хвостовике шпинделя двумя поперечными штифтами q. При закрытии кла­пана шпиндель проворачивается относительно тарелки. Однако беззазорная посадка клапана не обеспечена.

В наиболее целесообразной конструкции 17 торец шпинделя выполнен по сфере, благодаря чему тарелка клапана свободно самоуста­навливается и плотно садится на седло при всех возможных неточностях изготовления. Для обеспечения самоустановки фиксирующие штифты посажены с зазором s относительно заплечика хвостовика шпинделя.

В перекидной заслонке 18, закрывающей по­переменно два взаимно перпендикулярные трубопровода, обеспечить плотное прилегание заслонки к седлам практически невозможно, особенно ввиду того, что трубопроводы уста­новлены на мягких прокладках и их положе­ние при переборках может значительно изме­няться. В правильной конструкции 19 заслонка установлена на сферическом щарнире t, зафик­сирована на рычаге в продольном направле­нии поперечными штифтами u и застрахована от вращения вокруг оси стержня фиксирующи­ми штифтами в лунках стержня.

В многопоточных конических передачах 20 очень трудно обеспечить равномерную на­грузку зубьев, так как регулировка одной па­ры зубчатых колес вызывает разрегулировку остальных пар. В тяжелонагруженных пере­дачах вводят упругие элементы, обеспечиваю­щие приблизительно одинаковую нагрузку на зубья, независимо от неточностей изготовле­ния и монтажа шестерен.

В конструкции 21 колеса соединены с ва­лами шлицевыми венцами с увеличенными радиальными и окружными зазорами и оперты на плавающие сферические шайбы v. Переме­щение колес в радиальном направлении и их поворот вокруг центров сфер обеспечивают выравнивание нагрузок на зубья. Для сохране­ния правильности зацепления необходимо, чтобы поверхность сфер на участке располо­жения зубьев приблизительно следовала фор­ме начального конуса шестерен.

В зажимном приспособлении 22 силу зажи­ма воспринимает практически одна точка рифленой поверхности. Резьба зажимного бол­та подвергается изгибу.

Конструкция 23 освобождена во всех звень­ях от перекосов. Изгиб болта предотвращен затяжкой гайки на сферическую шайбу. Уста­новка болта на шарнире придает механизму дополнительное преимущество быстроты дей­ствия. Для удобства манипулирования введена пружина, предупреждающая спадение шайбы при откидывании болта.

Приспособление 24 предназначено для за­жима пакета заготовок с помощью рычага w, приводимого штоком х гидравлического ци­линдра. Вследствие колебаний размеров заго­товок неизбежен зажим в одной точке; при за­жиме нижним краем упорной поверхности рычага (увеличенные осевые размеры пакета) возможно выворачивание заготовок. Установ­ка упорного элемента на шарнире обеспечи­вает правильный зажим (конструкция 25).

Бомбинирование

Поверхности, работающие под нагрузкой в условиях линейного или плоскостного кон­такта, целесообразно выполнять слегка вы­пуклыми, что обеспечивает центральное при­ложение нагрузки и устраняет повышенные кромочные давления, возникающие из-за не­точностей изготовления и монтажа. Этот прием, называемый бомбинированием, широко применяют для деталей, работающих под высокой нагрузкой в условиях качения или скольжения.

Необходимую степень выпуклости определяют по упругой деформации поверхности под нагрузкой с учетом возможных в системе перекосов или чаще экспериментально. Изготовляют несколько пробных деталей с различной степенью выпуклости, испыты­вают их под рабочей нагрузкой и по следам износа выбирают выпуклость, обеспечивающую наиболее благоприятное распределение нагрузки по поверхно­сти. Обычно стрела выпуклости составляет несколь­ко сотых миллиметра.

На рис. 32 показан кулачковый привод ци­линдрического толкателя. Острые кромки на поверхностях контакта (а) недопустимы. По меньшей мере необходимо округление торцов (б). В конструкции в кулачок бомбинирован. Технологически проще при дать выпуклую форму рабочей поверхности толкателя (г). В конструкции д бомбинирована направляющая поверхность толкателя. При внецентренном нагружении толкатель в известных преде­лах самоустанавливается с сохранением более или менее равномерного контакта на рабочих поверхностях. Другой способ обеспечения самоустанавливасмости заключается в прида­нии направляющей поверхности толкателя не­большой конусности (е).

Рис. 32. Обеспечение самоустанавливаемости (узел привода толкателя)