Метод инверсии

Метод инверсии

Среди приемов, обличающих сложную работу конструирования, видное место занимает метод инверсии (обращение функций, форм и расположения деталей).

В узлах иногда бывает выгодным поменять детали ролями, например, ведущую деталь сделать ведомой, направляющую — направляемой, охватывающую — охватываемой, неподвижную — подвижной. Целесообразно иногда инвертировать формы деталей, например, наружный конус заменить внутренним, выпуклую сферическую поверхность — вогнутой. В других случаях оказывается выгодным переместить конструктивные элементы с одной детали на другую, например, шпонку с вала на ступицу или боек с рычага на толкатель.

Каждый раз конструкция при этом приобретает новые свойства. Дело конструктора — взвесить преимущества и недостатки исходного и инвертированного вариантов с учетом надежности, технологичности, удобства эксплуатации и выбрать наилучший из них. У опытного конструктора метод инвертирования является неотъемлемым инструментом мышления и значительно облегчает процесс поисков решений, в результате которых рождается рациональная конструкция.

В табл. 3 приведены примеры инвертирования типовых машиностроительных узлов.

Табл. 3. Схемы инверсии типовых узлов

Схемы Сравнительная
характеристика схем
I II
1 Привод тяги В схеме I рычаг 1 приводит в действие тягу 2 через ось 3, установленную в вилке тяги. В схеме II ось установлена в вилке рычага. Результат инверсии — устранение поперечных сил на тягу. В конструкции по схеме II затруднительна обработка проушины тяги.
Привод тяги Привод тяги
2 Привод толкателя В схеме I боек коромысла 4 плоский, тарелка толкателя 5 — сферическая, в схеме II — наоборот. Инверсия устраняет поперечные нагрузки на толкатель. Боек можно выполнить цилиндрическим, что обеспечивает линейный контакт.
Привод толкателя Привод толкателя
3 Привод коромысла В схеме I тяга выполнена со сферическим наконечником 6, в схеме II сферическим выполнен боек 7 коромысла. Инверсия улучшает смазку соединения (масло, находящееся в полости привода, скапливается в чаше тяги).
Привод коромысла Привод коромысла
4 Ниппельное соединение В схеме I ниппель 8 затягивается внутренней гайкой 9, в схеме II — наружной 10. Осевые габариты в схеме II меньше, а радиальные несколько больше.
Ниппельное соединение Ниппельное соединение
5 Ниппельное соединение В схеме I ниппель 11 выполнен с внутренним конусом, в схеме II — с наружным. Осевые габариты в схеме II меньше.
Ниппельное соединение Ниппельное соединение
6 Сферическое соединение трубопроводов Замена полной сферы (схема I) двумя концентричными полусферами (схема II) значительно сокращает осевые габариты. Изготовление узла, однако, усложняется.
Сферическое соединение трубопроводов Сферическое соединение трубопроводов
7 Направляющая Схема II выгоднее схемы I по условиям смазывания.
Направляющая Направляющая
8 Крепление шпильки Схема II повышает прочность резьбового соединения (податливость бобышки у начальных витков способствует более равномерному распределению нагрузки по виткам).
Крепление шпильки Крепление шпильки
9 Крепление турбинной лопатки В схеме I лопатка 12 крепится вильчатой ножкой на Т-образном кольцевом шипе ротора 13. В схеме II — Т-образной ножной в кольцевом пазу ротора. Схема II уменьшает массу, увеличивает жесткость и упрощает изготовление лопатки.
Metod inversii 9 1 Metod inversii 9 2
10 Переставной винт В схеме I винт с коротким резьбовым поясом 14 перемещается в корпусе с резьбой, длина которой равна ходу винта. В схеме II резьба нарезана по всей длине винта; корпус имеет короткий резьбовой пояс 15. Облегчается изготовление (нарезание длинной резьбы в отверстии затруднительно). При одинаковом диаметре d резьбы прочность винта в схеме II выше.
Переставной винт Переставной винт


 

11 Установка шатуна в вилке В схеме I ось 16 закреплена в шатуне и вращается в подшипниках вилки, в схеме II — наоборот. Схема II улучшает условия работы подшипника вследствие увеличения его жесткости и более благоприятного отношения длины к диаметру.
Установка шатуна в вилке Установка шатуна в вилке
12 Направляющая шпонка В схеме I направляющая шпонка 17 установлена на валу и имеет длину, равную ходу ступицы 18. В схеме II шпонка 19 установлена в ступице и перемещается в продольном пазу вала. Схема облегчает изготовление узла и улучшает направление.
Направляющая шпонка Направляющая шпонка
13 Переставной механизм В схеме I приводная головка 20 перемещается по неподвижной штанге 21. В схеме II головка закреплена на штанге, которая перемещается в направляющих втулках 22 корпуса. Точность направления значительно повышается, поперечные силы на головке и переставная сила уменьшаются.
Переставной механизм Переставной механизм
14 Привод штока роторной машины В схеме I шток 23 приводится в поступательно-возвратное движение двумя роликами 24, обкатывающими дисковый копир 25, а в схеме II — одним роликом 26, перемещающимся между двумя копирами 27. Схема II резко сокращает осевые размеры узла.
Привод штока роторной машины Привод штока роторной машины
15 Узел пружинной амортизации рычага В схеме I головка рычага воздействует на две пружины, опертые в корпусе. В схеме II рычаг сделан вильчатым и воздействует на одну пружину, работающую в обоих направлениях. Схема сокращает осевые размеры узла.
 Узел пружинной амортизации рычага  Узел пружинной амортизации рычага
16 Пружина растяжения  Замена пружины растяжения (схема I) пружиной сжатия с реверсом (схема II) повышает надежность и долговечность узла (пружины сжатия прочнее пружин растяжения). Конструкция по схеме II, однако, значительно сложнее, чем по схеме I.
 Пружина растяжения  Пружина растяжения
17  Перепускной клапан В схеме I клапан направляется стержнем 28, запрессованным в корпусе, а в схеме II — хвостовиком 29, скользящим в отверстии корпуса. Точность направления в схеме II значительно выше (направляющее отверстие и седло обрабатываются с одного установа).
  Перепускной клапан   Перепускной клапан
18 Фиксатор В схеме I фиксатор расположен в ступенчатом отверстии и направляется хвостовиком и головкой; в схеме II фиксатор выполнен в виде стакана, внутри которого размещена пружина. Схема II технологичнее (сквозное отверстие), конструкция, однако, сложнее.
  Фиксатор  Фиксатор
19 Шлицевая муфта В схеме I переходник 30 имеет наружные шлицы, а приводные диски — внутренние. В схеме II переходник 31 выполнен с внутренними шлицами, а диски с наружными. Схема II выгоднее по осевым размерам и технологичности (внутренние шлицы обрабатывают напроход).
  Шлицевая муфта  Шлицевая муфта
20 Промежуточное зубчатое колесо Установка шестерни на оси (схема II) улучшает условия работы подшипника вследствие увеличения его жесткости. В схеме II ось нагружена силой постоянного направления; в схеме I нагрузка на вал циклическая (круговой изгиб).
 Промежуточное зубчатое колесо  Промежуточное зубчатое колесо
21 Промежуточное зубчатое колесо Установка шестерни на подшипниках качения на оси (схема II) уменьшает долговечность подшипников (вращаются наружные кольца подшипников, тогда как на схеме I — внутренние). Нагрузка на наружные кольца в схеме I — постоянного направления. Схема II иногда целесообразна по габаритным условиям (например, консольная установка шестерни).
 Промежуточное зубчатое колесо  Промежуточное зубчатое колесо
22 Гидравлический сервоцилиндр В схеме I поршень 32 перемещается в неподвижном цилиндре 33, в схеме II неподвижен поршень 34; по нему перемещается цилиндр 35. В схеме II возможен привод от любой точки по высоте цилиндра. Маслораспределительная система и конструкция узла сложнее, чем в схеме I.
Гидравлический сервоцилиндр Гидравлический сервоцилиндр