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 параллельного анализа нескольких вариантов, которые подвергают тщательной сравнительной оценке со стороны конструктивной целесообразности, совершенства кинематической и силовой схем, стоимости изготовления, энергоемкости, расхода на рабочую силу, надежности действия, габаритов, металлоемкости и массы, технологичности, степени агрегатности, удобства обслуживания, сборки-разборки, осмотра, наладки, регулирования.
Следует выяснить, в какой мере схема обеспечивает возможность последующего развития, форсирования 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 надо выбирать вариант, не столько имеющий наибольшие достоинства, сколько обладающий наименьшими недостатками.
После выбора схемы и основных показателей агрегата разрабатывают компоновку, на основе которой составляют эскизный, технический и рабочий проекты.
Разработка вариантов — дело не индивидуальной привычки или наклонностей конструктора, а закономерный метод проектирования, помогающий отыскать наиболее рациональное решение. В качестве примера разработки и сравнительного анализа вариантов приведем часто встречающийся в машиностроении узел редуцирующей конической зубчатой передачи (табл. 2).
Табл. 2. Варианты конструкции угловой передачи
| № | Эскиз | Особенности конструкции |
|---|---|---|
| 1 |  | Конструкция наиболее распространенная. Валы колес расположены в одном корпусе, что позволяет при изготовлении обеспечить точное взаимное расположение осей. Доступ к колесам свободный - через люк с отъемной крышкой. Механизм можно осматривать в сборе. По условиям сборки наружный диаметр малого колеса должен быть меньше диаметра отверстий под подшипники вала. Зацепление регулируется мерными шайбами m (необходима полная разборка узла установки колес). Редуктор в основном рассчитан на крепление нижней плоскостью с помощью лап. |
| 2 |  | Подшипники установлены в промежуточных втулках, что позволяет несколько увеличить диаметр малого колеса. Для регулирования зацепления достаточно сменить мерные шайбы, подкладываемые под промежуточные втулки. Удобно, если регулировочные шайбы выполнены в виде полуколец (вариант внизу), фиксируемых крепежными болтами. Для смены шайб отвертывают на небольшую величину промежуточную втулку. |
| 3 |  | Колеса установлены в отъемных корпусах. Преимущества предыдущей конструкции сохраняются, однако жесткость главного корпуса значительно уменьшается. При изготовлении корпусов необходимо выдержать строгую соосность центрирующих буртиков и отверстий под подшипники. Редуктор более приспособлен для подвесного крепления, хотя возможна установка его нижней плоскостью с помощью лап, отлитых заодно с нижней крышкой. |
| 4 |  | Хвостовик колеса выведен наверх. Проверка зацепления затрудняется. Осматривать механизм в сборе нельзя; при снятии корпуса колеса целостность механизма нарушается. Регулировать зацепление можно только по краске с многократными снятиями и повторными установками колеса. Для осмотра внутренней полости редуктора необходимо предварительно отключить вал отбора мощности. |
| 5 |  | Корпус выполнен с разъемом в плоскости оси шестерни. Конструкция обеспечивает простую и удобную сборку и осмотр механизма. Проверка зацепления будет полноценной только в том случае, если вал шестерни в сборе с подшипниками прижать к нижним постелям подшипников. Изготовление разъемного корпуса значительно сложнее, чем целого. Необходимо сначала начисто обработать стыки, соединить половины корпуса на контрольных штифтах и в сборе обработать отверстия под подшипники. Поверхности стыка притирают. Применение уплотняющих прокладок недопустимо (нарушается цилиндричность гнезд подшипников шестерни). |
| 6 |  | Верхняя опора вала колеса перенесена в крышку. Расстояние между опорами увеличено, радиальные нагрузки на подшипники уменьшены. Недостаток конструкции — затруднительность осмотра и регулирования механизма в сборе. При снятии крышки вал колеса остается на нижней опоре; отсутствие его фиксации не позволяет проверить правильность зацепления. Кроме того, расположение опор в разных деталях ухудшает центрирование вала. Необходима обработка отверстий под подшипники в сборе корпуса и крышки, что усложняет технологию изготовления. |
| 7 |  | Вал колеса установлен на двух подшипниках в крышке. Регулирование зацепления возможно только по краске. Осмотр механизма в сборе затруднителен. Для снятия крышки с колесом необходимо предварительно вынуть шестерню, вследствие чего механизм оказывается разобщенным. |
| 8 |  | Вал колеса смонтирован в верхнем приливе корпуса. Доступ к механизму — через нижнюю крышку. Конструкция приемлема при подвесном креплении редуктора и неприменима, если его необходимо устанавливать нижней плоскостью (для осмотра механизмов пришлось бы снимать весь редуктор). |
| 9 |  | Вал колеса установлен в нижнем приливе корпуса. Привод выведен вверх. Участок зацепления просматривается с торца зубьев после снятия верхней крышки. Для осмотра механизма необходимо предварительно отключить вал отбора мощности от колеса. |
| 10 |  | Передний подшипник вала шестерни установлен в перегородке n, прилитой к боковым стенкам корпуса. Механизм просматривается в сборе после снятия несущей верхней крышки. Недостаток конструкции — участок зацепления заслонен перегородкой. |
| 11 |  | Внутренний подшипник вала шестерни перенесен на противоположную стенку корпуса, что обеспечивает хорошую разноску опор и удобный осмотр механизма. Возможен отбор мощности с вала шестерни. Недостаток конструкции: нельзя разобрать зубчатые колеса порознь; для снятия колеса необходимо предварительно демонтировать шестерню. |
| 12 |  | Подшипники колеса и внутренний подшипник шестерни установлены в приливе корпуса. Осмотр механизма через нижнюю несущую крышку; участок зацепления просматривается с торца зубьев. Для осмотра необходимо предварительно отключить вал отбора мощности. Конструкция допускает только подвесное крепление. |
| 13 |  | Тот же вариант, но с выводом вала колеса вверх и с креплением редуктора нижней плоскостью. |
| 14 |  | Вариант с выводом вала колеса вниз, допускающий осмотр механизма без отключения вала отбора мощности. Крепление с помощью боковых лап или приливов на нижней крышке. |
| 15 |  | Тот же вариант, но с выводом вала колеса вверх. |
| 16 |  | Вариант со сниженной высотой корпуса и штампованной крышкой большого размера, обеспечивающей удобный обзор механизма. |
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, расстановки опор, систем сборки и проверки зацепления.
Окончательный выбор варианта редуктора зависит от условий его применения и установки. Наибольшими достоинствами для общих условий применения обладают конструкции 1—3. При необходимости сокращения габарита и массы передачи целесообразно применять компактные конструкции 12—16.