Рис. 13. Упрощенное изображение типовых элементов

указанный способ может вызвать существенные ощибки; в таких случаях обязательна разработка во всех необходимых видах, разрезах и сечениях.

Техника выполнения компоновочных чертежей представляет собой процесс непрерывных поисков, проб, прикидок, разработки вариантов, их сопоставления и отбраковки негодных. Чертить следует со слабым нажимом карандаша, потому что при компоновании переделки следуют одна за другой, здесь работает больше резинка, чем карандаш. Сечения можно не штриховать, а если и штриховать, то только от руки. Не следует тратить время. на вырисовывание подробностей. Типовые детали и узлы (крепежные детали, уплотнения, пружины, подшипники качения) целесообразно изображать упрощенно (рис. 13).

Обводку чертежа, штриховку, раскрытие условностей изображения и подрисовывание мелких деталей относят на окончательные стадии компонования, при подготовке компоновочного чертежа к обсуждению.

Существует щкола компонования от руки. Конструкцию вырисовывают карандашом на миллиметровой бумаге. Автор неизменно придерживается этого способа и считает, что такое компонование имеет большие преимущества по производительности, гибкости, легкости внесения поправок. Оно почти полностью исключает возможности ошибок в .увязочных размерах и обеспечивает легкое чтение всех размеров деталей. При этом способе особенно хорошо удается придавать деталям плавные очертания, характерные для современного конструирования.

Для конструктора, обладающего рисовальными способностями, это наилучший способ компонования. Есть конструкторы, из-под рук которых в тече-

ние нескольких часов выходят выполненные этим методом вполне законченные и отработанные компоновки, которые можно передавать на деталировку.

КОНСТРУКТИВНЫЙ ПРИМЕР

Для иллюстрации методики компонования рассмотрим проектирование центробеи<ного водяного насоса. Избранный в качестве примера объект обладает специфическими особенностями, влияющими на методику и последовательность компонования. В рассматриваемом случае имеется довольно устойчивая исходная база в виде поступающего из расчетного отдела эскиза гидравлической части насоса. Конструктору остается облечь его в металл. Во многих случаях бывает задана только, схема проектируемого объекта, без определенного размерного скелета. Иногда конструктор приступает к проектированию, зная лишь технические требования к нему и не представляя себе будущей конструкции. Тогда приходится начинать с разработки идеи конструкции и поисков конструктивной схемы, после чего следует компонование в собственном смысле этого слова.

Описываемая щгже методика компонования не является единственно возможной. Процесс компонования, как и всякий творческий процесс, субъективен и во многом зависит от опыта, навыков и способностей конструктора. Различными могут быть ход компонования, последовательность разработки конструкции, а также конструктивные решения задач, возникающих при проектировании. Приводимую ниже методику следует рассматривать как

пример, цель которого - иллюстрировать основные закономерности, присущие любому процессу компонования. К ним относятся:

последовательность разработки, выяснение на первых этапах только основных элементов конструкции и игнорирование подробностей;

рассмотрение в процессе проектирования нескольких вариантов и выбор наилучшего из них на основе сопоставления конструктивной, технологической и эксплуатационной целесообразности;

параллельные с проектированием ориентировочные расчеты на прочность, жесткость, долговечность;

предусмотрение с первых же шагов компонования резервов развития агрегата и выяснение пределов его форсирования;

придание технологичности разрабатываемой конструкции, последовательное проведение унификации и стандартизации;

разработка схемы сборки-разборки;

тщательный просмотр всех элементов конструкции на эксплуатационную надежность.

В приведенном ниже примере результаты каждого этапа компонования представлены отдельными чертежами. У начинающего конструктора может создаться ложное впечатление, будто процесс компонования состоит из последовательного составления таких чертежей. На самом деле речь идет об одном и том же компоновочном чертеже, который непрерывно дополняется и уточняется по ходу разработки, пока не приобретает окончательный вид.

В интересах наглядности на приводимых ниже чертежах мелкие детали показаны по большей части в полном виде. В действительности же в процессе компонования их изображают упрощенно, а иногда и не показывают вообще.

В книжном изложении приходится прибегать к полному вырисовыванию вариантов

и обстоятельным пояснениям при сравнении преимуществ и недостатков различных конструктивных решений. На деле большую часть вариантов конструктор сопоставляет мысленно, сразу отбрасывая нецелесообразные решения, и лишь иногда от руки делает наброски вариантов, порой даже без соблюдения масштаба. Таким образом, процесс сопоставления и выбора вариантов происходит гораздо быстрее, чем может показаться из приведенных ниже объяснений и иллюстраций.

Много времени приходится затрачивать на решение возникающих при проектировании сложных или новых конструктивных задач, требующих творческой работы, поисков аналогий и опорных примеров из практики различных отраслей машиностроения, а иногда и постановки экспериментов, которые, в зависимости от отведенных на проектирование сроков, могут быть проведены быстро или со всей диктуемой обстоятельствами основательностью.

Исходные данные. Исходным материалом для проектирования является расчетный эскиз гидравлической части насоса с основными размерами (рис. 14). Насос одноступенчатый, с осевым входом и консольной крыльчаткой. Во всасывающем патрубке установлен направляющий аппарат, обеспечивающий осевой вход водяной струи на крыльчатку. Привод насоса от асинхронного электродвигателя {N = 30 кВт; и = 2950 об/мин). Окружная скорость крыльчатки 35,5 м/с, расчетный напор 0,5 МПа, производительность 40 л/с. Насос имеет два симметрично расположенных выходных патрубка площадью 40 см каждый.

Расчетом определены число и расположение лопаток (восемь лопаток, изогнутых по ходу вращения крыльчатки), профиль проточной части крыльчатки, сечения выходных улиток по углам окружности. За-

Рис. 14. Эскиз гидравлической части насоса

дан срок службы насоса (10 лет при двухсменной работе).

Расчетная долговечность насоса равна произведению срока службы на коэффициенты сменности и выходных дней (предполагая безремонтную эксплуатацию, коэффициент ремонтных простоев не вводим). Следовательно, i» = ЛсмЛвых. где Н = = 10 • 365 24 = 87 600 ч - номинальный срок службы; Т1(,„ - коэффициент сменности (при двухсменной работе Нем = 0,66); т]дщ = 0,7 - коэффициент выходных дней.

Расчетная долговечность i, = 0,66-0,7 х X 87600* 40000 ч.

Оиора вала. Проектирование целесообразно начать с выбора типа, размеров и расположения опор вала крыльчатки. В качестве опор принимаем шариковые подшипники, отличающиеся от подшипииков скольжения простотой смазки.

Радиальная нагрузка на подшипники складывается из массы крыльчатки и вала и центробежной силы, возникающей из-за неполной статической уравновешенности крыльчатки. Кроме того, опоры воспринимают осевую силу давления рабочей жидкости на крыльчатку. Исходя из предварительных конструктивных прикидок, принимаем массу крыльчатки т,( = 4 кг, массу вала и присоединенньи к нему деталей (внутренние обоймы подшипников, фланец привода, стяжные гайки) ffig = 2 кг.

Неуравновешенную центробежную силу крыльчатки можно приближенно определить по величине статического дисбаланса. Примем точность статической балансировки m = 5 г на окружности крыльчатки. Тогда неуравновешенная центробежная сила

Рцб = mmR = 0,005 -.310? 0,115 = 55 Н.

Максимальная радиальная сила, действующая на крыльчатку в плоскости расположения ее центра тяжести, Р = G, -Ь Рцб = 40 -Ь 55 = 95 Н.

Нагрузка на ближайший к крыльчатке подшипник

(31)

где / - расстояние от центра тяжести крыльчатки до передней опоры; L - расстояние между опорами. Нагрузка на второй подшипник

Л2 = Л,-Р = рЛ

(32)

Целесообразный диапазон отношения LJl заключен в пределах 1,5 - 2. Ниже этих значений силы R, и R2 резко возрастают; увеличение Щ свыше 2 мало уменьшает силы, а только вызывает увеличение осевых размеров установки.

Примем L/l = 1,5. Тогда согласно (31) и (32) R\ = = 1,66Р = 1,66-95 * 160 Н; R2 =0,66Р =

= 0,66-95 * 63 Н.

Масса вала = 2 кг распределяется примерно поровну между обоими подшипниками. Следовательно, R, = 160 -ь 10 = 170 Н и R2 = 63 -ь 10 = 73 Н.

С целью унификации принимаем оба подшипника одинаковыми. Поскольку задний подшипник нагружен меньше, целесообразно дополнительно нагрузить его осевой силой, т. е. сделать заднюю опору фиксирующей.

Уравновешивание осевой силы крыЗгьчатки. У открытых крыльчаток на спинку действует полная сила

Рис. 15. Крыльчатка с уравновешенной осевой снлон

гидростатического давления, создаваемого на выходе (в нашем случае р=0,5 МПа). Сила, действующая в противоположном направлении, значительно меньше, гак как давление на диск крыльчатки со стороны юпаток изменяется по квадратичному закону, начиная от вакуума, создающегося во всасывающем патрубке, до 0,5 МПа на выходе крьшьчат-ки. В результате возникает направленная в сторону всасывания осевая сила, достигающая в рассматриваемом случае примерно 10 кН. Эту силу можно ликвидировать установкой закрытой двухдисковой крыльчатки с двусторонним уплотнением и введением разгрузочных отверстий между полостями всасывания и нагнетания (рис. 15). При этом гидростатическое давление на крыльчатку полностью уравновешивается, так как с обеих сторон действует одинаковое давление (0,5 МПа).

Помимо гидростатических сил иа крыльчатку действует сила реакции поворота струи на входе, направленная против всасывания. Однако эта сила невелика, и ею можно пренебречь.

Условие гидростатической уравновешенности заключается в том, чтобы диаметры обоих уплотнений были одинаковыми, а суммарная площадь разгрузочных отверстий была по меньшей мере равна площади кольцевого зазора в уплотнении.

Принимая диаметр уплотнения By = 130 мм, радиальный зазор 5 = 0,1 мм, число разгрузочных отверстий п = 8 (по числу лопаток), получаем 0,785nd > 0,1пВу, откуда d > ]/0,05 > 2,5 мм. Принимаем с запасом d = 5 мм.

Уплотнения выполняем в виде цилиндрических выступов на дисках крыльчатки, входящих с зазором в кольца, запрессованные в корпусе насоса. Учитывая возможность попадания грязи на уплотняющие поверхности, кольца выполняем из мягкой бронзы.

Долговечность опор. Принимаем диаметр вала крыльчатки d = 40 мм и выбираем в качестве опор