Тема 12: метод инверсии

Среди приемов, облегчающих 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 прочности, 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.

Таблица 3 – Схемы инверсии типовых узлов

Схемы		Сравнительная характеристика схем
I	II
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 усилий на тягу. В конструкции по схеме II затруднительна обработка проушины тяги

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 коромысла		В схеме I тяга выполнена со сферическим наконечником 6, в схеме II сферическим выполнен боек 7 коромысла. Инверсия улучшает смазку сочленения (масло, находящееся в полости привода, скапливается в чаше тяги)

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		В схеме I ниппель 11 выполнен с внутренним конусом, в схеме II — с наружным. Осевые габариты в схеме II меньше

Сферическое соединение трубопроводов		Замена полной сферы (схема I) двумя концентричными полусферами (схема II) значительно сокращает осевые габариты. Изготовление узла, однако, усложняется

Направляющая		Схема II выгоднее схемы I по условиям смазки

Крепление шпильки		Схема II повышает прочность резьбового соединения (податливость бобышки у начальных витков способствует более равномерному распределению нагрузки по виткам).

Крепление турбинной лопатки		В схеме I лопатка 12 крепится вильчатой ножкой на Т-образном кольцевом шипе ротора 13. В схеме II — Т-образной ножкой в кольцевом пазу ротора. Схема II уменьшает массу, увеличивает жесткость и упрощает изготовление лопатки

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

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

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

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 усилия на головке и переставная сила уменьшаются

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

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

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

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 обрабатывается с одного установа)

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

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)

Холостая шестерня		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)

Холостая шестерня		Установка шестерни на подшипниках качения на оси (схема II) уменьшает долговечность подшипников (вращаются наружные кольца подшипников, тогда как в схеме I — внутренние). Нагрузка на наружные кольца в схеме I - постоянного направления. Схема II иногда целесообразна по габаритным условиям (например, консольная установка шестерни

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