Увеличение жесткости и прочности консольных конструкций

Если применение консольной установки продиктовано необходи­мостью, то следует принимать все меры к устранению присущих ей недостатков. Необходимо всемерно уменьшать вылет консоли, увеличи­вать жесткость и прочность консольной части конструкции. На рис. 5.4.1 приведены нецелесообразная (а) и улучшенная (б) конструк­ции консольного вала, в которой длина l' консоли уменьшена до предела, допускаемого конструкцией; момент инерции и момент сопротивления консоли на наиболее нагруженных участках увеличены. Передний подшип­ник, воспринимающий повышенную нагрузку, усилен.

Распространенным случаем консоли в машиностроении являются опор­ные буртики цилиндрических деталей. В нерациональной конструкции (рис. 5.4.1, в) буртик имеет чрезмерный вылет. Если вылет уменьшить, например, в 3 раза (рис. 5.4.1, г), то во столько же раз уменьшаются напряжения изгиба в опасном сечении; максимальная деформация сни­жается в 27 раз.

В планетарной передаче (рис. 5.4.1, д) консольные пальцы 1 сателлитов подвергаются изгибу центробежной силой сателлитов Р_{ц б} и окружными силами привода Р_окр. Соединение пальцев дисками 2 (рис. 5.4.1, е) устраняет консольный изгиб только от сил Р_{ц б}. Окружные силы по-прежнему консольно изгибают пальцы.

Рис. 5.4.1

Упрочнение консолей

В рациональной конструкции (рис. 5.4.1, ж) несущий диск 3 привернут к лапам m диска сателлитодержателя, которые воспринимают окружные силы, полностью разгружая пальцы от изгиба.

В ряде случаев можно добиться значительного укорочения консоли изменением формы детали. Вылет насадного конического колеса (рис. 5.4.2, а) можно уменьшить, переменив положения ступицы относительно венца (б) или применив колесо, выполненное заодно с валом (в).

Нагрузка на переднюю опору консоли (рис. 5.4.3, a) N₁ = Р (1 + l/L), на заднюю N₂ = Р(1 + l/L), где Р — сила, действующая на консоль; l — длина консоли; L — расстояние между опорами.

Рис. 5.4.2. Уменьшение вылета в консольной установке конического зубчатого колеса

Нагрузки на опоры резко возрастают с уменьшением рас­стояния между опорами. С увеличением отношения L/l нагрузки падают, причем N₁ асимптотически стремится к величине Р, a N₂ — к нулю. При L/ l > 2 … 2,5 нагрузки становятся практически постоянными, а при L/l < 1 резко возрастают. Таким образом, целесообразный диапазон отно­шений L/1 заключен в пределах 1,5…2,5.

Рис. 5.4.3

Схемы консольной (а), обратно-консольной(б),

и бесконсольной (в)

установок

В качестве общего правила можно принять, что расстояние между опорами должно быть равно удвоенной величине консоли. При этом нагрузка на переднюю опору N₁ = 1,5Р. Разумеется за большими отно­шениями L/l остается преимущество более точной фиксации вала.

Жесткость и прочность консолей в большой степени зависит от условий заделки консоли в корпусе. Усиление консоли, как таковой, бесполезно, если узел заделки недостаточно жесток (рис. 5.4.4, а).

При радиальной заделке консоли придают фланец, который притягивают болтами к привалочной плоскости, усиленной ребрами т (рис. 5.4.4,б).

Рис. 5.4.4

Заделка консолей

В системе осевой заделки (рис. 5.4.4, в) консоли придают хвосто­вик, диаметром примерно равным диаметру консоли, который крепят запрессовкой или затяжкой в бобышке, жестко связанной с корпусом ребрами или (как показано на рисунке) коробкой. Для устойчивого крепления длину заделки делают не менее диаметра консоли.

В наиболее жесткой системе радиально-осевой заделки кон­соль крепят одновременно на фланце и на хвостовике, который сажают в бобышке на посадке с натягом или затягивают гайкой (рис. 5.4.4, г и д).