4.5 Соединения валов

Соединение валов в проектируемом валопроводе осуществляется с помощью фланцев.

Болты для соединения фланцев принимаем плотно пригнанные. Диаметр болтов соединительных фланцев должен быть не менее определяемого по формуле

где d_пр =240 мм – расчетный диаметр промежуточного вала;

R_mв =400МПа - временное сопротивление материала вала;

R_mб =600МПа - временное сопротивление материала болта, принимается в пределах

R_mв R_mб 1,7 R_mв, но не более 1000МПа;

i =8 - число болтов в соединении;

D =350 мм - диаметр центровой окружности соединительных болтов, мм.

Принимаю для соединения 8 болтов с резьбой М44

Радиус закругления фланцев валов не менее 0,08 требуемого диаметра вала в районе фланца. Закругление должно быть гладким, подрезка закруглений от головки и гайки соединительных болтов не допускается.

Толщина соединительных фланцев должна быть не менее 20% требуемого диаметра промежуточного вала или не менее диаметра болта в зависимости от того, что больше.

s'=0,2·240=48 мм.

Принимаем толщину фланца 48 мм.

4.6 Соединение гребного винта с валом

Конус гребного вала под гребной винт выполняется с конусностью 1:12. Во избежание попадания воды на конус гребного вала предусматриваются уплотнения.

4.7 Подшипники валов

4.7.1 Опорные подшипники

В качестве опорных подшипников используются подшипники скольжения с фитильно-кольцевой системой смазки. Подшипник подбирается по диаметру промежуточного вала

d_пр = 240 мм согласно ОСТ 5.4153-75.

Т.к. n≤350 мин,максимальное расстояние между смежными подшипниками [3, с. 37]:

где k₁ = 450 коэффициент для подшипников скольжения.

d_r = d_пр = 240мм – диаметр вала.

Минимальное расстояние между смежными подшипниками:

Так как расстояние от фланца редуктора до дейдвудного подшипника не превышает 5931,9 мм, то принимаем к установке один опорный подшипник скольжения по ОСТ 5.4153-75.

4.6 Тормозные устройства

Тормозное устройство устанавливается на фланцевом соединении промежуточного вала и редуктора. В качестве тормозного устройства используется тормоз бугельной конструкции.

Расчет тормозного устройства

Для стопорения валопроводов в аварийных ситуациях (повреждение винта или валопровода, ремонта их и т.п.) их оборудуют тормозом. Большинство тормозов валопроводов работает по принципу сухого механического трения. Их часто совмещают с фланцевым соединением.

Цель расчёта – определить конструктивные параметры тормоза и обеспечить требования Правил Регистра по усилию затяжки. Расчёт ведется в следующей последовательности.

1.Определяется момент на гребном валу, кН·м,. создаваемый застопоренным гребным винтом, ,

где k_m – коэффициент момента застопоренных четырех- и трёхлопастных гребных винтов в зависимости от дискового θ и шагового Н/D_в отношений (рис.1);

ψ = 0,27 – коэффициент попутного потока;

- скорость движения судна с застопоренным гребным винтом, равная обычно 3…4 м/с;

ρ – плотность воды, т/м³;

D_B = 3,1м – диаметр гребного винта,

2 . Находится диаметр тормозного диска, м:

,

где f - коэффициент трения, принимаемый для ленты ферродо по стали – 0,4;

–угол охвата одного бугеля (обычно 100-130),100=1,92рад. ;

k = b_т/D_т - отношение ширины тормозной ленты к диаметру тормоза, k = 0,12 ÷ 0,14;

p= (6…8)10кПа – среднее допускаемое давление на тормозную поверхность.

Так как тормозное устройство устанавливается на фланцевом соединении гребного и промежуточного валов, то принимаем диаметр тормоза равным диаметру фланца.

D_T = D_Ф = 0,89 мм.

3. Определяются необходимые силы, кН, торможения ленты = и затяжки винта

где e – основание натурального логарифма.

4. Рассчитывается момент затяжки винта, кН·м,

Для сжатия колодок применяем винт с резьбой М30.

Шаг резьбы s = 3,5 мм.

Средний диаметр принимаем d_ср = 0,9d = 0,9∙30 = 27 мм.

Угол подъема винтовой линии:

,

Угол трения резьбы:

,

где β = 60⁰ = 1,05 рад – угол профиля резьбы,

μ = 0,2 – коэффициент трения

Момент затяжки:

5. Определяется усилие затяжки на рукоятке:

где L – длина рукоятки, м.

Усилие затяжки на 1 чел. не должно превышать кН.

Допускается работа на тормозе не более 2 чел., следовательно, кН.

Конструкция тормоза показана на рисунке 1.

Рисунок 4.1 – Тормозное устройство

1 – гайка тяги; 2 – тяга; 3, 5 – штыри тяги и бугеля; 4 – бугель с головкой для штыря и тяги; 6 – фундамент; 7 – фрикционные колодки.

0. Проверка валопровода на критическую частоту вращения

Для определения критической частоты вращения гребного вала при поперечных колебаниях валопровод условно заменяется двухопорной балкой с одним свешивающимся концом. Частота вращения вала, при которой возникают его поперечные колебания, вычисляется по формуле:

n_кр = 1-3,3^.(L₂/L₁)^3.q₂/q₁)^.(30^.^.E^.I^.g/q₁)/L₁², (мин.^-1),

где:

L₂ =2,67м - расстояние от середины опоры до центра масс гребного винта;

L₁ =4,5м - остальная длина гребного вала;

q₁ = ^.d_г^2./64 (кН/м) - удельная нагрузка пролета вала L₁;

q₁ = 3,14^.0,31²77/64= 0,363 (кН/м);

 = 77 кН/м³ - плотность стали;

q₂ = q₁ + Gв/L₂ (кН/м) - удельная нагрузка пролета вала L₂;

Gв = 1,47^.D_в^3. (кН)

D_в = 3,1м - диаметр винта;

 = 0,55 - дисковое отношение;

Gв = 1,473,1^3.0,55 = 24 (кН);

q₂ = 0,363 + 24/ 2.67 =9,3 (кН/м);

I = ^.d_г⁴/64 (м⁴) - экваториальный момент инерции сечения вала относительно его оси;

I = 3,14^.0,31⁴/64 = 4,5^.10^-4 (м⁴);

E = 2,16^.10⁸ кПа - модуль упругости материала вала.

n_кр=1-3,3^.(2,67/4,5)^3.(9,3/0,363)^.30^.3,14/4,5²^.(2,16^.10^8.4,510^-4·9,8/0,363)= 12·10⁴(мин.^-1),

Критическая частота вращения вала должна быть больше ее номинального значения

(n_кр - n_н)/n_н.100%  20%.

(12·10⁴- 182)/182_.100%  20%.