Раздел 7. Расчёт элементов валопровода

Для расчета валопровода была разработана его схема, которая представлена ниже:

1.Гребной винт

2.Гребной вал

3.Дейдвудная труба

4.Упорный подшипник

5.Упорный вал

6.Быстроразъёмное соединение

7.Фланец коленвала

8.Подшипник кронштейна

9.Соединительная муфта

Упорный подшипник выбирается по упору винта, который может быть определен на основе гидродинамического расчета или приближенно по формуле:

где: - скорость судна;

- пропульсивный КПД

Принимаем материал гребного вала Сталь 35 , Rm=540 мПа. С учётом ремонтной оболочки принимаю dгр=164 мм

где Rm=400-600МПа-временное сопротивление материала вала, в случае если

Rm>600МПа, в формулу следует подставить Rm=600 МПа;

К=1400-для промежуточных валов с кованными фланцами или фланцевыми бесшпоночными муфтам;

К=140-для промежуточных валов со шпоночными муфтами;

К=142-для упорных валов в подшипниках качения;

К=150-160 для гребных винтов;

СEW=1,0 коэффициент усиления для судов без ледового усилия;

СEW=1,02 коэффициент усиления для ледоколов и судов ледокольного типа;

СEW=1,05 коэффициент усиления для судов , предназначенных для плавания в битом льду;

N-расчётная мощность, передаваемая валом, кВт;

di-диаметр осевого отверстия вала, мм;

dr-действительный диаметр вала, мм;

n-расчётная частота вращения, мин (-1);

Принимаем dув=1

Проверочный расчет на прочность валопровода.

Проверочный расчет гребного вала производят для участка между опорами в дейдвудной трубе и консоли, на которой навешен гребной винт. Схема данного участка и нагрузки на него представлены ниже

Напряжение кручения:

Напряжение сжатия:

Напряжение изгиба от массы винта и консольной части вала:

где: М_о – изгибающий момент

;

- нагрузка от массы гребного винта

- интенсивность нагрузки вала от собственной массы

- масса единицы объёма материала вала

- момент сопротивления изгибу

Наибольшее нормальное напряжение в гребном валу

Общее расчетное напряжение

- условие прочности выполняется

Определение критической частоты вращения

валопровода.

Критическую частоту вращения гребного вала при поперечных колебаниях определяем по методу Бриннеля. Валопровод заменяют двухопорной балкой со свешивающимся концом:

Гребной винт на консоли на расстоянииот центра опоры А в подшипнике кронштейна. Остальная часть вала до опоры В в дейдвудной трубе имеет длину. Предполагается, что каждый из пролетовибалки несет равномерно распределенную нагрузку, но с разными интенсивностямиипри этом, что соответствует действительности.

Интенсивность нагрузки вала от собственной массы , (смотри проверочный расчет на прочность валопровода)

Интенсивность нагрузки пролета вала:

Критическую частоту вращения, при которой возникают поперечные колебания вала, подсчитывают по эмпирической формле:

где: -модуль упругости стали

- экваториальный момент инерции сечения вала относительно оси

g=9,8 м/с² – ускорение свободного падения

Критическая частота вращения вала должна быть значительно больше номинального значения , при этом необходимый запас частоты вращения должен быть < 20%