Часть 2. Конструктивный расчет гребного винта

Целью конструктивного расчета является вычерчивание чертежа гребного винта.

Чертеж гребного винта состоит из:

1. Изображения контура спрямленной поверхности лопасти винта, то есть полной поверхности лопасти. На данный контур наносятся изображения сечений лопасти цилиндрическими поверхностями различного радиуса, центр которых находится на оси винта;

2. Нормальной проекции лопасти на плоскость, перпендикулярную оси винта, совместно со ступицей винта и линией примыкания лопасти к ступице;

3. Контура боковой проекции лопасти на плоскость, параллельную оси гребного винта. На данной проекции изображается медиальное сечение лопасти по линии ее наибольших толщин.

4. Чертеж формовочного треугольника.

К моменту начала выполнения конструктивного расчета необходимо иметь следующие данные:

• диаметр винта D (мм);

• число лопастей винта z;

• дисковое отношение q;

• шаговое отношение H/D.

Необходимо также задаться материалом , из которого будет изготовлен винт и знать его плотность r (кг/м3).

В этой части все расчеты удобнее производить в мм.

2.1. Определение размеров ступицы гребного винта.

Ступица винта необходима для крепления к ней лопастей винта и крепления винта к гребному валу.

Основные размеры ступицы, которые необходимо определить следующие: (рис. 1.3).

1.1.1. Средний диаметр ступицы винтов Трооста:

• при z = 3 d_ст = 0,18 D

• при z = 4; 5; 7 d_ст = 0,167 D.

1.1.2. Диаметр гребного вала для данного диаметра ступицы:

d_вал = d_ст/(1,5…2,2).

1.1.3. Длина ступицы l_ст.

Для нахождения l_ст проводится вспомогательное построение (рис. 1.1).

На расстоянии R_винта = D/2 от линии ХХ откладываем прямую y, параллельную ХХ:

Рис.1.1.

Из т.О проводим линию ОА под углом 15⁰ к линии OZ, которая перпендикулярна ХХ.

Проекция т.А на линию даст т.Ах.

Отсюда:

l_ст = 2×1,03×АхО

( Можно использовать формулу l_ст=2×1,03×R_винтtg15)

1.1.4.Длина обтекателя ступицы:

L_об = (0,14¸0,17)D

1.1.5. Диаметр ступицы у обтекателя:

d_ст.обт. = 0,75d_ст

1.1.6. Диаметр ступицы на входе гребного вала

d_ст.вх. = 1,1d_ст.

1.1.7. Конусность внутреннего отверстия ступицы должна составлять 1:15. То есть диаметр входного отверстия ступицы должен быть больше диаметра входного отверстия на величину 2l_ст/15.

Рис.1.2.

Итак, диаметр входного отверстия вала равен:

d_{вх вал} = d_вал + 2l_ст/15;

1.8. Ширина шпоночного паза:

• при одной шпонке:

b_ш = (0,25 ¸ 0,3)d_ст;

• при двух шпонках:

b_ш = (0,17 ¸ 0,2)d_ст.

1.9. Глубина шпоночного паза:

h_ш = (0,5 ¸ 0,6)b_ш.

1.10. Радиусы сопряжения ступицы и лопасти гребного винта:

R₁ = 0,0275D,

R₂ = 0,0375D.

Для уменьшения подгоняемых поверхностей вала и ступицы в ней на 1/3 длины внутренний конус должен иметь вырез глубиной 1 ¸ 2 мм (см. Рис.1.2).

2.2. Расчет и построение медиального сечения лопасти.

Винты Трооста имеют линейный закон изменения толщины лопасти от корня к концевой части. Поэтому, для построения медиального сечения лопасти (сечение по линии наибольших толщин) достаточно знать:

• толщину лопасти на оси винта е₀;

• толщину лопасти на концевой кромке е_R.

Толщина лопасти на оси винта е₀ определяется по таблицы 2.1.

Таблица 2.1.

Материал винта .	Число лопастей.
	3	4	5
Углеродистая сталь.	е0 = 0,05D	е0 = 0,045D	е0 = 0,04D
Нержавеющая сталь, латунь.	е0 = 0,045D	е0 = 0,04D	е0 = 0,035D
Бронза.	е0 = 0,041D	е0 = 0,037D	е0 = 0,032D

Толщина лопасти на концевой кромке е_R:

• для судов без ледовых подкреплений

е_R > 0,0035D;

• для судов с ледовыми подкреплениями

е_R > 0,005D.

Построение медиального сечения лопасти выполняется в левой части формата А1 с таким расчетом, чтобы при выбранном масштабе построения, справа удалось разместить нормальную проекцию лопасти со ступицей винта и контур спрямленной поверхности лопасти.

2.2.1. Наносим ось гребного винта ХХ.

2.2.2. Наносим на оси ХХ точку О.

2.2.3. Проводим вертикальную ось ОZ, перпендикулярную ХХ.

2.2.4 От точки О откладываем вправо отрезок величиной е₀.

2.2.5. Из точки О проводим линию под углом 4⁰ ¸ 8⁰ (но не более 15⁰) к

оси ОZ.

2.2.6. На этой наклонной линии находим точку Е, отстоящую от линии ХХ на расстоянии R_винт = 0,5D.

2.2.7 Через точку Е проводим линию, параллельную ХХ и откладываем на ней отрезок величиной е_R.

2.2.8. Соединив конец отрезка е_R с концом отрезка е₀ получаем искомое сечение лопасти по линии наибольших толщин.

2.2.9. Из точки О откладываем вверх и вниз на перпендикуляре отрезки, равные 0,5d_ст.

2.2.10. Из точки О вправо и влево откладываем отрезки, равные 0,5l_ст.

2.2.11. На концах этих отрезков восстанавливаем перпендикуляры к оси ХХ, на которых вверх и вниз откладываем 0,5d_{вх ст} (перпендикуляр справа от т.О) и 0,5d_{ст обт} (перпендикуляр слева от т.О).

2.2.12. Полученные точки с обеих сторон оси ХХ соединяем лекальной кривой, получая таким образом продольный контур ступицы.

2.2.13. Сопрягаем верхнюю часть контура ступицы с сечением лопасти по линии наибольших толщин радиусами R₁ и R₂.

2.2.14. Строим изображение внутреннего отверстия ступицы с помощью размеров d_вал; d_{вх вал}, обозначая внутренний вырез (пункт 1.11) и шпоночный паз (пункт 1.8).

2.2.15. Измеряется величина m в масштабе чертежа и определяется ее натуральная величина. ( Она снимается с оси винта от точки О до точки линии пересечения поверхности лопасти).

2.2.16. На выполненном сечении выставляются все необходимые размеры.