Проектирование судового валопровода.
Проектирование судового валопровода включает:
- разработку принципиальной схемы валопровода;
- выбор материала валов и определение их диаметров;
- расчёт промежуточного и гребного валов на прочность;
- оценку запаса по критической частоте вращения и продольной устойчивости гребного вала.
Разработка принципиальной схемы валопровода:
Выбор
материала валов и определение их
диаметров по Правилам Регистра валы
судовых валопроводов должны изготовляться
из стальных поковок со временным
сопротивлением 430÷690 Мпа.
В качестве материала для валов можно
использовать сталь Ст5 с временным
сопротивлением
МПа и пределом текучести
МПа.
Диаметр промежуточного вала в мм определяется:
;
где: L – коэффициент, принимаемый равным 102 – для валов класса «М-СП»;
– частота
вращения промежуточного вала, об/мин;
n – частота вращения главного двигателя, об/мин;
i – передаточное отношение редуктора;
k
– коэффициент, учитывающий неравномерность
крутящего момента;
– коэффициент для установок с двигателями
внутреннего сгорания;
q=0,4 – для установок с четырёхтактными дизелями;
а – отношение максимального индикаторного крутящего момента к среднему индикаторному крутящему моменту, для двигателей с 6 цилиндрами а=2,15;
;
мм;
Диаметр упорного вала в районе упорного гребня должен превышать диаметр промежуточного вала не менее, чем на 5%;
мм;
Диаметр гребного вала должен быть не менее:
;
где: к – коэффициент для гребных валов, числовое значение которого зависит от того, какой жидкостью производится смазка дейдвудных подшибников, к=7 – для гребных валов со сплошной облицовкой.
мм;
Величина диаметра валов уточняется с учётом качества материала по формуле в мм:
;
где:
- временное сопротивление материала
вала в Мпа,
МПа;
-
диаметр промежуточного или гребного
вала, определённый по вышеуказанным
формулам.
Диаметр промежуточного вала :
мм;
Диаметр упорного вала в районе упорного гребня:
мм;
Диаметр гребного вала :
мм;
Расстояние
между опорными подшипниками
определяется:
;
где:
- диаметр вала в см;
На промежуточном валу :
м;
На упорном валу:
м;
На гребном валу:
м;
Выбираем
соединительную фланцевую муфту по
допустимому крутящему моменту
в кН∙м
и максимальной частоте вращения,
устанавливаем для соединения с
промежуточным валом.
кН∙м;
Расчёт валов на прочность.
Расчёт
валов на прочность выполняется по
приведённым напряжениям
с помощью формулы:
;
где:
- наибольшие нормальные напряжения
сжатия, МПа;
-
напрядение сжатия от упора движителя,
МПа;
-
наибольшие напряженяи при изгибе, МПа;
– напряжения
кручения, МПа;
-
номинальная частота вращения вала,
;
– запас
прочности, принимаемы равным для
промежуточного вала 2,8, а для гребного
3,15;
-
упор движителя, кН;
-
номинальная мощность главного двигателя,
кВт;
– номинальая
мощность, передаваемая валом, кВт;
- диаметр рассчитываемого вала, м;
– скорость
судна, м/с;
– максимальный
изгибающий момент на
промежуточном валу в кН∙м
при отсутсвии на пролёте длиной
сосредоточенной нагрузки;
– максимальный
изгибающий момент на гребном валу в
кН∙м
при расположении винта на консоли длиной
в м.
Расчёт на прочность промежуточного вала:
кН;
МПа;
кВт;
МПа;
кН∙м;
МПа;
МПа;
МПа;
МПа;
МПа
<
МПа;
Вывод: Условие прочности выполнено.
Расчёт на прочность промежуточного вала:
кН∙м;
МПа;
МПа;
МПа;
МПа;
МПа;
МПа;
МПа<
МПа;
Вывод: Условие прочности выполнено.
Оценка запаса по критической частоте вращения и продольной устойчивости гребного вала.
Необходимый запас по критической частоте вращения гребного вала обеспечивается, если:
;
где:
и
- длина дейдвудного пролёта и консоли
гребного вала, м;
-
номинальная частота вращения гребного
вала
.
Вывод: Необходимый запас по критической частоте вращения обеспечивается.
Проверке на продольную устойчивость подлежат валы, у которых:
;
где:
=5
м, - максимальная длинна дейдвудного
пролёта вала;
;
-
необходима проверка на продольную
устойчивость.
Для таких валов необходимый запас по продольной устойчивости обеспечивается, если:
;
;
;
Вывод: Условие прочности вала обеспечено.
Выводы по разделу: В данном разделе была разработана принципиальная схема валопровода, был выбран материал валов и определён их диаметр. Также были произведены расчёты валов на прочность, в результате которых выяснилось, что все валы удовлетворяют условиям прочности, и оценка по критической частоте вращения и продольной устойчивости гребного вала.
Убрать лакуну