2. Расчет валопровода

Судовой валопровод работает в сложном напряженном состоянии. Он нагружен крутящим моментом, испытывает продольное сжимающее усилие от силы упора гребного винта на переднем ходу или растягивающее усилие на заднем ходу и изгибается под собственной массой и массой навешенных на него деталей. Эти нагрузки носят переменный и циклически повторяющийся характер. Точный расчет элементов валопровода при указанных условиях довольно сложен и требует ряд допущений. Поэтому главным является расчет, основанный на условном предположении, что вал подвергается воздействию статического крутящего момента. В рамах курсовой работы расчет валопровода сводится лишь к определению диаметра, расчету прочности и расчету критической частоты вращения гребного вала.

1. Определение диаметра гребного вала

Согласно правилам Российского Речного Регистра промежуточные, упорные и гребные валы должны изготавливаться из стали с временным сопротивлением 430÷690 МПа.

Сначала осуществляется предварительный расчет диаметра гребного вала.

Диаметр гребного вала, должен быть не менее определяемого по формуле:

(2.1)

где – временное сопротивление материала вала, МПа;

– коэффициент усиления:

• для судов без ледового усиления C_EW = 1.0;

• для судов, предназначенных для плавания в битом льду, C_EW = 1.05;

• для ледоколов и судов ледокольного типа C_EW = 1.07;

– расчетная мощность, передаваемая валом, кВт;

– расчетная частота вращения вала, мин^-1;

– действительный диаметр вала, мм;

– диаметр осевого отверстия вала, мм, если этот диаметр ≤ , то его можно принять равным ;

– коэффициент:

• для гребных валов при длине не более 4-х диаметров гребного вала от носового торца ступицы гребного винта ;

• для гребных валов при длине более 4-х диаметров гребного вала от носового торца ступицы гребного винта .

Полученное значение диаметра гребного вала округляется до ближайшего большего стандартного значения.

Гребные валы должны быть защищены от коррозии способом, одобренным Российским Речным Регистром.

Толщина бронзовой облицовки вала должна быть не менее определяемой по формуле:

(2.2)

где – диаметр гребного вала, мм.

2. Проверочный расчет прочности гребного вала

Проверочный расчет гребного вала проводят для участка между опорами в дейдвудной трубе и консоли, на которой навешан гребной винт (рисунок 2.1). Усилие от массы гребного винта G_в рассматривается как сосредоточенная нагрузка, приложенная в центре консоли.

Рисунок 2.1 – Расчетная схема для проверочного расчета статической прочности гребного вала

Напряжение кручения:

(2.3)

где – диаметр гребного вала, м;

– мощность передаваемая валом, кВт;

– частота вращения гребного вала, мин^-1.

Напряжение изгиба от массы винта:

(2.4)

где – сосредоточенная нагрузка от массы гребного винта, кН;

– расстояние от опоры А до сосредоточенной нагрузки , м;

– длина консольной части, м:

• при длине судна до 25 м ;

• при длине судна 25 – 50 м ;

• при длине судна 50 – 100 м ;

• при длине судна более 100 м ;

– распределенная нагрузка от собственной массы вала, кН/м.

(2.5)

где – удельный вес стали, кН/м³.

Нагрузка от массы гребного винта может быть определена по формуле:

(2.6)

где – диаметр гребного винта, м;

– дисковое отношение винта.

Расстояние от опоры А до сосредоточенной нагрузки :

(2.7)

Напряжение сжатия:

(2.8)

где – упор гребного винта, создаваемый при номинальном режиме работы главных двигателей, кН.

(2.9)

где – номинальная мощность двигателя, кВт;

– скорость хода судна, м/с;

– к.п.д. линии валопровода и движителя.

Наибольшее нормальное напряжение в гребном валу:

(2.10)

Общее расчетное напряжение:

(2.11)

Запас прочности относительно предела текучести материала вала и общего расчетного напряжения выражается отношением:

(2.12)

где – предел текучести стали, кПа.