4. Расчёт средств борьбы с вибрацией

4.1 Расчёт амортизаторов

Для начала расчёта необходимо определение центра тяжести ДВС [11]. На основу возьмём классический 6 ЧН21/31.

Целью работы является расчёт параметров пружинных амортизаторов, обеспечивающих необходимый уровень виброзащиты корпуса судна от колебаний дизеля.

Главным критерием, определяющим качество виброизоляции, считается коэффициент амортизации К, он же коэффициент вибропередачи, указывающий долю динамической силы от общей силы, передающуюся амортизаторами к основанию. Определяется по формуле:

где: f, f0 – соответственно частота возмущающей силы и собственных колебаний, Гц;

μ – коэффициент трения. Так как μ<<1, в обычных условиях трением пренебрегают. А значит:

Рассчитывая амортизатор немаловажное значение имеет отношение частоты собственных колебаний f₀ любого тела, укрепленного на упругой опоре, и величины статистической осадки опоры под влиянием массы данного тела:

где: g – ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с2;

Х_ст – статистическая осадка, м.

Понижение относительных параметров колебаний после постановки машины на амортизаторы определяют по формуле:

В действительности работа сводится к определению главных параметров пружины амортизатора: диаметра проволоки d и числа рабочих витков n_в. Для исходных данных применяют частоту колебаний дизеля, логарифмический уровень виброскорости, массу дизеля, количество амортизаторов, а также средний радиус витка пружины. По заданной величине снижения уровня виброскорости определяется необходимый коэффициент вибропередачи:

Определяется частота собственных колебаний дизеля. Исходя из вышесказанного, основной частотой вибрации дизельного двигателя является частота вращения его собственного коленчатого вала. Все современные дизельные двигатели согласно требованиям международных правил проектирования, постройки и эксплуатации судов работают на номинальном уровне мощности, которая, как правило, составляет 80% от максимальной мощности дизеля. 6 ЧН 21/31 по техническим характеристикам удовлетворяет потребность в 1000 мин^-1, а значит, что наиболее распространённая частота, создаваемая данным двигателем будет располагаться на уровне около 800Гц, что действительно неплохо, учитывая, что все современные методы борьбы с вибронагрузками ДВС очень эффективны на частотах более 65Гц, колебания же менее представленного значения сложны для их гашения.

Для этой частоты определяется статистическая осадка виброизолятора:

Определяется суммарная жесткость пружин амортизаторов:

где М_i – полная масса дизеля, кг.

Определяется жесткость пружины каждого амортизатора, традиционно их 4:

Определяются основные параметры пружины амортизатора, т.е. диаметр проволоки d и число рабочих витков n_в:

где: RS – допускаемое напряжение на кручение (для пружинной стали RS = 4,22 . 108 кг/см2 );

r – средний радиус витка пружины (м), который выбирается из конструктивных соображений. Обычно отношение d r находится в диапазоне от 2 до 5.

Полное число витков пружины n_S = n_в + n₁, где n₁ = 1,5 при n_в<7, n₁ = 2,5 при n_в>7:

Шаг витка пружины:

Высота ненагруженной пружины:

Длина проволоки, необходимая для навивки пружины:

При расчете пружин, работающих на сжатие, отношение высоты ненагруженной пружины к ее диаметру должно удовлетворять условию:

При несоблюдении этого условия возникает опасность потери устойчивости системы, и поэтому нужно будет обновить параметры пружины, увеличив радиус витка на 15-20%. В данном случае этого не требуется.