Основы КСУ (Бормотов А) / Основы конструирования

Сечение винта надо еще проверить на устойчивость при сжатии его в начале склонения. Сжимающее усилие S1 = 8,4 кН, длина винта вместе с трубой l = 1,4 м. Эйлерова нагрузка для шарнирно-опертого стержня

где J – момент инерции сечения винта, который можно принять

Эйлерово усилие по выражению (5.5) получилось:

Tэ 2 2 107 3,6 36,74 кН, 140 140

что обеспечивает неплохой запас устойчивости:

n Tэ 36,74 4,4 . S1 8,4

Оценим возможность работы ручным приводом винта. Угол подъема винтовой линии:

Угол трения для пары винт-гайка 60 , что соответствует коэффици-

енту трения (сталь по бронзе) 0,105 .

КПД винтовой передачи

где =0,015 – коэффициент трения подшипника качения; rп – радиус упорно-

го подшипника качения.

190

Крутящий момент на винте с учетом потерь на трение

где: к =0,9 – КПД конической пары (i = 1).

Окружное усилие на рукоятке привода

Tо M кр 3,2 0,09 кН, R 35

где R = 35 см – радиус рукоятки.

Необходимо рассмотреть нагрузки на винтовой привод во втором положении шлюпбалки, когда шлюпка со спусковой командой находится за бортом и начинается ее заваливание механизмом склонения. Расчетная нагрузка Q в этом случае будет меньше, поскольку спусковая команда состоит из 2 чел. (в примере принято Q2 = 8930 Н). Осевое усилие, нагружающее винт в самом начале заваливания, будет S2 = 12,75 кН. Крутящий момент на винте возрастает до значения Mкр = 4,92 кНсм, что обусловливает рост окружного усилия на рукоятке до значения

4,92

Tо 35 0,14 кН.

Величина усилий на рукоятке Tо = 0,09÷0,14 кН не превосходят допускаемых нагрузок [T] = 200 Н.

Пружинный механизм склонения

Вариант схемы пружинного механизма склонения показан на рис.

5.44.

Вкрайнем положении стрелы, вываленной за борт, пружина находится

всвободном состоянии, а стрела шлюпбалки удерживается штоком, упорная шайба 5 которого опирается на крышку гильзы.

Конструирование механизма начинают с расчета нагрузки, воспринимаемой им при работе со шлюпкой. Предварительно вычисляют силу натя-

жения лопарей при подъеме шлюпки и заваливании шлюпбалки (рис. 5.45). В начале лопари растянуты усилием T = Q (подъем шлюпки), а затем – при заваливании шлюпбалки, после кратковременного возрастания силы до Tmax, эта сила постепенно уменьшается до нуля, когда центр тяжести шлюпбалки

191

со шлюпкой переместится влево от оси качания шлюпбалки. График изменения силы натяжения лопаря (рис. 5.45, б) дает возможность найти значения углов наклона шлюпбалки , где эта сила близка к нулю (с определенным запасом это угол р ). При таком положении шлюпбалки (при = р ) изме-

ряют расстояние между шарнирами механизма склонения lр, а затем это же расстояние в конце заваливания шлюпбалки (lк при = к ). Разница этих длин l lр lк представляет собой величину рабочей просадки пружины при сжатии ее осевым усилием F2.

Рис. 5.44. Схема пружинного механизма спасения:

1 – шток; 2 – пружина; 3 – гильза; 4 – стрела шлюпбалки; 5 – шайба упорная

Значение этого усилия определяют как необходимое значение осевой силы, выталкивающей шлюпбалку в начальный момент ее склонения (при= к ), по условию

M Qa Pb F2c 0 ,

где Q – сила веса шлюпки со снабжением и людьми при спуске шлюпки; плечи a, b, c снимают с эскиза при = к (рис. 5.45, а).

192

– жесткость одного витка, S3 – максимальная деформация одного витка. Например, для F3 = 50 кН позиция «155» таблицы дает: d =36 мм; Dн =260

мм; с1 =1464 Н/мм; S3 =34,14 мм.

3. Проверяют прочность витка пружины на кручение

метр пружины; =800 МПа (табл. 2 ГОСТ 13764 – 86) для сталей марок

60С2А, 60С2, 65Г.

4. Определяют жесткость пружины

пружины n1 n nн , где nн = 1,5 – число концевых неработающих витков.

9.Длина пружины в свободном состоянии l0 l3 S3 , мм.

10.Длина пружины при рабочей деформации l2 l0 S2 , мм.

11. Шаг пружины в свободном состоянии t S d , мм.

3

Примеры оформления рабочих чертежей пружин приведены в справочнике [2].

Изложенные выше приемы успешно применяются и при расчетах гравитационных шлюпбалок. На эскизе изображены последовательно виды шлюпбалки при разных положениях ее склонения от начала I до конца IV.

В каждом положении изображены исходные нагрузки (сила веса шлюпки Q и шлюпбалки P) для прямой посадки судна ( 00 ) и с креном на правый и левый борт. Необходимо рассчитать силу натяжения лопаря T и реакцию опор R1 или R2 (в зависимости от того, вокруг которого шарнира происходит склонение шлюпбалки).

194

другую реакцию R1. Плечи а1, b1, а2 , b2 , с снимают с эскиза, как это было показано в предыдущих примерах.

На криволинейном участке рельса реакции R1 и R2 не параллельны, что намечает другой способ решения. Если провести линии действия реакций R1 и R2 по нормали к поверхности рельса до их пересечения (точка О), то появляется возможность найти силу натяжения лопарей Т, составив уравнение моментов сил относительно точки О:

T Qa Pb , c

Реакции R1 и R2 момент относительно точки О не дают (их плечи равны нулю). Вслед за этим можно найти сами реакции R1 и R2 с помощью уравнения сил в векторной форме (рис. 5.47). Многоугольник строится, начиная с сил Q и P, затем добавляют силу Т (параллельно линии троса) и проводят две линии, замыкая многоугольник (каждую из них – параллельно направлению реакций R1 и R2). Точка пересечения этих линий отсекает модули реакций R1 и R2.

Этим же способом, показанным на рис. 5.47 в положении II, можно определить усилия T, R1 и R2 для перекатывающихся шлюпбалок, изображенных на рис. 5.21, б.

В положении III на рис. 5.47 шлюпбалка неподвижна в крайнем своем положении, что соответствует операциям спуска или подъема шлюпки. В этом положении натяжение лопарей Т вызывается весом лишь самой шлюпки Q, а вес шлюпбалки P не учитывается, поскольку она зафиксирована и катки неподвижны. Со стороны катков на шлюпбалку действую силы реакций R1 верхнего катка и R2 нижнего катка. Направление верхней реакции R1 проводят по нормали к поверхности рельса, а направление нижней реакции R2 неизвестно.

Поиски реакций начинают с расчета силы натяжения лопарей T (как это будет изложено далее), что дает возможность составить уравнение моментов сил относительно нижней опоры M0 0 , из которого получают величину верхней реакции R1:

197

Qa Pb R1 c ,

где плечи а, b и с снимают с эскиза в положении III.

Реакция R2 определяется из векторного уравнения сил F 0, реше-

ние которого показано на рис. 5.47 (положение III).

На рис. 5.47, б дополнительно показано, как можно учесть силы трения катков шлюпбалки. Направление реакции проводят по нормали к поверхности рельса, если не учитывать силу трения ( R N ). Сила трения Fтр fN направлена в сторону, противоположную движению катка. Суммар-

ное усилие R N Fтр имеет направление под углом к нормали. При ис-

пользовании стальных катков и стальных рельсов угол трения принимают

50...70 . Такой прием позволяет использовать приведенные выше схемы решений для расчета гравитационных шлюпбалок с учетом сил трения катков.

На рис. 5.47 расчет шлюпбалки показан при ровной посадке судна. Учет крена выполняется таким же способом, как показано на рис. 5.46.

5.5.4. Расчет усилий, нагружающих найтовы

Для части деталей шлюпочного устройства расчетные нагрузки действуют в «нерабочем» режиме, а во время плавания судна, когда шлюпбалки закреплены стопорами к неподвижным станинам, а шлюпки принайтованы к палубе судна или шлюпбалке. Рассмотрим для примера расчет усилий, воспринимаемых найтовами, с помощью которых шлюпка закреплена на гравитационной шлюпбалке (рис. 5.48).

198