Расчет валопровода

РАСЧЕТ ДИАМЕТРА ПРОМЕЖУТОЧНОГО ВАЛА
Расчетный диаметр промежуточного вала должен быть не менее определяемого по формуле

где:
- коэффициент, для механических установок с ДВС без гидравлических и электромагнитных муфт;
- номинальная мощность ГД, кВт;
- номинальная частота вращения ГД, об/мин.
Из конструктивных соображений принимаем для промежуточного вала сталь с временным сопротивлением . Тогда значение расчетного диаметра промежуточного вала можно определить как

где:
- расчетный диаметр промежуточного вала, изготавливаемый из менее прочного металла, мм;
- временное сопротивление материала вала, МПа.
Исходя из типоразмерного ряда принимаем следующее значение диаметра промежуточного вала

Определим расстояния между серединами смежных подшипников промежуточных валов по формуле

где:
- коэффициент для полых валов, так как вал выполняется без отверстий, равен 1;
- коэффициент, для частоты вращения вала менее 500 об/мин, равный 14.
Тогда расстояния между серединами смежных подшипников будут лежать в пределах

Из конструктивных соображений принимаем расстояние между подшипниками . Каждый промежуточный вал опирается на один опорный подшипник.
Согласно проведенному с использованием САПР расчету, реакции опор промежуточных валов положительные, что соответствует требованиям.
Реакции опор составили (нумерация с кормы):
1. ;
2. ;
3. .
Конструктивно промежуточный вал изготавливается цельнокованым заодно с фланцами без внутренней расточки.
РАСЧЕТ ДИАМЕТРА ГРЕБНОГО ВАЛА
Расчетный диаметр гребного вала должен быть не менее определяемого по формуле

где:
- коэффициент, принимаемый в зависимости от конструкции вала, в нашем случае - при применении бесшпоночного соединения гребного винта с валом.
Так как найденное значение диаметра гребного вала превышает любое из значений типоразмерного ряда, принимаем для гребного вала сталь с временным сопротивлением .
Тогда значение расчетного диаметра гребного вала составит

где:
- расчетный диаметр гребного вала, изготавливаемый из менее прочного металла, мм;
- временное сопротивление материала вала, МПа.
Исходя из типоразмерного ряда принимаем следующее значение диаметра гребного валов

При охлаждении гребного вала заборной водой применяется сплошная бронзовая облицовка. Дейдвудные подшипники изготавливаются из синтетического материала. Толщина бронзовой облицовки вала, должна быть не менее определяемой по формуле

Согласно проведенному с использованием САПР расчету, реакции дейдвудных подшипников гребного вала положительные, что соответствует требованиям.
Реакции опор составили (нумерация с кормы):
1. ;
2. .
Конструктивно гребной вал изготавливается цельнокованым, с бронзовой облицовкой.
СОЕДИНЕНИЯ ВАЛОВ
Соединение фланцев осуществляется призонными болтами, обеспечивающими передачу крутящего момента.
Диаметр центровой окружности расточки болтов приближенно определяется по формуле

Принимаем

Вычислим силу, которую воспринимает каждый болт фланцевого соединения от действия крутящего момента

где:
- количество болтов в соединении, которое не должно быть равно или кратно количеству цилиндров ГД и количеству лопастей винта на данном валу, шт.
Требуемое усилие затяжки составит

где:
- коэффициент затяжки, лежащий в пределах 1,3...2;
- коэффициент трения, лежащий в пределах 0,15...0,2.
Диаметр болтов, соединяющих валы, определим также по формуле

где:
- коэффициент, учитывающий способ затяжки болта;
- допускаемое напряжение при растяжении, МПа.
Диаметр болтов, соединяющих валы, определим также по формуле РМРС

где:
- временное сопротивление материала болта, лежащее в пределах , МПа.
По найденному диаметру болтов выбираем подходящие болты из типоразмерного ряда по ГОСТ 24705-2004. Выбираем болт диаметром 115 мм.
Исходя из принятого диаметра болтов определим диаметр фланцев валов по формуле

ПРОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ ПРОМЕЖУТОЧНОГО ВАЛА НА СТАТИЧЕСКУЮ ПРОЧНОСТЬ
Общее расчетное напряжение на валу находится по формуле

где:
- наибольшее нормальное напряжение, кПа;
- касательное напряжение от кручения, кПа.

где:
- напряжение сжатия при действии упора гребного винта, кПа;
- наибольшее расчетное напряжение при изгибе, кПа.
При проверке прочности рассматриваем пролет, имеющий наибольшую длину между центрами опорных подшипников. Вал рассматриваем как балку, свободно лежащую на двух опорах. Влиянием смежных пролетов при изгибе, создающих упругую заделку концов вала пренебрегаем.
Между опорами одно фланцевое соединение, вал нагружен равномерно распределенной нагрузкой от собственной массы, упором гребного винта и крутящим моментом от главного двигателя.
Напряжение кручения составит

Напряжение сжатия составит

где:
- упор гребного винта, создаваемый на номинальном режиме работы главного двигателя, кН.
Напряжение изгиба определяется как

где:
- реакция в левой опоре, кН;
- сосредоточенная нагрузка, кН;
- распределенная нагрузка от собственной массы вала, кН/м;
- расстояние от левой опоры до сосредоточенной нагрузки, м.
Реакция в левой опоре определяется как

где:
- расстояние от правой опоры до сосредоточенной нагрузки, м;
- длина пролета между опорами, м.
Распределенная нагрузка от собственной массы вала определяется как

где:
- плотность стали, кг/м3.
Тогда имеем что

Напряжение изгиба составит

Наибольшее нормальное напряжение

Общее расчетное напряжение на валу

Предел текучести материала вала

Тогда запас прочности относительно предела текучести материала вала составит

Что больше минимально необходимых 1,5.
ПРОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ ГРЕБНОГО ВАЛА
РАСЧЕТ НА СТАТИЧЕСКУЮ ПРОЧНОСТЬ
При проверке прочности рассматриваем участок, между опорами в дейдвудной трубе и консоли, на которой размещается гребной винт.
Сила веса гребного винта рассматривается как сосредоточенная нагрузка, приложенная к центру консоли.
Напряжение кручения составит

Напряжение сжатия составит

Напряжение изгиба от массы гребного винта и консольной части гребного вала определяется как

где:
- расстояние от кормового дейдвудного подшипника до сосредоточенной нагрузки, м;
- сосредоточенная нагрузка от массы гребного винта, кН;
- длина консольной части гребного вала, м;
- распределенная нагрузка от собственного веса гребного вала, кН/м.
Распределенная нагрузка от собственной массы вала определяется как

Напряжение изгиба составит

Наибольшее нормальное напряжение гребного вала

Общее расчетное напряжение на валу

Тогда запас прочности относительно предела текучести материала вала составит

Что больше минимально необходимых 1,5…2.
ПРОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ НА КРИТИЧЕСКУЮ ЧАСТОТУ ИЗГИБНЫХ КОЛЕБАНИЙ ГРЕБНОГО ВАЛА
Критическая частота свободных изгибных колебаний гребного вала вычисляется по формуле

где:
- модуль упругости материала вала, Па;
- осевой момент инерции опасного сечения гребного вала, м4;
- сумма массы гребного винта и присоединенных масс воды, кг;
- момент инерции гребного винта, кг·м2;
- погонная масса гребного вала, кг·м-1;
- длина консоли гребного вала, м;
- длина кормового пролета гребного вала, м;
- коэффициент, характеризующий податливость дейдвудных подшипников.
Осевой момент инерции опасного сечения гребного вала составляет

В отсутствие паспортных данных по гребному винту, его масса оценивается по формуле

где:
- диаметр гребного винта, м.
В отсутствие паспортных данных по гребному винту, его момент инерции оценивается по формуле

где:
- дисковое отношение гребного винта;
- сумма массы гребного винта и присоединенных масс воды

Погонная масса гребного вала определяется как

где:
- степень расточки вала.
Тогда имеем, что

Номинальная частота вращения главного двигателя

Тогда запас по критической частоте свободных колебаний гребного вала по номинальной частоте вращения главного двигателя составляет

Запас по критической частоте свободных колебаний гребного вала с учетом количества лопастей гребного винта

где:
- количество лопастей гребного винта, шт.
Запас по критической частоте свободных колебаний гребного вала с учетом количества цилиндров главного двигателя

где:
- количество цилиндров главного двигателя, шт.
Все полученные значения больше 20%, что показывает, что резонанса на наиболее опасных частотах не будет.