Расчёт конструкции для заводки гребного вала

 

Расчёт прочности осей колёс

Исходные данные:

Масса конструкции М = 2512 кг;

Нагрузка на ось Р = М = 314 кг;

Длина оси λ = 2,5 м;

Материал оси Сталь 35

 

Рис. 10.1 Расчётная схема, эпюры сил и моментов.

 

Крутящий момент определён по следующей формуле, исходя из расчётной схемы (рис.10.1):

 

Мкр=Р

Мкр=314* =392,5 кг*м

 

Условие прочности:

 

;

Момент сопротивления;

 

;

 

где d - диаметр оси, мм.

Из предыдущих формул получаем выражение для расчёта диаметра оси:

 

;

 мм.

 

Диаметр оси при соблюдении условия прочности, должен быть не менее 23,2 мм, принимаем 25 мм. Момент сопротивления в данном случае:

 

мм3

 

Из условия прочности:

 

 МПа

 

,8 МПа ≤ 320 МПа - условия соблюдены.

Расчёт домкрата

Исходные данные:

Масса гребного вала Мвала = 61800 Н;

Масса гребного винта Мвинта = 48150 Н;

Количество домкратов n = 12;

Материала винта Сталь 35;

Материал гайки Сталь 3.

Рис.10.2. Схема нагружения домкрата.

 

Определим грузоподъемность одного домкрата:

 

;

 Н

 

Определим диаметр винта домкрата по условию устойчивости:

 

;

где Fa - грузоподъёмность домкрата, Н;  - коэффициент высоты гайки, 1,3;  - коэффициент для упорной резьбы, 0,75  - допустимое напряжение смятия, 6 МПа

 

 мм

судно валопровод рулевой модернизация

Выбираем резьбу М24 3 со следующими размерами:

наружный диаметр резьбы - d=24 мм;

внутренний диаметр резьбы - d1=20.75 мм;

средний диаметр резьбы - d2=22,05 мм;

шаг резьбы - Р = 3

высота профиля - h = 1,624 мм;

высота гайки - Н = 19 мм;

число витков гайки - z = 6,35. Условия прочности резьбы по напряжениям среза:

 

 ;

 

где Н - высота гайки, мм;

 - внутренний диаметр резьбы, мм;

к - коэффициент полноты резьбы, 0,65;

Кm - коэффициент неровномерности нагрузки по виткам резьбы, 0,6;

 - допустимое напряжение среза, 120 МПа.

 

 МПа

 

,98 ≤ 120 - условие прочности соблюдено.

Проверка ходовой резьбы по напряжениям смятия:

 

;

 

где  - средний диаметр резьбы, мм; h - высота профиля, мм; z - число витков гайки;  - допустимое напряжение смятия, 240 МПа.

 

 МПа

 

,8 ≤ 240 - условие устойчивости соблюдено.

 

Т.к. стержень винта работает на сжатие и имеет большую свободную длину, его необходимо проверить на прочность с учётом устойчивости:

 

;

 

где  - коэффициент уменьшающий допуск напряжений, 0,8.

Для материала винта, принимаем коэффициент запаса прочности = 2 получаем:

 

 МПа;

;

 МПа;

Расчёт подшипников

 

Конструкция валопровода включает в себя упорный вал, опирающийся на подшипник качения.

Этот подшипник предназначен для работы под радиальными нагрузками, но может одновременно воспринимать и осевую нагрузку. Подшипник имеет два ряда бочкообразных роликов. Дорожка качения на наружном кольце обработана по сфере. Подшипник может работать при значительном (порядка 2-30) перекосе внутреннего кольца относительно оси наружного.

Произведём расчёт упорного подшипника. Упорный подшипник воспринимает усилие, движущие судно, т.е. передаёт корпусу судна упор, создаваемый гребным винтом.

Расчёт подшипника производим по динамической грузоподъёмности С при частоте вращения n =10 мин-1.

Условие подбора:

С (потребная) ≤ С (паспортная)

Динамическая грузоподъёмность и ресурс связаны следующей эмпирической зависимостью:

 

;

 

где, L -ресурс подшипника, млн.об.; принимаем L = 45 тыс.час. = 1013 млн.об. P - эквивалентная динамическая нагрузка,Н; р - коэффициент для роликовых подшипников, 3,33; a1 - коэффициент надёжности, 1; a2 - обобщённый коэффициент совместного влияния качества металла и условий эксплуатации, 0,35;

Эквивалентная динамическая нагрузка, Н:

Р = Fa + 1.2Fr;

 

где, Fa - осевая нагрузка на подшипник, Н;

Fr - радиальная нагрузка на подшипник, Н.

В нашем случае осевая нагрузка равна максимальной тяге в швартовом режиме 255кН = 255000Н, а радиальную нагрузку принимаем равной весу вала.

 

Р = 255000+2675 =257675Н

 

Динамическая грузоподъемность, Н:

 

 

Результаты расчётов показывают, что ни один из отечественных подшипников не может воспринимать такую нагрузку при данном диаметре вала. Таким образом, приходим к выводу, что установленный на данном проекте судна упорный подшипник производства германии является наилучшим для данного условия эксплуатации.