Материалы сайта
Это интересно
Проектирование судового дизеля
3. Конструктивный расчёт 3.1 Расчёт коленчатого вала Предварительно принимаем основные размеры коленчатого вала: внешний диаметр шеек коленчатого вала – [pic] мм; внутренний диаметр шеек коленчатого вала – [pic] мм; длина мотылевых шеек – [pic] мм; длина рамовых шеек – [pic] мм; расстояние между осями цилиндров – [pic] мм; расстояние между внутренними кромками рамовых подшипников – [pic] мм; толщина щеки – [pic] мм; ширина щеки – [pic] мм. Размеры коленчатого вала должны удовлетворять требованиям Регистра. Диаметр шеек стального коленчатого вала судовых дизелей должен быть не меньше определённого по формуле: [pic] см, где D – диаметр цилиндра в сантиметрах; S – ход поршня в сантиметрах; t – амплитуда удельных тангенциальных сил одного цилиндра: [pic] кгс/см2; [pic] – коэффициент, принимаемый в зависимости от тактности и количества цилиндров; [pic] – коэффициент, определяемый в зависимости от диаметра сверления шейки [pic]; L – расстояние между серединами рамовых шеек в сантиметрах; [pic] – допускаемая амплитуда напряжений: [pic] кгс/см2, где [pic] – предел усталости материала вала при кручении: [pic] кгс/см2, где [pic] кгс/см2 – предел прочности для стали 40ХН. Ширина щеки по требованиям Регистра должна быть не меньше определяемой по формуле: [pic] см, где С – расстояние от середины рамового подшипника до средней плоскости щеки в сантиметрах; [pic] – коэффициент, учитывающий концентрацию напряжений в галтели между мотылевой шейкой и щекой и усиление щеки перекрытием мотылевой и рамовой шеек; [pic] – допускаемая амплитуда напряжений: [pic] кгс/см2. По правилам Речного Регистра диаметр коленчатого вала дизеля должен быть не менее диаметра, определённого по формуле: [pic] см, где L – расстояние между внутренними кромками смежных рамовых подшипников; k – коэффициент, учитывающий влияние материала вала; [pic] – коэффициент, зависящий от величины среднего индикаторного давления; [pic] – коэффициент, зависящий от числа цилиндров и тактности дизеля. Величина нагрузки на шейку коленчатого вала определяет условия работы подшипников и срок их службы. Очень важно, чтобы при работе подшипников не происходило выдавливания масляного слоя, разрушения антифрикционного слоя подшипника и ускоренного износа шеек. Наибольшее удельное давление на 1 см2 проекции мотылевой шейки, по данным практики, должно быть не более: [pic] кгс/см2 [pic], где [pic] кгс. Наибольшее удельное давление на 1 см2 проекции рамовой шейки должно быть не более: [pic] кгс/см2 [pic]. При выполнении проверочного расчёта на прочность коленчатый вал обычно рассматривают как разрезную балку. Расчёт производят только одного наиболее нагруженного колена. Расчёт коленчатого вала как многоопорной балки не может быть достаточно точным, так как фундаментная рама не является абсолютно жёсткой и её деформации значительно влияют на величину моментов, изгибающих вал. Расчёт одного колена вала также является неточным, но расчётные напряжения при этом получаются несколько выше действительных. Расчёт производят при двух опасных положениях вала – когда мотыль находиться в верхней мертвой точке и когда он повернут на угол [pic], при котором касательное усилие достигает наибольшей велечины. Для определения наиболее нагруженного колена вала пользуются диаграммой касательных сил от одного цилиндра. Суммирование ординат кривой касательных сил для различных цилиндров при одних и тех же абсциссах позволяет определить наиболее нагруженное колено. При суммировании касательных усилий отдельных цилиндров кривые касательных сил сдвигаются на угол [pic], где [pic] – угол между мотылями (вспышками) и величина k зависит от порядка работы цилиндров. При порядке работы 1-5-3-6-2-4 кривая касательных сил пятого цилиндра должна быть сдвинута на 120( по отношению к кривой для первого цилиндра, и соответственно кривые для третьего, шестого, второго и четвёртого цилиндров должны быть сдвинуты на углы [pic], [pic], [pic] и[pic]. Результаты суммирования сведены в табл. 3.1. Максимальное значение радиальной силы определятся как отрезок прямой линии, заключённый между кривой давления газа и кривой сил инерции при [pic]360(. Необходимо определить мотыль, который при максимальном значении радиальной силы передаёт наибольший вращающий момент от прочих цилиндров. Для этой цели ординаты диаграммы касательных сил суммируют от 0( через каждые 120(. Результаты сведены в табл. 3.2. Таким образом, на основании данных таблиц можно сделать вывод, что наиболее нагруженным является второе колено вала. При положении этого колена в верхней мёртвой точке [pic] кгс и [pic] кгс, а при наибольшей суммарной касательной силе [pic]20( за верхней мёртвой точкой [pic] кгс, [pic] кгс и [pic] кгс. Первое опасное положение Расчёт наиболее нагруженного колена следует начинать при положении его в в.м.т. (рис. 2). При этом обычно силу инерции не учитывают и радиальную силу приравнивают силе [pic]. Шейка мотыля изгибается моментом: [pic] кгс(см. Таблица 3.1 |№ |Углы поворота вала |Порядок | |мо-тыл| |вспышек | |ей | | | | |[pic]|20( |140( |260( |380( |500( |620( | | |1 |[pic]|– 2,69 |– 1,68 |– 0,901 |79,13 |– 5,88 |– 0,338 |1 | | | |– 1,25 |1,00 |– 2,00 |36,75 |3,50 |– 0,750 | | | |[pic]| | | | | | | | |2 |[pic]|– 0,901 |79,13 |– 5,88 |– 0,338 |– 2,69 |– 1,68 |5 | | | |– 2,00 |36,75 |3,50 |– 0,750 |– 1,25 |1,00 | | | |[pic]|– 3,25 |37,75 |1,50 |36,00 |2,25 |0,250 | | | | | | | | | | | | | |[pic]| | | | | | | | |3 |[pic]|– 5,88 |– 0,338 |– 2,69 |– 1,68 |– 0,901 |79,13 |3 | | | |3,50 |– 0,750 |– 1,25 |1,00 |– 2,00 |36,75 | | | |[pic]|0,250 |37,00 |0,250 |37,00 |0,250 |37,00 | | | | | | | | | | | | | |[pic]| | | | | | | | |4 |[pic]|– 1,68 |– 0,901 |79,13 |– 5,88 |– 0,338 |– 2,69 |6 | | | |1,00 |– 2,00 |36,75 |3,50 |– 0,750 |– 1,25 | | | |[pic]|1,25 |35,00 |37,00 |40,50 |– 0,500 |35,75 | | | | | | | | | | | | | |[pic]| | | | | | | | |5 |[pic]|– 0,338 |– 2,69 |– 1,68 |– 0,901 |79,13 |– 5,88 |2 | | | |– 0,750 |– 1,25 |1,00 |– 2,00 |36,75 |3,50 | | | |[pic]|0,500 |33,75 |38,00 |38,50 |36,25 |39,25 | | | | | | | | | | | | | |[pic]| | | | | | | | |6 |[pic]|79,13 |– 5,88 |– 0,338 |– 2,69 |– 1,68 |– 0,901 |4 | | | |36,75 |3,50 |– 0,750 |– 1,25 |1,00 |– 2,00 | | | |[pic]|37,25 |37,25 |37,25 |37,25 |37,25 |37,25 | | | | | | | | | | | | | |[pic]| | | | | | | | Таблица 3.2 |№ |Углы поворота вала |Порядок | |мо-тыл| |вспышек | |ей | | | | |[pic]|0( |120( |240( |360( |480( |600( | | |1 |[pic]|0 |1,13 |– 1,70 |0 |5,66 |– 1,13 |1 | | | |––– |––– |––– |––– |––– |––– | | | |[pic]| | | | | | | | |2 |[pic]|– 1,70 |0 |5,66 |– 1,13 |0 |1,13 |5 | | | |––– |1,13 |––– |––– |––– |––– | | | |[pic]|––– |109,5 |––– |––– |––– |––– | | | | | | | | | | | | | |[pic]| | | | | | | | |3 |[pic]|5,66 |– 1,13 |0 |1,13 |– 1,70 |0 |3 | | | |––– |––– |––– |––– |––– |0 | | | |[pic]|––– |––– |––– |––– |––– |109,5 | | | | | | | | | | | | | |[pic]| | | | | | | | |4 |[pic]|1,13 |– 1,70 |0 |5,66 |– 1,13 |0 |6 | | | |––– |––– |3,96 |––– |––– |––– | | | |[pic]|––– |––– |109,5 |––– |––– |––– | | | | | | | | | | | | | |[pic]| | | | | | | | |5 |[pic]|– 1,13 |0 |1,13 |– 1,70 |0 |5,66 |2 | | | |––– |––– |––– |––– |2,83 |––– | | | |[pic]|––– |––– |––– |––– |109,5 |––– | | | | | | | | | | | | | |[pic]| | | | | | | | |6 |[pic]|0 |5,66 |– 1,13 |0 |1,13 |– 1,70 |4 | | | |3,96 |––– |––– |––– |––– |––– | | | |[pic]|109,5 |––– |––– |––– |––– |––– | | | | | | | | | | | | | |[pic]| | | | | | | | Напряжения изгиба: [pic] кгс/см2, где [pic] см3 – момент сопротивления для пустотелой шейки. Момент, скручивающий мотылевую шейку суммарной касательной силой от расположенных впереди цилиндров: [pic] кгс(см. Напряжения кручения: [pic] кгс/см2. Сложное напряжение в шейке: [pic] кгс/см2 [pic]. Шейка рамового подшипника изгибается моментом: [pic] кгс(см. Напряжения изгиба: [pic] кгс/см2; [pic]. Шейка рамового подшипника скручивается моментом: [pic] кгс(см. Напряжения кручения: [pic] кгс/см2. Сложное напряжение в рамовой шейке: [pic] кгс/см2 [pic]. Щека мотыля изгибается моментом: [pic] кгс(см. Напряжения изгиба на широкой стороне щеки: [pic] кгс/см2. Напряжения изгиба на узкой стороне щеки: [pic] кгс/см2. [pic] см3; [pic] см3. Напряжения сжатия: [pic] кгс/см2. Суммарные напряжения: [pic] кгс/см2 [pic]. Второе опасное положение Схема сил, действующих на мотыль, когда касательная сила достигает наибольшего значения, показана на рис. 2. Определение наибольшей касательной силы и соответствующей ей радиальной было дано выше. Шейка мотыля изгибается моментами: [pic] кгс(см; [pic] кгс(см. Напряжения изгиба: [pic] кгс/см2; [pic] кгс/см2. Шейка мотыля скручивается моментами: [pic] кгс(см; [pic] кгс(см. Напряжения кручения: [pic] кгс/см2; [pic] кгс/см2. Суммарные напряжения кручения: [pic] кгс/см2. Равнодействующее напряжение изгиба: [pic] кгс/см2. Сложное напряжение в мотылевой шейке: [pic] кгс/см2 [pic]. Щека мотыля, ближняя к маховику, изгибается моментами: [pic] кгс(см; [pic] кгс(см. Напряжения изгиба на широкой стороне щеки: [pic] кгс/см2. Напряжения изгиба на узкой стороне щеки: [pic] кгс/см2. Напряжения сжатия: [pic] кгс/см2. Суммарные напряжения: [pic] кгс/см2 [pic]. Щека, кроме того, ещё скручивается моментом: [pic] кгс(см. Напряжения кручения на середине широкой стороны щеки: [pic] кгс/см2; [pic] см3. Напряжения кручения на середине узкой стороны щеки: [pic] кгс/см2; [pic] см3. Сложное напряжение на середине широкой стороны щеки: [pic] кгс/см2 [pic]. Сложное напряжение на середине узкой стороны щеки: [pic] кгс/см2 [pic]. Рамовая шейка изгибается моментами: [pic] кгс(см; [pic] кгс(см. Равнодействующий изгибающий момент: [pic] кгс(см. Напряжения изгиба: [pic] кгс/см2. Рамовая шейка скручивается моментом: [pic] кгс(см. Напряжения кручения: [pic] кгс/см2. Сложное напряжение в рамовой шейке: [pic] кгс/см2 [pic]. Если маховик крепиться к фланцу коленчатого вала, то соединительные болты проверяют на срез: [pic], где [pic] – число болтов; [pic] – диаметр болтов; [pic] – расстояние от центра вала до оси болтов; [pic] – допускаемое напряжение на срез болтов, [pic] кгс/см2; [pic] – максимальный скручивающий момент: [pic], где [pic] – наибольшая ордината суммарной диаграммы касательных сил, разделённая на масштаб по оси ординат. Принимаю: [pic] см; [pic]; [pic] см; [pic] кгс/см2. [pic] кгс; [pic] кгс/см2 [pic].
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15