Основы проектирования и расчета судового валопровода, страница 16

Требования неподвижности прессового соединения выполняются, если обусловленные натягом контактные давления  создают такие силы трения, которые превышают внешние сдвигающие усилия. Выполнение данного требования при совместном действии крутящего момента и упора дает

                                       .                       (5.22)

Здесь  – коэффициент запаса сцепления, выбирается в зависимости от категории судов по табл. 5.6;  – коэффициент трения при круговом смещении, принимается для гребного винта из стали равным 0,15, брон-зы – 0,16, латуни – 0,17;  и  – средний диаметр конуса вала и длина посадочной поверхности сопрягаемых деталей, соответственно.

Средний диаметр конуса гребного вала является расчетной величиной. Она вычисляется в зависимости от диаметра гребного вала , конусности соединения  и длины  по формуле

.

Таблица 5.6

Коэффициенты запаса сцепления

Известно, что прессовое коническое соединение гребного винта с валом обеспечивается отдельными контактными пятнами. Фактическая площадь контакта составляет всего около 30¸40% от номинальной. В данных условиях для обеспечения стабильности коэффициента трения рекомендуется иметь контактное давление на сопрягаемых поверхностях не менее 40 МПа для бесшпоночных соединений и 30 МПа при наличии шпонки.

Минимальная величина диаметрального натяга прессового соединения

                                   ,                            (5.23)

где ,  – модули упругости материала вала и гребного винта; , – коэффициенты радиальной податливости вала и ступицы винта, подсчитываются по формулам

;    ,

,  – коэффициенты Пуассона материала вала и винта; ,  – диаметры расточки вала и ступицы гребного винта в среднем сечении.

Условие прочности прессового соединения определяется отсутствием возникновения пластических деформаций. Выполнение этого условия дает наибольший расчет натяг:

                        .             (5.24)

Здесь   – предел текучести материала гребного винта.

При окончательном назначении натяга и выборе типа посадки учитывают частичное обмятие микронеровностей спрягаемых поверхностей. С учетом реальной шероховатости, измеряемой высотой микронеровностей  и , натяг принимают несколько больше расчетного

;    .

Посадку назначают в системе отверстия. При этом распределение действительных размеров деталей по полю допусков должно быть таким, чтобы фактический натяг удовлетворял условию  <  <  при всех возможных сочетаниях предельных отклонений.

После выбора посадки и вычисления предельных натягов подсчитывают контактные давления на сопрягаемых поверхностях и проверяют выполнение прочности прессового соединения. Контактное давление связано с натягом соотношением (5.23), следовательно:

.

Прочность прессового соединения оценивается напряжениями в сопрягаемых деталях. Опытные данные свидетельствуют, что наибольшие радиальные и тангенциальные напряжения возникают на внутренней поверхности ступицы гребного винта. Их эквивалентное значение определяется по формуле

.

Подсчитанная выше величина  контролируется в процессе насадки и снятия гребного винта гидропрессовым способом. Технология этих работ предусматривает следующие операции. К одному из маслоподводящих отверстий ступицы гребного винта подводится масло от насоса высокого давления (рис. 5.21). При достижении давления, превышающего контактное на 20¸50%, масло поступает в зону сопряжения, растягивая ступицу винта и сжимая вал. После этого плунжер гидродомкрата, установленного на конце гребного вала, перемещает гребной винт. Усилие напрессовки определяется зависимостью

,

где  – давление масла на сопрягаемых конических поверхностях;  – коэффициент трения при осевом перемещении, находится в пределах 0,01¸0,03.