Основы проектирования и расчета судового валопровода, страница 29

Допускаемые касательные напряжения для резиновых элементов муфт Правила Российского морского регистра судоходства не нормируют. Это обстоятельство связано с тем, что в таких муфтах степень опасности определяется не прочностью резины, а температурой ее нагрева. С повышением температуры в резине протекают необратимые процессы, ухудшающие ее механические свойства. Для муфт фирмы «Вулкан» допускаемая температура нагрева резиновых элементов составляет 60°С.

В тех случаях, когда требования Российского морского регистра не выполняются и расчетные напряжения превышают допускаемые, принимаются меры для устранения опасных колебаний. Поставленную задачу удается решить путем улучшения крутильных характеристик системы, изменения последовательности вспышек в цилиндрах ДВС или ориентацией гребного винта, а также применением демпферов.

Улучшить крутильные характеристики можно за счет варьирования моментов инерции масс и податливостей соединений. При этом частоты свободных колебаний смещаются и появляется возможность освободиться от опасного резонанса. Практические мероприятия варьирования параметров дискретной модели ограничиваются заменой гребного винта, установкой маховика и изменением диаметров валов.

Последовательность вспышек в цилиндрах ДВС оказывает влияние на уровень резонансных колебаний через работу вынуждающих моментов. Данный способ борьбы с опасными колебаниями не получил широкого распространения по двум причинам. Во-первых, для своей реализации он требует конструктивных переделок ДВС. В частности, для двухтактного двигателя необходимо изготовить новый коленчатый вал, а в четырехтактном моторе изменить заклинку кулачных шайб распределительного вала. Во-вторых, этот способ не позволяет устранить резонансы главных порядков.

Установка демпфера является наиболее эффективным средством борьбы с опасными крутильными колебаниями. Демпфер – это специальное устройство, предназначенное для превращения механической энергии колебаний в тепловую с последующим ее рассеянием. По принципу действия различают демпферы жидкостного и сухого трения.

Демпфер жидкостного трения                                                  (рис. 5.33) состоит из маховика 1, который на подшипниках 2 свободно вращается в геометрически закрытом корпусе 3. Корпус жестко закреплен на вале. Между маховиком и стенками корпуса имеется зазор 4, который заполнен высоковязкой силиконовой жидкостью. Рассеяние энергии происходит следующим образом. При вращении корпуса, совершающего вместе с валом крутильные колебания, маховик также увлекается во вращение за счет сил жидкостного трения. Благодаря большой массе он вращается равномерно. В результате между корпусом и маховиком возникают проскальзывания, на преодоление которых затрачивается энергия колебаний. Таким образом растет общее демпфирование системы судового валопровода.

Для силиконового демпфера, маховик которого есть тело вращения цилиндрической форм, момент трения можно вычислить по формуле

,

где  и  – наружный и внутренний радиусы маховика;  – ширина маховика; ,  и  – соответственно торцевой и диаметральные зазоры по наружному и внутреннему диаметру маховика;  – угловая скорость колебаний маховика относительно корпуса;  и  – динамическая вязкость и плотность жидкости;  – коэффициент, отражающий влияние скорости проскальзывания

.

Момент инерции массы маховика

,

где  – масса маховика.

Работа момента трения демпфера определяется зависимостью

,

где  – амплитуда колебаний корпуса.

Поскольку эффективность демпфера пропорциональна амплитуде , его устанавливают на свободном торце коленчатого вала, т.е. там, где амплитуда максимальная. Часто корпус демпфера крепится к двигателю посредством торсионного вала. В этом случае амплитуда колебаний корпуса растет, соответственно увеличивается эффективность работы демпфера.