Основы проектирования и расчета судового валопровода, страница 6

Соответственно между (5.1) и (5.2) получается при допускаемых напряжениях  = (49¸57) МПа.

Диаметр упорного вала следует увеличить не менее чем на 10% по сравнению с диаметром промежуточного вала. Минимальный диаметр гребного вала

                                           .                                  (5.3)

В формуле (5.3) коэффициент  = 1,22 при бесшпоночном соединении гребного вала с винтом и для случая, когда гребной винт крепится к фланцу, откованному заодно с валом;  = 1,26, если рассматриваемое соединение предусматривает шпонку. После кормового дейдвудного подшипника в нос диаметр гребного вала можно постепенно уменьшать до , однако в пределах дейдвудной трубы его величина не должна быть меньше значения, подсчитанного по (5.3) при  = 1,15.

Конструкции соединения ступицы винта с гребным валом считаются наиболее напряженными, именно здесь чаще всего зарождаются усталостные трещины. Для уменьшения концентрации напряжений целесообразны бесшпоночные соединения. В тех случаях, когда наличие шпонки становится обязательным требованием, шпоночный паз плавно закругляют радиусом не менее 0,01 . Выход шпоночного паза сдвигают в корму на расстояние  = 0,2  от основания конуса и ему придают ложкообразную форму (рис. 5.13). Коническое сопряжение гребного вала с винтом выполняют с конусностью 1:12 при наличии шпонки и 1:15 при бесшпоночном соединении. Длина конуса гребного вала  = (1,6¸3,0) .

Рис. 5.13. Ложкообразная форма шпоночного паза

Приведенные формулы предлагают, что валы изготовлены из стали с пределом прочности  = 400 МПа и не имеют поверхностного упрочнения. Если  > 400 МПа, то Правила Российского морского регистра допускают уменьшение диаметра валов в соответствии с формулой

.

Максимальное значение предела прочности также ограничивают и его величина не должна превышать 800 МПа для промежуточного и упорного вала и 600 МПа для гребного вала. Что касается учета поверхностного упрочнения и, следовательно, возможности уменьшения диаметра, то данный вопрос не имеет однозначного ответа, поэтому его каждый раз необходимо согласовывать с Российским морским регистром.

Диаметры валов ледоколов и судов ледового плавания должны превышать рассчитанные по приведенным зависимостям на величины, указанные в табл. 5.1.

К гребному валу ледоколов и судов ледового плавания дополнительно предъявляется требование, чтобы при ударе лопасти гребного винта о лед напряжения в валопроводе не превышали предела текучести, другими словами, чтобы гребной вал не получал остаточных деформаций при поломке лопасти. В аналитической форме данное требование выполняется, если

                                         ,                               (5.4)

где  = 10,8 при  £ 0,25 и  = 11,5 при  > 0,25;  и  – диаметр гребного винта и его ступицы, соответственно;  и  – ширина (м) и толщина (мм) лопасти в расчетном корневом сечении;  и  – пределы прочности материала лопасти и гребного вала.

Таблица 5.1

Увеличение диаметра валов (%)

Конструктивные особенности ВРШ требуют применения валов  с внутренней расточкой. Косвенно доказано, что с увеличением степени расточки вала ресурс подшипников растет, следовательно, преимущество полых валов очевидно. Обычно диаметр осевого сверления не превышает 40% от диаметра вала . При необходимости диаметр расточки можно увеличить, одновременно корректируя наружный диаметр . Между указанными диаметрами существует следующая зависимость:

                                    .                            (5.5)

Ранее отмечалось, что валы, которые эксплуатируются в забортной воде, должны иметь гидроизоляцию. Если роль защитного устройства выполняет облицовка, то ее толщина (мм) определяется по формуле