2. Сборочные единицы крепления ДВС
2.1. Определение размеров прокладок при монтаже ДВС
Прокладки или клинья должны обеспечить надежное крепление и минимальную трудоемкость монтажа механизмов. Эти требования для одного и того же механизма могут быть удовлетворены при различных конструкциях и материалах прокладок. Окончательный выбор определяется технологичностью конструкции компенсирующего звена и техническими возможностями завода – строителя судна.
При выборе материала основное значение имеет неизменность механических характеристик и формы прокладок под нагрузкой при различных температурных условиях эксплуатации. Размеры прокладок выбирают, исходя из удельного давления от веса механизма и усилия затяжки фундаментных болтов. При расчете вначале числом и площадью прокладок, а затем проверяют на удельное давление правильность выбора.
Удельное давление на прокладку EMBED Equation.3 , МПа, от веса механизма:
EMBED Equation.3 ,
где EMBED Equation.3 – вес механизма, Н;
EMBED Equation.3 – число прокладок;
EMBED Equation.3 – площадь прокладки, м2?10–6.
EMBED Equation.3
Удельное давление на прокладку EMBED Equation.3 , МПа, от усилия затяжки фундаментных болтов:
EMBED Equation.3 ,
где EMBED Equation.3 – усилие затяжки болта, Н.
Усилие затяжки:
EMBED Equation.3 ,
где EMBED Equation.3 – напряжение от затяжки болта, МПа;
EMBED Equation.3 – предел текучести материала болта, МПа: для стали 45 EMBED Equation.3 МПа;
EMBED Equation.3 – площадь поперечного сечения болта, м2?10–6;
EMBED Equation.3 – внутренний диаметр резьбы болта, м?10–3.
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
Суммарное удельное давление EMBED Equation.3 , МПа, на прокладку:
EMBED Equation.3
не должно превышать допускаемого значения EMBED Equation.3 , выбираемого в зависимости от материала лап фундамента механизма и типа прокладок.
EMBED Equation.3
Принимаем: материал прокладки – пластмасса на основе эпоксидной смолы;
материал остова – чугун.
Тогда EMBED Equation.3 МПа.
EMBED Equation.3 – условие выполняется.
2.2. Определение массы пластмассовой прокладки
Наиболее технологичные пластмассовые прокладки исключают обработку фундаментов, точные измерения и трудоемкую пригонку прокладок по месту на судне. Пластмассы имеют достаточно высокие прочностные характеристики и незначительную усадку, что позволяет применять их при монтаже центруемых и отдельно устанавливаемых механизмов. Применяются пластмассы на основе эпоксидно-диановой смолы марки ЭД5: пластмасса ФМВ (формуемая, малоусадочная, волокнистая), пластмасса ЖМ250 (жидкотекучая, малоусадочная, 250% железного порошка к массе эпоксидной смолы) – и пластмассы на основе бакелита БКД (бакелит, контакт Петрова, древесные опилки).
Пластмасса ФМВ имеет минеральные волокнистые наполнители и используется для установки центруемых главных и вспомогательных механизмов: ДВС, турбогенераторов, рулевых машин, шпилей и т. д.
Пластмасса ЖМ250 включает в себя порошкообразный металлический наполнитель. Предел прочности пластмассы ЖМ250 невысокий (50–90 МПа), но она обладает важным свойством в неотвержденном состоянии – жидкотекучестью. Это позволяет заливать ее в объемы различной формы, например кольцевые зазоры между втулкой и отверстием кронштейна гребного вала.
Пластмасса ЖМ150ПК имеет минеральный наполнитель – пылевидный кварц в количестве 150% к массе эпоксидной смолы. Пластмасса обеспечивает водонепроницаемость соединения и имеет повышенную адгезию с металлом. Применяется в узлах крепления кронштейнов валопровода к корпусу судна.
Пластмасса БКД с органическим наполнителем отличается низким пределом прочности и большой линейной усадкой, что ограничивает область ее применения.
Благодаря небольшой стоимости пластмасса БКД широко применяется при монтаже нецентруемого оборудования, например шпилей, лебедок, насосов.
Выбираем пластмассу ФМВ на основе эпоксидной смолы ЭД5.
Состав пластмассы, вес.ч: ЭД5 – 3;
полиэтилен-полиамин – 0,45;
дибутилфталат – 0,3;
стекловолокно – 1,0;
асбестовое волокно – 1,0.
Общее количество пластмассы EMBED Equation.3 , кг, для заполнения определенного объема определяют по формуле:
EMBED Equation.3 ,
где EMBED Equation.3 – коэффициент, учитывающий выход пластмассы через зазоры, отверстия и выпор: EMBED Equation.3 ;
EMBED Equation.3 – количество прокладок;
EMBED Equation.3 – площадь прокладок, м2;
EMBED Equation.3 – толщина прокладки, м: EMBED Equation.3 ;
EMBED Equation.3 – плотность пластмассы, кг/м3: плотность пластмассы ФМВ EMBED Equation.3 .
EMBED Equation.3
Сумма весовых частей всех компонентов пластмассы ФМВ:
EMBED Equation.3 .
Масса одной весовой части EMBED Equation.3 , кг:
EMBED Equation.3 .
Масса каждого компонента пластмассы EMBED Equation.3 , кг:
EMBED Equation.3 .
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
2.3. Расчет количества призонных болтов при монтаже ДВС
Крепление судовых механизмов на судовом фундаменте обычно состоит из простых болтов и призонных цилиндрических болтов.
Крупногабаритные дизели, рулевые машины и другие механизмы дополнительно имеют бортовые упоры, которые разгружают основное крепление от сдвигающих нагрузок. Простые болты обычно изготовляют из углеродистой конструкционной стали 20, и призонные – из стали 45.
Отверстия для призонных болтов должны быть изготовлены с отклонением Н6 (Н7) и иметь шероховатость не грубее 7-ого класса, т. е. EMBED Equation.3 мкм. После сверления отверстия дополнительно обрабатывают черновыми и чистовыми развертками. Призонные болты изготавливаются индивидуально для каждого отверстия. Стержень болта обрабатывается по фактическому диаметру отверстия после чистовой развертки с допускаемым отклонением, обеспечивающим плотную посадку и шероховатость не грубее EMBED Equation.3 мкм.
В плоскости крепления при эксплуатации действуют следующие нагрузки.
Усилие от динамических нагрузок EMBED Equation.3 , кН, пропорциональное земным ускорениям (удары, сотрясения при аварийных ситуациях и т. д.):
EMBED Equation.3 ,
где EMBED Equation.3 – коэффициент перегрузки, значение которого выбирается в зависимости от массы и частоты колебания оборудования: EMBED Equation.3 ;
EMBED Equation.3 – вес механизма, кН.
EMBED Equation.3
Усилие от упора гребного винта или напряжения троса EMBED Equation.3 кН.
Усилие от веса механизма при крене судна EMBED Equation.3 , кН:
EMBED Equation.3 ,
где EMBED Equation.3 – угол крена судна.
EMBED Equation.3
Усилие от инерционных нагрузок при бортовой качке судна EMBED Equation.3 , кН:
EMBED Equation.3 ,
где EMBED Equation.3 сек, период качки судна;
EMBED Equation.3 – расстояние по высоте от центра тяжести механизма до центра тяжести судна, м.
EMBED Equation.3
Усилие от момента, который возникает при работе механизма и стремится повернуть его вокруг центра крепления болтов, EMBED Equation.3 , кН:
EMBED Equation.3 ,
где EMBED Equation.3 – нагрузка наиболее удаленного от центра крепления и нагруженного болта, кН;
EMBED Equation.3 – число всех болтов.
Нагрузку EMBED Equation.3 рассчитывают по формуле:
EMBED Equation.3 ,
где EMBED Equation.3 – момент, действующий в плоскости крепления, кН?м;
EMBED Equation.3 – расстояния от оси болта до центра крепления, м;
EMBED Equation.3 – количество болтов на соответствующих радиусах.
EMBED Equation.3 вычислим по теореме Пифагора:
EMBED Equation.3 ,
где EMBED Equation.3 и EMBED Equation.3 – размеры расположения болтов, м.
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
Геометрическая сумма всех векторов усилий, приведенных к центру крепления, определяет расчетное значение эксплуатационной нагрузки EMBED Equation.3 , кН:
EMBED Equation.3 .
EMBED Equation.3
Для обеспечения неподвижности оборудования необходимо, чтобы эксплуатационные нагрузки, сдвигающие механизм в плоскости крепления были в 2 раза меньше силы сопротивления призонных болтов срезу.
Сила трения от затяжки болтов EMBED Equation.3 , кН:
EMBED Equation.3 ,
где EMBED Equation.3 – коэффициент трения: EMBED Equation.3 .
EMBED Equation.3
При определении сопротивления EMBED Equation.3 призонных болтов срезу считается, что они несут половину нагрузки болтового соединения, кН:
EMBED Equation.3 ,
где EMBED Equation.3 МПа – допускаемое напряжение на срез для стали 45;
EMBED Equation.3 – площадь сечения болта по стержню, м2?10–6;
EMBED Equation.3 – число призонных болтов.
EMBED Equation.3
Тогда, если условие неподвижности механизма EMBED Equation.3 , то число призонных болтов:
EMBED Equation.3 .
EMBED Equation.3
Таким образом, число призонных болтов – 4.
2.4. Установка призонных болтов
Посадку призонных болтов выполняют предварительным охлаждением или непосредственной запрессовкой. Первый способ более совершенен. В этом случае исключаются задиры и уменьшение натяга из-за среза и смятия микронеровностей, характерных для запрессовки болтов.
Температура охлаждения болта, EMBED Equation.3 , °С, обеспечивающая его свободную установку:
EMBED Equation.3 ,
где EMBED Equation.3 – температура окружающей среды, °С;
EMBED Equation.3 – фактический натяг напряженной посадки, м;
EMBED Equation.3 – зазор для установки болта, м;
EMBED Equation.3 – коэффициент линейного сжатия материала болта, 1/°С;
EMBED Equation.3 – диаметр болта при температуре окружающей среды.
EMBED Equation.3
В качестве охлаждающей среды целесообразно применять жидкий азот. Охлаждение производят в ваннах, в которые заливают азот из сосудов Дьюара.
Температуру охлаждения контролируют по времени охлаждения. Время охлаждения до EMBED Equation.3 °С составляет 5 сек, а до EMBED Equation.3 °С – 12 сек на 1 мм диаметра болта.
Момент затяжки фундаментных болтов EMBED Equation.3 , Н?м?10–6:
EMBED Equation.3 .
EMBED Equation.3