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 , МПа, от веса механизма:

,

где  – вес механизма, Н;

 – число прокладок;

 – площадь прокладки, м²Z10^–6.

Удельное давление на прокладку , МПа, от усилия затяжки фундаментных болтов:

,

где  – усилие затяжки болта, Н.

Усилие затяжки:

,

где  – напряжение от затяжки болта, МПа;

 – предел текучести материала болта, МПа: для стали 45  МПа;

 – площадь поперечного сечения болта, м²Z10^–6;

 – внутренний диаметр резьбы болта, мZ10^–3.

Суммарное удельное давление , МПа, на прокладку:

не должно превышать допускаемого значения , выбираемого в зависимости от материала лап фундамента механизма и типа прокладок.

Принимаем: материал прокладки – пластмасса на основе эпоксидной смолы;

                   материал остова – чугун.

Тогда  МПа.

 – 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 , кг, для заполнения определенного объема определяют по формуле:

,

где – коэффициент, учитывающий выход пластмассы через зазоры, отверстия и выпор: ;

 – количество прокладок;

 – площадь прокладок, м²;

 – толщина прокладки, м: ;

 – плотность пластмассы, кг/м³: плотность пластмассы ФМВ .

Сумма весовых частей всех компонентов пластмассы ФМВ:

.

Масса одной весовой части , кг:

.

Масса каждого компонента пластмассы , кг:

.

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.  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 мкм.

В плоскости крепления при эксплуатации действуют следующие нагрузки.

Усилие от динамических нагрузок , кН, пропорциональное земным ускорениям (удары, сотрясения при аварийных ситуациях и т. д.):

,

где  – коэффициент перегрузки, значение которого выбирается в зависимости от массы и частоты колебания оборудования: ;

 – вес механизма, кН.

Усилие от упора гребного винта или напряжения троса  кН.

Усилие от веса механизма при крене судна , кН:

,

где  – угол крена судна.

Усилие от инерционных нагрузок при бортовой качке судна , кН:

,

где  сек, период качки судна;

 – расстояние по высоте от центра тяжести механизма до центра тяжести судна, м.

Усилие от момента, который возникает при работе механизма и стремится повернуть его вокруг центра крепления болтов, , кН:

,

где  – нагрузка наиболее удаленного от центра крепления и нагруженного болта, кН;

 – число всех болтов.

Нагрузку  рассчитывают по формуле:

,

где  – момент, действующий в плоскости крепления, кНZм;

 – расстояния от оси болта до центра крепления, м;

 – количество болтов на соответствующих радиусах.

 вычислим по теореме Пифагора:

,

где  и  – размеры расположения болтов, м.

Геометрическая сумма всех векторов усилий, приведенных к центру крепления, определяет расчетное значение эксплуатационной нагрузки , кН:

.

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 , кН:

,

где  – коэффициент трения: .

При определении сопротивления  призонных болтов срезу считается, что они несут половину нагрузки болтового соединения, кН:

,

где  МПа – допускаемое напряжение на срез для стали 45;

 – площадь сечения болта по стержню, м²Z10^–6;

 – число призонных болтов.

Тогда, если условие неподвижности механизма , то число призонных болтов:

.

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, , °С, обеспечивающая его свободную установку:

,

где  – температура окружающей среды, °С;

 – фактический натяг напряженной посадки, м;

 – зазор для установки болта, м;

 – коэффициент линейного сжатия материала болта, 1/°С;

 – диаметр болта при температуре окружающей среды.

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 °С составляет 5 сек, а до °С – 12 сек на 1 мм диаметра болта.

Момент затяжки фундаментных болтов , НZмZ10^–6:

.