Страница 3: ГОСТ 8838-81. Соединения конические судовых валопроводов. Типы, конструкция и размеры (69142)

о_а — суммарное осевое напряжение в валу (о_ав) или в ступице (о_ас), МПа, от совместного действия номинальных значений внешних нагрузок N_y и М_и.

Уравнение (1) характеризует несущую способность сил трения и фиксирующих элементов соединения.

Уравнение (2) характеризует влияние гильз, а также поперечного взаимодействия вала и ступицы при изгибе соединения, на изменение контактного давления в нем.

Уравнение (3), соответствующее энергетической теории прочности, характеризует объемное напряженное состояние вала и ступицы в пределах упругих деформаций их материалов.

2. Общие рекомендации

   1. Уравнения (1) — (3) следует использовать для подбора таких значений входящих в них величин, при которых запас несущей способности соединения «₀ максимальный.

При поиске или подборе величин, входящих в уравнения (1) — (3), следует учитывать, что значения этих величин имеют определенные ограничения в виде функциональных зависимостей от первичных исходных данных или в виде допустимых диапазонов применения.

1. 2. Ограничения величин, входящих в уравнения (1) — (3)

      1. Контактное давление q_H

         1. Контактное давление q_H, МПа, вычисляют по формуле

   2v_T^_K (4)

   «н = ’

   nD^L_T( 1 - <p_T) p_T

   где '|ф = (1,1 — 1,2) — поправочный коэффициент, учитывающий снижение несущей способности соединения от воздействия упора N_y, изгибающего момента М_и и от влияния конусности К. Меньшие значения y_T принимают для соединений типов III и IV; средние — для прессовых соединений типов I иП,а большие — для шпоночно-прессовых соединений типов I и II;

   М_к — номинальный крутящий момент, МН-м;

   D_T — средний диаметр конца вала на прессовом участке соединения (см. пп. 3.1.10; 3.2.11 и 3.3.7 настоящего стандарта), м;

   L_T — длина прессового участка соединения (см. пп. 3.1.4; 3.2.4 и 3.3.2 настоящего стандарта), м;

   <p_T =A/(nD_TL_T) — коэффициент, учитывающий уменьшение площади прессового контакта в соединении на величину f_n (см. пп. 3.1.12; 3.2.12 и 3.3.10 настоящего стандарта) из-за канавок и углублений в ступице. При установке в соединении шпонок или других фиксирующих элементов площадь f_n следует увеличить на величину, им соответствующую;

   p_T — коэффициент трения между валом и ступицей или гильзой, значения которого назначают с учетом пары трения:

   сталь—сталь 0,15; (0,13);

   материал на медной основе (ММО) — сталь 0,16; (0,13);

   материал на титановой основе (МТО) — сталь 0,25;

   МТО—ММО 0,28;

   МТО—МТО 0,35.

   В скобках приведены значения коэффициента p_T по нормам Регистра СССР.

   2. Пример определения давления q_H, МПа, для соединения типа I при следующих исходных данных: и, = 1,15; М_к = 0,55 МН - м; D_T = 0,46 м;

   Л_т=1,12м; р_т=0,15; ф_т=0,2

   — с использованием зависимости (4).

   3. П

      ²У^к

      «Н _ -) _ ,

      nD^L_T( 1 - Ф_т)ц_т

      
      

      2 - 1,15 - 0,55

      
      

      3,14 - 0,46² - 1,12 - ( 1 - 0,2) - 0,15

      
      

      = 14МПа.

      
      ри применении исполнения соединения с концевым расположением шпонок (см. п. 3.1.5 приложения 1) размеры D_T и L_T, входящие в зависимость (4), должны быть изменены с учетом уменьшения длины прессового участка.

   Показатель <р_т при этом должен учитывать только те канавки и проточки, которые находятся на уменьшенной длине L_T.

   2. Запас несущей способности соединения, обеспечиваемый фиксирую­щими элементами п_ф

      1. З

         (5)

         апас п_ф вычисляют по формуле

   ^иф = ^ф ₂^Ф_М-^Ф(°х^Ах⁾ min’
   к

   где Zф — число шпонок или других фиксирующих элементов;

   Lф — длина рабочего участка одного фиксирующего элемента, м;

   Dф — средний диаметр участка конуса вала с фиксирующими элементами (см. приложение 2), м;

   <з_х — предел текучести материала вала o_TB, ступицы o_TC или фиксирующего элемента о_ч.ф, МПа;

   А_х — высота рабочего участка фиксирующего элемента в валу А_в или в ступице А_с, м, (см. приложение 2);

   М_к — см. п. 3.1.1.

   При подстановке в формулу числовых значений в качестве (о_хА_х )_min принимают наименьшее из четырех произведений:

   °тв^А_в; °тс^А_с; °тф^А_в; °тф^А_с.

   (Измененная редакция, Изм. № 2).

   2. При применении в качестве фиксирующих элементов призматических шпонок (см. приложение 2) их число Zф рекомендуется не более одной.

   При необходимости увеличить несущую способность соединения при этом его целесообразно выполнить в исполнении, соответствующем приложению 1, п. 3.1.4.

   3. Пример расчета запаса и_ф для шпоночного исполнения соединения типа I при следующих исходных данных:

   °тв ⁼ °тс ⁼ °тф ⁼ 240 МПа; Дф=0,46 м;

   М_к = 0,55 МН ■ м; = 1; /,_ф = 0,95 м;

   Л_в = Л_с = 0,019 м — с использованием зависимости (5).

   При расчете запаса и_ф, в первую очередь определяют (о_хЛ_х )_min как наименьшее из четырех произведений: °тв^Лв^; °тс^Лс^; °тф^Лв^; °тф^Лс.

   В рассматриваемом примере

   °тв = °тс = °тф’ ^{а Л}в = ^Лс ^, в связи с чем

   (о_хЛ_х )_min = 240 ■ 0,019 = 4,5 МН/м.

   Затем вычисляют и_ф по формуле (5)

   _ ^ ф ^ ф , . . _ і 0,95 ■ 0,46 , - _ . _е

   ^Иф'^ф2М_к^(сі^Лг>тіп^-Ь 2^0,55 ^^4,5-^1,8-

   3. Запас несущей способности соединения п₀

      1. Практически необходимый запас п₀ должен учитывать особенности движительной установки и особенности условий эксплуатации судна.

      2. Особенности движительной установки: неравномерность крутящего момента, инерционные явле­ния при нормальных реверсах, крутильные колебания, условия работы в мелкобитом льду, при буксировке и т. п. следует учитывать расчетным коэффициентом у_у, вычисляемым по формуле

   _¥у = М_п/М_к, (6)

   где М_п — наибольшая из пиковых крутящих нагрузок, МНлі, соответствующих перечисленным выше особен­ностям установки;

   М_к — см. п. 3.1.1.

   3. Особенности условий эксплуатации судна: возможные удары лопастей движителя о плавающие предметы, лед, грунт, причалы, аварийные реверсы и т. п. следует учитывать практическим коэффициен­том у_э.

   Для ледоколов и судов ледового плавания значения коэффициента ф_э в зависимости от типа соединения, расположения валопровода и категории ледового усиления принимают по табл. 1.

   Т аблица 1

   Тип соединения	Ч, для
   	ледоколов		судов с ледовыми усилениями категорий
   	с бортовым расположением валопровода	со средним расположением валопровода		УЛА	УЛ	Л1	Л2	ЛЗ
   I	1,50	1,45		1,30	1,20	1,15	1,08	1,05
   II—IV	1,22	1,18		1,15	1,12	1,08	1,04	1,00

   
   
   

   Для судов, поднадзорных Регистру СССР, коэффициенты у_э, приведенные в табл. 1, являются обязатель­ными.

   В остальных случаях коэффициент ч_э должен быть не менее единицы с предпочтительным использова­нием значений, приведенных в табл. 1, применительно к ожидаемым условиям эксплуатации судна.

   4. Окончательно значение п₀ применяют с обеспечением следующих двух условий: основного (для общего случая):

   (7

   )

   
   
   

   дополнительного (при шпоночно-прессовом исполнении соединения):

   «о > ^(иф ⁺ Уф)> ⁽⁸⁾

   где у_у — см. п. 3.3.2;

   у_э — см. п. 3.3.3;

   у_н — коэффициент, равный 2,8;

   у_р — коэффициент, равный 1,5 для судов, поднадзорных Регистру СССР, а в остальных случаях — не менее единицы;

   Иф — см. п. 3.2;

   У

   (9)

   ф > 1,0 — с предпочтительностью Уф= у

   По согласованию с Регистром СССР				Таблица 2
   значение коэффициента ур может быть	тът	QKH	р	р
   уточнено
   3.4. Коэффициент <рк	0,30	1,113	2,200	1,905
   	0,35	1,167	2,280	1,980
   3.4.1. Коэффициент <рк для сплошно-	0,40	1,232	2,380	2,070
   го конца вала ркм равен 1,0.	0,45	1,330	2,510	2,185
   3.4.2. Значения коэффициента <рк для	0,50 0,55	1,455 1,623	2,670 2,860	2,335 2,525
   наружной ркн и внутренней ркр поверхнос-	0,60	1,845	3,130	2,765
   тей полого конца вала, а также для ступицы	0,65	2,150	3,470	3,080
   р„„, приведены в табл. 2 в зависимости от	0,70	2,570	3,930	3,530
   контролируемой поверхности и от показа-	0,75 0,80	3,180 4,150	4,570 5,560	4,270 5,120
   телей mB (см. п. 2.1.6 настоящего стандарта) и mc (см. пп. 1.3.5; 1.4.9 и 1.5.11 настоящего стандарта).	0,85	5,790	7,220	6,770

   3.5. Контактное давление q_r

   3.5.1. Контактное давление q_r, МПа, вычисляют по формуле

   
   

   8_Г

   
   ^:' ' _D ^

   t

   
   
   
   

   где t_r — толщина стенки гильзы, м;

   8_Г — монтажный зазор между валом и гильзой, м, в соединении типа IV, принимаемый равным макси­мально возможному зазору, соответствующему допускам на окончательную механическую обработку наружной поверхности вала и внутренней поверхности гильзы;

   Е_Г — модуль упругости материала гильзы, МПа;

   D_T — см. п. 3.1.1.

   2. Пример определения давления q_r, МПа, для соединения типа IV при следующих исходных данных: t_r = 2,5-10-² м; 8_Г = 1,9 ■ 10^-4 м;

   D_T = 0,5 м; Е_Г = 21 ■ 10⁴ МПа

   - с использованием зависимости (9).

   q=2t—E_r= 2 -2,5 ■ 10~² ■ ^1,9 ■ ¹⁰⁴ -21 ■ 10⁴ =8 МПа.

   ^{Г Г}D^2г 0,5²

   т ’

   2. При установке гильзы на конце вала до напрессовки ступицы с контактным давлением q_s, МПа, значение давления q. принимают равным (—q_s).

   3. При отсутствии зазора и натяга между валом и гильзой до напрессовки ступицы, давление q. = 0.

   6. Контактное давление на валу q_B и на ступице q_ст от сборки соедине­ния с натягом

      1. Контактные давления q_B и q_CT в прессовом соединении должны быть:

   от 40 до 80 МПа — для соединения типа I;

   от 40 до 120 МПа — для соединений типов II—IV.

   При этом следует учитывать, что в шпоночно-прессовых соединениях q_B = q_CT, а в прессовых соединениях с гильзами между давлениями q_B и q_CT, МПа, существует зависимость, соответствующая уравнению (2) при qc = qcT^и «и =^0:

   q_CT = q_B⁺ qr, (10)

   где q_B — см. п. 3.6;

   q_B — см. п. 3.5.

   Контактные давления q_B и q_CT в обычном шпоночно-прессовом соединении при использовании главных двигателей роторного типа следует принимать:

   22 МПа — для соединений типа I;

   26 МПа — для соединений типа II.

   При использовании главных двигателей поршневого типа допускается увеличивать эти значения до 28 и 30 МПа соответственно.

   3. Контактные давления д_в и q_CT в шпоночно-прессовом соединении, выполненном с концевым расположением шпонок или со смещением допусков на изготовление шпоночных элементов, соответствующем приложению 1, пп. 3.1.4 и 3.1.5, должны быть в пределах:

   от значений в п. 3.6.2 до 60 МПа — для соединения типа I;

   от значений в п. 3.6.2 до 90 МПа — для соединения типа II.

   4. Контактные давления q_B и q_CT, МПа, в целях обеспечения прочности вала и ступицы при сборке — разборке соединения гидропрессовым способом, должны соответствовать также условиям:

   0

   (11)

   (12)

   ,95 Отв

   ^9в“ф_кв(1 + 0,2z^w_c) ’

   _<^0,95 О тс

   ^9ст ф _кс (1 + 0,2/т _c ) ’

   где О_тв, О_тс — см. п. 3.2.1;

   Фкв — см. п. 1,а такж«р_км и ф_кр в п. 3.4;

   т_с — см. пп. 1.3.5,1.4.9 и 1.5.11 настоящего стандарта;

   ф_кс — см. п. 3.4.2.

   Скачать бесплатно