Скачиваний:   2
Пользователь:   byrish
Добавлен:   18.10.2015
Размер:   35.5 КБ
СКАЧАТЬ

3. Острейко Станислав Николаевич

Конструктивные меры повышения долговечности гребных валов

 

В судостроительном машиностроении гребной вал (плакат №1) является ответственным рабочим узлом морских судов и требует повышенной надежности, обеспечивающей, прежде всего, долговечность, то есть способность к эксплуатации в заданный срок службы в морской воде. Поэтому требуется выбор материала с высокой коррозионной стойкостью.

Как видно из плаката №1, титановые сплавы обладают большой коррозионной стойкостью при работе в синтетической морской воде по сравнению со сплавами на основе Fe, Al, Ni, и др. Эти же материалы обладают и высоким пределом усталостной прочности.

Поэтому, в качестве материала при изготовлении гребных валов большого сечения был выбран сплав на основе титана ПТ-5В (Ti - 6Al- 2V- 1Mo), разработанный в ЦНИИ КМ "Прометей" (плакат 1), обладающий более высокой коррозионно-усталостной прочностью.

В качестве особых факторов снижающих коррозионно-усталостную прочность вала при его работе в морской воде, являются конструктивные и технологические концентраторы напряжений (плакат №2) , а также остаточные растягивающие напряжения в поверхностных слоях. Уменьшение влияния концентраторов напряжения является основной рекомендацией по повышению коррозионно-усталостной прочности гребных валов.

1. К конструктивным концентраторам напряжений относятся: шпоночный паз, галтели, крепления облицовок к валу. При работе гребного вала, наибольшую опасность вызывают напряжения изгиба от гидродинамических сил и кручения. Крутильные колебания вала зависят от числа лопастей винта. Такие напряжения в местах посадки винта и шпоночного паза концентрируются. Напряжения, действующие на вал, не являются постоянными, а изменяются в течение одного оборота вала по несимметричному циклу (плакат №2)

Таким образом, к конструктивным способам повышения коррозионно-усталостной прочности относятся: придание детали формы с плавными переходами от одного сечения к другому.

С точки зрения сопротивления усталости, на гребном валу существует опасный ступенчатый галтельный переход от цилиндрической части вала под облицовкой к конусу под гребным винтом (плакат №2). Даже хорошо выполненная галтель радиусом R=20мм для вала диаметром D=520мм является достаточно опасным концентратором  (R/ D= 0,0378), значительно снижающим усталостную прочность валов на этом участке. Преждевременное разрушение наступало в ряде случаев, когда переходный участок не был зашлифован  имел чистоту обработки Ñ3¸Ñ5 вместо Ñ8 по чертежу

Шпоночный паз и конструктивно связанная с ним шпонка непрерывно совершенствуются (ГОСТ 8838-67). В первоначальных конструкциях гребных валов применяли призматические шпонки с круглыми концами. Для размещения такой шпонки в гребном валу вырезали шпоночный паз так называемого профильного или врезного типа. Полукруглые концы паза обычно получали после фрезерования его торцевой (пальцевой) фрезой. Позднее стал внедряться новый способ изготовления паза ложкообразной, лыжеобразной формы, изготовляемого дисковой фрезой. Более плавный переход от наружной поверхности вала ко дну паза в случае лыжеобразного выхода обеспечивал значительно меньшую величину коэффициента концентрации напряжений. Повреждения здесь стали гораздо реже.

На плакате №3 представлены результаты усталостных испытаний образцов валов с различными формами шпоночных пазов и шпонок в составе прессовых соединений: врезного (1); лыжеобразного (2); упруго-ппоночного соединения (3); ложкообразного (4); укороченного (5). Как показали результаты, главную роль в снижении предела усталости играет не только геометрическая форма паза, но и условия контактирования шпонки с боковой гранью паза при передаче крутящего момента, а также величина натяга в соединении. При близком расположении выхода паза от торца ступицы лыжеобразный паз не имел существенных преимуществ перед врезным (кривые 1 и 2). Применение же упругой шпонки в сочетании со скруглением кромки врезного паза значительно повысило выносливость образцов (кривая 3).

Наибольший эффект дало выведение шпонки из зоны проскальзывания ступицы относительно вала, например, в образцах, где шпоночный паз был отодвинут от ее торца на 11 мм (кривая 4). Как видно из графиков, предел выносливости материала валов с укороченными шпоночными пазами была наиболее высокой из всех типов испытанных шпоночных соединений (кривая 5).

2. К технологическим концентраторам напряжений относятся: чистота поверхности, риски, царапины, надрезы, плохое прилегание сопрягаемых поверхностей насаженных деталей, ступицы и облицовки с валом (фреттинг-коррозия), дефекты и включения частиц избыточных фаз в поверхностных слоях.

Ухудшение технологических факторов приводит к снижению коррозионно-усталостной прочности вала.  Таким образом, к технологическим способам  повышения коррозионно-усталостной прочности являются: создание чистой и гладкой поверхности, упрочнение поверхности (ХТО, наклеп, поверхностная закалка), создание благоприятных сжимающих остаточных напряжений.

 Улучшение качества поверхностных слоев деталей (по шероховатости и физико-механическим свойствам) приводит к повышению коррозионно-усталостной прочности вала.

Чистота поверхности конуса должна быть Ñ7, а в промежутке между торцами ступицы и облицовки Ñ8¼Ñ9. Уменьшение фреттинга под ступицей со стороны большого основания конуса можно достигнуть за счет увеличения площади контакта между ступицей и валом. Чем больше площадь прилегания, тем меньше будут напряжения в пятнах контакта и тем меньше будет возможность для возникновения усталостной трещины у границы пятна. Для этого могут быть использованы и лаковые пленки, упрочнение подступичной части обкаткой.

Коррозионно-усталостные трещины обычно зарождаются на поверхности вала. Поэтому качество поверхности, его упруго-напряженное и структурно-химическое состояние, формирующееся в процессе эксплуатации или в результате технологической обработки, являются определяющими.

Обкатка является наиболее эффективным и доступным технологическим средством повышения циклической прочности, износостойкости эксплуатационной долговечности и надежности гребных валов. На плакате №4 представлены результаты формирования остаточных напряжений в поверхностном слое детали по глубине. Видно, что упрочнение поверхности пластической деформацией приводит к формированию сжимающих напряжений благоприятных при эксплуатации вала.

На плакате №5 представлены результаты усталостных испытаний образцов валов из сплава ПТ-5В до и после роликовой обработки. Как видно из графиков, роликовая обработка приводит к повышению коррозионно-усталостной прочности на   30 Мпа

сталь 45

сплав ВТ-5В

sВ = 600 МПа

s0,2 = 360 МПа

s-1 = 240МПа (на воздухе)

s-1 = 190МПа (в мор воде)

sВ = 860 МПа

s0,2 = 820 МПа

s-1 = 300МПа (на воздухе)

s-1 = 240МПа (в мор воде)

Обкатка

s-1 = 210МПа (в мор воде)

s-1 = 270МПа (в мор воде)

На плакате №6 представлен  чертеж вала.

На плакате №7 представлен технологический процесс изготовления гребного вала из сплава ПТ-5В

На плакате №8 представлено приспособление для фрезерования шпонок гребного вала.

Применение                , позволило повысить долговечность гребных валов в 1,8 раза, что дало экономический эффект ~100 тыс. руб. (плакат 9).


3. Острейко Станислав Николаевич

Конструктивные меры повышения долговечности гребных валов судов

ПЛАКАТЫ

 

1. Выбор материала для гребных валов

2. Упруго-напряженное состояние материала гребных валов при их эксплуатации.

3. Результаты усталостных испытаний при изменении геометрии шпоночного паза

4. Результаты формирования остаточных напряжений в поверхностном слое детали по глубине

5. Результаты испытаний на воздухе и в морской воде образцов валов до и после обкатки

6. Чертеж вала

7. Уменьшения амплитуды циклических напряжений при увеличении числа лопастей гребного вала

8. Технологический процесс изготовления гребного вала из стали 35ХНМА

9. Приспособление для фрезерования шпоночного паза

10. Расчет экономической эффективности

 

Наверх страницы

Внимание! Не забудьте ознакомиться с остальными документами данного пользователя!

Соседние файлы в текущем каталоге:

На сайте уже 21970 файлов общим размером 9.9 ГБ.

Наш сайт представляет собой Сервис, где студенты самых различных специальностей могут делиться своей учебой. Для удобства организован онлайн просмотр содержимого самых разных форматов файлов с возможностью их скачивания. У нас можно найти курсовые и лабораторные работы, дипломные работы и диссертации, лекции и шпаргалки, учебники, чертежи, инструкции, пособия и методички - можно найти любые учебные материалы. Наш полезный сервис предназначен прежде всего для помощи студентам в учёбе, ведь разобраться с любым предметом всегда быстрее когда можно посмотреть примеры, ознакомится более углубленно по той или иной теме. Все материалы на сайте представлены для ознакомления и загружены самими пользователями. Учитесь с нами, учитесь на пятерки и становитесь самыми грамотными специалистами своей профессии.

Не нашли нужный документ? Воспользуйтесь поиском по содержимому всех файлов сайта:



Каждый день, проснувшись по утру, заходи на obmendoc.ru

Товарищ, не ленись - делись файлами и новому учись!

Яндекс.Метрика