Kĺbový hriadeľ: popis, vlastnosti, účel. Vrtuľový hriadeľ

Kĺbový hriadeľ je vybavený väčšinou závodných, športových a cvičných motorových člnov. Účelom mechanizmu je vytvoriť určitý výkon vďaka energii prijatej z motora. Sila je nasmerovaná na projekciu prítlačného tlaku, ktorý umožňuje prekonať vodeodolnosť voči pohybu nádoby.

História stvorenia

Vytvorenie predmetného prvku sa pripisuje Archimedovi. Bolo navrhnuté použiť Bernoulli v roku 1752 ako hnaciu skrutku na zdvíhanie vody. Napriek tomu k jednotke neprišlo uznanie okamžite. Až v roku 1836 vynálezca z Británie. Smith skrátil" Archimedovskú " špirálu na jedno otočenie.

Konštrukcia bola inštalovaná na parníku s výtlakom 6 ton. Pilotné testy boli úspešné, po ktorých Smith otvoril spoločnosť, ktorá postavila loď s výtlakom 240 ton. Parník bol vybavený dvojicou bežiacich strojov (s celkovou kapacitou 90 konských síl). Jedna skrutka mala priemer dva metre.

Štrukturálne vlastnosti

Kĺbový hriadeľ je v podstate prúdové pohonné zariadenie, ktoré vyvíja dôraz zameraný na masy vody vrhané lopatkami v smere opačnom k pohybu plaveckého vozidla.

Konštrukcia uzla obsahuje náboj, na ktorom sú umiestnené lopatky vrtuľového typu. Spojovací priestor sa nazýva koreň čepele. Povrch smerujúci k člnu saje, Zadná časť čerpá. Bod rozhrania dvoch špecifikovaných povrchov je okraj čepele, prechádza pozdĺž jeho obrysu. Časť, ktorá sa pozerá v smere pohybu čepele, sa nazýva prichádzajúca hrana, opačná je odchádzajúca. Povrchy vrtule sú prvkami zložitej konfigurácie.

Základné geometrické parametre

Nižšie sú uvedené hlavné geometrické charakteristiky lodných vrtúľ:

1. Priemer prvku (veľkosť kruhu opísaná okrajmi lopatiek najďalej od osi otáčania).
2. Krok (vzdialenosť pravdepodobného postupu zariadenia v pevnej matici a nie vo vode).
3. Počet a šírka čepelí.
4. Pomer strán rotácie.
5. Oblasť vrtule.
6. Hrúbka a konfigurácia čepele.
7. Veľkosť náboja podľa priemeru.

Kĺbové hriadele majú rôzne rozstupy v rôznych častiach čepele. V tomto prípade sa za hlavný ukazovateľ považuje priemerný parameter meraný na mieste, kde je polomer približne 0,7 celkovej veľkosti. Počet čepelí-dva, tri alebo štyri kusy. Je dôležité poznamenať, že v smere otáčania sú skrutky rozdelené na ľavú a pravú stranu.

Ostatné veľkosti

Čepele sa merajú na šírku od prichádzajúcich a odchádzajúcich hrán v rovnakom polomere (najčastejšie v bode, kde je parameter 0,7 z celkovej hodnoty). Konečná charakteristika a činnosť hnacieho hriadeľa je určená diskovým pomerom (plocha všetkých lopatiek skrutiek k rovine kolmej na os otáčania).

Časti lopatiek môžu mať kruhovú konfiguráciu, tvar krídla lietadla alebo klinovitý profil. Posledné uvedené konštrukcie sú prevádzkované na obzvlášť vysokorýchlostných a závodných plavidlách s otáčavými motormi. Aby sa zabezpečila potrebná pevnosť čepelí, najväčšia hrúbka sa robí pri koreni, smerom ku koncu klesá až do úplného zaostrenia (od 0,2 do 0,05 mm). Veľkosť náboja v priemere je v rozmedzí 1,8-2,0 priemeru skrutky.

Účinnosť hnacieho hriadeľa

Skrutka, ktorá vytvára zarážku, prevádza iba časť energie prijatej z motora v užitočnom smere. Je to spôsobené zbytočnými nákladmi na:

• flow swirl;
• trecia sila;
• zákruty vytvorené na okrajoch lopatiek a podobne.

Výsledkom je, že výkonový parameter pre kĺbový hriadeľ vždy prekračuje rovnaký ukazovateľ daný pohybu plaveckého vozidla. Účinnosť skrutka vo vzťahu k výkonu motora a je koeficient účinnosti(účinnosť). Aj pri najlepších prvkoch tento parameter nepresahuje 1/3 výkonu pohonnej jednotky.

Výpočet výkonu

Hodnota účinnosti lodnej vrtule je ovplyvnená hlavne správnym výpočtom pri výbere optimálnych vzťahov medzi výkonom motora, rýchlosťou vrtule, geometrickými parametrami prvku a rýchlostnými charakteristikami plavidla.

Je dosť problematické vypočítať takéto pomery. Je to spôsobené tým, že ukazovatele sú ovplyvnené subjektívnymi dôvodmi. Medzi nimi:

• odolnosť proti vode pri pohybe plaveckého vozidla;
• vlastnosti trupu lode;
• veľkosť toku dopadajúceho na lopatky.

Usporiadanie alebo konštrukcia člnov s motormi na športové a závodné účely športovcami alebo jednotlivými tímami sa vykonáva podľa zjednodušených výpočtov. Je to spôsobené tým, že je takmer nemožné vypočítať vyššie uvedené optimálne pomery nezávisle.

Obrat

Na turistických lodiach, ktorých rýchlosť nepresahuje 20 km / h, dobré výsledky ukazujú skrutky s otáčkami od 600 do 1200 otáčok za minútu. V súlade s tým, čím väčšia je rýchlosť a sila plaveckých prostriedkov, tým väčšia bude rýchlosť lopatiek.

Pre stredne veľké športové plavidlá bude potrebný väčší vrtuľový hriadeľ. S kapacitou lode 30-75 litrov.za. druhý a rýchlosť až 50 km / h, optimálny počet skrutiek sa považuje za 2-3 tisíc otáčok za minútu. Rozsah najziskovejších čísel rotácií sa zároveň znižuje so znížením režimu rýchlosti a zvýšením ukazovateľov výkonu. Pre vysokorýchlostné závodné plavidlá, ktorých rýchlosť presahuje 70 km / h, budú potrebné kĺbové hriadele na ložiskách s intenzitou otáčania 4-5 tisíc otáčok za minútu.

Kavitácia

Otočné vrtule pretekárskych a najrýchlejších člnov alebo motorových člnov fungujú v špeciálnych podmienkach. Vyznačujú sa prítomnosťou vriacej vody na prednej sacej časti lopatiek. Tento jav sa nazýva kavitácia. Súčasne sa kvapalina odtrhne od povrchu vrtule a vytvorí určitý druh bublinových dutín (dutín). Výrazne zhoršujú činnosť vrtule, často ničia lopatky, vedú k erozívnemu opotrebovaniu tesnenia hriadeľa vrtule. Na minimalizáciu negatívnych účinkov kavitácie sa používajú klinovité prvky.

Ak predpokladáme, že skrutka nefunguje vo vode, ale podľa typu skrutky v matici, je logické predstaviť si jej pohyb o jedno otočenie skrutky v jednej otáčke. V praxi vlastnosti kvapalného média robia svoje vlastné úpravy, ktoré poskytujú menší pohyb (behúň).

z výrobného materiálu

Hliníkové vrtule vrtuľových hriadeľov sa často montujú na motorové športové člny a malé člny, ako aj na prívesné motory. V tomto prípade je prierez čepele v koreni hrubší ako prierez mosadzných analógov. Hliníkové modifikácie sa ľahko odlievajú, ľahko sa spracovávajú.

Skrutky z liatej ocele na motorových kurtoch tohto typu sa nepoužívajú z dôvodu zložitosti ich výroby. Niekedy sa používajú zvárané oceľové verzie, ktorých náboje sú vyrobené kovaním. Prvky čepele sú vyrezané z oceľového plechu, hrany sú nabrúsené, časť je ohnutá podľa špeciálnych šablón. Výsledné polotovary sú privarené k nábojom, potom spracované a overené.

Na stanovenie charakteristík skrutky, kontrolu rozstupu lopatiek, odstránenie vôle kĺbového hriadeľa a zosúladenie ďalších parametrov je potrebné meranie vyrobeného prvku. Toto sa vykonáva nasledovne:

1. Pripravená skrutka sa umiestni na rovnú rovinu (preglejkový list alebo rysovacia doska) striktne vodorovne.
2. Náboj sa musí jasne zhodovať so stredom kruhu predtým aplikovaného na dosku, ktorá má priemer asi 0,7 dielu rovnakého plného indexu vrtule.
3. Pomocou štvorcov sa merajú výšky okrajov ležiacich striktne nad nakresleným kruhom.
4. Existujú aj dva body, od ktorých sa merali určené vzdialenosti.

Skrutky s nastaviteľným rozstupom (VRSH)

Na moderných lodiach s motorom VRSH sa používajú pomerne zriedka, aj keď nepochybne existujú vyhliadky na ich ďalšie šírenie. Je to spôsobené tým, že Možnosť zmeny polohy lopatiek vám umožňuje nastaviť dopredu, dozadu alebo zastaviť bez potreby spätného chodu motora. Transformácia hodnoty rozstupu zároveň zaisťuje optimálne pracovné podmienky skrutky, berúc do úvahy zaťaženie, režim rýchlosti a ďalšie faktory.

Dizajn VRSH je pomerne jednoduchý:

• mechanizmus na prenos sily z riadiaceho zotrvačníka na riadiacu jednotku;
• rozbočovač;
• čepeľ;
• otočná tyč;
• dutý hriadeľ.

Najjednoduchší dizajn je možné použiť na stredne veľkých plaveckých vozidlách s motormi s výkonom 70-100 koní s prahom rýchlosti až 25-30 km / h.

Advanced VRSH majú hydraulický alebo mechanický pohon pre otáčanie lopatiek. Mechanizmus vedenia hriadeľa lode je riadený elektromotorom alebo odberom energie z hriadeľa. Takéto modely môžu byť prevádzkované na všetkých typoch lodí a lodí, s výnimkou pretekárskych plavidiel. V druhom prípade to nedáva zmysel, pretože zväčšená veľkosť náboja mierne znižuje účinnosť v porovnaní s konvenčnými verziami navrhnutými pre jeden rýchlostný limit.

Výhody a nevýhody

Skrutkovač funguje tak, ako je určený, iba so zvyšujúcou sa alebo nepretržitou rýchlosťou otáčania, v ostatných prípadoch vykonáva funkciu aktívnej brzdy. To nie je zvlášť výhodné, najmä pri športové podujatia. Účinnosť skrutky iba teoreticky je asi 75%. V skutočnosti tento parameter nepresahuje 35%. Pre vašu informáciu má pádlo podobný indikátor 60%.

Ak porovnáme vrtuľu a vrtuľu, druhý prvok je prínosom z hľadiska užitočnosti vďaka kompaktnosti a ľahkosti. Poškodený mechanizmus kolesa sa zároveň dá ľahko opraviť a ak sa skrutka zdeformuje, bude potrebné vymeniť kĺbový hriadeľ. Ďalšou nevýhodou je vysoké nebezpečenstvo pre morskú flóru a faunu, ako aj zraniteľnosť (v porovnaní s inými vrtuľami).

Prvky kolies zároveň zaručujú väčší parameter trakcie z miesta, čo je vhodné pre remorkéry. Ale so silným vzrušením rýchlo odhalia pracovné časti, , ktorý prispieva k nerovnomernému ponoreniu prvkov (jeden z nich je úplne vo vode a druhý je voľnobeh). Táto situácia nadmerne preťažuje hnaciu jednotku. Vďaka tomu je pohon kolies nevhodný pre plavidlá spôsobilé na plavbu. Predtým sa používali len preto, že neexistovala žiadna alternatíva. Skrutková inštalácia má veľkú výhodu v usporiadaní vojnových lodí. Je to spôsobené tým, že problém umiestnenia delostreleckých zbraní je vyrovnaný. Batériu je možné inštalovať po celej ploche boku. Okrem toho je cieľ maskovaný pre nepriateľa, skrutka je úplne Pod vodou.

Na záver

Najväčšie vrtuľové hriadele so skrutkami môžu dosiahnuť výšku trojposchodového domu, ich výroba si vyžaduje špeciálne vybavenie a príslušné zručnosti. Napríklad v čase výstavby parníkov typu "Veľká Británia" trvalo výroba predvalku viac ako týždeň. Moderné technológie vám to umožňujú za niekoľko hodín (s výhradou použitia robotického manipulátora). Konfigurácia skrutky sa zadá do počítačového programu, po ktorom diamantový nástroj na konci manipulátora pripraví ideálnu penovú kópiu. Potom sa hotový model umiestni do pieskovo-cementovej malty, aby sa získal čo najpresnejší dojem. Keď betón vychladne, polovice formy sa spoja a naleje sa do nich roztavený kov.

Vrtuľa musí mať vysoký index pevnosti, aby odolala enormnému tlaku a zaťaženiu, ako aj odolávala koróznym procesom v do morskej vody. Kĺbové hriadele sú vyrobené z bronzu, mosadze, oceľových zliatin, kunial. Nie je to tak dávno, čo sa na tieto účely začali používať ťažké polyméry.