Mechanical design of an advanced self-aligning mounting system

Abstract

This Bachelor’s thesis work has been conducted in cooperation with Wärtsilä Ship Power. The main focus of this study has been placed on designing the engine mounting brackets, which are included in a flexible mounting system for a Wärtsilä 12V46F engine. Air springs are used for the engine mounting in order to improve the degree of insulation and to eliminate the frequent engine re-alignment that is needed when soft rubber mounts are used.

The study is based on two former theses. The main focus of the initial study was placed on the forces that the air springs are exposed to. The result was a force calculation tool in Excel, which calculates the reaction force acting on the air springs. The second study was focused on the mechanical construction of the mounting system. The result was a complete 3D assembly of the mounting system.

This thesis includes a theoretical part where classification rules regarding the design of ship engines are presented. The Finite Element Method is explained whereafter a structural analysis is carried out in order to calculate the stress and the displacement in the structure caused by engine torque and inclinations due to sea movements.

An appropriate design of the engine mounting brackets is developed through this study. A cost calculation, which compares the manufacturing cost of the obtained design with a previous construction, is also carried out.

Detta examensarbete har utförts i samarbete med Wärtsilä Ship Power. Tyngdpunkten i arbetet ligger på konstrueringen av infästningarna mellan motordynorna och motorblocket, som ingår i en flexibel uppställning av en Wärtsilä 12V46F motor. I uppställningen används luftbälgar som flexibla element, för att förbättra isoleringen av vibrationer och för att eliminera den återkommande linjeringen av motorn som krävs när mjuka gummielement används.

Arbetet baserar sig på två tidigare examensarbeten. Tyngdpunkten i den första studien låg på de krafter som luftbälgarna utsätts för. Resultatet var ett Excel-verktyg som beräknar reaktionskrafterna som verkar på luftbälgarna. Tyngdpunkten i den andra studien låg på konstrueringen av motoruppställningen. Resultatet var en komplett 3D-sammanställning av motoruppställningen.

Detta arbete innehåller en teoribeskrivning där klasskrav för design av fartygsmotorer presenteras. Finita elementmetoden presenteras varefter en strukturell analys utförs för att beräkna spänningarna och förskjutningen som uppstår i strukturen, till följd av motorns belastning samt lutningar orsakade av sjögång.

Genom arbetet erhålls en ändamålsenlig design av motorinfästningarna. En kostnadskalkyl, som jämför tillverkningskostnader för den erhållna konstruktionen med en tidigare konstruktion, presenteras i slutet.

Tämä opinnäytetyö on tehty yhteistyössä Wärtsilä Ship Powerin kanssa. Tämän työn tarkoitus oli suunnitella moottorityynyjen ja moottorilohkon välissä sijaitsevat kiinnikkeet, joita käytetään Wärtsilän 12V46F-moottorin joustavassa kiinnitysjärjestelmässä. Kiinnitysjärjestelmässä käytetään ilmatyynyjä joustavina kiinnityselementteinä parantamaan moottorin eristystä ja välttämään moottorin toistuvia uudelleenlinjauksia, jota pehmeät elementit vaativat.

Opinnäytetyö perustuu kahteen aiempaan tutkimukseen. Ensimmäisen tutkimuksen tarkoitus oli tutkia voimia, joille ilmatyynyt ovat alttiina. Tuloksena oli Excel-työkalu, joka laskee ilmatyynyihin vaikuttavat reaktiovoimat. Toinen tutkimus keskittyi kiinnitysjärjestelmän suunnitteluun. Tuloksena oli täydellinen 3D-kokoonpano kiinnitysjärjestelmästä.

Tämä opinnäytetyö sisältää teoriaosion, jossa selitetään viranomaisten vaatimuksia laivamoottoreiden suunnittelua varten. Elementtimenetelmä selitetään ja sitä käytetään rakenteellisessa analyysissä laskemaan jännitteet ja siirtymä, jotka moottorin kuorma ja aallokoiden kaltevuudet aiheuttavat.

Tämän tutkimuksen lopputulos on suunnittelu moottorikiinnikkeistä. Lopussa esitetään kustannusarvio joka vertailee tuotantokustannuksia tuloksena olevasta rakenteesta aiemmin tehtyyn rakenteeseen.