Рассчет рулевого устройства судна
1 Исходные данные.
В связи с тем, что между рулевой рубкой и румпельным отделением находится
машинное отделение, возникает необходимость использования двух направляющих
блоков с каждого борта. В качестве штуртроса используется стальной трос
диаметром [pic]. Радиус сектора принимаем [pic]. Радиус штуртросового
барабана [pic].
4.3 Расчет усилий в рулевом механизме.
[pic]
[pic]
[pic]
4.4 Крутящий момент на барабане: [pic].
Поскольку барабан вращается на двух подшипниках необходимо добавить 1% на
потерю на углах трения: [pic].
По правилам Морского [pic]Регистра Судоходства сила на рулевом колесе не
должна превышать 0,12 кН, следовательно: [pic]
С целью уменьшения радиуса рулевого колеса имеет смысл уменьшить радиус
штуртросового барабана: [pic]
[pic]
[pic]
[pic]
5. Прочностной расчет узлов и деталей рулевого механизма.
5.1. Расчетные нагрузки.
Принципиальная схема рулевого механизма представлена на рис.4.1.1
5.1.1 Условный минимальный момент действующий на рулевой механизм.
[pic][pic][pic]
[pic][pic]=[pic]
[pic]
[pic][pic].
[pic]
[pic]
В дальнейших расчетах вместо нагрузки F принимается F3, а значение F2
принимается равным нулю.
[pic]
5.1.2. Поперечная сила на баллере:[pic]
5.1.3. Расчетный изгибающий момент: [pic]
5.1.4. Расчетный изгибающий момент [pic]
[pic]
[pic]
[pic]
5.1.4.1. Баллер руля в первом приближении.
[pic]
Момент инерции баллера: [pic]
5.1.4.2. Расчет элементов пера руля.
5.1.4.2.1.Толщина наружной обшивки.
[pic]
[pic]
[pic] на 0,35 длины от носика
[pic] на 0,65 длины от хвостика
[pic]
[pic]
5.1.4.2.2. Минимальная толщина обшивки: [pic]
Принимаем толщину обшиивки пера руля [pic]
5.1.4.2.3. Толщина ребер и диафрагм пера руля.
Толщина ребер и диафрагм принимается равной толщине обшивке [pic]
Расчетная схема представлена на рис. 5.1.4.2.3.1
Спрямление условных поясков дает дополнительный запас прочности.
Моментинерции:[pic]
Момент сопротивления:
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic][pic]
[pic] [pic][pic] [pic] [pic]
[pic]
5.1.5. Расчетный изгибающий момент [pic]
[pic]
5.1.6. Расчетный изгибающий момент [pic]
[pic]
5.1.7. Расчетная реакция опоры 1.
[pic]
5.1.8. Расчетная реакция опоры 2.
[pic]5.1.9. Расчетная реакция опоры 4.
[pic]
5.1.10. Расчетный изгибающий момент действующий в любом сечении баллера.
[pic]5.1.10.1. Момент сопротивления, площади поперечного сечения пера руля.
Момент сопротивления, площади поперечного сечения пера руля должен быть
не менее:
[pic]
Момент сопротивления удовлетворяет требования [pic].
5.2. Баллер руля.
5.2.1. Диаметр головы баллера.
[pic]
Баллер должен удовлетворять требованию: [pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
Баллер не удовлетворяет требованиям.
Примем [pic]
[pic]
[pic]
[pic]
Баллер удовлетворяет требованиям.
5.2.2. Момент инерции баллера: [pic]
5.2.3. Диаметр баллера в районе подшипников
Диаметр в районе подшипников увеличиваем на 10-15% для возможной расточки
в процессе эксплуатации.
[pic]
[pic]
Примем диаметр в районе подшипников равный [pic]
5.3 Соединение баллера с пером руля.
Принимается схема болтового соединения с горизонтальными фланцами.
5.3.1. Диаметр соединения болтов должен быть не менее:
[pic]
[pic]должно быть не менее 0,9 диаметра баллера в районе соединения.
[pic]
[pic]-принято конструктивно
[pic]
[pic]
5.3.2. Диаметр болта в резьбовом соединении должен быть не менее:[pic]
[pic]принято конструктивно.
[pic].
Болт удовлетворяет требованию.
5.3.4. Толщина соединительных фланцев должна быть не менее:
[pic]
Принимаем [pic]
Отстояние центров болтов от кромки фланцев принимаем равное толщине
фланца.
5.4. Штырь руля.
5.4.1. Диаметр штыря должна быть не менее:[pic]
Принимаем [pic]
5.4.2. Длина цилиндрической части должна быть:[pic]
[pic]
5.4.3. Длина конической части должна быть: [pic]
Принимаем [pic].
Конусность по диаметру должна быть не более [pic]
Принимаем диаметр у вершины конусной части [pic]
5.4.4. Нарезная часть: диаметр должен быть не менее:[pic].
Принимаем [pic]
5.4.5. Гайка.
Наружный диаметр должен быть не менее:[pic].
Высота гайки не менее: [pic].
5.4.6. Длина нарезной части.
Длина нарезной части уточняется в процессе изготовления или по чертежу.
5.4.7. Проверка штыря по удельным давлениям.
[pic]
[pic]принято конструктивно.
[pic]
Штырь удовлетворяет требованиям для трущейся пары: сталь по бронзе при
смазывании водой.
[pic].
5.4.8. Толщина материала петли должна быть не менее 0,5 диаметра штыря.
Окончательный размер уточняется по чертежу.
2.Выбор площади рулевого устройства в первом приближении:
[pic]
[pic][pic]
[pic]
2.1.Определение высоты брускового киля.
[pic]
2.2. Определение высоты пера руля.
[pic]
2.3. Определение эффективности рулевого устройства:
[pic], если [pic]меньше 0,866.
[pic]
[pic]данные сняты с теоретического чертежа.
[pic]
[pic]
[pic]
[pic][pic][pic]
[pic][pic]
[pic][pic]
[pic]
2.4. Определение площади рулевого устройства во втором приближении.
[pic]
[pic]
Таким образом принимаем [pic]
[pic]
3.Расчет гидродинамических характеристик руля: [pic][pic].
Т.к. [pic] то судно является среднескоростным, из чего следует, что для
пера руля необходимо выбрать профиль НАСА.
3.1. Расчет нормальной силы и момента на баллере руля.
[pic][pic]
Т.к. [pic], то пересчет гидродинамических коэффициентов делать ненужно.
Результаты гидродинамического расчета руля показаны: передний ход –
таб.3.1.1.и таб.3.1.2.
задний ход - таб.3.1.3.и таб.3.1.4.
Коэффициент компенсации методом последовательных приближений (рис.3.1.1.)
выбран [pic]
Момент на баллере руля графически представлен на (рис.3.1.2.), нормальная
сила на (рис.3.1.3.).
Максимальное значение момента на переднем ходу [pic] Для выбора рулевой
машины предварительна добавим 30% на потерю в узлах трения: [pic]
,округляем до [pic].
Из графика на рис.3.1.2. следует, что максимальный угол перекладки на
заднем ходу равен [pic].
4. Расчет рулевой машины.
4.1.Поскольку момент возникающий на баллере относительно мал, то с
экономической точки зрения оптимальной рулевой машиной является машина с
ручным приводом, а именно штуртросовый привод. Расчетная схема представлена
на рис.4.1.1.
5.5. Подшипник баллера.
На рис. в сечении 1 будет установлен опорно – упорный подшипник, а
в сечении 2 опорный подшипник.
5.5.1. Опорный подшипник.
В качестве опорного подшипника будет установлен подшипник скольжения. Схема
представлена на рис. 5.5.1.
Подшипник должен удовлетворять следующему условию:[pic]
[pic]
[pic]- диаметр баллера вместе со вкладышем.
[pic] - длина втулки подшипника.
[pic]
Значение [pic]согласовывается с регистром.
5.5.1.1. Толщина корпуса подшипника.
[pic]
Принимаем [pic]
5.5.2. Верхний опорно-упорный подшипник.
Верхний подшипник принимаем по ОН9-668-67 тип 2.
5.5.2.1. Нагрузка действующая на опору.
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]вес пера руля.
[pic]
[pic]вес баллера.
[pic]
[pic]
Подшипник может выдержать нагрузку [pic], следовательно данный подшипник
нас удовлетворяет.
5.6. Аварийное рулевое устройство.
В качестве аварийного рулевого устройства применяем рычаг, который через
отверстие в палубе одевается на баллер.
5.6.1. Расчет момента на баллере.
По Правилам Морского Регистра Судоходства расчет должен вестись на
скоростях не менее 4 узлов.
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic][pic]
[pic];
[pic]
Таким образом [pic]
Добавим 30% на потерю в узлах трения.
[pic]
По правилам усилие на аварийном приводе не должно быть более 0,18 кН; таким
образом длина румпеля будет: [pic]
C целью уменьшения усилия примем [pic]
-----------------------
105
106
7
7
Рис.5.1.4.2.3.1.
R2
R3
T3
Рис.4.1.1.
T1
T2
R1