Рассчет рулевого устройства судна

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