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