1 Исходные данные.
Всвязи с тем, что между рулевой рубкой и румпельным отделением находитсямашинное отделение, возникает необходимость использования двух направляющихблоков с каждого борта. В качестве штуртроса используется стальной тросдиаметром />. Радиус сектора принимаем />.Радиус штуртросового барабана />.
4.3Расчет усилий в рулевом механизме.
/>
/>
/>
4.4Крутящий момент на барабане: />.
Посколькубарабан вращается на двух подшипниках необходимо добавить 1% на потерю на углах трения: />.
Поправилам Морского />РегистраСудоходства сила на рулевом колесе не должна превышать 0,12 кН, следовательно: />
Сцелью уменьшения радиуса рулевого колеса имеет смысл уменьшить радиусштуртросового барабана: />
/>
/>
/>
5.Прочностной расчет узлов и деталей рулевого механизма.
5.1.Расчетные нагрузки.
Принципиальная схема рулевого механизма представлена на рис.4.1.1
5.1.1Условный минимальный момент действующий на рулевой механизм.
/>/>/>
/>/>=/>
/>
/>/>.
/>
/>
Вдальнейших расчетах вместо нагрузки F принимается F3, а значение F2 принимается равным нулю.
/>
5.1.2.Поперечная сила на баллере:/>
5.1.3.Расчетный изгибающий момент: />
5.1.4.Расчетный изгибающий момент />
/>
/>
/>
5.1.4.1.Баллер руля в первом приближении.
/>
Моментинерции баллера: />
5.1.4.2.Расчет элементов пера руля.
5.1.4.2.1.Толщинанаружной обшивки.
/>
/>
/> на0,35 длины от носика
/> на0,65 длины от хвостика
/>
/>
5.1.4.2.2. Минимальная толщина обшивки: />
Принимаем толщину обшиивки пера руля />
5.1.4.2.3.Толщина ребер и диафрагм пера руля.
Толщинаребер и диафрагм принимается равной толщине обшивке />
Расчетная схема представлена на рис. 5.1.4.2.3.1/> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />
Рис.5.1.4.2.3.1. />
Спрямление условных поясков дает дополнительный запаспрочности.
Моментинерции:/>
Момент сопротивления:
/>
/>
/>
/>
/>/>
/> />/> /> />
/>
5.1.5. Расчетный изгибающий момент />
/>
5.1.6. Расчетный изгибающий момент />
/>
5.1.7. Расчетная реакция опоры 1.
/>
5.1.8. Расчетная реакция опоры 2.
/>5.1.9.Расчетная реакция опоры 4.
/>
5.1.10. Расчетный изгибающий момент действующий влюбом сечении баллера.
/>5.1.10.1.Момент сопротивления, площади поперечного сечения пера руля.
Момент сопротивления, площади поперечного сеченияпера руля должен быть не менее:
/>
Момент сопротивления удовлетворяет требования />.
5.2. Баллер руля.
5.2.1. Диаметр головы баллера.
/>
Баллер должен удовлетворять требованию: />
/>
/>
/>
/>
Баллер не удовлетворяет требованиям.
Примем />
/>
/>
/>
Баллер удовлетворяет требованиям.
5.2.2. Момент инерции баллера: />
5.2.3. Диаметр баллера в районе подшипников
Диаметр в районе подшипников увеличиваем на 10-15%для возможной расточки в процессе эксплуатации.
/>
/>
Примем диаметр в районе подшипников равный />
5.3 Соединение баллера с пером руля.
Принимается схема болтового соединения сгоризонтальными фланцами.
5.3.1. Диаметр соединения болтов должен быть не менее:
/>
/>должно быть не менее 0,9 диаметра баллера в районесоединения.
/>
/>-принятоконструктивно
/>
/>
5.3.2. Диаметр болта в резьбовом соединении долженбыть не менее:/>
/>принятоконструктивно.
/>.
Болт удовлетворяет требованию.
5.3.4. Толщина соединительных фланцев должна быть неменее:
/>
Принимаем />
Отстояние центров болтов от кромки фланцев принимаемравное толщине фланца.
5.4. Штырь руля.
5.4.1. Диаметр штыря должна быть не менее:/>
Принимаем />
5.4.2. Длина цилиндрической части должна быть:/>
/>
5.4.3. Длина конической части должна быть: />
Принимаем />.
Конусность по диаметру должна быть не более />
Принимаем диаметр у вершины конусной части />
5.4.4. Нарезная часть: диаметр должен быть не менее:/>.
Принимаем />
5.4.5. Гайка.
Наружный диаметр должен быть не менее:/>.
Высота гайки не менее: />.
5.4.6. Длина нарезной части.
Длина нарезной части уточняется в процессеизготовления или по чертежу.
5.4.7. Проверка штыря по удельным давлениям.
/>
/>принятоконструктивно.
/>
Штырь удовлетворяет требованиям для трущейся пары:сталь по бронзе при смазывании водой.
/>.
5.4.8. Толщина материала петли должна быть не менее0,5 диаметра штыря. Окончательный размер уточняется по чертежу.
2.Выбор площади рулевого устройства в первомприближении:
/>
/>/>
/>
2.1.Определение высоты брускового киля.
/>
2.2. Определение высоты пера руля.
/>
2.3. Определение эффективности рулевого устройства:
/>, если />меньше 0,866.
/>
/>данныесняты с теоретического чертежа.
/>
/>
/>
/>/>/>
/>/>
/>/>
/>
2.4. Определение площади рулевого устройства во второмприближении.
/>
/>
Таким образом принимаем />
/>
3.Расчет гидродинамических характеристик руля: />/>.
Т.к. /> то судноявляется среднескоростным, из чего следует, что для пера руля необходимовыбрать профиль НАСА.
3.1. Расчет нормальной силы и момента на баллере руля.
/>/>
Т.к. />, топересчет гидродинамических коэффициентов делать ненужно.
Результаты гидродинамического расчета руля показаны:передний ход – таб.3.1.1.и таб.3.1.2.
заднийход — таб.3.1.3.и таб.3.1.4.
Коэффициент компенсации методом последовательныхприближений (рис.3.1.1.) выбран />
Момент на баллере руля графически представлен на(рис.3.1.2.), нормальная сила на (рис.3.1.3.).
Максимальное значение момента на переднем ходу /> Для выбора рулевой машиныпредварительна добавим 30% на потерю в узлах трения: /> , округляем до />.
Из графика на рис.3.1.2. следует, что максимальныйугол перекладки на заднем ходу равен />.
4. Расчет рулевой машины.
/>4.1.Посколькумомент возникающий на баллере относительно мал, то с экономической точки зренияоптимальной рулевой машиной является машина с ручным приводом, а именноштуртросовый 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 установленподшипник скольжения. Схема представлена на рис. 5.5.1.
Подшипник должен удовлетворять следующему условию:/>
/>
/>-диаметр баллера вместе со вкладышем.
/> -длина втулки подшипника.
/>
Значение />согласовываетсяс регистром.
5.5.1.1. Толщина корпуса подшипника.
/>
Принимаем />
5.5.2. Верхний опорно-упорный подшипник.
Верхний подшипник принимаем по ОН9-668-67 тип 2.
5.5.2.1. Нагрузка действующая на опору.
/>
/>
/>
/>вес пераруля.
/>
/>весбаллера.
/>
/>
Подшипник может выдержать нагрузку />, следовательно данныйподшипник нас удовлетворяет.
5.6. Аварийное рулевое устройство.
В качестве аварийного рулевого устройства применяемрычаг, который через отверстие в палубе одевается на баллер.
5.6.1. Расчет момента на баллере.
По Правилам Морского Регистра Судоходства расчетдолжен вестись на скоростях не менее 4 узлов.
/>
/>
/>
/>
/>/>
/>;
/>
Таким образом />
Добавим 30% на потерю в узлах трения.
/>
По правилам усилие на аварийном приводе не должно бытьболее 0,18 кН; таким образом длина румпеля будет: />
C целью уменьшения усилия примем />