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 EMBED Equation.3 . Радиус сектора принимаем EMBED Equation.3 . Радиус штуртросового барабана EMBED Equation.3 .
4.3 Расчет усилий в рулевом механизме.
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
4.4 Крутящий момент на барабане: EMBED Equation.3 .
Поскольку барабан вращается на двух подшипниках необходимо добавить 1% на потерю на углах трения: EMBED Equation.3 .
По правилам Морского EMBED Equation.3 Регистра Судоходства сила на рулевом колесе не должна превышать 0,12 кН, следовательно: EMBED Equation.3
С целью уменьшения радиуса рулевого колеса имеет смысл уменьшить радиус штуртросового барабана: EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
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.
EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 EMBED Equation.3
EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 = EMBED Equation.3

EMBED Equation.3
EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 .
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
В дальнейших расчетах вместо нагрузки F принимается F3, а значение F2 принимается равным нулю.
EMBED Equation.3
5.1.2. Поперечная сила на баллере: EMBED Equation.3
5.1.3. Расчетный изгибающий момент: EMBED Equation.3
5.1.4. Расчетный изгибающий момент EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
5.1.4.1. Баллер руля в первом приближении.

EMBED Equation.3
Момент инерции баллера: EMBED Equation.3
5.1.4.2. Расчет элементов пера руля.
5.1.4.2.1.Толщина наружной обшивки.
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3 на 0,35 длины от носика
EMBED Equation.3 на 0,65 длины от хвостика
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
5.1.4.2.2. Минимальная толщина обшивки: EMBED Equation.3
Принимаем толщину обшиивки пера руля EMBED Equation.3
5.1.4.2.3. Толщина ребер и диафрагм пера руля.
Толщина ребер и диафрагм принимается равной толщине обшивке EMBED Equation.3
Расчетная схема представлена на рис. 5.1.4.2.3.1
7
106
7

Рис.5.1.4.2.3.1.
105
Спрямление условных поясков дает дополнительный запас прочности.
Моментинерции: EMBED Equation.3
Момент сопротивления:
EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3 EMBED Equation.3
EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
5.1.5. Расчетный изгибающий момент EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
5.1.6. Расчетный изгибающий момент EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
5.1.7. Расчетная реакция опоры 1.
EMBED Equation.3
5.1.8. Расчетная реакция опоры 2.
EMBED Equation.3 5.1.9. Расчетная реакция опоры 4.
EMBED Equation.3
5.1.10. Расчетный изгибающий момент действующий в любом сечении баллера.
EMBED Equation.3 5.1.10.1. Момент сопротивления, площади поперечного сечения пера руля.
Момент сопротивления, площади поперечного сечения пера руля должен быть не менее:
EMBED Equation.3
Момент сопротивления удовлетворяет требования EMBED Equation.3 .
5.2. Баллер руля.
5.2.1. Диаметр головы баллера.
EMBED Equation.3
Баллер должен удовлетворять требованию: EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
Баллер не удовлетворяет требованиям.
Примем EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
Баллер удовлетворяет требованиям.

5.2.2. Момент инерции баллера: EMBED Equation.3
5.2.3. Диаметр баллера в районе подшипников
Диаметр в районе подшипников увеличиваем на 10-15% для возможной расточки в процессе эксплуатации.
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
Примем диаметр в районе подшипников равный EMBED Equation.3
5.3 Соединение баллера с пером руля.
Принимается схема болтового соединения с горизонтальными фланцами.
5.3.1. Диаметр соединения болтов должен быть не менее:
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3 должно быть не менее 0,9 диаметра баллера в районе соединения.
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3 -принято конструктивно
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
5.3.2. Диаметр болта в резьбовом соединении должен быть не менее: EMBED Equation.3
EMBED Equation.3 принято конструктивно.
EMBED Equation.3 .
Болт удовлетворяет требованию.
5.3.4. Толщина соединительных фланцев должна быть не менее:
EMBED Equation.3
Принимаем EMBED Equation.3
Отстояние центров болтов от кромки фланцев принимаем равное толщине фланца.
5.4. Штырь руля.
5.4.1. Диаметр штыря должна быть не менее: EMBED Equation.3
Принимаем EMBED Equation.3
5.4.2. Длина цилиндрической части должна быть: EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
5.4.3. Длина конической части должна быть: EMBED Equation.3
Принимаем EMBED Equation.3 .
Конусность по диаметру должна быть не более EMBED Equation.3
Принимаем диаметр у вершины конусной части EMBED Equation.3
5.4.4. Нарезная часть: диаметр должен быть не менее: EMBED Equation.3 .
Принимаем EMBED Equation.3
5.4.5. Гайка.
Наружный диаметр должен быть не менее: EMBED Equation.3 .
Высота гайки не менее: EMBED Equation.3 .
5.4.6. Длина нарезной части.
Длина нарезной части уточняется в процессе изготовления или по чертежу.
5.4.7. Проверка штыря по удельным давлениям.
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3 принято конструктивно.
EMBED Equation.3
Штырь удовлетворяет требованиям для трущейся пары: сталь по бронзе при смазывании водой.
EMBED Equation.3 .
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:
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3 EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
2.1.Определение высоты брускового киля.
EMBED Equation.3
2.2. Определение высоты пера руля.
EMBED Equation.3
2.3. Определение эффективности рулевого устройства:
EMBED Equation.3 , если EMBED Equation.3 меньше 0,866.
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3 данные сняты с теоретического чертежа.
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 EMBED Equation.3
EMBED Equation.3 EMBED Equation.3
EMBED Equation.3 EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
2.4. Определение площади рулевого устройства во втором приближении.
EMBED Equation.3

EMBED Equation.3
Таким образом принимаем EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
3.Расчет гидродинамических характеристик руля: EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 .
Т.к. EMBED Equation.3 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.
EMBED Equation.3 EMBED Equation.3
Т.к. EMBED Equation.3 , 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 EMBED Equation.3
Момент на баллере руля графически представлен на (рис.3.1.2.), нормальная сила на (рис.3.1.3.).
Максимальное значение момента на переднем ходу EMBED Equation.3 Для выбора рулевой машины предварительна добавим 30% на потерю в узлах трения: EMBED Equation.3 ,округляем до EMBED Equation.3 .
Из графика на рис.3.1.2. следует, что максимальный угол перекладки на заднем ходу равен EMBED Equation.3 .
4. Расчет рулевой машины.
R2
R3
T3
Рис.4.1.1.
R1
T2
T1
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: EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3 - диаметр баллера вместе со вкладышем.
EMBED Equation.3 - длина втулки подшипника.
EMBED Equation.3
Значение EMBED Equation.3 согласовывается с регистром.
5.5.1.1. Толщина корпуса подшипника.
EMBED Equation.3
Принимаем EMBED Equation.3
5.5.2. Верхний опорно-упорный подшипник.
Верхний подшипник принимаем по ОН9-668-67 тип 2.
5.5.2.1. Нагрузка действующая на опору.
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3 вес пера руля.
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3 вес баллера.
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
Подшипник может выдержать нагрузку EMBED Equation.3 , 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.
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3 EMBED Equation.3
EMBED Equation.3 ;
EMBED Equation.3
Таким образом EMBED Equation.3
Добавим 30% на потерю в узлах трения.
EMBED Equation.3
По правилам усилие на аварийном приводе не должно быть более 0,18 кН; таким образом длина румпеля будет: EMBED Equation.3
C целью уменьшения усилия примем EMBED Equation.3