8.4 Конструирование рулевого устройства

Требуется подобрать размеры основных деталей рулевого устройства судна класса «М-СП». Конструктивная схема руля- подвесной балансирный руль.

Расчетная схема балки балер–рудерпис (рисунок 8.4).

h = 2,23 м;

a = 1,39 м;

b = 1,24 м;

c = 0,67 м.

Расчет прочности балера.

Расчетное значение крутящего момента на балере:

;

где:

М- максимальное значение гидродинамического момента.

Значение реакций опор балера:

где:

Р = 149 кН – максимальное значение рулевой силы.

Значение изгибающих моментов балера в характерных сечениях:

Значение приведенных моментов:

у верхнего торца руля:

;

у нижней опоры балера:

;

Размеры балера по сечениям:

у верхнего торца руля

;

у нижней опоры балера

;

Диаметр балера у верхней опоры можно назначить по допустимому давленю опорного подшипника скольжения (сталь по бронзе), приняв высоту втулки, равной диаметру баллера. Тогда получаем выражение:

.

Перо руля.

Перо руля выполняем сварным из стали ВСт3сп2 ( ). Обшивку пера подкрепляем изнутри набором, причем ребра и диафрагмы устанавливаем на расстоянии 540 мм друг от друга.

Расчетное давление воды на обшивку пера:

;

где:

Т = 3,3 м - осадка судна;

- площадь пера руля.

Толщина обшивки пера руля:

;

Элементы конструкции пера руля:

Толщина обшивки и набора пера (после уточнения по стандартам на листовой прокат) t=10 мм, толщина торцевых листов – шайб t=18мм, толщина двух вертикальных диафрагм в районе оси балера t=20мм, толщина прилегающей к ним обшивки t=20мм.

Конструкция руля показана на рисунке 8.5.

Фланцевое соединение.

Перо руля соединяем с балером с помощью фланцевого соединения, в котором устанавливаем 6 болтов и шпонку.

Расчетное усилие, действующее на наиболее нагруженный болт:

;

Диаметр болтов определяем по выражению:

;

После уточнения по стандартам принимаем 6 болтов М60.

Толщина фланца:

Принимаем t=50мм, длину и ширину фланца в процессе разработки чертежа балера.

Опоры балера:

Нижняя опора балера включает подшипник скольжения и сальник. Подбираем типоразмер подшипника в зависимости от принятого диаметра балера d = 310 мм.

Находим минимальный размер втулки:

h > R/(d[p]) = 450000/(6,7*300) = 223 мм,

где:

R = 450000 Н – реакция опоры;

d = 310 мм – диаметр балера;

[p] = 6,7 Н/мм – допустимое давление.

Окончательный размер втулки определяем при разработке чертежа балера.

Сальниковая набивка должна иметь не менее 4 колец набивки из шнура сечением:

.

Поскольку шнуры такого сечения не применяются, устанавливаем 5 колец из шнура сечением 30х30 мм.

Верхняя опора балера имеет два подшипника: подшипник скольжения в зависимости от диаметра балера d=170 мм и упорный шарикоподшипник, который проверяют по допустимой статической нагрузке, принимая вес пера и балера по выражениям:

Р_P = 5,9F_P = 5,9·4,41 = 26 (кН) – вес руля,

Р_δ = 7,7·7,8·0,2²(4,6+1) = 13,5 (кН) – вес балера, коэффициент запаса по на­грузке n = 5,

допус­тимая статическая нагрузка Q_ст = 5(26+13,5) = 198 (кН).

Находим минимальный размер втулки:

h > R/(d[p]) = 301000/(6,7*170) = 264 мм,

где:

R = 301000 Н – реакция опоры;

d = 170 мм – диаметр балера.