Основы КСУ (Бормотов А) / Основы конструирования

втулки, равной диаметру баллера. Тогда, с учетом данных табл. 4.16 и выраже-

Учитывая опасность концентрации напряжений при резком изменении сечений баллера, принимаем решение об увеличении диаметра головы баллера до d = 100 мм.

Перо руля выполняем сварным из стали ВСт3сп2 ( ReH =235 МПа). Об-

шивку пера подкрепляем изнутри набором, причем ребра и диафрагмы устанавливаем на расстоянии 540 мм друг от друга.

Расчетное давление воды на обшивку пера:

p gρT N / Fp 9,81 1,0 2,8 174 / 3,5 77,3 кПа,

где T = 2,8 м – осадка судна; Fр = 3,5 м2 - площадь пера руля. Толщина обшивки пера руля

t 106k px2 / σ 2 106 0,0517 7,73 542 /11750 2 9,7 мм.

Элементы конструкции пера руля: толщина обшивки и набора пера (после уточнения по стандартам на листовой прокат) t = 10 мм, толщина торцевых листов – шайб t = 14 мм, толщина двух вертикальных диафрагм в районе оси

Диаметр болтов определяем по выражению

dб ≥ 1,7P / 1,7 187000 /153 46 мм.

После уточнения по стандартам принимаем шесть болтов М52.

Толщину фланца назначаем t =50 мм, а его длину и ширину получим при разработке чертежа баллера.

Размеры шпонки найдем из выражения

130

После уточнения по табл. 4.14, принимаем к установке шпонку сечением b h =80 40 мм.

Опоры баллера. Нижняя опора баллера включает подшипник скольжения и сальник. По табл. 4.17 подбираем типоразмер подшипника в зависимости от диаметра баллера d = 250 мм и проверяем втулку по удельному давлению:

p = R / dh = 340000 / 0,25∙0,25 = 5,44 106 Па = 5440 кПа,

что вполне допустимо для бронзовой втулки.

Сальниковая набивка должна иметь не менее четырех колец набивки из шнура сечением

s = 2 d 2250 32 мм.

Поскольку шнуры такого сечения не применяются, устанавливаем пять колец из шнура сечением 28 28 мм.

Верхняя опора баллера имеет два подшипника: подшипник скольжения, размеры которого d h = 100 100 мм уже назначены выше, и упорный шарикоподшипник с внутренним диаметром несколько меньше 100 мм. Поскольку такого подшипника в табл. 4.17 нет, то подбираем его, обращаясь к ГОСТ 787289. Подходящим оказывается подшипник 8218Н, у которого внутренний диаметр d = 90 мм и допустимая статическая нагрузка Q=320 кН. Принимаем вес пера и баллера по выражениям:

Pр = 5,9Fр = 5,9∙3,5 = 20,6 кН,

Pб = 0,78∙76,5∙0,252 (2,5 + 1) = 52 кН.

Получим приемлемый коэффициент запаса по нагрузке:

131

4.14. Выбор размеров деталей рулевого устройства по Правилам Морского Регистра судоходства

Правила Морского Регистра Судоходства [16] распространяются только на судовые устройства, которые имеют обычные рули или поворотные насадки с обтекаемыми профилями с жестко закрепленными стабилизаторами. Рулевые устройства с необычными рулями, а также поворотные насадки с поворотными стабилизаторами и другие являются в каждом случае предметом специального рассмотрения Регистром.

В данном учебном пособии остановимся только на проектировании рулей I, VII и XIVтипов, приведенных на рис. 4.44 [16].

Условная расчѐтная нагрузка F, кН, действующая на перо руля на переднем ходу определяется по формуле

F2 0,177k1 6.5 Р2 Ав ,

Dв

где k1 – коэффициент, равный: 1,0 – для прямоугольных и трапецеидальных рулей, кроме рулей за рудерпостом; 0,95 — для полуподвесных рулей типов I, VII; 0,89 — для рулей, устанавливаемых за рудерпостом; k2 — коэффициент, равный: 1,0 — для рулей, работающих непосредственно за гребным винтом; 1,25 — для рулей, не работающих непосредственно за гребным винтом; — величина, определяемая по формуле hр2 / Ак , (hp — средняя высота части пера

руля, расположенной в корму от оси его вращения, м; Ак — сумма площади пера руля и боковой площади кронштейна руля или рудерпоста (если последние имеются), расположенной в пределах высоты hp, м2. Если кронштейна руля и рудерпоста нет, в качестве Ак в расчетах принимается Ар); Ар — площадь пера руля, м2; Ав — часть площади руля, находящаяся в непереложенном положении в струе гребного винта, м2; b1 — величина, равная: 2,2 — для рулей, расположенных в диаметральной плоскости судна; 2,32 — для бортовых рулей; — коэффициент общей полноты судна при осадке по летнюю грузовую ватерлинию; v — наибольшая скорость переднего хода судна при осадке по летнюю грузовую ватерлинию, уз; P— упор гребного винта при скорости v, кН; Dв - диаметр гребного винта, м.

132

Рис. 4.44. Типы рулевого устройства

133

где А1 – часть площади пера руля расположенной в нос от оси его вращения, м2.

Для ледоколов и судов с ледовыми усилениями категорий Аrс4, Аrс5, Аrс6, Аrс7, Аrс8 и Аrс9 условный крутящий момент Мк, кН м, от нагрузки F3 должен приниматься не менее определенного по формуле

Mк 0,35F3bр ,

где bр – расстояние от оси вращения до задней кромки пера руля на уровне середины высоты пера руля, м.

Условный расчѐтный крутящий момент, действующий на рулевое устройство на заднем ходу должен приниматься не менее

где k4 – коэффициент , равный: 0,185 –для рулей, работающих непосредственно за гребным винтом; 0,139 – для рулей, не работающих непосредственно за гребным винтом; vзх – максимальная скорость на заднем ходу, но не менее 0,5v, уз.

Условная расчетная нагрузка Fзх, кН, действующая на перо руля на заднем ходу, должна определяться по формуле

Расчетные изгибающие моменты и реакции опор определяются по формулам, приведенным в [16], в зависимости от типа рулевого устройства (рис. 4.44) и расположения рулевого привода (рис. 4.45).

Расчетные изгибающие моменты и реакции опор рулей типов I и VII

В формулах индексы изгибающего момента (M1, M2, M3, M4) и реакции (R1, R2, R4) соответствуют номеру опоры или сечения. Линейные размеры принимаются в метрах, а нагрузки – в килоньютонах.

135

r1 - наименьшее расстояние от

оси баллера до линии действия силы от рулевого привода в секторе или румпеле, м.

В зависимости от расположения сектора или привода (рис.4.45) для варианта I усилие Р обозначается как РI и принимается РII =0; для варианта II

усилие Р обозначается как РII и принимается РI =0.

Для рулевых приводов, крутящий момент от которых передается на баллер парой или парами сил (четырехплунжерные, лопастные и др.) принимается, РI = РII =0.

Расчетный изгибающий момент М1, кНм, действующий в сечении 1 баллера (у верхнего подшипника) для варианта I расположения сектора или румпеля, определяется но формуле

M1 PI l7 ,

где l7 – расстояние на рис. 4.45.

136

Для варианта II расположения сектора или румпеля принимается М1 =

0.

Расчетный изгибающий момент M2, кНм, действующий в сечении 2 баллера (у нижнего подшипника рулей типов, в соединении баллера с пером), определяется по формуле

где h=l2-e, c, l7, l8 - линейные размеры; k5-k9 - коэффициенты, определяемые по формулам:

Iб – среднее значение момента инерции поперечного сечения баллера, см4; Iр

– среднее значение момента инерции поперечного сечения пера руля на участке 3-4 (тип I) или между сечениями 2-4 (тип VII), см4; коэффициент 4 ,

I1 – момент инерции поперечного сечения кронштейна руля у его основания относительно оси, параллельной диаметральной плоскости судна, см4; bк0 и bк1 - максимальная ширина горизонтального сечения кронштейна руля у нижнего штыря и его основания, м; I2 – момент инерции поперечного сече-

i 1

площадь, охватываемая средней линией обшивки кронштейна руля, см2; l0i – длина средней линии обшивки кронштейна руля, см; S0i – толщина рассматриваемого участка обшивки кронштейна руля длиной l0i , см; n – число участков обшивки кронштейна.

137

Расчетный изгибающий момент M3, кНм, действующий в сечении 3 баллера (в соединении баллера с пером руля типа I), определяется по формуле

Расчетный изгибающий момент M4, кНм, действующий в сечении 4 пера рулей типа I и VII определяется по формуле

M 4 Q2c .

Для указанных типов рулей величина М4 принимается в качестве расчетного изгибающего момента, действующего в любом поперечном сечении пера руля, расположенном выше опоры 4 рулевого устройства.

Для остальных рулей изгибающий момент М4 принимается равным ну-

лю.

Расчетная реакция R1 опоры 1 рулевого устройства (верхнего подшипника), кН, определяется по формуле

Расчетная реакция R2 опоры 2 рулевого устройства, кН, (нижнего подшипника рулей типа I, верхнего подшипника съемного рудерпоста руля типа, верхнего штыря рулей типов VII) определяется по формуле

Расчетная реакция R4 опоры 4 рулевого устройства, кН, (нижнего штыря) определяется по формуле

Расчетный изгибающий момент Mр, кНм, действующий в рассматриваемом сечении нижней части полуподвесного руля (ниже сечения 4), опреде-

При варианте II расположения сектора или румпеля рулевого привода (рис. 4.45) расчетный изгибающий момент Mс, кНм, действующий в сече-

138

нии баллера в месте установки сектора или румпеля, определяется по формуле

Mc=R1l8.

Для варианта I расположения сектора или румпеля принимается Мс = 0.

139