Рулевое устройство судна

Чертеж.dwg

THICKNESS MESUREMENT REPORT
SIGO Marine" Odessa Ukraine
Surveyor's signature:
Operator's signature:
Подшипник опорно-упорный
Схема рулевого устройства
ОНМУ КСФ 4 курс 1 группа
Теоретический чертеж профиля NACA (t=0
Общий вид рулевого устройства
Конструкция пера руля
Рис 6.3-1 Эпюры крутящих и изгибающих моментов

пояснительная записка.doc

Министерство образования и науки Украины
Одесский национальный морской университет
Кафедра «Теории и проектирования корабля»
По рулевому устройству
Определение площади пера руля 4
Выбор геометрии и теоретического профиля руля 5
Расчет гидродинамических характеристик руля 6
1 Расчетные нагрузки и крутящие моменты по методу ГДК (ПХ) 6
2 Расчетные нагрузки и крутящие моменты по методу ГДК (ЗХ) 8
3 Расчетные нагрузки и крутящие моменты согласно Правилам РС 10
Выбор рулевого устройства и проверка его мощности 12
Определение прочных размеров рулевого устройства 13
2 Расчет толщины обшивки пера руля 13
3 Расчетные изгибающие моменты и реакции опор 14
4 Проверка прочности пера руля 16
5 Расчет соединения баллера с пером руля 16
6 Расчет диаметров штырей 16
6.1 Определение диаметра верхнего штыря 16
7 Выбор подшипников 17
8 Расчет шпоночных соединений 17
Список литературы 19
В расчетно-графическом задании выполнена замена рулевого комплекса прототипа рулевым комплексом данным в задании. На компьютере в Microsoft Excel произведен гидродинамический расчет сил и крутящих моментов. Построены графики этих сил и моментов. По правилам Регистра РС произведен расчет прочности. Найдены диаметры баллера штырей болтов. Из условия среза и смятия подобраны размеры шпонок. По крутящему моменту определена необходимая мощность рулевой машины.
Прототип тх . .. ."Выборг";
Водоизмещение весовое .Δ=17900 т;
Длина по КВЛ ..LКВЛ=1400 м;
Ширина на миделе В=200 м;
Высота борта . D=116 м;
Осадка по КВЛ d=891 м;
Коэффициент общей полноты .CB=072;
Скорость прототипа VПР=158 узл ;
Скорость пера руля . VS=163 узл
Скорость переднего хода VПХ=179 узл ;
Скорость заднего хода VЗХ=815 узл ;
Количество рулей .. 1;
Тип руля балансирный двухопорный.
Тип руля прототипа балансирный двухопорный.
Площадь руля прототипа . SПР=221 м2;
Количество винтов 1;
Диаметр винта . . .. .. dв=52 м;
Число лопастей винта ..z=4 лопасти;
Упор винта .. ..Т=10179 кН;
Мощность ГД N=6000 кВт.
Определение площади пера руля
В первом приближении пользуемся формулой для определения площади пера руля предложенной в Норвежских Правилах:
где A - эмпирический коэффициент определяемый по формуле:
Определение по статистическим данным:
Коэффициент общей полноты:
Для проверки правильности расчета SP используем неравенство Г.В. Соболева:
Вычисляем площадь пера руля исходя из разности скоростей:
где Sпр=1040 м2 – площадь пера руля прототипа.
Определяем минимальную площадь пера руля:
где p-коэффициент равный единице;
q-коэффициент равный единице.
Принимаем SP=1035 м2.
Выбор геометрии и теоретического профиля руля
Принимаем высоту пера руля равной высоте пера руля прототипа: hP=450 м.
Рассчитываем среднюю ширину пера руля:
Относительную толщину профиля принимаем равную .
Расстояние от передней кромки руля до оси баллера a=0400 м.
Коэффициент компенсации пера руля .
Так как площадь рога рудерпоста не может быть более 20% суммарной площади рулевого комплекса (S3207 м2) принимаем: S3=150 м2. Таким образом собственно площадь пера руля составляет: S=885 м2.
Так как площадь балансирной части не может быть более 25% площади руля (Sб259 м.кв.) принимаем: Sб=200 м2.
Относительное удлинение пера руля:
Длину хорды пера руля принимаем исходя из системы неравенств:
Принимаем длину хорды 048 тогда относительную толщину профиля можно определяем по формуле:
Расчет гидродинамических характеристик руля
Из типа двигателей: n=30 обс;
диаметр винта Dв=360 м;
число лопастей: z=4.
Скорость набегающего потока на переднем ходу uр=0514×us×11=0514×137×11=775 мс;
1. Расчетные нагрузки и крутящие моменты по методу ГДК (передний ход)
1.1. Для выбранного профиля пера NACA-0021 вписываем исходные безразмерные коэффициенты Сх Су Сm:
1.2. Производится пересчет коэффициента лобового сопротивления Сх и угла атаки a с учетом конечности размаха судового руля по следующим формулам:
Предварительно вычисляются коэффициенты величина которых не зависит от углов перекладки руля:
1.3. Вычисление нормальной составляющей гидродинамических сил Рn.
Расчет нормальной силы производится для расчетного значения площади пера руля по формуле:
где r=102 кг×с2м4 – массовая плотность воды
uр=0514×us×11=0514×137×11=775 мс - скорость набегающего потока.
Углы перекладки руля a2
Cn= Су× Соs a2+ CХ2× Sin a2
1.4. Вычисления отстояние точки равнодействующей нормальных гидродинамических сил от оси баллера при разных углах атаки:
где a=0400 м – отстояние оси баллера от передней кромки профиля руля.
1.5. Вычисление момента Мб на баллере от силы Рn:
По результатам расчетов Рn и Мб строим графики для переднего хода изображенного на рис. 1.
2. Расчетные нагрузки и крутящие моменты по методу ГДК (задний ход)
2.1. Для выбранного профиля пера NACA-0021 вписываем исходные безразмерные коэффициенты Сх Су Сm:
Производится пересчет коэффициента лобового сопротивления Сх и угла атаки a с учетом конечности размаха судового руля по следующим формулам:
2.2. Предварительно вычисляются коэффициенты величина которых не зависит от углов перекладки руля:
2.3. Вычисление нормальной составляющей гидродинамических сил Рn.
uр=0514×06×uп.х.=0514×06×137=4225 мс - скорость набегающего потока для заднего хода.
Углы перекладки руля (a2)з.х.=a2
Cn зх= Су зх× Соs a2+ CХ2× Sin a2
2.4. Вычисления отстояние точки равнодействующей нормальных гидродинамических сил от оси баллера при разных углах атаки:
2.5. Вычисление момента Мб ЗХ на баллере от силы Рn ЗХ:
По результатам расчетов Рn зх и Мб зх строим графики для переднего хода изображенного на рис. 1.
3. Расчетные нагрузки и крутящие моменты согласно Правил РС
Условная расчетная нагрузка действующая на верхнюю часть пера руля на переднем ходу определяется по формуле Регистра:
где k1=089 - коэффициент;
k2=1 – коэффициент для рулей работающих непосредственно за гребным винтом;
b1 – величина равная 22 для рулей расположенных в диаметральной плоскости судна.
где: упор винта; кН.
часть площади пера руля находящегося в непереложеном положении в струе гребного винта.
Кроме того значение F1 не может быть принято менее значения F3 рассчитанного по следующей формуле:
где коэффициент равный 18 для судов ледового усиления ЛУ2.
Принимаем расчетную нагрузку: F=40869 кН.
Условный расчетный момент действующий на верхнюю часть пера руля на переднем ходу определяется по формуле:
Условный расчетный момент действующий на верхнюю часть пера руля на заднем ходу определяется по формуле:
коэффициент равный 0185 для рулей работающих непосредственно за гребным винтом.
Условная расчетная нагрузка действующая на верхнюю часть пера руля на заднем ходу определяется по формуле:
В качестве расчетных принимаем: F=40869 кН; F1=17612 кН; F2=23257 кН; Мmax=14736 кНм.
Выбор рулевой машины
Исходным параметром для выбора рулевой машины считаем наибольший крутящий момент на баллере с учетом сил трения в опорах:
Кроме того выбранный рулевой привод должен удовлетворять Правилам в части обеспечения перекладки руля на один борт (35 градусов за 14 секунд). Для выполнения этого условия необходимо чтобы мощность рулевой машины была не менее потребной мощности определенной по следующей формуле:
где α- угол перекладки руля α=35о;
- КПД рулевого привода =07;
t- время перекладки t=14 сек.
По полученным данным принимаем рулевую машину Kawasaki RW-250. Ее хар-ки:
Крутящий момент МК=190 кНм;
Диапазон углов атаки αЛБ+αЛрБ=70о;
Мощность NПР=1100 кВт;
Размеры: А=1650 мм В=665 мм; С=190 мм; D=1120 мм; Е=810 мм.
Определение прочных размеров рулевого устройства
Принимаем кованный баллер из стали 55Л. Таким образом диаметр головы баллера получаем по формуле:
где коэффициент зависящий от направления хода (=261 для переднего хода)
верхний предел текучести материала; =500 МПа
При расчете на передний ход:
Момент инерции баллера определяем по формуле:
Толщина облицовки баллера в месте прохода через подшипник:
Материал облицовки - бронза ОХ18Н10Г.
2. Расчет толщины обшивки пера руля
В качестве материала пера руля принимаем сталь 03. В этом случае толщина обшивки пера профильного руля должна быть не менее определяемой по формуле:
где верхний предел текучести материала; =235 МПа;
меньшее расстояние между балками пера руля; =062 м;
большее расстояние между балками пера руля; =086 м.
коэффициент определяемый по формуле:
В переделах 035 в корму от носовой кромки пера k12=186;
В переделах 065 в нос от кормовой кромки пера k12=8;
Для обшивки расположенной с в струе винта k13=10;
В переделах 035 в корму от носовой кромки пера:
В переделах 065 в нос от кормовой кромки пера:
Кроме того во всех случаях толщина обшивки должна быть не менне:
в переделах 035 в корму от носовой кромки пера sН=140 мм;
в переделах 065 в нос от кормовой кромки пера sК=140 мм;
торцевых листов sТ=180 мм;
кронштейна sКР=140 мм;
Момент инерции пера руля определяем по формуле:
где:n - число вертикальных ребер пера руля в сечении n=3;
средняя толщина профиля м.
3. Расчетные изгибающие моменты и реакции опор
Расчетные нагрузки и . определяем по формулам:
Размеры характеризующие расчетную схему:
;;; с=300 м; е=225 м;
Рассчитываем коэффициенты:
Iп = 8333333см4 – момент инерции поперечного сечения подошвы ахтерштевня у его основания относительно вертикальной оси;
bП0=100см - ширина поперечного сечения подошвы ахтерштевня у штыря руля;
bП1=100см - ширина поперечного сечения подошвы ахтерштевня у ее основания.
Определение расчетных изгибающих моментов:
Определение расчетных реакций опор:
4. Проверка прочности пера руля
Расчет момента сопротивления рудерписа
Определяем нормальные напряжения:
Значение нормальных напряжений не должно превышать:
Условие прочности рудерписа выполняется:
5. Расчет соединения баллера с пером руля
Диаметр соединительных болтов должен быть не менее:
где: диаметр баллера у соединительного фланца;
число соединительных болтов;
среднее расстояние от центра болтов до центра системы отверстий;
верхний предел текучести материала баллера; мПа;
верхний предел текучести материала болтов; мПа.
6. Расчет диаметров штырей
6.1 Диаметры верхнего штыря определяем по формуле:
где верхний предел текучести материала штыря;
МПа; (материал: сталь 55Л).
Конусность штыря 1:10. Высота цилиндрической и конусной частей не менее диаметра штыря причем высота цилиндрической не более: мм.
Меньший диаметры конуса не менее:мм принимаем мм.
Наружный диаметр нарезной части штыря не менее:мм принимаем =90 мм.
Наружный диаметр и высота гайки соответственно не менее:мм.
Толщина материала петель руля и ахтерштевня должна быть менее:
Материал петель: 10ХСНД МПа.
Высота втулки не менее:мм. Принимаем мм.
Параметры штыря должны соответствовать условию:
5 128 (условие выполняется).
где верхний предел текучести материала петли;МПа.
Кроме того для проверки рассчитываем удельное давление:
Удельное давление не должно превышать значения нормативного согласно Правил (материал трущейся пары - нержавеющая сталь по бронзе):МПа. Условие выполняется.
7. Выбор подшипников.
В конструкции предусмотрен один водонепроницаемый опорно-упорный подшипник.
Исходя из диаметра головы баллера принимаем подшипник со следующими размерами:
мм;700 мм;600 мм;660 мм.
Для проверки расчитываем удельное давление:
Удельное давление не должно превышать значения нормативного соглано Правил (материал трущейся пары - нержавеющая сталь по бронзе): МПа следовательно условие выполняется.
8. Расчет шпоночных соединений
Для расчета шпоночного соединения принимаем допускаемые напряжения: смятия 390 МПа среза 1365 МПа.
В качестве верхней шпонки (соединение баллер-румпель) принимаем шпонку со следующими размерами:
длина180 мм; ширина100 мм; высота100мм; глубина паза вала60 мм; глубина паза втулки50 мм; плечо100 мм.
Проверяем выбранную шпонку по напряжениям смятия и среза:
Условие прочности на смятие и срез выполняется:
Проверка площади сечения верхней шпонки согласно Правил РС: принятая площадь 500 см2
где верхний предел текучести материала шпонки (материал 10ХСНД) а коэффициент; 6920 следовательно площадь сечения шпонки удовлетворяет требованиям Правил Регистра.
В качестве нижней шпонки (соединение баллер-перо руля) принимаем шпонку со следующими размерами:
длина140 мм; ширина100 мм; высота90мм; глубина паза вала50 мм; глубина паза втулки45 мм; плечо90 мм.
Проверка площади сечения верхней шпонки согласно Правил РС: принятая площадь 306 см2
где верхний предел текучести материала шпонки а коэффициент; 6920 следовательно площадь сечения шпонки удовлетворяет требованиям Правил Регистра.
Правила классификации и постройки морских судов. Том1. Российский Морской Регистр Судоходства. СПБ 2005.
Рулевое устройство морского судна. Методические указания по выполнению курсовой работы. Одесса. ОИИМФ 1987.
Гурович А.Н. Асиновский В.Н. и др. Справочник по судовым устройствам. Том1. - Л.: Судостроение 1975. –352с.