• RU
  • icon На проверке: 7
Меню

Рулевое устройство судна

  • Добавлен: 25.10.2022
  • Размер: 903 KB
  • Закачек: 0
Узнать, как скачать этот материал

Описание

Рулевое устройство судна

Состав проекта

icon
icon ексель.xls
icon Чертеж.dwg
icon пояснительная записка.doc

Дополнительная информация

Контент чертежей

icon Чертеж.dwg

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

icon 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.
up Наверх