Соединение баллера с пером руля
В качестве соединения баллера с пером руля выбираем коническое соединение со шпонкой.
В конусном соединении нижний конец баллера протачивается на конус (без уступа из цилиндрических частей), а в перо руля вваривается ступица.
Длина конической части баллера, которой он закрепляется в пере руля, должна быть не менее 1,5 диаметра баллера с конусностью не более 1:10.
Назначаем длину конической части 650мм.
Минимальный наружный диаметр ступицы должен быть в 1,3÷1,5 раз больше диаметра баллера.
Назначаем диаметр ступицы 600мм.
В большинстве применяющихся конструкций коническая часть баллера закрепляется в ступице с помощью специальной гайки навинчивающейся снизу. Диаметр резьбы гайки применяется не менее 0,9 меньшего диаметра конуса, наружный диаметр гайки не менее 1,5 диаметра резьбы, а высота – не менее 0,8 диаметра резьбы.
Зная диаметр баллера в сечении 3, длину конуса баллера и конусность определим меньший диаметр конуса, он равен 355мм.
Тогда диаметр резьбы гайки равен:
Передача крутящего момента в конусном соединении осуществляется с помощью шпонки. Размеры сечения шпонки bxhпринимаются по ГОСТ 23360-78 в зависимости от среднего диаметра конуса dср, а длина шпонки назначается на основе проверки ее прочности на смятие:
(5.12)
[σсм]=60÷90МПа , принимаем [σсм]=80 МПа
dср=(370+355)/2=362,5 мм
При dср=362,5 мм bxh=90x45 мм.
Принимаем длину шпонки равной 350 мм.
Перо руля
Толщина обшивки пера профильного руля S, мм должна быть не менее определяемого по формуле:
, (5.13)
где Т – осадка судна,
а = 0,6 – расстояние между горизонтальными рёбрами или вертикальными диафрагмами,
,
где в = 0,6 – расстояние между горизонтальными рёбрами или вертикальными диафрагмами,
k12 – коэффициент равный 18,6 – для участка обшивки расположенного в пределах 0,35 длины пера руля от его передней кромки; 8 – для участка обшивки расположенного в пределах 0,65 длины пера руля от его задней кромки,
k13 – коэффициент равный 1 для участка обшивки расположенного в струе винта; 0 – участка обшивки расположенного вне струи винта.
Таким образом, толщину обшивки пера руля необходимо определить для двух участков.
В любом случае толщина пера руля должна быть не менее:
мм.
Принимаем минимальную толщину пера руля S = 11 мм.
мм.
Принимаем S1 = 13мм.
мм.
Принимаем S2 = 11мм.
Принимаем толщину обшивки пера руля 13 мм, торцевые листы толщиной 16 и 26 мм. Обшивка пера руля изнутри должна быть подкреплена горизонтальными рёбрами и вертикальными диафрагмами. В торцевых листах предусмотрены спусковые пробки из нержавеющего металла.
Рулевые приводы
Судно должно быть снабжено главным и вспомогательным рулевым приводом. Главный привод обеспечивает перекладку полностью погруженного руля с 47,5º одного борта на 47,5º другого при полной скорости хода. Вспомогательный рулевой привод обеспечивает перекладку полностью погруженного руля с 15º одного борта на 15º другого борта. Главный и вспомогательный приводы работают отдельно друг от друга. Управление главным приводом должно осуществляться с ходового мостика и из румпельного отделения. Управление вспомогательным приводом предусматривается из румпельного отделения, а также ходового мостика. Оно не зависит от системы управления главного рулевого привода.
Эффективность рулей
Эффективность выбранного руля Ер определяется по формуле[1]
, (5.14)
где 
А2 = LT•0,96 = 98,46 
6,24 
0,96 = 590 м2 ,
для руля вне ДП за винтом коэффициент 
.
Тогда 
Суммарная эффективность: 
(х - число рулей)
Сумма эффективностей всех установленных рулей должна быть не менее большего из значений эффективности Е1, Е2 или Е3.
Е1 определяется по графикам [1] в зависимости от величин:
и 
,
где f = 0,04LT = 0,04∙98,46∙6,24 = 24,6 м2 – площадь боковой поверхности кормового подзора,
f0 = 0.
Получаем Е1 = 0,057.
Е2 определяется по формуле [1]:
,
где х0 = – 15 м – центр парусности,
υ – скорость в узлах,
А3 – площадь парусности,
А4 = LT•0,96 = 98,46•6,24•0,96 = 590 м2,
.
Е3 определяется по формуле [1]:
,
где А5 – площадь парусности,
А2 = LT•0,96 = 98,46•6,24•0,96 = 590 м2.
.
Выбранный руль считается эффективным так как Ер > Е1, Е2, Е3.
5.12 Гидродинамический расчёт рулей
Гидродинамический расчёт рулей заключается в определении гидродинамических характеристик (сил и моментов на баллере) для различных углов перекладки руля на переднем и заднем ходу судна.
Гидродинамическая сила и момент на баллере на переднем ходу определяются:
,
,
где 
, Сn – гидродинамические коэффициенты,
rк 
– коэффициент влияния корпуса,
где 
– коэффициент попутного потока,
– коэффициент влияния винта,
– отношение осевой скорости потока вызванное винтом υа к скорости потока надвигающегося на движитель υр,
где k = 0,25 – учитывает удаление руля от диска винта,
– коэффициент нагрузки по упору,
м/с – скорость потока надвигающегося на движитель.
Тогда
,
.
Сделав предварительные вычисления можно записать:
Гидродинамическая сила и момент на баллере на заднем ходу определяются:
,
,
где rк = 1, так как 
,
, тогда 
.
Сделав предварительные вычисления можно записать:
Расчёт гидродинамических сил и моментов ведём в таблице 5.2 для переднего хода и в 5.3 для заднего хода.
Таблица 5.2 – Гидродинамические силы и моменты на переднем ходу
| Угол перекладки, α, град. | |||||
| 0,438 | 0,672 | 0,969 | 1,142 | 1,26 |
 , кН
| 37,95 | 58,22 | 83,95 | 98,94 | 109,17 |
| 0,232 | 0,25 | 0,264 | 0,285 | 0,365 |
 , кН
| 2,6 | 6,23 | 11,5 | 38,55 |
Таблица 5.3 – Гидродинамические силы и моменты на заднем ходу
| Угол перекладки, α, град. | |||||
| 0,372 | 0,553 | 0,655 | 0,557 | - |
 , кН
| 17,1 | 24,5 | 30,1 | 26,5 | - |
| 0,16 | 0,189 | 0,232 | 0,256 | - |
 , кН
| 22,3 | 30,5 | 34,87 | 29,4 | - |
По результатам расчётов таблиц 5.2 и 5.3 строим зависимости N, М = f(α) (рисунок 5.3).
Подруливающее устройство
Для улучшения управляемости на малом ходу и поворотливости применяют подруливающие устройство.
Упор подруливающего устройства будет равен:
Tпу=0,03LT=0,03х98,46х6,24=18,43 кН.
Выбираем подруливающее устройство Польского производства: ТТ92, с характеристиками:
Ne=1400кВт, упором 200кН, D=2,47м, L=2,8м
Заключение
В курсовом проекте спроектированы следующие судовые устройства:
- якорное;
- швартовное;
- буксирное;
- рулевое;
Выбраны спасательные средства проектируемого судна.
Судовые устройства в проекте подобраны, спроектированы и размещены в соответствии с правилами «Российского Морского Регистра Судоходства» [1].
Список литературы
1. Российский морской Регистр судоходства. Правила классификации и постройки морских судов. – СПб, 2015.
2. Матвеев А.И., Калинина Н.В. «Основы конструирования общесудовых устройств». – Нижегород. гос. техн. ун-т. Нижний Новгород, 2011.