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摘 要随着船型开发工作的进行,舵系设计越来越引起设计人员的重视.但是由于我们在这方面积累的数据、经验不多,使我们在设计的过程中遇到很多问题.因此通过查阅资料、规范,汇总出现在造船界常用的十种类型的舵系布置,并且针对十种类型的舵系布置分别建立了数学模型.

关 键 词舵系布置;数学模型;受力分析;弹性系数

中图分类号:U664.36文献标识码:A文章编号:1671-7597(2014)02-0106-02

1计算符号说明

L:舵叶的高度(m);

l10,l20,l30,l40:舵系系统中各个单元的长度(m);

l50:舵踵的长度(m);

J10,J20,J30,J40:舵系系统中各个单元相对于x轴的惯性距(cm4);

J50:舵踵相对于Z轴的惯性距(cm4);

CR:作用在舵叶上的舵力(N);

CR1,CR1:作用在舵叶单元上的舵力(N);

E:弹性模数(N/m2)E等于2.06×1011N/m2;

G:剪力弹性模数(N/m2)G等于7.85×1010N/m2.

2不同舵系布置的数学模型及受力分析

类型一:

作用在舵叶上单位长度的舵力(单位:N/m):

(1)

舵系结构的受力情况:

1)舵杆上的最大的弯距(N/m):MB等于0.

2)各支点处的支反力(N):FA1等于FA2等于FA3等于CR/3,FA4等于0.

3)对于流线型的舵叶,作用的舵叶上的弯距(N.m):MR等于CRl/24.

类型二:

作用在舵叶单位长度上的舵力PR10和PR20(N/m):

对于弹性支点处的弹簧系数Zp按照公式(6)进行计算.

类型三:

作用在舵叶单位长度上的舵力PR(N/m):

作用在舵系结构上的力:

1)舵杆上的最大的弯距(N/m):MB等于0


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2)各支点处的支反力(N):FA1等于FA2等于CR/2FA3等于0.

类型四:

作用在舵叶单位长度上的舵力PR(N/m):

对于弹性支点处的弹簧系数Zc按照公式(5)进行计算.

类型五:

作用在舵叶单位长度上的舵力PR(N/m):

(2)

其中:z―在l10范围内舵叶剖面距舵叶底面的距离(m);

PRZ―在Z剖面上单位距离作用的力(N/m);

PR1―在Z等于0剖面上单位距离作用的力(N/m);

PR2―在Z等于l10剖面上单位距离作用的力(N/m).

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对于这种类型的舵系布置,我们也可以按照下面的近似的公式进行计算.

1)作用在舵杆上的最大弯距(N/m):

2)支反力(N):

(3)

(4)

3)最大剪应力(N):QR等于CR.

类型六:

作用在舵叶单位长度上的舵力PR10和PR20(N/m):

其中:l等于l20.

对于弹性支点处的弹簧系数Zp按照公式(6)进行计算.

类型七:

作用在舵叶单位长度上的舵力PR10和PR20(N/m):

其中:l等于l20.

对于两个弹性支点处的刚度系数按照3.3的公式进行计算.

3支点处的弹性系数的确定原则

3.1舵踵

对于舵踵处的弹簧系数:

(5)

3.2挂舵臂设有一个弹性支点

在弹性支撑处的弹簧系数(N/m):

(6)

其中:fB―单位的力(N)作用在挂舵臂的质心上产生的单位便移(N/m).

计算:(7)

fT―如果挂舵臂有一个薄臂圆筒的横截面,那么由于扭转产生的单位偏移

(8)

式中:d-挂舵臂高度(m);

JN-挂舵臂相对于x轴的惯性距(cm4);

e-挂舵臂的扭转力距(m)(取植在Z等于d/2处);

FT-在挂舵臂截面中外壁和内壁所包围面积的平均值(m2);

ui-按照薄壁圆筒计算时,构成挂舵臂的各个封闭单元的周长(mm);

ti―各个封闭单元的板厚(mm).

3.3挂舵臂设有两个弹性支点

当挂舵臂设有两个弹性的支点时,定义如下:

1)在下舵销轴承处:y1等于-K12FA2-K22FA1.

2)在上舵销轴承处:y2等于-K11FA2-K12FA1.

其中:y1,y2―上下舵销轴承处的水平偏移(m);

FA1,FA2―在上下舵销轴承处的水平支反力(N);

K11,K22,K12-挂舵臂的柔性系数(m/N),按照下面的公式进行计算:

(9)

(10)

(11)

d―挂舵臂高度(m),在示意图中为从挂舵臂的过度区域到下舵销的中线区域;

λ-挂舵臂从过度区域到上舵销的中心线的距离(m),当λ等于0时,则此时转化为具有一个弹性支点的问题,按照3.2进行计算;

e―挂舵臂的扭转

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力距(m)(取值在Z等于d/2处);

J1h―挂舵臂在λ长度范围内相对于x轴的惯性距(m4)(为在λ长度范围内惯性距的平均值);

J2h―挂舵臂在上下舵销轴承长度范围内相对于x轴的惯性距(m4)(为在d-λ长度范围内惯性距的平均值);


该文来源 http://www.thtc.cn/benkelunwen/06093427.html

Jth―扭转惯性距(m4).

对于薄壁圆筒按照下面的公式进行计算:

(12)

其中:FT―在挂舵臂截面中外壁和内壁所包围面积的平均值(m2)(按照薄壁圆筒的惯性距计算公式计算);

ui―按照薄壁圆筒计算时,构成挂舵臂的各个封闭单元的周长(mm);

ti―各个封闭单元的板厚(mm);

Jth为在整个挂舵臂的范围内的扭转惯性距的平均值.

参考文献

[1]刁玉峰.船舶舾装工程[M].哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社,2006.

[2]周宏.船舶设备[M].人民交通出版社,2011.

[3]余建兴.船舶与海洋工程设备[M].天津大学出版社,2011.

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