舵系的设计计算
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舵系计算书设绘通则前言本标准规定了“舵系计算书”的设绘通则。
本标准着重叙述了舵杆和舵叶的联接方式及其计算,特别是随着无键锥形联接方式日趋增多,关于这种联接方式的计算比较复杂,对整个舵系也影响较大。
本标准还着重叙述了舵叶结构的计算,因为在实际绘制舵叶结构图时,有时会发现舵叶结构的剖面模数不能满足规范所要求的抗弯要求,特别对那些具有切口的舵叶。
1 主题内容与适用范围1.1本标准规定了普通舵、悬挂式舵和半悬挂式半平衡舵等的“舵系计算书”编制的设绘依据、基本要求、内容要点、图面要求、注意事项、校审要点、质量要求以及附录(样图、相关标准等参考资料)。
1.2本标准适用于船舶舾装设计中,详细设计的设绘普通流线型舵的舵系计算书之用。
2 引用标准及设绘依据图纸2.1 引用标准下列标准所包含的条文,通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。
本标准出版时,所示版本均为有效。
所有标准都会被修订,使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。
a) CB/T743-1999船舶设计常用文字符号。
2.2 设绘依据图纸:a)设计任务书;b)船体说明书;c) 总布置图;c)艉部结构图。
3 基本要求3.1 舵系计算书是舵系设计的基本技术文件供设绘详细设计的舵系布置图、舵叶结构图及其零部件图之用,并作为供船东和船检审查的技术文件之一。
详细设计阶段的舵系计算书,应决定舵的类型、舵叶的几何参数、舵的支承型式及舵杆和舵叶的联接方式,计算舵的扭矩并决定舵机主要参数。
还应全面地对舵系所有的零部件、舵叶结构、舵杆和舵叶的联接方式,按相应的规范进行计算。
如果规范中没有相应的计算方法,则使用理论计算作补充,从安全、经济和便于施工等观点出发,决定各零部件的型式、尺寸和材料特性。
3.2 计算书应包括:a)满足船舶操纵性要求的舵的形式、舵叶的几何参数及其支承情况;b)进行舵的扭矩计算,并按相应的规范、本船的航区、设计任务书的要求及扭矩计算结果,决定舵机的主要参数;c)进行舵系各个主要零部件的计算,并决定其结构尺寸、相互关系和材料特性;d)决定舵杆和舵叶的联接形式(法兰联接、有键锥形联接或无键锥形联接),并进行联接计算,决定各个联接零部件的结构尺寸、相互关系、材料特性和联接参数;e)进行舵叶结构的强度计算,并决定组成舵叶箱型结构的各块钢板的厚度和材料特性。
审 定日 期 2004.01标 检审 核校 对描 校编 制 吴 强描 打30000吨级散货船详 细 设 计舵系计算书JH403-230-01js上海佳豪船舶工程有限公司标记数量修改单号签 字 日 期总面积 m 2 0.6875 共 页 11 第 页1 会 签旧底图登记号 底图登记号1、概述本船为单甲板、双底层、艉机型、单机、单桨、单舵船。
航行在国内沿海港口。
本船装载货物以煤炭为主,兼运铁矿石谷物等散货。
2、计算依据本计算书是根据“2001钢质海船入级与建造规范”第2分册第3章第一节的有关要求进行计算的。
3、船舶的主要尺度及要素:总长L0a 178.00m垂线间长Lbp 170.80m型宽B 27.60m型深D 13.90m设计吃水d 9.60m服务航速v 13.5m4、舵的要素计算型式:半平衡半悬挂舵舵数量:1只4.1舵面积:A=A1+A2=25.26m2A1= A11+ A1ƒ==15.482m2A2= A22+ A2 ƒ==9.78m2ą1——系数0.33(正车),0.66(倒车)ą2——系数0.25(正车),0.55(倒车)A1ƒ=5.318 m2 A11=10.16 m2 A2 ƒ=1.425 m2 A2 2=8.357 m2正车:F=132×1.27×1.1×1.0×25.26×13.52=848.93KN 倒车:F=132×1.27×0.8×1.0×25.26×6.752=154.35KN 4.3舵杆扭矩T=F ·R NM式中:F —舵力 正车 F=848.93KN 倒车 F=154.35KNR —臂矩 m R=c 1(α1-β1)A A 1+ c 2(α2-β2)AA2 (m) 式中:A 1=15.482 m 2 A 2=9.78 m 2 c 1=78.32432.1614.2=+ c 2=22h A =2158.2815.2+=2.49β1=11A f A =482.15318.5=0.343 β2=22A f A =78.9425.1=0.146 正车时:R=3.78×(0.33-0.343)×235.25482.15+2.49×(0.25-0.146)×235.25753.9 =-0.03+0.1=0.07 m 又在正车时 R>A 101(A 1c 1+ A 2c 2)=26.25101⨯×(15.483×3.78+9.753×2.49)=0.328取R=0.328m 倒车时:R=3.78×(0.66-0.343)×235.25482.15+2.49×(0.55-0.146) ×235.25753.9 =0.735+0.389=1.124m∴正车时舵杆扭矩:T=F ·R=848.93×0.328=278.45KN.m 倒车时舵杆扭矩:T=F ·R=154.35×1.124=173.1 KN.m考虑船在风浪中及航行中受到的附加扭矩和舵系的摩擦扭矩。
舵系的直接计算法
唐宁生
【期刊名称】《船舶》
【年(卷),期】2004(000)003
【摘要】本文给出了按船级社规定的模型计算舵和舵杆中的弯矩和剪力的公式.舵和舵杆被视为阶梯式变断面梁,且尾框底骨或挂舵臂处的支点被视为弹性支座.文中详细讨论了四种静不定结构的舵.
【总页数】6页(P49-53,57)
【作者】唐宁生
【作者单位】708研究所,上海,200011
【正文语种】中文
【中图分类】U664.36
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5.基于ABAQUS的破损船舶静稳性曲线直接计算法研究 [J], 令波;张正艺;解德因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
液压舵机设计计算1. 目的通过对液压舵机各组成部分的设计、计算和验算确保本设计设计的液压舵机能满足船舶航行时转舵及安全的需要。
2. 适用范围本设计计算中的有关设计数据和内容,只适用于本设计中的液压舵机。
3. 引用标准本设计计算应用:a)GB7185—87《内河船液压舵机》b)GB11636—89《柱塞式液压舵机安装技术条件》 c)《液压传动设计手册》 d)《船舶材料手册》 e)《机械零件设计手册》f)《钢质海船入级与建造规范》之第三、十三章《操舵装置与锚机装置》 g)JB2183—77《液压缸内径系列和柱塞杆外径系列》标准 h)GB3004—85《船用往复式液压缸基本参数》标准 i)《液压舵机与液压起重机》相关内容4. 液压舵机的组成4.1转舵(推舵)机构;即液压能转化为转舵机械能的执行机构。
4.2操舵系统:即对液压流向和液体压力控制并能控制舵叶转向的系统。
5.设计计算5.1推舵机构的设计、计算和验算。
5.1.1根据GB7185—87《内河船液压舵机》标准,本设计采用:四缸两柱塞拨叉式液压舵机。
结构简图如图所示。
5.1.2根据GB7185—87《内河船液压舵机》标准。
a)公称扭转为72t ·m b)工作舵角 35。
c)转舵时间(一弦 35至另一弦 30),正常航段≤28(s )。
5.1.3根据GB7185—87《内河船液压舵机》标准。
a)设计压力为1.25倍最大工作压力。
b)受压零部件1.5倍设计压力试验。
5.1.4选择油缸5.1.4.1根据JB2183—77《液压缸内径系列和柱塞杆外径系列》选择液压缸缸孔直径为Φ250mm 。
则柱塞杆直径为Φ250mm 。
当转舵角为 0时柱塞受力分析如图:轴力图 轴应力σ=21A A F n-N F =n F N F =l M 2=57.02720⨯=631.6 KN柱塞面积A 1=π42d =0.049 2m2A ≈0.25⨯0.15=0.0375 2m σ=54.9 MP σ设计=1.25σ=68.7MP σ零件= 1.5σ设计=103.0 MPσ钢45=598 MP 符合式中:N F —舵柄对柱塞的作用力 n F —液压对柱塞的作用力 当转舵角为 35时柱塞受力分析如图:272057.0=⨯N FN F =631.6 KNNx F = 35cos ⋅N F =517.4 KNNy F = 35sin ⋅N F =326.3 KN轴力图M=x F ny ⋅ M max =500⨯ny F mm=90.6 MP弯矩图剪力图σmax =21A A F nx -+1215.025.064234⨯-⨯d d M π=1215.025.06425.0225.06.900375.0049.04.51734⨯-⨯⨯+-π =45.0+93.3 =138.3 MPσmax 零件=1.25⨯⨯5.1σmax =259.3 MP <598 MP 符合 τ=21A A F ny -=0375.0049.02.181-=15.8 MPτ零件=1.25⨯⨯5.1τ=29.6 MP推舵机构示意图1、2—油缸 3—舵柄 4—舵轴 5—舵柄柱销 6—油缸柱销 舵柄半径R 5.1.4.2油缸工作压力计算: M=2αηcos 1⨯⨯⨯⨯R p A I720=4 35cos 85.0057.0049.0⨯⨯⨯⨯⨯I P 工作压力I p =18511.62m kN=18.5 MP设计压力P=1.25I p =23.1 MP 式中:1A —缸孔面积2m P —工作压力 R —舵柄半径0.26m η—推舵机构效率0.85 α—转舵角 35± 5.1.4.3油缸所需流量Q 的确定。
舵系计算书一、概述:JHC667A-230-01JS共 3 页本船舵系按中国船级社《内河小型船舶建造规范》(2006)对B 级航区船舶的有关要求进行选配。
本船设悬挂平板舵一门。
二、船舶主要参数:总长:Loa=13.50m甲板宽:B=2.80m设计吃水:d=0.50m 垂线间长:Lpp =11.90m型深:D =0.90m计算航速:V =12km/h三、舵要素:舵面积:A=0.244舵面积系数:u=4.1舵宽:b=0.58展舷比:λ=0.724舵前缘距舵杆中心a=0.145平衡比:e=0.250舵型:悬挂平板舵m2%mm四、舵杆:1、由《规范》7.2.2.2 规定舵杆直径应不小于35mm。
本舵实取舵杆直径D =60mm,材料为#25优质碳素钢。
五、舵叶:1、由《规范》7.2.4.1规定平板舵的舵板厚度应不小于5mm。
实取舵叶板厚度为:t =5mm2、由《规范》7.2.4.1 规定平板舵舵叶上增设加强筋实取角钢L63×63×5 双复作加强筋。
六、人力操舵装置传动零件1、舵链直径由《规范》7.2.5.2 规定舵链(索)直径应不小于7~9 mm。
本舵实际选用φ7-6×7+FC-1570钢丝绳。
2、传动拉杆由《规范》7.2.5.3规定舵的传动拉杆直径应为舵链直径的1.2倍,即d′=9~11mm本舵实际传动拉杆直径为 d =9mm 的圆钢。
七、舵柄、舵柄毂本船的舵柄、舵柄毂参照中国船级社《钢质内河船舶建造规范》(2009)第1篇第3章的要求进行计算。
由《规范》3.2.10.1规定矩形舵柄在距离舵杆中心线1.5D1处的剖面对其垂直轴的剖面模数应不小于W=0.14(1- 1.5D1/R)D13 cm3 式中:D1=4.9cm R=40cm则:W=13.44cm3实际舵柄的剖面模数不小于13.44cm32、舵柄毂由《规范》3.2.10.1规定44mm实取h=50mm舵柄毂的高度h≥0.9D1 =舵柄毂的外径D0≥1.8D1 =88mm实取D0=100mm1JHC667A-230-01JS共 3 页八、舵机扭矩计算舵叶来流速度:正航时, Vr = V=3.33m/s 倒航时, Vr'= 0.6(Vr)=2.00m/sa=0.15mA=0.24m2b=0.58mα=35°sinα=0.573舵上水压力Pn、舵上水压力中心距舵叶前缘的距离Xb、水压力对舵杆扭矩M:正航计算:Pn = [20sinα/(0.2+0.3sinα)〕AVr2 kgf=83.4kgfXp = (0.195+0.305sinα)b m=0.21mM = 9.8Pn(Xp-a) N.m =56.8N.m倒航计算:2Pn'= [20sinα/(0.2+0.3sinα)〕AVr'kgf=30.035kgfXp'= Xp =0.21mM'= 9.8Pn'(b-a-Xp') =64.9N.m由正、倒航计算,舵杆最大扭矩Mmax =64.90N.m现舵扇半径R =0.40m因此,拉舵钢丝绳上的最大拉力为:P =61.94/0.40=162.24N现取钢丝绳安全系数n=6则选钢丝绳允许负荷为Pˊ= 6×162.24 =973.447N现本舵实际选用φ7-6×7+FC-1570钢丝绳,其破断拉力为P0=25.5kN,此值大大超过实际受力,故满足要求。
舵系设计分析作者:孙程程来源:《硅谷》2014年第02期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)02-0106-021 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=2.06×1011 N/m2;G:剪力弹性模数(N/m2)G=7.85×1010 N/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=0。
2)各支点处的支反力(N):FA1=FA2=FA3=CR/3,FA4=0。
3)对于流线型的舵叶,作用的舵叶上的弯距(N.m):MR=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=02)各支点处的支反力(N):FA1= FA2= CR/2 FA3=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。
舵系的设计计算
1. 目的
通过对舵系的各组成部分的设计、计算和验算确保本设计设计的舵系能满足船舶航行实现转向及安全的需要。
2. 适用范围
本设计计算中的有关设计数据和内容,只适用于本设计中的舵系。
2. 舵系计算分析
本设计采用双舵销半平衡舵,从图可知舵梁有三个支座,因此它是一个一次静不定梁系,也就是说由静力平衡条件的二个方程式无法求得三个支反力。
为此我们去掉一个“多余”支座(通常取为弹性支座),而代以“多余”支反力,使梁系成为静定梁系。
这样即可求得另外二个支座的支反力(为“多余”支反力的函数)。
可以计算梁及弹性支座的变形能,b V 和s V 系统的总变形能
s b V V V +=。
根据最小变形能定理可得到一个补充方程:
0=∂∂a
R V
(1) 这样就可以由(1)求得弹性支反力a R 。
再由二个静力平衡方程式即可
求得另二个支反力b R 和c R 。
接着就可按材料力学的方法作出断面剪力和弯矩图了。
因为 ⎰=l
z b d z EI z M V 02)
(2)
(
所以 ⎰∂∂⋅=∂∂l z a
a b
d R z M z EI z M R V 0)()()(。
又因梁是由几个不同断面的梁段组成,所以又可写成:
zi n
i l b d EIi
zi M V ∑⎰
==1
21
2)
(, ∑⎰=∂∂⋅=∂∂n i l z a
a b
i d R zi M EIi zi M R V 10)()(
弹性支座a 的支座变形能a
a
s Z R V 2
21=,
所以
a
a
a s Z R R V =
∂∂ (1) 式可写为:
a
a zi a n
i l Z R
d R zi M EIi zi M +∂∂⋅∑⎰
=)()(1
1
(1a ) 式中 )(z M ,)(zi M —距原点z 处的断面变矩)(z M 和第i 段梁的距第i 段梁原点zi 断面弯矩)(zi M ;
)(z I ,Ii —距原点z 处的断面惯性距)(z I 和第i 段梁段数;
a Z —弹性支座a 的支座弹簧常数。
按规范给出的公式计算。
求弹性支座a 的支反力a R
a R =
R
c
M a M Q Q K M K M K Q K Q K c a ⋅+⋅+⋅+⋅2121
式中 );,,,,(4242a R R Z I I l l F K =。
),();,,,();,,,();,,,(424242424242422211l l F K I I l l F K I I l l F K I I l l F K c c a a M M M M Q Q Q Q ====
又 。
611421222124;2
1
;
)(;;)2
1
(1l P M l Q M M l P R M R R P Q Q R P M M l Q l Q l R l R c c a c c c b c a c b c c a a c ⋅==
--=--++=++---=
3.主要参数(见图表)
(单位:kN ,kN ·cm)
1l =509cm ;2l =391cm ;4l =712.5cm ;1d =41 cm ;1Q =1046 kN ;2Q =670 kN ;
c M =c P =0;A M =266 207 kN ;舵机扭矩T M =72 000 kN ·c m ;a Z =1 445 kN ; E=20 600 kN/2cm 。
因为双舵销梁系的轴线不在同一直线上,因此在舵杆水平法兰处不但有弯矩,而且还有扭矩:7l P R M c c T ⋅-=∆。
因此水平法兰的设计应同时考虑弯矩
)(T T M M ∆+。