舵系设计分析

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1、舵系设计分析舵系设计分析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rtr于我们在这方而积累的数据、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)；110,120,130,140：舵系系统中各个单元的长度(m)；150：舵踵的长度(m)；J

2、10,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=2.06X1011N/m2；G：剪力弹性模数(N/m2)G=7.85X1010N/m2o2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二0。2)各支点处的支反力(N)：FA1二FA2二FA3二CR/3,FA4二0。3)对

3、于流线型的舵叶，作用的舵叶上的弯距(N.m)：MR-CRl/24o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=O2)各支点处的支反力(N)：FA1二FA2二CR/2FA3二0。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110范围内舵叶剖面距

4、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二0剖面上单位距离作用的力(N/m)；PR2—在Z二110剖面上单位距离作用的力(N/m)。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二CR。类型六：作用在舵叶单位长度上的舵力PR10和PR20(N/m)：其中：1二120。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:1二12

5、0。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)o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二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-按照薄壁圆筒计算吋

6、，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吋，定义如下：1)在下舵销轴承处：yl=-K12FA2-K22FAlo2)在上舵销轴承处：y2=-KllFA2-K12FAl。其中：yl，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)；Kll,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；入-挂舵臂从过度区域到

7、上舵销的中心线的距离（m）,当入二0吋,则此吋转化为具有一个弹性支点的问题，按照3.2进行计算；e—挂舵臂的扭转力距（m）（取值在Z二d/2处）；Jlh—挂舵臂在X长度范围内相对于x轴的惯性距（ni4）（为在入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-入长度范围内惯性距的平均值）；Jth—扭转惯性距54）。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

8、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•船舶胭装T程[M