舵系锥轴锥孔连接受力分析.pdf

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1、SHANGHAISHIPBUILDING上海造船2011年第3期(总第87期)舵系锥轴锥孑L连接受力分析储忠良(上海外高桥造船有限公司，上海200137)摘要：通过对船舶航行工况条件下锥面连接的受力分析，得出锥面连接的表面接触比压与其能传递的轴向摩擦力和摩擦扭矩关系的计算公式；并对压入安装工况条件下锥面连接的受力分析，得出装配时压入力与接触比压关系的计算公式。通过实例计算，证明该计算方法是可行的。关键词：舵系；锥面连接；表面接触比压；轴向摩擦力；摩擦扭矩；压入距离和压入力；计算实例中图分类号：U664．36文献标识码：A文章编号：1005—9962(20

2、11)03．0022．05Abstract：Throughforceanalysisontheconesurfaceconnectionundersailingcondition，therelationshipformulabetweentheconnectionsur~cep~ssureandthetransferableaxialfrictionalforceandtorqueisobtained．Besides，throughforceanalysisontheconesurfaceconnectionunderinstallationcondit

3、ion，therelationshipformulabetweenthepull—upforceandthesurfacep~ssureisobtained．Theaboveformulasareverifiedbyacalculationexample．Keywords：ruddersystem；conecoupling；surfacepressure；axialfrictionalforceandtorque；pull-uplengthandpull·upforce；calculationexample0引言船舶设计和建造工程中经常遇到锥轴和锥孔的过

4、盈配合连接，比如舵杆、舵销锥轴分别与舵叶的上下铸(锻)钢件锥孔的连接。但有关锥轴锥孔连接的受力分析资料缺少，且不同的船级社的计算公式差别又较大。因此分析其连接的真实受力情况，对船舶设计和建造具有重要意义。1舵系锥轴锥孔连接要满足的条件舵杆、舵销与舵叶铸(锻)钢件的典型装配关系见图1。从图1中可以看出，整个舵系的重量由上舵承的平面摩擦轴承支撑。舵叶的有效重量G。由舵杆下端的锥轴表面与舵叶上铸(锻)钢件的锥孔表面的摩擦力来承受；舵机传递给舵杆的扭矩是通过舵图1舵杆、舵销与舵叶铸(锻)钢件的典型装配关系杆锥轴表面与锥孔表面摩擦力传递给舵叶。舵叶的转动带动舵销转

5、动，舵销仅受到挂舵臂对舵销的正接触表面摩擦力的大小和作用于接触表面的压力尺而产生摩擦力矩。正压力有关。接触比压使锥孔表面位置处受到最大应力。船舶航行时舵叶受到舵力作用而产生弯作者简介：储忠良，男，高级工程师，1960年生。1983年曲，同样也会使该锥孔表面产生应力，由此引起毕业于南京华东工程学院特种机械专业，长期从的总的最大应力应该满足铸(锻)钢件材料的强事船舶设计与制造工作。度条件。收稿日期：2010—1卜17储忠良：舵系锥轴锥孔连接受力分析1．1航行状态时表面比压p与摩擦转矩口舵叶有舵叶向上的托力)；同时，舵机传递给舵杆的扭矩效重力的关系通过锥轴锥孔

6、的过盈连接产生的摩擦转矩带动舵以舵杆与舵叶的连接为例，舵叶在其有效重力叶转动，因此，舵叶铸(锻)钢件锥孔也受到沿水G。(要减去舵叶在水中的浮力)的作用下，有向下平圆周切线方向的摩擦力。即在锥面的任意位置取脱离舵杆的趋势，因此舵叶上铸(锻)钢件锥孔受一个微小锥面A，该锥面受到垂直于该表面的比压到沿锥面向上的摩擦力(假设舵杆液压螺母无提供P，见图2。A向上一根据垂直方向静力平衡条件，得：((Si∑)2一(厂c。seE~))p+∑上一∑-Ge=0(¨(2Gesin0Y~As)p。根据对转轴的力矩平衡条件，得：(lMz‘}+G]I=0(3)∑kFhp—=O(2)

7、显然∑△就是圆锥接触面的表面积，因此有：。。．sin+cos：1∑△=x(R+r)Z(4)~Zp6s：=；注意到：·．．·●(l～pfCOS0∑AsH／J十。I—∥∑pasJl=I1一Y==一K=31，=2／^(-川，’一l经整理，得：两边微分得：ay=2Kdp。因此：24上海造船2011年第3期其中：∑=2=：』=((5、)f，2K／I、zK)zB=2GerC(R+r)lsin0将式(4)、(5)代入式(3)得：Ap2+Bp+C=0㈣+其解的最大值为：Ge()+p2。s(一]式(7)就是满足使用要求的最小接触比压的精确计算公式，对于舵销与舵叶铸(锻)钢

8、件的连接也p6[击(筹+)『适用，只是锥面不传递轴向摩擦力，即G=0。1．2舵杆