CN102336251B

CN102336251B - 一种圆形锚唇及正圆锥面锚台的设计制造方法

Info

Publication number: CN102336251B
Application number: CN2011102342917A
Authority: CN
Inventors: 姚珍祥; 高中延
Original assignee: Cosco Guangdong Shipyard Co ltd
Current assignee: Cosco Guangdong Shipyard Co ltd; Cosco Shipyard Group Co Ltd
Priority date: 2011-08-16
Filing date: 2011-08-16
Publication date: 2013-12-11
Anticipated expiration: 2031-08-16
Also published as: CN102336251A

Abstract

本发明涉及船舶设计与制造领域，具体是指一种圆形锚唇及正圆锥面锚台的设计制造方法，包括甲板、船体和贯穿甲板与船体的锚链筒，以及设在船体外侧用于固定锚的锚唇和锚台，所述锚唇为圆形，所述锚台为一正圆锥与锚唇及船体相交所截取的圆台，其中锚台的展开曲面为所述正圆锥展开曲面的一部分。本发明的优点在于，摒弃了以往通过制造无规则样箱模型来设计制造锚台及锚唇的缺陷，为锚台及锚唇的设计制造提供了系统的技术理论支持，解决了长期困扰船舶制造业的锚台及锚唇设计安装问题，优化了生产工艺，提高了生产效率。

Description

一种圆形锚唇及正圆锥面锚台的设计制造方法

技术领域

本发明涉及船舶设计与制造领域，具体是指一种圆形锚唇及正圆锥面锚台的设计制造方法。

背景技术

在船舶制造技术中，常常将锚定位在位于船艏的锚台及锚唇之上，如图1所示，包括甲板1、船体2和贯穿甲板1与船体2的链锚筒3，以及设在船体2外侧用于固定锚6的锚唇5和锚台4，所述锚唇5为锚台4顶部的刚性结构，所述锚6的侧面在收拢时紧紧贴合在锚唇5之上。

由于船体的外部线型具有复杂性，尤其是船艏的线型较为复杂，所以目前习知的锚台及锚唇设计、制造均通过制造模型及手工放样修改尺寸来完成，对于一个锚而言，与其定位的锚台及锚唇可以设计出无数个方案，制造时完全通过设计模型，以及对模型进行尺寸修正来确定相关参数，由于没有系统的技术理论支持，现有技术中的锚唇多设计为不规则几何图形，而锚台也多为不可展开的曲面，造成了加工难度高，加工时间长的现象，不利于生产活动的进行。本发明人认真研究锚唇卡锚的原理之后，从而设计出一种便于制造的平面锚唇；锚台为曲面可展的正圆锥曲面，方便施工制造；以及简易可靠的确定锚台的正圆锥曲面与船体曲面相贯线的方法，使锚唇与锚台的设计制造变得简单可靠。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，而提供一种圆形锚唇及正圆锥面锚台的设计制造方法。

本发明通过以下技术方案实现，包括甲板、船体和贯穿甲板与船体的锚链筒，以及设在船体外侧用于固定锚的锚唇和锚台，所述锚唇为圆形，所述锚台为一正圆锥与锚唇及船体相交所截取的圆台，其中锚台的展开曲面为所述正圆锥展开曲面的一部分。

制造方法包括以下步骤：

① .设计制造圆形锚唇，

i.根据不同类型锚的特性选取三或四个定位点，从而确定锚与锚唇的贴合平面，

ii.根据几何学原理，任意三角形或者等腰梯形有且只有一个外接圆，延长所述等腰三角形和等腰梯形的高，与外接圆的两个交点即为圆形锚唇的直径，

iii.确定圆形锚唇的最小厚度及边缘倒角的半径，假设锚的锚杆宽度为b，则锚唇的边缘倒角r可按r>b/10选取，所述r亦为锚唇的最小厚度；

所述锚包括T型锚与M型锚两种典型的型式，下面就两种锚的锚唇5设计及制造方法分别进行说明，

实施例一：所述T型锚的锚唇设计制造，锚的下部有一突出的筋，因此这类锚总是通过三个定位点与锚唇接触，其中锚与锚唇接触的一个定位点T3在所述的筋上；另外的两个定位点T1、T2则分别在左右锚齿的某一位置，为了设计及制造的方便，以及使得锚受力均匀，因此定位点T1、T2应对称地在锚齿上选取，一般选取锚齿变宽处以下30~50mm，另外为了减小锚齿的弯曲应力，锚齿上的定位点T1、T2与筋上的定位点T3的距离不宜过大，同时亦优化了锚唇的设计尺寸，节约了成本。

由于所选取的三个定位点T1、T2、T3构成一等腰三角形，则其中T1T2为底边，T4为底边中点， T3T4为等腰三角形的高，根据几何学原理，任意三角形有且只有一个外接圆，该外接圆即为设计锚唇的圆形，再延长T3T4交外接圆于点T5，从而得出所设计之圆形锚唇的直径长度为T3T5。

实施例二：所述M型锚的锚唇设计制造，锚的中部没有突出的筋，因此这类锚总是通过四个定位点与锚唇接触，分别在锚的左右锚齿上各取两点，其中两定位点M3、M4选取在锚转轴以下的左右锚齿上；另两定位点M1、M2则选取在左右锚齿上部某个位置，为了设计及制造的方便，以及使得锚受力均匀，因此定位点M1、M2及M3、M4应对称地在锚齿上选取，一般选取锚齿变宽处以下30~50mm，另外为了减小锚齿的弯曲应力，锚齿上部的定位点M1、M2与锚齿下部的定位点M3、M4的距离不宜过大，同时亦优化了锚唇的设计尺寸，节约了成本。

由于所选取的四个定位点M1、M2、M3、M4构成一等腰梯形，其中M3M4为上底，M1M2为下底，M5、M6分别为上底和下底的中点，则M5M6为梯形的高，根据几何学原理，任意等腰梯形有且只有一个外接圆，该外接圆即为设计锚唇的圆形，再延长M5M6交外接圆于点M7、M8，从而得出所设计之圆形锚唇的直径长度为M7M8。

② .将锚台设计为一正圆锥与锚唇相交所截取的圆台，

i.作步骤①所得外接圆直径T3T5(M7M8)的垂直平分线cc，

ii.作经过锚唇外接圆的斜线bb，则以垂直平分线cc为中轴旋转斜线bb所得的假设实体，即为所需设计之锚台的正圆锥；

其原理如下，对于任意正圆锥有方程(1)：

z²=a(x²+y²)……(1)

对于平面锚唇有方程（2）：

z=k(x+y)+b……(2)

由于锚唇安装在锚台上，则锚台与锚唇的交线即为方程（1）与（2）的通解，将方程（2）代人（1）整理得出：

[(a-k²）（x²+y²）+kb(x+y)]-2k²xy=b²……(3)

根据方程（3）可得出结论如下：

当a＝k²时，圆锥面同锚唇平面交线为双曲线；

当a≠k²时，圆锥面同锚唇平面的交线为曲线；

而当k＝0时，则圆锥面同锚唇平面得交线为圆，其方程如下：

x²+y²=b²/（a-k²）……（4）

当k＝0时，根据方程（2）得z=b……（5）

根据方程（4）及（5）得出，如果k＝0，则设计的正圆锥与锚唇的交线必为圆形，从而证明了正圆锥的锚台与圆形的锚唇配合具有的合理性。

③ .求解锚台与船体的相贯线，

i.正圆锥曲面与同其轴平行的任意平面的交线求法，作任一平行于正圆锥高的平面P与正圆锥相切，作任意母线OL，其水平投影为ol并交平面P于l1，过l1作垂线交OL于L1，L1即为平面P与圆锥曲面的一个交点，作出数量足够的母线（所作母线越多，所得平面P与正圆锥的交线越精确），分别求出平面P与正圆锥相切之水平投影点l2，l3……，以及平面P与正圆锥的交点L2，L3……，然后将L1、L2、L3用一光滑的曲线相连，即为平面P与正圆锥的交线pp，

ii.船体相贯线与任意平面的交线求法，作垂直于外接圆所作平面的任意平面a-a，其在A-A剖面上的投影为aa，

iii.锚台正圆锥曲面一船体相贯线的求法，由任意平面P与任意平面a-a相交，可得曲线pp与曲线aa之上、下交点d1、d2，作出数量足够的平面P与平面a-a（所作相交平面越多，所得曲线pp与曲线aa的交点越多），将这些交点连成一条光顺曲线dd，即为锚台正圆锥曲面与船体相贯线在A-A剖面上的投影；

④ .根据锚台正圆锥曲面制造锚台，

i.锚台正圆锥曲面与船体相贯线在A-A剖面上的投影dd，即为相贯线在锚台所在正圆锥的投影，

ii.展开锚台正圆锥曲面，并作出相贯线在展开的锚台正圆锥曲面上的投影DD，锚唇所在平面与船体相贯线所截区域，即为锚台在正圆锥曲面上的面积；

⑤.将步骤④所得面积卷曲焊接制造成锚台，锚唇焊接在锚台的顶部，锚台的底部则与船体焊接为一体。

本发明的优点在于，摒弃了以往通过制造无规则样箱模型来设计制造锚台及锚唇的缺陷，为锚台及锚唇的设计制造提供了系统的技术理论支持，解决了长期困扰船舶制造业的锚台及锚唇设计安装问题，优化了生产工艺，提高了生产效率。

附图说明

图1为现有技术示意图；

图2为T型锚的主视图；

图3为T型锚的左视图；

图4为T型锚的锚唇平面圆设计示意图；

图5为图4平面圆的直径示意图；

图6为M型锚的主视图；

图7为M型锚的左视图；

图8为M型锚的锚唇平面圆设计示意图；

图9为图8平面圆的直径示意图；

图10为锚唇厚度设计示意图；

图11为锚台所在正圆锥的示意图；

图12为一平行圆锥的高的剖面与正圆锥所得交线示意图；

图13为一平面与船体相交的示意图；

图14为图13所述平面在A-A视图上的投影；

图15为锚台正圆锥面曲线与船体的相贯线在A-A剖视图上的投影；

图16为锚台在A-A投影旋转后示意图；

图17为锚台展开示意图。

具体实施方式

下面结合附图2至17对本发明的优选实施例作进一步说明，包括甲板1、船体2和贯穿甲板1与船体2的锚链筒3，以及设在船体2外侧用于固定锚6的锚唇5和锚台4，所述锚唇5为圆形；锚台4所在的正圆锥分别与锚唇5及船体2相交，所截取的圆台即为锚台4（参见图10），由于锚唇5为圆，因此所得锚台4的顶面为规则圆形截面，而锚台4所在正圆锥的底部与船体2相交形成相贯线；其中锚台4侧壁的展开曲面，为其在正圆锥展开曲面上截取的一部分（参见附图17）。

制造方法包括以下步骤：

① .设计制造圆形锚唇5，

i.根据不同类型锚6的特性选取三或四个定位点，从而确定锚6与锚唇5的贴合平面，

iii.确定圆形锚唇的最小厚度及边缘倒角的半径，假设锚6的锚杆宽度为b，则锚唇5的边缘倒角r可按r>b/10选取，所述r亦为锚唇5的最小厚度；

所述锚6包括T型锚与M型锚两种典型的型式，下面就两种锚6的锚唇5设计及制造方法分别进行说明：实施例一：所述T型锚的锚唇4设计制造参见图2及图5，锚6的下部有一突出的筋，因此这类锚6总是通过三个定位点与锚唇5接触，其中锚6与锚唇5接触的一个定位点T3在所述的筋上；另外的两个定位点T1、T2则分别在左右锚齿的某一位置，为了设计及制造的方便，以及使得锚6受力均匀，因此定位点T1、T2应对称地在锚齿上选取，一般选取锚齿变宽处以下30~50mm，另外为了减小锚齿的弯曲应力，锚齿上的定位点T1、T2与筋上的定位点T3的距离不宜过大，同时亦优化了锚唇5的设计尺寸，节约了成本。

由于所选取的三个定位点T1、T2、T3构成一等腰三角形，则其中T1T2为底边，T4为底边中点， T3T4为等腰三角形的高，根据几何学原理，任意三角形有且只有一个外接圆，该外接圆即为设计锚唇5的圆形，再延长T3T4交外接圆于点T5，从而得出所设计之圆形锚唇5的直径长度为T3T5。

实施例二：所述M型锚的锚唇4设计制造参见图6至图9，锚6的中部没有突出的筋，因此这类锚6总是通过四个定位点与锚唇5接触，分别在锚6的左右锚齿上各取两点，其中两定位点M3、M4选取在锚6转轴以下的左右锚齿上；另两定位点M1、M2则选取在左右锚齿上部某个位置，为了设计及制造的方便，以及使得锚6受力均匀，因此定位点M1、M2及M3、M4应对称地在锚齿上选取，一般选取锚齿变宽处以下30~50mm，另外为了减小锚齿的弯曲应力，锚齿上部的定位点M1、M2与锚齿下部的定位点M3、M4的距离不宜过大，同时亦优化了锚唇5的设计尺寸，节约了成本。

由于所选取的四个定位点M1、M2、M3、M4构成一等腰梯形，其中M3M4为上底，M1M2为下底，M5、M6分别为上底和下底的中点，则M5M6为梯形的高，根据几何学原理，任意等腰梯形有且只有一个外接圆，该外接圆即为设计锚唇5的圆形，再延长M5M6交外接圆于点M7、M8，从而得出所设计之圆形锚唇5的直径长度为M7M8。

②.将锚台4设计为一正圆锥与锚唇5相交所截取的圆台，

i.作步骤①所得外接圆直径T3T5(M7M8)的垂直平分线cc，

ii.作经过锚唇5外接圆的斜线bb，则以垂直平分线cc为中轴旋转斜线bb所得的假设实体，即为所需设计之锚台4的正圆锥；

其原理如下，对于任意正圆锥有方程(1)：

z²=a(x²+y²)……(1)

对于平面锚唇5有方程（2）：

z=k(x+y)+b……(2)

由于锚唇5安装在锚台4上，则锚台4与锚唇5的交线即为方程（1）与（2）的通解，将方程（2）代人（1）整理得出：

[(a-k²）（x²+y²）+kb(x+y)]-2k²xy=b²……(3)

根据方程（3）可得出结论如下：

当a＝k²时，圆锥面与锚唇5平面交线为双曲线；

当a≠k²时，圆锥面与锚唇5平面的交线为曲线；

而当k＝0时，则圆锥面与锚唇5平面得交线为圆，其方程如下：

x²+y²=b²/（a-k²）……（4）

当k＝0时，根据方程（2）得z=b……（5）

根据方程（4）及（5）得出，如果k＝0，则设计的正圆锥与锚唇5的交线必为圆形，从而证明了正圆锥的锚台4与圆形的锚唇5配合具有的合理性。

③.求解锚台4与船体2的相贯线，

i.正圆锥曲面与同其轴平行的任意平面的交线求法，参见图12，作任一平行于正圆锥高的平面P与正圆锥相切，作任意母线OL，其水平投影为ol并交平面P于l1，过l1作垂线交OL于L1，L1即为平面P与圆锥曲面的一个交点，作出数量足够的母线（所作母线越多，所得平面P与正圆锥的交线越精确），分别求出平面P与正圆锥相切之水平投影点l2，l3……，以及平面P与正圆锥的交点L2，L3……，然后将L1、L2、L3用一光滑的曲线相连，即为平面P与正圆锥的交线pp，

ii.船体相贯线与任意平面的交线求法，参见图13、14，作垂直于外接圆所作平面的任意平面a-a，其在A-A剖面上的投影为aa，

iii.锚台正圆锥曲面一船体相贯线的求法，由任意平面P与任意平面a-a相交，可得曲线pp与曲线aa之上、下交点d1、d2，作出数量足够的平面P与平面a-a（所作相交平面越多，所得曲线pp与曲线aa的交点越多），将这些交点连成一条光顺曲线dd，即为锚台正圆锥曲面与船体相贯线在A-A剖面上的投影。

④ .根据锚台正圆锥曲面制造锚台4，

i.锚台正圆锥曲面与船体相贯线dd在A-A剖面上的投影dd，即为相贯线在锚台4所在正圆锥的投影，

ii.展开锚台正圆锥曲面，并作出相贯线在展开的锚台正圆锥曲面上的投影DD，锚唇5所在平面与船体相贯线所截区域，即为锚台4在正圆锥曲面上的面积。

⑤.将步骤④所得面积卷曲焊接制造成锚台4，锚唇5焊接在锚台4的顶部，锚台4的底部则与船体2焊接为一体。

Claims

1.一种圆形锚唇及正圆锥面锚台，包括甲板（1）、船体（2）和贯穿甲板（1）与船体（2）的锚链筒（3），以及设在船体（2）外侧用于固定锚（6）的锚唇（5）和锚台（4），其特征在于：所述锚唇（5）为圆形，所述锚台（4）为一正圆锥与锚唇（5）及船体（2）相交所截取的圆台，其中锚台（4）的展开曲面为所述正圆锥展开曲面的一部分。

2. 一种圆形锚唇及正圆锥面锚台的制造方法，其特征在于包括以下步骤：

①．设计制造圆形锚唇（5），

i. 根据不同类型锚（6）的特性选取三或四个定位点，从而确定锚（6）与锚唇（5）的贴合平面，

ii. 根据几何学原理，任意三角形或者等腰梯形有且只有一个外接圆，延长所述等腰三角形和等腰梯形的高，与外接圆的两个交点即为圆形的锚唇（5）的直径，

iii. 确定圆形锚唇（5）的最小厚度及边缘倒角的半径，假设锚（6）的锚杆宽度为b，则锚唇（5）的边缘倒角r可按r>b/10选取，所述r亦为锚唇（5）的最小厚度；

②．将锚台（4）设计为一正圆锥与锚唇（5）相交所截取的圆台，

i. 作步骤①所得外接圆直径的垂直平分线，

ii. 作经过锚唇（5）外接圆的斜线，则以垂直平分线为中轴旋转斜线所得的假设实体，即为包含有所需设计之锚台(4)的正圆锥；

③．求解锚台(4)与船体(2)的相贯线，

i. 正圆锥曲面与同其轴平行的任意平面的交线求法，作任一平行于正圆锥高的平面P与正圆锥相切，作任意母线OL，其水平投影为ol并交平面P于l1，过l1作垂线交OL于L1，L1即为平面P与圆锥曲面的一个交点，作出数量足够的母线（所作母线越多，所得平面P与正圆锥的交线越精确），分别求出平面P与正圆锥相切之水平投影点l2，l3……，以及平面P与正圆锥的交点L2，L3……，然后将L1、L2、L3用一光滑的曲线相连，即为平面P与正圆锥的交线pp，

ii. 船体相贯线与任意平面的交线求法，作垂直于外接圆所作平面的任意平面a-a，其在A-A剖面上的投影为aa，

iii. 锚台正圆锥曲面一船体相贯线的求法，由任意平面P与任意平面a-a相交，可得曲线pp与曲线aa之上、下交点，作出数量足够的平面P与平面a-a（所作相交平面越多，所得曲线pp与曲线aa的交点越多），将这些交点连成一条光顺曲线，即为锚台正圆锥曲面与船体相贯线在A-A剖面上的投影；

④．根据锚台正圆锥曲面制造锚台(4)，

i. 锚台正圆锥曲面与船体相贯线在A-A剖面上的投影，即为相贯线在锚台正圆锥曲面上的投影，

ii. 展开锚台正圆锥曲面，并作出相贯线在展开的锚台正圆锥曲面上的投影，锚唇（5）所在平面与船体相贯线所截区域，即为锚台（4）在正圆锥曲面上的面积；

⑤.将步骤④所得面积卷曲焊接制造成锚台（4），所述锚唇（5）焊接在锚台（4）的顶部，锚台（4）的底部则与船体（2）焊接为一体。