CN105234209A - 一种中间轴临时支撑的设置方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种中间轴临时支撑的设置方法，为了使得中间轴在于艉轴直线校中处于近似理想直线状态，中间轴上的不同位置会设置有临时支撑，使中间轴产生不同的挠度，该挠度对直线校中产生不利的影响，为了使得挠度对校中的影响减少到最小，需要将临时支撑设置于适当的位置，使得尾端、首端、中间轴承处的挠度最小，且基本相等。本发明通过构建数学模型并且将中间轴分为左端梁、中间梁和右端梁分别计算挠度的方法，输入的变量仅为2个参数，利用插值法，能迅速得到计算结果，计算结果精度较高，按计算结果进行实际生产，效果好，适用于承受各种载荷的中间轴，应用面宽。
Description
技术领域
本发明应用于造船技术领域，具体是涉及一种中间临时支撑的设置方法，主要用于将轴系直线校中时产生的挠度缩至最小。
背景技术
在造船技术领域，经常要使用一些直径较小，长度较长的细长轴，当使用这些细长轴的时候就会出现一个问题，那就是细长轴通常会产生很大的挠度，因此需要消除细长轴的挠度并且对细长轴进行直线校中。
在对无中间轴承或仅有一个中间轴承的中间轴进行直线校中时，通常需要设置两个临时支撑来支撑中间轴。常用的设置临时支撑的方法是利用经验法，技术领域根据多年的工作和实验经验大致估计处设置临时支撑的位置。但是，经验法无法完全消除挠度对直线校中的影响，准确地对中间轴进行校中，尤其对于细长轴，挠度的影响将更大。
中间轴的直线校中是将中间轴与已安装的艉轴进行偏移、曲折校中，即将中间轴与艉轴对成一条直线，其目的是使得中间轴承位于艉轴所在的直线上(如附图1所示)。
本发明适用于各种载荷工况下的中间轴，该方法可以快速得出中间轴临时支撑设置的最佳位置。中间轴在该支撑状态下，其挠度最小，对校中的影响微乎其微。
发明内容
为了解决对细长轴校中时挠度影响极大的技术问题，本发明提供了一种中间临时支撑的设置方法，可以快速得出中间轴临时支撑设置的最佳位置，使得细长的中间轴在该支撑状态下挠度最小，对校中的影响微乎其微。
中间轴直线校中的近似理想直线状态：中间轴进行直线校中时，临时支撑设置于中间轴上的不同位置，会使中间轴产生不同的挠度，该挠度对直线校中产生不利的影响。为了使得挠度对校中的影响减少到最小，即需要近似理想直线状态的概念，中间轴的近似理想直线状态，即临时支撑设置于适当的位置时，尾端、首端、中间轴承处的挠度最小，且基本相等。
本发明的技术方案如下：
一种中间临时支撑的设置方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤1、设中间轴尾端、首端、中间轴承处的挠度分别为ω1、ω2、ω3(如图2所示)；
步骤2、建立数学模型(如图3所示)：
2.1、架设两个临时支撑，将中间轴放置于临时支撑上，进行直线校中；整个中间轴为一个两端伸出的简支梁；临时支撑为简支支点位置；整个中间轴由于自身重力形成均匀向下的均布载荷；在中间轴左端一个竖直向下的集中载荷，在中间轴右端距端面一个竖直向下的集中载荷；
2.2、选取计算参数：设中间轴总长为L，中间轴承距中间轴左端面距离为L1，临时支撑TS1距中间轴左端面的距离为X，临时支撑TS1距中间轴承的距离为A，临时支撑TS2距中间轴右端面的距离为Y，临时支撑TS2距中间轴承的距离为B；设中间轴左端集中载荷为F1，载荷作用点距中间轴左端面距离为a；中间轴右端集中载荷为F2，载荷作用点距中间轴左端面距离为b；整个中间轴由于自身重力形成的均布载荷为q；
2.3、计算方法描述如下：采用叠加法，将中间轴从临时支撑TS1、TS2处断开，将该梁分为3段，并将全部载荷分解为：在两端梁上的集中载荷和均布载荷，在中间梁上的均布载荷和附加弯矩；再将分载荷的挠度进行叠加，得出在指定点挠度的计算公式(如图4和5所示)；
2.4、两端梁的载荷及挠度计算如下：将载荷加载到两端梁上，并以左端梁为例，分别计算各载荷作用下的挠度；
设均布载荷产生的挠度为ω11，则：
ω11＝ql4/8EI
上式中q为均布载荷，l为左端梁的杆件长度(为附图4中的X)，E为材料的弹性模量，I为该轴的横截面惯性矩；
设集中载荷产生的挠度为ω12，则：
ω12＝Fb2l(3-β)/6EI
上式中F为集中载荷，l为左端梁的杆件长度(为附图4中的X)，b为集中载荷F1到左端梁的右端面，即临时支撑TS1的距离，β＝(X-a)/X，E为材料的弹性模量，I为该轴的横截面惯性矩；
左端梁的总挠度为：ω1＝ω11+ω12；
同理，右端梁的挠度计算方法与左端梁类似，可以相应得到ω21、ω22、ω2；
2.5中间梁的载荷及挠度计算如下：将两端梁所承受的载荷等效为在支点处的附加弯矩，同时承受在梁上的均布载荷；
设均布载荷产生的挠度为ω31，则：
ω31＝ql4ωsε/24EI
上式中q为均布载荷，l为中间梁的杆件长度(为附图5中的A+B)，计算得到ε＝A/(A+B)，根据ε查表得到ωsε，E为材料的弹性模量，I为该轴的横截面惯性矩；
设附加弯矩产生的挠度为ω32，则：
ω32＝l2(3M1×ωRε+M0×ωDε)/6EI
上式中l为中间梁的杆件长度(为附图5中的A+B)，M1为左端梁的载荷转换到临时支撑点TS1处的等效力矩，M2为右端梁的载荷转换到临时支撑点TS2处的等效力矩，M0＝M2-M1，ωRε、ωDε根据ε查表得到，E为材料的弹性模量，I为该轴的横截面惯性矩；
步骤3、编制简易计算软件及输出计算结果：
3.1、编制简易计算软件：
根据步骤2中所述的计算过程，编制了简易计算软件，其中包括常参数部分、变量部分，输出结果部分；
3.2、将实际的中间轴的各常参数输入其中，为计算做好准备；如表1所示：
表1常参数输入表
| E | Pa | ||
| I | m3 | ||
| ρ | kg/m3 | ||
| D | m | ||
| d | m | ||
| S | π(D2-d2)/4 | m2 | |
| q | ρgS | N/m | |
| F1 | N | ||
| F2 | N | ||
| M1 | 0.5qX2+F1×b1 | Nm | |
| M2 | 0.5qY2+F2×b2 | Nm | |
| M0 | M2-M1 | Nm |
表2引入函数的部分表格
| q | F | 1(X) | β1 | E | I | ω1 | ||||||
| ω11 | q1^4/8EI | |||||||||||
| ω12 | Fb^2×1(3-β)/6EI | |||||||||||
| ω1 | ||||||||||||
| q | F | 1(Y) | β2 | E | I | ω2 | ||||||
| ω21 | q1^4/8EI | |||||||||||
| ω22 | Fb^2×1(3-β)/6EI | |||||||||||
| ω2 | ||||||||||||
| q | M1 | M0 | 1(L-X-Y) | ε | ωsε | ωRε | ωDε | E | I | ω3 | ||
| ω31 | q1^4ωsε/24EI | |||||||||||
| ω32 | 1^2(3M1×ωRε+M0×ωDε)/6EI | |||||||||||
| ω3 |
表3变量输入表
| X | m | |
| Y | m |
3.3、引入函数，输入变量，利用插值法输入相应的X、Y值，即可在几分钟内得到计算结果；引入函数如表2所示，输入变量如表3所示：
步骤4、得到计算结果：当ω1、ωω2、ωω3中的数值极为接近时，此时的变量X、Y的值即为直线校中时，设置临时支撑的精确位置。
本发明的技术效果如下：
(1)本发明适用于承受各种载荷的中间轴，应用面宽。
(2)本发明中，常参数均为常规参数，极易获得。
(3)本发明中，输入的变量仅为2个参数，利用插值法，能迅速得到计算结果。
(4)本发明中的计算结果精度较高，按计算结果进行实际生产，效果好。
说明书附图
图1为中间轴与艉轴直线校中示意图；
图2为中间轴尾端、首端、中间轴承处的挠度示意图；
图3为中间轴的受力情况示意图；
图4为用于挠度计算的左端梁和右端梁的载荷示意图；
图5为用于挠度计算的中间梁的载荷示意图；
图6为实施例的某公务船中间轴与艉轴直线校中示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施方式详细地说明本发明的一种中间临时支撑的设置方法。
以某公务船为例，该船对中间轴进行直线校中，中间轴总长L＝7m；中间轴左端(尾端)挂联轴器，其重量为370kg；中间轴右端(首端)挂联轴器，其重量为230kg；中间轴承距离左端(尾端)L1＝3.4m。(见附图6)
输入各参数，表4为部分参数。
表4部分参数输入表
| E | 2.1E+11 | Pa | |
| I | 0.00142 | m3 | |
| ρ | 7850 | kg/m3 | |
| D | 0.245 | m | |
| d | 0.09 | m | |
| S | π(D2-d2)/4 | 0.040761125 | m2 |
| q | ρgS | 3199.748313 | N/m |
| F1 | 3700 | N | |
| F2 | 2300 | N | |
| M1 | 0.5qX2+F1×b1 | 5703.125685 | Nm |
| M2 | 0.5qY2+F2×b2 | 5201.528957 | Nm |
| M0 | M2-M1 | -501.5967281 | Nm |
将各参数加入计算软件(如表5所示)后，很快得出计算结果。(见表6和7)
当X＝1.305m，Y＝1.295m时，ω1＝8.05778×10-6m，ω2＝8.07255×10-6m，ω3＝8.04515×10-6m。将临时支撑TS1设置于距中间轴左端(尾端)1.305m，临时支撑TS2设置于距中间轴右端(首端)1.295m时，达到(二)中所述的近似理想直线状态。在此状态下，进行中间轴与艉轴的直线校中，中间轴的挠度对校中的影响最小，且基本可以忽略不计，使得校中达到极佳的效果。
表6参数输入表
| X | 1.305 | |||
| Y | 1.295 |
表7计算结果表
| ω1 |
| 3.8901E-06 |
| 4.16769E-06 |
| 8.05778E-06 |
| ω2 |
| 3.77222E-06 |
| 4.30033E-06 |
| 8.07255E-06 |
| ω3 |
| 5.22665E-05 |
| -4.42213E-05 |
| 8.04515E-06 |
Claims (1)
1.一种中间临时支撑的设置方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤1、设中间轴尾端、首端、中间轴承处的挠度分别为ω1、ω2、ω3；
步骤2、建立数学模型：
2.1、架设两个临时支撑，将中间轴放置于临时支撑上，进行直线校中；整个中间轴为一个两端伸出的简支梁；临时支撑为简支支点位置；整个中间轴由于自身重力形成均匀向下的均布载荷；在中间轴左端一个竖直向下的集中载荷，在中间轴右端距端面一个竖直向下的集中载荷；
2.2、选取计算参数：设中间轴总长为L，中间轴承距中间轴左端面距离为L1，临时支撑TS1距中间轴左端面的距离为X，临时支撑TS1距中间轴承的距离为A，临时支撑TS2距中间轴右端面的距离为Y，临时支撑TS2距中间轴承的距离为B；设中间轴左端集中载荷为F1，载荷作用点距中间轴左端面距离为a；中间轴右端集中载荷为F2，载荷作用点距中间轴左端面距离为b；整个中间轴由于自身重力形成的均布载荷为q；
2.3、计算方法描述如下：采用叠加法，将中间轴从临时支撑TS1、TS2处断开，将该梁分为3段，并将全部载荷分解为：在两端梁上的集中载荷和均布载荷，在中间梁上的均布载荷和附加弯矩；再将分载荷的挠度进行叠加，得出在指定点挠度的计算公式；
2.4、两端梁的载荷及挠度计算如下：将载荷加载到两端梁上，并以左端梁为例，分别计算各载荷作用下的挠度；
设均布载荷产生的挠度为ω11，则：
ω11＝ql4/8EI
上式中q为均布载荷，l为左端梁的杆件长度，E为材料的弹性模量，I为该轴的横截面惯性矩；
设集中载荷产生的挠度为ω12，则：
ω12＝Fb2l(3-β)/6EI
上式中F为集中载荷，l为左端梁的杆件长度，b为集中载荷F1到左端梁的右端面，即临时支撑TS1的距离，β＝(X-a)/X，E为材料的弹性模量，I为该轴的横截面惯性矩；
左端梁的总挠度为：ω1＝ω11+ω12；
同理，石端梁的挠度计算方法与左端梁类似，可以相应得到ω21、ω22、ω2；
2.5中间梁的载荷及挠度计算如下：将两端梁所承受的载荷等效为在支点处的附加弯矩，同时承受在梁上的均布载荷；
设均布载荷产生的挠度为ω31，则：
ω31＝ql4ωsc/24EI
上式中q为均布载荷，l为中间梁的杆件长度，计算得到ε＝A/(A+B)，根据ε查表得到ωsε，E为材料的弹性模量，I为该轴的横截面惯性矩；
设附加弯矩产生的挠度为ω32，则：
ω32＝l2(3M1×ωRε|M0×ωDε)/6EI
上式中l为中间梁的杆件长度，M1为左端梁的载荷转换到临时支撑点TS1处的等效力矩，M2为右端梁的载荷转换到临时支撑点TS2处的等效力矩，M0＝M2-M1，ωRε、ωDε根据ε查表得到，E为材料的弹性模量，I为该轴的横截面惯性矩；
步骤3、编制简易计算软件及输出计算结果：
3.1、编制简易计算软件：
根据步骤2中所述的计算过程，编制了简易计算软件，其中包括常参数部分、变量部分，输出结果部分；
3.2、将实际的中间轴的各常参数输入其中，为计算做好准备；
3.3、引入函数，输入变量，利用插值法输入相应的X、Y值，即能够在几分钟内得到计算结果；
步骤4、得到计算结果：当ω1、ω2、ω3中的数值极为接近时，此时的变量X、Y的值即为直线校中时，设置临时支撑的精确位置。
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