CN105956217A - 一种边锚唇曲面单元展成设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种边锚唇曲面单元展成设计方法，依次包括以下步骤：根据拉锚运动过程中锚杆、锚冠与锚唇面接触类型，将锚唇分为四个单元：左锚尖扫掠单元、右锚尖扫掠单元、锚杆翻转单元和锚冠移动覆盖单元；参照锚杆和锚冠几何外形，按照1:1比例制作展成加工的成型刀具；进行反复拉、放锚动作，利用成型刀具进行粗坯展成加工，初步形成锚唇曲面形状；改变不同起锚状态生成不同类型的走刀轨迹，完成对锚唇曲面的光顺设计；利用等高线锚唇截面型线定义法表示锚唇各截面形状。本发明能够同时实现锚唇截面型线设计和拉锚可靠性试验验证；将设计与制造环节合二为一，实现同时设计制造满足多种船型的锚唇。

Description

一种边锚唇曲面单元展成设计方法

技术领域

本发明涉及船舶锚唇技术，具体涉及一种边锚唇曲面单元展成涉及方法。

背景技术

作为锚系零件中的组成部分，锚唇的设计对船舶安全性起着至关重要的作用。通过传统的木模、钢模试验设计锚唇，成本高、周期长、不易修改；仅凭借工人师傅的经验设计更是无法保证设计方案的安全可靠性，尤其是遇到非平衡类锚唇，拉锚过程中的卡锚、贴合不完全、锚冠(座)(6)碰船体外板等不良现象更是无法预估。由于锚唇曲面为空间自由曲面，在拉锚过程中锚链、锚杆(5)、锚冠(座)(6)与锚唇之间为多刚体接触碰撞形式，因此在运动过程中，锚链之间的自由度大，无法精准的控制锚杆(5)与锚冠(座)(6)的运动轨迹，这都极大的增加了锚唇面设计的难度。

此外，传统的锚系设计理念将设计与制造环节分开，往往造成理论设计上可行而实际制造出的实物在拉锚时却出问题的矛盾现象；因为锚唇空间自由曲面自身的特点，导致制造过程中误差较大，精度管控难度高。

随着船舶制造行业的飞速发展，船舶锚系零件的设计方法也越来越多样化。中国发明专利公开号：CN202765234U，名称：一种螺旋锚唇，该发明技术公布了一种以锚唇剖面进行顺时针旋转生成螺旋锚唇内轮廓线从而形成锚唇的螺旋形表面。

中国发明专利公开号：CN204895777U，名称：一种锚唇结构，该发明技术公布了一种将锚唇上口设计为向前方突出的形式，使得锚唇上口对锚爪正压力具有向下分力，限制锚唇贴合后的上移。

中国发明专利公开号：CN104973220A，名称：一种具有分功能区域机构的边锚唇设计方法，该发明技术公布了一种按照锚唇功能划分区域设计，最终进行各功能区域光滑过渡的锚唇设计方法。

中国发明专利公开号：CN203268290U，名称：固定轨道式锚唇，该发明技术公布了一种在锚唇正下方设置一个凹槽，使得锚杆沿着固定轨道运动，从而控制锚爪运动翻转。

中国发明专利公开号：CN1433924A，名称：大抓力锚锚唇锚台设计技术，该发明技术公布了一种利用重力滑行内倾翻转原理进行锚唇锚台设计的方法。以上五份文献都针对锚唇的设计方法进行了介绍。

但是上述专利均单纯的从设计环节进行锚唇曲面的定型，忽略了在实际加工过程中的加工难度和制造误差；同时，上述专利中锚唇整体曲面设计均需要以锚唇已有剖面为基准生成，这样的传统设计理念无法同时满足多种船型的设计需求，并且将设计与制造环节分离，延长了设计周期。把锚唇按照运动过程中与锚接触类型进行划分，将设计与制造两个环节合二为一、理论分析与拉锚试验同时进行的锚唇空间自由曲面设计方法未见公开报道。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种边锚唇曲面单元展成设计方法。

技术方案：本发明所述的一种边锚唇曲面单元展成设计方法，依次包括以下步骤：

(1)根据拉锚运动过程中锚杆、锚冠与锚唇面接触类型，将锚唇分为四个单元：左锚尖扫掠单元、右锚尖扫掠单元、锚杆翻转单元和锚冠移动覆盖单元；

(2)参照锚杆和锚冠几何外形，按照1:1比例制作展成加工的成型刀具；

(3)进行反复拉、放锚动作，利用成型刀具进行粗坯展成加工，初步形成锚唇曲面形状；

(4)改变不同起锚状态生成不同类型的走刀轨迹，完成对锚唇曲面的光顺设计；

(5)利用等高线锚唇截面型线定义法表示锚唇各截面形状。

进一步的，所述步骤(1)包括以下步骤：

(1.1)将锚唇分为8个截面，逆时针方向分别为第一截面至第八截面，锚唇各个截面之间夹角为X_i(1≤i≤8,i∈N^*)；

(1.2)以水平、竖直线为基准，将锚唇八个截面之间角度重新定义为Y_j(1≤j≤13,j∈N^*)，其中X₁＝Y₁+Y₁₃；X₃＝Y₃+Y₄；X₄＝Y₅+Y₆；X₅＝Y₇+Y₈；X₇＝Y₁₀+Y₁₁；

(1.3)以锚唇的第四截面为基准，逆时针旋转Y₅做一条边界线，则左锚尖扫掠单元为锚冠移动覆盖单元为右锚尖扫掠单元为锚杆翻转单元为

进一步的，所述步骤(2)包括以下步骤：

(2.1)根据船型设计需求，确定与之相配合的锚杆、锚冠类型，确定锚杆、锚冠(座)(6)的外形尺寸及三维形状；

(2.2)根据实船拉锚动作中的锚杆和锚冠模型，进行1:1成型刀具的定制。

进一步的，所述步骤(4)包括以下步骤：

(4.1)改变不同起锚状态，保证展成加工时锚杆与锚唇下口、锚杆与锚链筒下口以及锚唇与锚冠之间发生相对移动、翻转时所有可能发生接触的区域充分接触；

(4.2)各起锚状态下进行反复拉锚动作，实现锚冠相对锚唇的内翻顺时针贴合、内翻逆时针贴合、外翻顺时针贴合、外翻逆时针贴合等运动状态；

(4.3)结合实际海况中船体因为外界风浪等因素发生的约±5°的横倾和±3°的纵倾现象进行极限位置拉锚动作并对锚唇曲面进行光顺。

进一步的，所述步骤(5)包括以下步骤：

(5.1)锚唇截面等高线划分：测量锚唇截面最高值H，相邻两等高线之间距离h，等分成m份，则锚唇最高点离最近等高线距离S_k(k＝1,2...)满足以下关系：

H＝m*h，其中m∈N^*且m≥5，

锚唇总高度H+S_k＝m*h+S_k，其中m∈N^*且m≥5；k＝1,2...；

(5.2)锚唇截面宽度表示：过锚唇最高点作垂线，将锚唇分为左右两部分，测其离锚链筒锚唇中心点之间距离为T_k(k＝1,2...)；各锚唇截面总宽度为L_k(k＝1,2...)；锚唇内口距锚链筒中心距离为B_k(k＝1,2...)；

(5.3)截面型线拟合：等高线位置锚唇截面宽度分别为X_pq(p∈0,1,2...；q∈1,2,3...)；Y_pq(p∈0,1,2...；q∈1,2,3...)，通过等高线标注方式确定锚唇截面上点，并用样条曲线链接各型值点形成一条光滑的拟合曲线即锚唇截面最终型线。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明能够同时实现锚唇截面型线设计和拉锚可靠性试验验证；将设计与制造环节合二为一，实现同时设计制造满足多种船型的锚唇。

(2)本发明利用展成法进行锚唇空间自由曲面的设计，显著的缩短整个锚系设计周期，降低制造成本，所设计的锚唇曲面完全符合拉锚运动的运动轨迹；等高线锚唇截面型线定义法直观、精确的描绘出锚唇各截面型线变化趋势，将复杂的空间曲面以更加符合制图习惯的形式展现。

综上所述，采用本发明设计的锚唇省时省力，设计精准，具有广阔的实际应用前景。

附图说明

图1为本发明中截面位置以及单元区域位置示意图；

图2为本发明中的锚系成型刀具的装配示意图；

图3为本发明中锚唇等高线截面型线定义法示意图。

具体实施方式

下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

实施例1：

本实施例以某船型为例，对本发明方法进行进一步说明：

(1)、根据拉锚运动过程中锚杆5、锚冠(座)6与锚唇3面接触类型将锚唇3分为四个区域单元：左锚尖扫掠区域单元、右锚尖扫掠区域单元、锚杆5翻转区域单元、锚冠(座)6移动覆盖区域单元，具体包括以下步骤：

(1.1)根据不同船型首先将锚唇3进行截面划分，按照逆时针旋转方向分别令其为第一截面至第八截面，该8个截面在锚唇3上相对布置位置通过角度控制：第一截面与第二截面之间角度X₁＝49°；第二截面与第三截面之间的角度X₂＝38°；第三截面与第四截面之间的角度X₃＝41°；第四截面与第五截面之间角度X₄＝52°；第五截面与第六截面之间角度X₅＝49°；第六截面与第七截面之间角度X₆＝38°；第七截面与第八截面之间角度X₇＝41°；第八截面与第一截面之间角度为X₈＝52°。

(1.2)将锚唇3的八个截面位置确定后，再以水平线、竖直线为基准,将锚唇3的八个截面外加基准之间的角度关系定义为Y_j(1≤j≤13,j∈N^*)，其中，第一截面与竖直线之间的夹角Y₁₃＝30°；第二截面与竖直线方向夹角Y₁＝19°；第四截面与水平线方向夹角Y₄＝8°；第八截面与水平线方向夹角Y₁₁＝8°；第五截面和第六截面与竖直线方向夹角分别为Y₇＝30°、Y₈＝19°。

(1.3)根据实际拉锚时，锚冠(座)6、锚杆5的运动状态，首先以锚唇3的第四截面为基准，逆时针旋转29°做一条边界线，此区域锚贴合锚唇3时，左侧锚尖绕着锚唇3表面进行旋转运动，从竖直方向到所做边界线处即左锚尖扫掠单元，角度为127°；锚冠(座)6底部绕着锚唇3表面发生移动的区域为锚冠(座)6移动覆盖单元，从所作边界线开始到第七截面位置所经过的区域，角度为110°；此外，右锚尖在贴合锚唇3过程中运动扫掠区域为右锚尖扫掠单元，即第七截面到竖直方向所经过的区域，角度为123°。在锚冠(座)6为接触到锚唇3前的拉锚过程中，锚杆5在锚唇3内口处运动并发生反转动作，直到锚冠(座)6与锚唇3完全贴合位为止，锚杆5整个运动过程中翻转区域为锚杆5翻转单元，即从水平方向到第八截面所经过的区域，角度为180°。

其中，锚杆5安装于锚冠6，锚唇3通过锚链4连接于锚杆5。

(2)、参照锚杆5、锚冠(座)6几何外形按照1:1比例制作展成加工的成型刀具，包括以下步骤：

(2.1)根据船型设计以及吨位需求，确定与之相配合的确定锚杆5的类型为尖头倒圆角锚杆5，锚冠(座)6为重3240kg的AC大抓力锚。

(2.2)展成设计过程中的展成刀具选择。根据已确认好的锚杆5、锚冠(座)6模型，查询国标进行1:1成型刀具的定制。

(3)、进行反复拉和放锚动作，利用步骤(2)种定制的成型刀具在锚唇3上进行来回往复的走刀运动实现粗坯展成加工，初步形成锚唇3曲面形状；

(4)、改变不同起锚状态生成不同类型的走刀轨迹，完成对锚唇3曲面的光顺设计，包括以下步骤：

(4.1)改变不同起锚状态，保证展成加工时锚杆5与锚唇3下口、锚杆5与锚链筒1下口，锚唇3与锚冠(座)6之间充分接触。

(4.2)各起锚状态下进行反复拉锚动作，实现锚冠(座)6相对锚唇3的内翻顺时针贴合、内翻逆时针贴合、外翻顺时针贴合、外翻逆时针贴合等运动状态。

(4.3)根据实际设计要求满足横倾1度、纵倾2度；横倾3度、纵倾1度两种实际海况。调整锚唇3的锚链筒1位置到极限位置再进行拉锚动作，完成所有拉锚状态后，再进行展成运动对锚唇3曲面进行光顺。

(5)、利用等高线锚唇3截面型线定义法表示锚唇3各截面形状，包括以下步骤：

(5.1)锚唇3截面等高线划分：测量锚唇3截面最高值850mm，相邻两等高线之间距离50mm，等份成17份，则锚唇3最高点离最近等高线距离S₁＝43.65mm,S₂＝35.63mm。

(5.2)锚唇3截面宽度表示：过锚唇3最高点作垂线，将锚唇3分为左右两部分。测其离锚链筒1和锚唇3中心点之间距离分别为T₁＝332.19mm；T₂＝411.71mm；各锚唇3截面总宽度为L₁＝547.01mm；L₂＝1057.00mm；锚唇3内口距锚链筒1中心距离为B₁＝B₂＝145.00mm。其中，锚唇3通过锚台2和锚链筒1固定。

(5.3)截面型线拟合：等高线位置锚唇3截面宽度分别为X_pq(p∈0,1,2...；q∈1,2,3...)；Y_pq(p∈0,1,2...；q∈1,2,3...)。通过样条曲线拟合各型值点即锚唇3截面最终型线，其中X_pq、Y_pq具体数值如表1、表2所示。

表1(单位：mm)

表2(单位：mm)

Claims (5)

1.一种边锚唇曲面单元展成设计方法，其特征在于：依次包括以下步骤：

(1)根据拉锚运动过程中锚杆、锚冠与锚唇面接触类型，将锚唇分为四个单元：左锚尖扫掠单元、右锚尖扫掠单元、锚杆翻转单元和锚冠移动覆盖单元；

(2)参照锚杆和锚冠几何外形，按照1:1比例制作展成加工的成型刀具；

(3)进行反复拉、放锚动作，利用成型刀具进行粗坯展成加工，初步形成锚唇曲面形状；

(4)改变不同起锚状态生成不同类型的走刀轨迹，完成对锚唇曲面的光顺设计；

(5)利用等高线锚唇截面型线定义法表示锚唇各截面形状。

2.根据权利要求1所述的边锚唇曲面单元展成设计方法，其特征在于：所述步骤(1)包括以下步骤：

(1.1)将锚唇分为8个截面，逆时针方向分别为第一截面至第八截面，锚唇各个截面之间夹角为X_i(1≤i≤8,i∈N^*)；

(1.2)以水平、竖直线为基准，将锚唇八个截面之间角度重新定义为Y_j(1≤j≤13,j∈N^*)，其中X₁＝Y₁+Y₁₃；X₃＝Y₃+Y₄；X₄＝Y₅+Y₆；X₅＝Y₇+Y₈；X₇＝Y₁₀+Y₁₁；

(1.3)以锚唇的第四截面为基准，逆时针旋转Y₅做一条边界线，则左锚尖扫掠单元为锚冠移动覆盖单元为右锚尖扫掠单元为锚杆翻转单元为

3.根据权利要求1所述的边锚唇曲面单元展成设计方法，其特征在于：所述步骤(2)包括以下步骤：

(2.1)根据船型设计需求，确定与之相配合的锚杆、锚冠类型，确定锚杆、锚冠(座)(6)的外形尺寸及三维形状；

(2.2)根据实船拉锚动作中的锚杆和锚冠模型，进行1:1成型刀具的定制。

4.根据权利要求1所述的边锚唇曲面单元展成设计方法，其特征在于：所述步骤(4)包括以下步骤：

(4.1)改变不同起锚状态，保证展成加工时锚杆与锚唇下口、锚杆与锚链筒下口以及锚唇与锚冠之间发生相对移动、翻转时所有可能发生接触的区域充分接触；

(4.2)各起锚状态下进行反复拉锚动作，实现锚冠相对锚唇的内翻顺时针贴合、内翻逆时针贴合、外翻顺时针贴合、外翻逆时针贴合等运动状态；

(4.3)结合实际海况中船体因为外界风浪等因素发生的±5°的横倾和±3°的纵倾现象进行极限位置拉锚动作并对锚唇曲面进行光顺。

5.根据权利要求1所述的边锚唇曲面单元展成设计方法，其特征在于：所述步骤(5)包括以下步骤：

(5.1)锚唇截面等高线划分：测量锚唇截面最高值H，相邻两等高线之间距离h，等分成m份，则锚唇最高点离最近等高线距离S_k(k＝1,2...)满足以下关系：

H＝m*h，其中m∈N^*且m≥5，

锚唇总高度H+S_k＝m*h+S_k，其中m∈N^*且m≥5；k＝1,2...；

(5.2)锚唇截面宽度表示：过锚唇最高点作垂线，将锚唇分为左右两部分，测其离锚链筒锚唇中心点之间距离为T_k(k＝1,2...)；各锚唇截面总宽度为L_k(k＝1,2...)；锚唇内口距锚链筒中心距离为B_k(k＝1,2...)；

(5.3)截面型线拟合：等高线位置锚唇截面宽度分别为X_pq(p∈0,1,2...；q∈1,2,3...)；Y_pq(p∈0,1,2...；q∈1,2,3...)，通过等高线标注方式确定锚唇截面上点，并用样条曲线链接各型值点形成一条光滑的拟合曲线即锚唇截面最终型线。