CN109271730A - 一种轴支架参数设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于轴支架设计技术领域，公开了一种轴支架参数设计方法。该轴支架参数设计方法包括对轴支架的参考抗弯截面系数W0的设计，对轴支架的参考抗弯截面系数W0的设计包括以下步骤：计算螺旋桨产生的离心力F；获取轴支架固定点至桨叶的水平距离L；获取轴支架的弯曲应力σ；按照计算公式W0＝FL/σ，得出参考抗弯截面系数W0的数值。本发明的设计方法给出了关于对轴支架的参考抗弯截面系数W0的计算公式，相比传统的利用经验公式计算方式，上述设计方法的计算精度更高，从而解决了现有对轴支架参数的计算方法精度不够的问题。
Description
技术领域
本发明涉及轴支架设计技术领域，尤其涉及一种轴支架参数设计方法。
背景技术
轴支架是船舶结构的重要组成部分，它的主要作用是支持螺旋桨。
在现有的船舶设计中，对于轴支架的(抗弯曲)强度计算一般采用经验公式的方法，对于轴支架的截面积计算一般采用理论公式(即S＝πd2/4)，上述方法均无法表征轴支架在实际或突发情况的工作状态。例如，对于轴支架的强度计算，中国船级社采用的将轴支架的截面大小和桨轴相关联，轴支架的厚度为t＝0.45d，轴支架截面积为S＝0.45d2(其中d为桨轴的直径长度)。此方法仅将强度和轴支架的直径相关，无法区别空心轴和实心轴对强度不同的要求，也无法区别不同螺旋桨转速下不同抗弯曲强度要求。所以，上述计算方法简单粗糙，无法得到有效的实际轴支架需要的参数数据。
因此，亟待需要提供一种轴支架参数设计方法来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种轴支架参数设计方法，以解决现有对轴支架参数的计算方法精度不够的问题。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种轴支架参数设计方法，包括对轴支架的参考抗弯截面系数W0的设计，对轴支架的参考抗弯截面系数W0的设计包括以下步骤：
计算螺旋桨产生的离心力F；
获取轴支架固定点至桨叶的水平距离L；
获取轴支架的弯曲应力σ；
按照计算公式W0＝FL/σ，得出参考抗弯截面系数W0的数值。
作为优选，对轴支架的参考抗弯截面系数W0的设计还包括：实际生产的轴支架抗弯截面系数W不小于参考抗弯截面系数W0。
作为优选，实际生产的轴支架抗弯截面系数W至少为参考抗弯截面系数W0的115％。
作为优选，轴支架的弯曲应力σ为轴支架选用材料的屈服强度的1/3至1/2。
作为优选，还包括对轴支架的参考截面积S0的设计，其包括以下步骤：
计算螺旋桨产生的离心力F；
获取轴支架的剪应力τ；
按照计算公式S0＝F/τ，得出参考截面积S0的数值。
作为优选，轴支架的剪应力τ为轴支架选用材料的屈服强度。
作为优选，对轴支架的参考截面积S0的设计还包括：实际生产的轴支架截面积S不小于参考截面积S0。
作为优选，螺旋桨的轴固定处的弯矩和支反力均设为零。
作为优选，获取轴支架固定点至桨叶的水平距离L包括：
获取轴支架支撑点至桨叶的水平距离L1；
获取轴支架支撑点至轴支架固定点的水平距离L2；
按照计算公式L＝L1+L2，得出轴支架固定点至桨叶的水平距离L的数值。
作为优选，轴支架为钢质铸件。
本发明的有益效果：
本发明的设计方法给出了关于对轴支架的参考抗弯截面系数W0的计算公式，相比传统的利用经验公式计算方式，上述设计方法的计算精度更高，从而解决了现有对轴支架参数的计算方法精度不够的问题。
附图说明
图1是本发明提供的轴支架与螺旋桨配合的结构示意图。
图中：
1、轴支架；
2、螺旋桨；21、桨叶；22、轴固定处。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
在介绍本发明的技术方案之前，先介绍一下本发明技术方案设计的前提条件：
在船舶螺旋桨停止运行时，轴支架的主要受力是螺旋桨的重力。在船舶正常航行状态下，螺旋桨动态平衡，轴支架主要受力同样是桨的重力。
但是，轴支架受力最大的状态为螺旋桨特殊状态，一般是螺旋桨受到破坏，例如丢失一片甚至是多片桨叶时。为保持推进力，螺旋桨必须保持转动，由于叶片丢失，螺旋桨无法在转动中保持动态平衡，会产生很大离心力。一般来说，此离心力约为螺旋桨的重力的10倍至100倍，因此离心力是轴支架强度校核考核载荷。
如图1所示，其为本发明提供的轴支架与螺旋桨配合的结构示意图。该轴支架参数设计方法包括对轴支架1的参考抗弯截面系数W0的设计和对轴支架1的参考截面积S0的设计，其中：
对轴支架1的参考抗弯截面系数W0的设计包括以下步骤：
(1)计算螺旋桨2产生的离心力F：
离心力F与螺旋桨2的转速n、质量m和桨叶21的半径r有关，具体地，按照计算公式F＝4π2mn2r即可求得离心力F的大小。
(2)获取轴支架1固定点至桨叶21的水平距离L：
具体地，L的数值难以通过工具直接测量，在本具体实施方式中，测量L的步骤包括：
(21)获取轴支架1支撑点至桨叶21的水平距离L1；
(22)获取轴支架1支撑点至轴支架1固定点的水平距离L2；
(23)按照计算公式L＝L1+L2，得出轴支架1固定点至桨叶21的水平距离L的数值。
(3)获取轴支架1的弯曲应力σ：
本具体实施方式中，轴支架1为钢质铸件，通过查表可得钢质材料的屈服强度，为保证轴支架1的使用寿命，轴支架1的弯曲应力σ为轴支架1选用材料的屈服强度的1/3至1/2。
(4)按照计算公式W0＝FL/σ，得出参考抗弯截面系数W0的数值。
具体地，上述W0设计方法还包括：实际生产的轴支架1抗弯截面系数W不小于参考抗弯截面系数W0，考虑到安全因素而增加15％的安全系数，即实际生产的轴支架1抗弯截面系数W至少为参考抗弯截面系数W0的115％。
对轴支架1的参考截面积S0的设计包括以下步骤：
(1)计算螺旋桨2产生的离心力F：
上述计算参考抗弯截面系数W0的设计方法中已介绍，在此不进行赘述。
(2)获取轴支架1的剪应力τ：
优选地，轴支架1的剪应力τ为轴支架1选用材料的屈服强度。
(3)按照计算公式S0＝F/τ，得出参考截面积S0的数值。
具体地，上述S0设计方法还包括：实际生产的轴支架1截面积S不小于参考截面积S0。
具体地，该轴支架参数设计方法还包括：螺旋桨2的轴固定处22的弯矩和支反力均设为零。由于船舶主机不同，导致轴(即螺旋桨2的轴)和主机的连接形式不同，为了简化和保守估计，将轴固定处22的承受弯矩和支反力均设为零，即轴固定处22不承受弯矩和支反力，弯矩和支反力全部由轴支架1承担。
本发明的设计方法给出了关于对轴支架的参考抗弯截面系数W0和对轴支架1的参考截面积S0的计算公式，相比传统的利用经验公式计算方式，上述设计方法的计算精度更高，从而解决了现有对轴支架参数的计算方法精度不够的问题。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术用户来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种轴支架参数设计方法，其特征在于，包括对轴支架(1)的参考抗弯截面系数W0的设计，所述对轴支架(1)的参考抗弯截面系数W0的设计包括以下步骤：
计算螺旋桨(2)产生的离心力F；
获取轴支架(1)固定点至桨叶(21)的水平距离L；
获取轴支架(1)的弯曲应力σ；
按照计算公式W0＝FL/σ，得出参考抗弯截面系数W0的数值。
2.根据权利要求1所述的轴支架参数设计方法，其特征在于，所述对轴支架(1)的参考抗弯截面系数W0的设计还包括：实际生产的轴支架(1)抗弯截面系数W不小于参考抗弯截面系数W0。
3.根据权利要求2所述的轴支架参数设计方法，其特征在于，实际生产的轴支架(1)抗弯截面系数W至少为参考抗弯截面系数W0的115％。
4.根据权利要求1所述的轴支架参数设计方法，其特征在于，所述轴支架(1)的弯曲应力σ为所述轴支架(1)选用材料的屈服强度的1/3至1/2。
5.根据权利要求1所述的轴支架参数设计方法，其特征在于，还包括对轴支架(1)的参考截面积S0的设计，其包括以下步骤：
计算螺旋桨(2)产生的离心力F；
获取轴支架(1)的剪应力τ；
按照计算公式S0＝F/τ，得出参考截面积S0的数值。
6.根据权利要求5所述的轴支架参数设计方法，其特征在于，所述轴支架(1)的剪应力τ为所述轴支架(1)选用材料的屈服强度。
7.根据权利要求5所述的轴支架参数设计方法，其特征在于，所述对轴支架(1)的参考截面积S0的设计还包括：实际生产的轴支架(1)截面积S不小于参考截面积S0。
8.根据权利要求1-6中任一项所述的轴支架参数设计方法，其特征在于，所述螺旋桨(2)的轴固定处(22)的弯矩和支反力均设为零。
9.根据权利要求1-6中任一项所述的轴支架参数设计方法，其特征在于，所述获取轴支架(1)固定点至桨叶(21)的水平距离L包括：
获取所述轴支架(1)支撑点至所述桨叶(21)的水平距离L1；
获取所述轴支架(1)支撑点至所述轴支架(1)固定点的水平距离L2；
按照计算公式L＝L1+L2，得出轴支架(1)固定点至桨叶(21)的水平距离L的数值。
10.根据权利要求1-6中任一项所述的轴支架参数设计方法，其特征在于，所述轴支架(1)为钢质铸件。
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| CN101181929A (zh) * | 2007-12-07 | 2008-05-21 | 武汉船用机械有限责任公司 | 船用主推调距桨装置的选型设计方法 |
| CN108491570A (zh) * | 2018-02-08 | 2018-09-04 | 南京航空航天大学 | 一种spfdb三层板空心夹芯结构弯曲疲劳寿命预测方法 |
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