舵系结构计算
舵系计算书

总长 Lwl70.80m
垂线 间 长 Lpp67.00m
航 速 V14.81km/h
计算 速 度 VP18.52km/h(VP=1.25V)
吃 水 d5.51m
2、舵的型式及尺度:
型式:双支撑式平板舵
全船舵数:M = 2个
舵面积系数:µ=2.1%
单舵面积:Ad=µLd/M=5.64m2`
3.1.4正车时最大舵扭矩
3.1.5转舵力矩
3.2倒车舵水动力和舵机扭距计算
3.2.1舵压力
3.2.2压力中心至前缘的距离
3.2.3舵压力中心距舵轴的距离:
3.2.4倒车时最大舵扭矩
3.2.5转舵力矩
3.3操舵装置
实际选用转舵力矩为100KN·m的操舵装置。
4.舵杆计算:
根据CCS《钢质内河船舶入级与建造规范》(2002)的要求进行计算
7.材料:舵杆及法兰为#35锻钢;舵叶为CCSB
8.舵性能估算:回转直径
即Dh≈4.38L回转性能良好.
6.水平法兰(§3.2.8.2)
6.1连接水平法兰螺栓的个数:n=6
连接水平法兰的螺栓直径
实取d2=40mm加25.4%的裕度
6.2舵叶与舵杆的连接法兰厚度(§3.2.8.4)
法兰厚度应不小于螺栓直径,实取t=40mm
螺栓中心至法兰边缘的距离应不小于螺栓直径的1.2倍,1.2×40=48mm
实取50 mm数:e=0.27
平衡面积 : A0= eAd=1.66m2
展 舷 比 : λ=1.61
舵极限角 : θ=35º
舵剖面形状: 平板舵
3、舵机扭矩计算
3.1正车舵水动力和舵机扭矩计算(乔塞尔公式):
3.1.1舵压力
第五章 舵系统设计(1)解读

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相对应的负角度.
4.3
舵系统设计的一般要求 (1)一般要求 1) 应满足控制系统提出的最大舵偏角 max 。 和空载最大舵偏角速度 max 的要求. 2) 应能输出足够大的操纵力和操纵力矩,以 适应外界负载的变化,并且在最大气动铰链力矩状 态下,应具有一定的舵偏角速对舵面反操纵作用, 应具有有效的制动能力(或称刹车能应具有足够的 带宽,以满足弹上飞行控制系统的需要.体积小、 质量轻、比功率大、成本低、可靠性高及使用维护
液压和气压舵机而言,是指包含带活塞的连杆 和带舵面的操纵机构; 对电动舵机而言,应包括电动机的转子和带舵 面的减速机构.在负载状态下,必须把舵机的传动 部分看成一个整体环节研究.根据需要可以折算到 舵轴上分析计算,也可以折算到连杆上(或电动机 转轴上)分析计算. 现以液压舵机为例,直接给出不同类型负载状 态下的舵机传递函数,而略去中间推导过程.
25%
8)带舵面的操纵机构传递函数为
kch Wch ( s) 2 2 X (s) Tch S 2chTch S 1
( s)
kch max / X max 1.28
ch 0.05
Tch 1/ (2 fch )
fch 40( Hz )
9)弹上液压油源工作压力为;
(2)舵系统动特性计算 舵系统开环频率响应; K z K yD K FK e
s
根据计算方框图,得舵 系统开环传递函数; W0 ( s ) s (TyD s 1)(TFK s 1)
K0 , ( 0) s (TyD s 1)(TFK s 1) K 0 K z K yD K FK ; 舵系统开环传递函数
5)最大舵指令(对应±30°)±6V. 6)舵系统等效传递函数为
辅机安装,舵系结构(2)

衬套同舵钮孔采用紧配合,
轴承端部设止动垫圈固定或 制成凸肩。 舵销锥体部分应无阶梯地过 渡到圆柱部分,锥体端部有 螺纹端,用螺母固紧,螺母 应装设止动装置或开口销。 “海船规范”对舵销及舵钮 连接的锥形配合、锥体长度、 舵销直径、螺母的尺寸、销 座的厚度、舵销轴承的长度 等,都有一定的要求。
㈤舵销和舵销承
舵叶与舵柱或挂舵臂上的舵钮连接采用舵销,舵销
插入舵钮孔中,用锥体连接方式予以固定,使舵叶 与舵柱或挂舵臂可靠地连接。 舵叶与尾柱底座的连接也采用采用舵销连接。 结构型式如同锥体连接的舵与舵杆,但很少用键。
F:\23000吨\舵系\舵系\JR462-023-08舵系布
置图.dwg F:\23000吨\舵系\舵系\JR462-023-11舵 销.dwg
⒉中间舵承和下舵承
均为支承舵承,仅能承
受径向负荷。中间舵承 很少使用,设有两个以 上舵销的舵有时不设下 舵承。 下舵承的本体多为铸钢 件,同船体结构焊接固 定,舵承下端没有密封 圈和压盖,适用于浅水 泥砂较多的水域。
⒊连接通海的舵杆套筒
应在最大载重水线之上安装密封填料函、以防止海
水进入舵机舱,冲走舵承上的润滑剂。如果上舵承 安装位置低于最深载重水线时,还需另设一道密封 填料函。 舵杆套筒、上舵承座和下舵承座,经常制成整体, 内部加满黄油。
㈥舵轴及其轴承
舵轴用于辛浦莱舵,舵轴下端为锥体,形如舵销,
固定在尾柱底骨承座中。上部为垂直法兰同推进 器柱连接。舵铀在舵叶内的上、下两端均设有轴 承,对应的铸钢轴承座设置在舵叶的钢管内。舵 叶与尾柱底骨之间设置平的或楔形的支承环,其 表面有向外延伸的槽,工作表面用海水润滑。
㈦舵承
⒈舵销与舵销承的间隙要求
30000吨散货船舵系计算书

审 定日 期 2004.01标 检审 核校 对描 校编 制 吴 强描 打30000吨级散货船详 细 设 计舵系计算书JH403-230-01js上海佳豪船舶工程有限公司标记数量修改单号签 字 日 期总面积 m 2 0.6875 共 页 11 第 页1 会 签旧底图登记号 底图登记号1、概述本船为单甲板、双底层、艉机型、单机、单桨、单舵船。
航行在国内沿海港口。
本船装载货物以煤炭为主,兼运铁矿石谷物等散货。
2、计算依据本计算书是根据“2001钢质海船入级与建造规范”第2分册第3章第一节的有关要求进行计算的。
3、船舶的主要尺度及要素:总长L0a 178.00m垂线间长Lbp 170.80m型宽B 27.60m型深D 13.90m设计吃水d 9.60m服务航速v 13.5m4、舵的要素计算型式:半平衡半悬挂舵舵数量:1只4.1舵面积:A=A1+A2=25.26m2A1= A11+ A1ƒ==15.482m2A2= A22+ A2 ƒ==9.78m2ą1——系数0.33(正车),0.66(倒车)ą2——系数0.25(正车),0.55(倒车)A1ƒ=5.318 m2 A11=10.16 m2 A2 ƒ=1.425 m2 A2 2=8.357 m2正车:F=132×1.27×1.1×1.0×25.26×13.52=848.93KN 倒车:F=132×1.27×0.8×1.0×25.26×6.752=154.35KN 4.3舵杆扭矩T=F ·R NM式中:F —舵力 正车 F=848.93KN 倒车 F=154.35KNR —臂矩 m R=c 1(α1-β1)A A 1+ c 2(α2-β2)AA2 (m) 式中:A 1=15.482 m 2 A 2=9.78 m 2 c 1=78.32432.1614.2=+ c 2=22h A =2158.2815.2+=2.49β1=11A f A =482.15318.5=0.343 β2=22A f A =78.9425.1=0.146 正车时:R=3.78×(0.33-0.343)×235.25482.15+2.49×(0.25-0.146)×235.25753.9 =-0.03+0.1=0.07 m 又在正车时 R>A 101(A 1c 1+ A 2c 2)=26.25101⨯×(15.483×3.78+9.753×2.49)=0.328取R=0.328m 倒车时:R=3.78×(0.66-0.343)×235.25482.15+2.49×(0.55-0.146) ×235.25753.9 =0.735+0.389=1.124m∴正车时舵杆扭矩:T=F ·R=848.93×0.328=278.45KN.m 倒车时舵杆扭矩:T=F ·R=154.35×1.124=173.1 KN.m考虑船在风浪中及航行中受到的附加扭矩和舵系的摩擦扭矩。
舵系的直接计算法

舵系的直接计算法
唐宁生
【期刊名称】《船舶》
【年(卷),期】2004(000)003
【摘要】本文给出了按船级社规定的模型计算舵和舵杆中的弯矩和剪力的公式.舵和舵杆被视为阶梯式变断面梁,且尾框底骨或挂舵臂处的支点被视为弹性支座.文中详细讨论了四种静不定结构的舵.
【总页数】6页(P49-53,57)
【作者】唐宁生
【作者单位】708研究所,上海,200011
【正文语种】中文
【中图分类】U664.36
【相关文献】
1.基于全船有限元建模直接计算法的3800TEU集装箱船总体强度分析 [J], 张小芳;施涛;郑莎莎
2.基于ABAQUS的海冰单元开发及冰载荷直接计算法 [J], 龚榆峰;张正艺;刘敬喜;董问;解德
3.|sinx|原函数的直接计算法 [J], 朱家桢;顾燕华;刘春平
4.舵系直接计算法设计 [J], 田野;张文斌;王平;于博;杨营;张光涛
5.基于ABAQUS的破损船舶静稳性曲线直接计算法研究 [J], 令波;张正艺;解德因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
辅机安装,舵系结构

⒉平衡舵
设置一个舵销的双支点平衡舵中, 设置一个舵销的双支点平衡舵中,舵销设在舵叶下部插入 尾柱底骨的承座中,舵叶的上部用法兰或锥体与舵杆连接。 尾柱底骨的承座中,舵叶的上部用法兰或锥体与舵杆连接。 舵杆的下舵承设于船体最下部或舵轴简内, 舵杆的下舵承设于船体最下部或舵轴简内,并尽可能靠近 舵叶,以减少下舵承处舵杆所受到的弯矩。 舵叶,以减少下舵承处舵杆所受到的弯矩。 设置舵轴的双支点平衡舵又称辛浦莱simplex舵。其舵轴 设置舵轴的双支点平衡舵又称辛浦莱 舵 上端用垂直法兰固定在尾柱上, 上端用垂直法兰固定在尾柱上,下端插入尾柱底骨的承座 下舵杆上下两端设舵轴承。 内。下舵杆上下两端设舵轴承。 各类双支点平衡舵的舵叶及舵杆的重力均由上舵承承受。 各类双支点平衡舵的舵叶及舵杆的重力均由上舵承承受。
⒊半悬挂舵
半悬挂舵通常设置一个 或两个舵销,多固定于 挂舵臂上,其与舵钮的 连接采用锥体形式,其 舵叶和舵杆的重力均由 上舵承承受。 大多数船舶的挂舵臂为 铸钢件,而且与舵轴筒 结合为一个整体同船体 结构连接。
⒋悬挂舵
悬挂舵在中小型船舶中 经常使用。 悬挂舵的舵杆和舵叶通 常采用锥体或直接焊接 连接,舵叶在同舵杆连 接部位设置铸钢件,舵 杆锥体插入其中用螺母 固定。 在悬挂舵中,舵叶及舵 杆的重力均由上舵承承 受。
不同型式的舵由于其同船体 连接方式或舵叶与舵杆的连 接方式的不同, 接方式的不同,舵系的组成 也会有所不同。 也会有所不同。
㈡舵的主要型式
按舵的固定方式分为舵踵支承舵、 按舵的固定方式分为舵踵支承舵、半悬挂舵 和悬挂舵。 和悬挂舵。 按照舵杆轴线在舵叶宽度上的位置分为不平 衡舵和平衡舵。 衡舵和平衡舵。 按照舵叶剖面的形状可分为流线型舵和平板 舵。
㈢舵叶与上舵杆的装配
舵系的设计计算

舵系的设计计算1. 目的通过对舵系的各组成部分的设计、计算和验算确保本设计设计的舵系能满足船舶航行实现转向及安全的需要。
2. 适用范围本设计计算中的有关设计数据和内容,只适用于本设计中的舵系。
2. 舵系计算分析本设计采用双舵销半平衡舵,从图可知舵梁有三个支座,因此它是一个一次静不定梁系,也就是说由静力平衡条件的二个方程式无法求得三个支反力。
为此我们去掉一个“多余”支座(通常取为弹性支座),而代以“多余”支反力,使梁系成为静定梁系。
这样即可求得另外二个支座的支反力(为“多余”支反力的函数)。
可以计算梁及弹性支座的变形能,b V 和s V 系统的总变形能s b V V V +=。
根据最小变形能定理可得到一个补充方程:0=∂∂aR V(1) 这样就可以由(1)求得弹性支反力a R 。
再由二个静力平衡方程式即可求得另二个支反力b R 和c R 。
接着就可按材料力学的方法作出断面剪力和弯矩图了。
因为 ⎰=lz b d z EI z M V 02)(2)(所以 ⎰∂∂⋅=∂∂l z aa bd R z M z EI z M R V 0)()()(。
又因梁是由几个不同断面的梁段组成,所以又可写成:zi ni l b d EIizi M V ∑⎰==1212)(, ∑⎰=∂∂⋅=∂∂n i l z aa bi d R zi M EIi zi M R V 10)()(弹性支座a 的支座变形能aas Z R V 221=,所以aaa s Z R R V =∂∂ (1) 式可写为:aa zi a ni l Z Rd R zi M EIi zi M +∂∂⋅∑⎰=)()(11(1a ) 式中 )(z M ,)(zi M —距原点z 处的断面变矩)(z M 和第i 段梁的距第i 段梁原点zi 断面弯矩)(zi M ;)(z I ,Ii —距原点z 处的断面惯性距)(z I 和第i 段梁段数;a Z —弹性支座a 的支座弹簧常数。
舵系设计分析

舵系设计分析作者:孙程程来源:《硅谷》2014年第02期摘要随着船型开发工作的进行,舵系设计越来越引起设计人员的重视。
但是由于我们在这方面积累的数据、经验不多,使我们在设计的过程中遇到很多问题。
因此通过查阅资料、规范,汇总出现在造船界常用的十种类型的舵系布置,并且针对十种类型的舵系布置分别建立了数学模型。
关键词舵系布置;数学模型;受力分析;弹性系数中图分类号:U664.36 文献标识码:A 文章编号:1671-7597(2014)02-0106-021 计算符号说明L:舵叶的高度(m);l10,l20,l30,l40:舵系系统中各个单元的长度(m);l50:舵踵的长度(m);J10,J20,J30,J40:舵系系统中各个单元相对于x轴的惯性距(cm4);J50:舵踵相对于Z轴的惯性距(cm4);CR:作用在舵叶上的舵力(N);CR1,CR1:作用在舵叶单元上的舵力(N);E:弹性模数(N/m2)E=2.06×1011 N/m2;G:剪力弹性模数(N/m2)G=7.85×1010 N/m2。
2 不同舵系布置的数学模型及受力分析类型一:作用在舵叶上单位长度的舵力(单位:N/m):(1)舵系结构的受力情况:1)舵杆上的最大的弯距(N/m):MB=0。
2)各支点处的支反力(N):FA1=FA2=FA3=CR/3,FA4=0。
3)对于流线型的舵叶,作用的舵叶上的弯距(N.m):MR=CRl/24。
类型二:作用在舵叶单位长度上的舵力PR10和PR20(N/m):对于弹性支点处的弹簧系数Zp按照公式(6)进行计算。
类型三:作用在舵叶单位长度上的舵力PR(N/m):作用在舵系结构上的力:1)舵杆上的最大的弯距(N/m):MB=02)各支点处的支反力(N):FA1= FA2= CR/2 FA3=0。
类型四:作用在舵叶单位长度上的舵力PR(N/m):对于弹性支点处的弹簧系数Zc按照公式(5)进行计算。
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--平衡系数, = e =0.25;
则:R正=0.08c=0.0224m ,取R正=0.1c =0.028m,
R倒=0.41c =0.115m,
带入上式,则得:
正车时:T正=509.17 Nm;倒车时:T倒=653.5 Nm;
3、舵机选择:
考虑到风浪阻力及各舵承处的摩擦力矩,故按1.5倍的舵杆扭矩选取舵机,即舵机的最小扭矩:T=1.5 x T正= 1.5 x 509.17 =763.76 N.m = 77.85 Kg.m
1.5、直径核算:
2.1、舵柄处舵杆直径:
按3.1.5.5,舵柄处传递舵扭矩的舵杆直径Dt应不小于按下式计算所得之值:
Dt=4.2 = 18.38 mm;
式中:T=T正=136.35 Nm; =(450/235) =1.628;
实取Dc=63.5 mm。
3、舵杆轴承的核算:
本船舵杆的下舵承为滑动轴承(铜套),上舵承为滚动轴承(向心推力滚柱轴承)。
按3.1.13.1,轴承应具有足够的润滑,其支承面积Ab(支承面的长度乘以直径)应不小于按下式计算所得之值:
mm
式中:P—为轴承的支承力,对下舵承P=9321.65 N ,
【P】---舵承材料的许用表面压力,按表查得P=7 N/mm ,
二、主尺度:
总长:Loa=13.350m,水线长:L=11.40m
型宽:B =4.020m,型深:D=2.770m,
设计吃水:d=0.915m,航区:遮蔽航区,
设计航速:52.5km/h,最大舵角:θmax=±35°,
舵叶类型:双支点平板舵,舵叶面积:A=0.16m ,
舵杆材料:316不锈钢,抗拉强度: ,
舵面积系数: ;
展弦比: ,平衡系数:e=
三、舵叶外形及安装尺寸:
舵系强度计算书
JTAR43-231-01JS
共4页
第2页
四、舵力与扭矩:
1、舵力:
按规范3.1.2.1,舵力F应按下式计算:
N;
式中:A---舵面积,0.16 m ,
---航速,本船V=52.5 Km/h = 28 Kn,则:
正车时V正=28 Kn;倒车时V倒=0.5V正=14 Kn;
2、舵叶板厚度:
按3.1.14.2规定,舵叶板t厚度就不小于按下式计算所得之值:
T=1.5sVd+2.5 mm;
式中:s=0.602 m,Vd=V正=12.96 Kn ;
则:t=1.5 x 0.602 x 12.96 + 2.5 = 14.20 (mm) ;
实取:t= 16 mm ,不设加强筋,满足要求。
则:Ab= (mm )
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本船实取下舵承支承面D x h = 63 x 90 = 5670 (mm ) > 1331.66 mm
六、舵机及操舵系统:
本船舵机及操舵系统采用法国进口的LS185P型成套配供的船用手动液压舵机1套,配备全套的推舵油缸、舵柄、管路阀件和操纵手轮等。舵柄处设有限位器,使转舵角度限制在±35°之间。其公称扭矩为:185kg.m,大于计算要求的操舵扭矩(20.87kg.m);满足各项要求。
舵系强度计算书
JTAR43-231-01JS
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一、概述:
本船系适航于遮蔽航区的玻璃钢游艇,属B型游艇,主要用于短途水上浏览观光等。采用柴油机动力驱动的轴系螺旋桨装置推进,尾机型、双机双桨双舵推进。
本船采用悬挂式平衡、单板舵,其舵设备按CCS《国内航行海船建造规范》(2006)第三章的有关要求进行计算。
---系数, =1.248;
---系数,正车时 正=1.1,倒车时 倒=0.8;
---系数,1.0;
带入上式,则得:
正车时:F正= 22730.9 N;倒车时:F倒= 5682.7 N;
2、舵杆扭矩:
按规范3.1.3.1,正车和倒车时,舵杆扭矩均按下式计算:
T=FR Nm;
式中:R—臂矩,R=c m , C—舵叶平均宽度,C=0.28 m
本船选用Kg.m的自动液压舵机。
五、舵及舵设备计算:
1、舵杆---舵叶系统受力计算:
按3.1.4.4,计算模型按悬挂舵模式计算。
1.1、下舵承处舵杆弯矩:
=39665.4 Nm;
式中: =0.251 m, =0.196 m,取F = F正=22730.9 N
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=0.576 m, =0.545 m, =0.384 m ;
1.2、舵叶弯矩:
Fh=9456.05 Nm;
式中: =A=0.16 m ,h=0.416 m ;到F=F正=22730.9 N;
1.3、舵叶剪力:
F=F正= 22730.9 N ;
1.4、上舵承支持力:
=103294.3N ;