舵系安装问题分析

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【摘 要】随着我们船型开发工作的进行，舵系设计和安装越来越引起设计人员的重视。本文对在进行舵系布置过程中比较关键的安装问题进行了介绍，并同时对不同的安装方案进行分析比较。

【关键词】舵系；安装；压入量；锥度

The Problems of Rudder Installation

SUN Cheng-cheng

（Bohai Ship Building Vocational College，Ship Engineering Department，Huludao Liaoning 125000， China）

【Abstract】As the ship development work， the designers take more and more attention to rudder system design and installation. Here， we will introduct more critical issues of installation during the course of rudder arrangement. And also for different installation scenarios were analyzed and compared.

【Key words】Rudder； Rnstallation； Intake pressure； Taper

1 安装计算基本原理

传递扭锯需要的最小的表面压力（N/mm2）：

P■≥■

其中：

Tfr――设计时靠锥度压装来传递的扭矩（KNm）

dm――锥度部分的平均直径（mm）dm=0.5（dp+dt）

dp――锥度部分的大端直径（mm）

dt――锥度部分的小端直径（mm）

l――锥度配合处的有效长度（mm）

u――压装完成后锥度配合表面之间的摩擦系数

对于有油压的安装u=0.14

对于干压安装u=0.17

传递扭锯需要的最大的表面压力（N/mm2）：

p■≤kσ■■-p■

k=0.95（对于锻钢和铸钢）

=0.90（对于球墨铸铁）

=0.50（对于设有键的锥度连接）

σf――包容件材料的屈服极限强度（N/mm2）

Ce――包容件与被包容件的直径比：Ce=dm/D

Pb――由于在连接处受到弯曲的作用（N/mm2），所以通常在设计时，考虑锥度大端的最大许用应力时要进行考虑。当为有键的连接k =0.5时，则此时的pb将不进行考虑。

p■=■10■

其中：

MB――锥度支点处的弯矩（KNm）

Lt――包容件的长度（mm）

设计要求满足：Pr≤P≤Pmax

关于压入量的计算：

在我们的设计中，包容件通常为轴类零件，被包容件为铸造零件，所以通常情况下是包容件的材料要强于被包容件的强度，所以在校核强度时，一般按照包容件的强度进行计算。

包容件的变形量（mm）：

=d■■+V■+■■-V■

其中：

p――安装时选择的表面压力（N/mm2）

d――锥度部分的平均直径（mm）

Ee――包容件的弹性模数（N/mm2）

Ei――被包容件的弹性模数（N/mm2）

Ci――直径比Ci=di/d

Ce――包容件与被包容件的直径比：Ce=d/D

D――被包容件的外径（mm）

di――被包容件的中心孔的直径（mm）

Ve――被包容件的泊松比

■=d■■+V■+■■-V■

■=d■■■+V■+■■-V■

Vi―包容件的泊松比

按照上面关于变形量的计算，求出安装过程中的压入量：

δmax=K（max+2（RAi+ RAe）10-3）mm

δmin=K（min+2（RAi+ RAe）10-3）mm

其中：

K――配合锥度K=lt/（dp-dt）

max――安装要求的最大的变形量（mm）

min――安装要求的最小的变形量（mm）

RAe――包容件的表面粗糙度（um）

RAi――被包容件的表面粗糙度（um）

最终选择的推入长度要求不小于0.5mm

在确定了压入距离的基础上，确定需要提供的压入力：

F≥πd■lp■（■+μ■）10■

其中：

μPU――压装过程中采用不同的压装方式时的摩擦系数

通常：液压安装时为0.01――0.03

不采用油压安装时为0.17

2 不同安装方式的具体要求

1）关于锥度压装中摩擦传递扭矩Tfr的要求

关于Tfr的要求，各个船级社的要求不相同，需要根据具体的安装方案确定，区别主要在于是否采用有键的安装方式。但是不管是否采用有键还是无键的连接方式，靠摩擦来传递的扭矩必须满足在任何的使用情况下依靠摩擦就能够实现扭矩的传递，键只是作为安全的措施，但是规范中在使用键安装的情况下还是降低了对Tfr的要求。

以下是DNV关于舵系锥度压装时对Tfr的一些要求

（1）舵杆与舵叶之间的连接问题：

无键锥度压装：Tfr=3MTR

有键锥度压装：Tfr=1.5MTR但是如果能够在有键的锥度压装中，键和键槽之间能够实现满足船级社认可的紧密的连接方式，则Tfr=0.5MTR也可以接受。

（2）舵杆与舵机之间的连接问题

无论是采用有键还是无键的连接方式，连接处能够传递的扭矩不应小于下面的要求：

a）2倍的舵扭矩 即2MTR

b）2倍的舵机设计扭矩 即2Tdes 当采用有键的连接方式时，则为1.5 Tdes

因此

无键连接时则：2MTR≤Tfr≥2Tdes

有键连接时：Tfr≥Tw但是如果能够在有键的锥度压装中，键和键槽之间能够实现满足船级社认可的紧密的连接方式，则Tfr=0.25Tw

2）关于键的设置的问题

对于船厂来讲，是采用有键还是无键的安装方式，既要考虑安装的工艺难度的问题，也要考虑安装过程中推入力的问题，同时还要考虑舵系的拆卸问题。有键的安装可以降低推入力，但是对于键的安装的要求很高，并且通常我们在设计的时，如果采用了键那么一般会采用干压安装方式；采用无键的安装方式可以省去安装键的工序，虽然可以采用油压的安装方式但是由于对的Tfr的要求不同因此仍需要给出很大的推入力。因此要求设计者综合考虑以上的问题进行分析设计。

以下是关于是否设置键的一些建议：

当被包容件采用分裂式时，则按照下面的要求设置键：

a）如果被包容件两侧都有开口，则设置两个键与之相对应；

b）如果被包容件只在单侧有开口，则设置与之相对应的一个键。

【参考文献】

[1]刁玉峰.船舶舾装工程[M].哈尔滨工程大学出版社，2006.

[2]周宏.船舶设备[M].人民交通出版社，2011.

[3]余建兴.船舶与海洋工程设备[M].天津大学出版社，2011.