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《有限元法结合三弯矩法在船舶轴系校中的应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、有限元法结合三弯矩法在船舶轴系校中的应用第20卷第3期Vol.20No.3湖 北 工 业 大 学 学 报 JournalofHubeiUniversityofTechnology2005年06月Jun.2005[文章编号]1003-4684(2005)0620083204张 华1,蒋国璋1,孔建益1,王绪明2(1武汉科技大学机械自动化学院,湖北武汉430081;2武汉南华高速船舶工程股份有限公司,湖北武汉)[摘 要]针对某一具体船舶轴系,利用三弯矩法对其校中作了详细分析,数.同时通过ANSYS软件对轴系传动轴作了结
2、构力学分析,.结果表明:利用FEM[关键词]船舶轴系;三弯矩法;合理校中;有限元法[中图分类号]TH13]:A 使船舶航行的系统组装部件,(推力轴、中间轴、螺旋桨轴等)、传动设备(联轴器、减速齿轮箱等)、支承部件(推力轴承、中间轴承、艉管轴承等)、尾密封装置以及其它附件等组成.因此,螺旋桨能否持续正常运转,在很大程度上决定于轴系工作的可靠性.轴系安装质量的精确度,不仅直接影响船舶的使用寿命和性能,而且也直接影响船舶的经济效益.随着船舶的大型化及推进效率的更高要求,螺旋桨的尺寸和质量显著增加,目前国内外船舶的修造厂
3、家、设计部门、科研部门都极为重视这方面———————————————————————————————————————————————的研究.所谓合理校中,其实质是遵守规定的轴承负荷、应力、转角等限制条件下,通过校中计算以确定各轴承的合理位置,将轴系安装成规定的曲线状态,以达到使各轴承的负荷分配合理[2].由此可见,如果轴系校中计算不正确或未进行校中计算就安装轴系,则会使轴承负荷分配不均,从而引起超负荷轴承的过度磨损,甚至造成轴系断裂.为改善轴系各轴承的负荷分配状况,目前人们广泛采用轴系合理校中技术的具体计算方法有三
4、弯矩法、有限元法和力矩分配法等.由于用力矩分配法进行船舶轴系的计算条件经近似处理,校中存在一些不足.三弯矩法和FEM,接近实际条件,但其计算量太大;三弯矩法精确性较高,通过ANSYS软件采用有限元法结合三弯矩法对船舶轴系进行校中,可以优势互补.[1]1 用三弯矩法对轴系合理校中三弯矩法是将轴系视为放置在各个刚性铰支座上的连续梁,而在梁的各截面变化处和集中力作用点都假定有一个虚支座.通过针对某一具体船舶轴系,对轴的质量与截面的处理、特别是轴承支点等轴系结构要素简化处理,给出计算模型,然后用三弯矩法先计算轴系成直线校中
5、状态时各支座处轴的弯矩、转角、挠度及支座反力.以后再计算轴系在曲线校中状态(即轴承有变位)时各支承的反力与最佳位移,也可计算轴系各连接法兰上的偏移、开口量和轴承的顶举系数等,避免了经验取法中的主观因素的干扰.———————————————————————————————————————————————以下是三弯矩法对轴段质量与截面的计算模型:1)减速器齿轮轴、推力轴等各轴段的质量均作为均匀载荷处理:锥形轴段用直径为其平均直径的等截面轴代替.浸入海水或滑油中的轴段应考虑所受浮力的影响.这个浮力影响,可用轴段在空气中的
6、重力分别乘以系数0.87或0.9求得[3].2)桨轴螺帽、轴套均作为均布载荷计入相应轴段.3)联轴器、飞轮、减速器大齿轮,根据其实际结构尺寸算出其质量,与其相应轴段等同直径部分,作为均布载荷处理,其他部分按集中载荷计算,集中载荷的作用点位于相应中横剖面上.4)轴承支点:对于中间轴承,常取轴承衬的中点为支点;对于后艉轴承,其支点与轴承后端面的距离(橡胶轴承)可在(1/4～1/3)L范围[收稿日期]2005-03-05[作者简介]张 华(1976-),男,江西新余人,武汉科技大学硕士研究生,研究方向:CAD/CAM/C
7、AE.?1994-2007ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net84湖 北 工 业 大 学 学 报2005年第3期 取值,式中L为后艉轴承衬长度.5)螺旋桨的质量:作集中载荷处理,其大小应根据螺旋桨浸没在水中的情况,扣除水的浮力,其作用点在过螺旋桨质心的垂线与螺旋桨轴中心线的交点.如果质心位置未知时,允许取其自桨叶中线R处向轴中心线所引垂线的交点,或近似取为桨毂中点.———————————
8、————————————————————————————————————油机2台,6h/12h的功率/转速为:1641kW/1800r/min;齿轮箱为德国ZF公司的ZF7549型,减速比为3.074;设计船速为28节.其轴系加工尺寸如图1.按中国船级社《海上高速船入级与建造规范》(1996)4.7.2.1及修改通报(2002)规定公式计算,如表1.取艉轴基
