[发明专利]一种水面舰船舵系无键连接设计方法

说明书

一种水面舰船舵系无键连接设计方法，其步骤包括：无键连接部分需传递扭矩的确定；无键连接部分尺寸的确定；配合面间所需压力和最小过盈量的计算；连接零件在最大过盈时的强度校核；承座的推入量和推入力计算；液压螺母设计，通过以上步骤，可计算出无键连接部分需传递扭矩、无键连接部分尺寸、配合面间所需压力和最小过盈量、承座的推入量和推入力以及液压螺母的尺寸。本发明可应用于水面舰船舵系无键连接的设计，可克服有键连接加工难度大、装配工艺复杂、拆卸困难等问题。

技术领域

本发明涉及一种水面舰船舵系无键连接的设计方法，属于船舶特种装置技术领域。

背景技术

目前我国水面舰船舵系舵杆与舵叶、舵杆与舵柄的连接采用有键连接方式，其中有支撑管悬挂舵舵杆和舵叶采用4个键连接，无支撑管的悬挂舵舵杆和舵叶采用1个键连接。有键锥形连接是利用舵杆同舵承座的锥形表面之间的摩擦力和键来传递扭矩。存在加工难度大、装配工艺复杂、拆卸困难等问题。因此，业界迫切需要一种适用于水面舰船的新的舵系连接方式，以克服有键连接的缺点，降低舵系加工难度、简化拆装工艺。

舵系的无键连接是将舵杆(舵销)和承座的结合面加工成一定锥度的锥面，当用一定的轴向力将作为包容件的承座套压到作为被包容件的轴上时，配合面之间产生一定的过盈量，配合面上便形成一定的径向压力，进而，当连接承受一定的扭矩时，配合面上产生摩擦阻力或摩擦阻力矩，以抵抗和传递外载荷。

发明内容

本发明旨在提供一种适用于水面舰船舵系无键连接的设计方法。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下的技术方案实现：无键连接部分需传递扭矩的确定；无键连接部分尺寸的确定；配合面间所需压力和最小过盈量的计算；连接零件在最大过盈时的强度校核；承座的推入量和推入力计算；液压螺母设计。

进一步，无键连接部分需传递扭矩的确定，根据原苏联的水动力图谱进行水动力计算，确定舵系受力。考虑到实船应用的安全余量，无键连接部分需传递的扭矩以2倍水动力计算所得的扭矩代入计算。

所述无键连接部分尺寸的确定，考虑水面舰船舵系受力较民船大，在水面舰船舵系无键连接设计中，锥度应为1:12～1:20，在无支承管的情况下，锥体长度应不小于2.5倍下舵承处的舵杆直径；在有支承管的情况下，锥体长度应不小于2.5倍舵杆在支承管内下端支承处的直径。

所述配合面间所需压力和最小过盈量的计算，在已知载荷的条件下，计算步骤如下：

1舵杆和承座连接套合面最小正压力P_fmin

式中：F_x——舵杆所受的轴向力(N)

T——舵杆需传递的扭矩(N·mm)

d_m——连接锥体的平均直径(mm)

l_f——锥体长度(mm)

μ——摩擦系数，0.15

2舵杆直径比和舵杆承座直径比

舵杆承座直径比q_a＝d_m/d_a，d_a为承座外径

舵杆直径比q_i＝d_i/d_m

3承座传递载荷所需最小直径变化量

Δ₁＝(p_fmind_mC_a)/E_a

式中：