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无键螺旋桨安装过盈配合数值分析研究

虞朝晖  
【摘要】:螺旋桨是船舶推进装置的重要组成部分,在船舶建造中,螺旋桨安装的好坏极为重要,它关系到船舶能否长期正常航行以及船员生命的安全。目前,大多数大型船舶都采用液压无键联接形式来固定螺旋桨轴和桨毂的相对位置。螺旋桨采用液压无键安装形式,不仅拆装简便,而且安装质量高,极大地提高了螺旋桨运行的安全性与可靠性。 本文以载重53800吨双壳散货船为研究对象,以CCS和ABS规范作为计算依据,运用ANSYS软件对螺旋桨安装过程进行有限元仿真。探讨了不同推入量条件下,螺旋桨轴和桨毂的受力情况。本文的主要工作如下: 1)阐述了螺旋桨液压安装的基本原理以及安装过程中需要注意的关键问题。 2)分别从材料力学和理论力学的角度,阐述了过盈配合的力学原理;依据船级社规范计算出桨毂推入量和接触面压力大小;依据厚壁圆筒理论计算出螺旋桨轴和桨毂的径向位移和受力大小;建立螺旋桨轴和桨毂的有限元模型。 3)以最小推入量仿真计算时:过盈量误差在1.85%以内;接触面压力误差在3.66%以内;比较了三种不同计算转矩的方法得到的结果,仿真解大于理论计算解;桨毂的径向应力、周向应力和等效应力的误差分别在0.50%、0.36%和4.14%以内。最小推入量越大,过盈量、接触面压力、桨毂所受的力也越大。在接触边缘会出现应力集中现象,应力最大值均小于桨毂材料许用应力。 4)以最大推入量仿真计算时:按照不同船级社规范计算出的接触面压力均在桨毂材料许用应力值内。ABS2010版规范最大推入量计算出的等效应力超过了桨毂材料的许用应力;以CCS2009版规范最大推入量计算时,0-10℃时等效应力破坏桨毂材料,在10-35℃时不会破坏桨毂材料。在接触边缘出现应力集中现象,应力最大值远大于桨毂材料许用应力。 5)在最小推入量条件下,通过比较接触面压力和桨毂等效应力的仿真值和理论计算值,确定安装初始点的位置。


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