一种船舶后轴壳设绘方法
技术领域
本发明涉及船舶制造领域，尤其涉及船舶后轴壳的设绘领域。
背景技术
船舶主机与位于船体外部的推进装置(螺旋桨)是通过传动轴连接起来的。传动轴的一端与主机飞轮相连，另一端连接着螺旋桨，主机通过轴系把发出的功率传输到螺旋桨，推动船舶运动。一般地，传动轴分成两段，一段为螺旋桨轴(也称尾轴)，一段为中间轴。螺旋桨轴位于船的后部，与螺旋桨(推进装置)相连;中间轴位于螺旋桨轴和主机中间，两根轴通过中间轴承相连接。螺旋桨轴上设置了两个支撑点，用以承担轴和螺旋桨引起的径向力和振动力。一个支撑点设置在尾尖舱前壁上(即机舱后壁)，另一个支撑点设置在船舶尾部螺旋桨柱处(即尾轴出口)。由于传动轴系的机械性能要求，在每个支撑处均设置了一个铸钢件。设置在尾尖舱壁上的铸钢件称为前铸钢件或前轴壳，而位于螺旋桨轴出口处的铸钢件称为后铸钢件或后轴壳，见图13。前铸钢件结构形式比较简单，仅为一个长度约为1.2米左右的圆筒形结构。而位于螺旋桨柱上的后铸钢件，由于此处的船体外壳线形变化大，船体内部空间小，铸钢件设计时考虑的因素多。既要满足强度要求，又要考虑到外部需与船体外壳线形光顺过渡，还要有效减轻铸钢件的结构重量、保证内部有足够的操作空间、确保内部与船体其他结构有效连接等，因此设计较为复杂。但到底如何设绘后轴壳，至今没有文献可查。因此，后续建模也较为棘手，从而也提高了后续加工以及装配作业的困难度，无法有效保证船体的成型质量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种有效的船舶后轴壳设绘方法，从而为后续建模、加工、装配提供有效的基础。
实现上述目的的技术方案是：
一种船舶后轴壳设绘方法，包括：
步骤S1，查看船舶轴系布置图，获取主机轴线高度、螺旋桨安装位置、尾轴尾管布置情况、轴径和管径尺寸信息;
步骤S2，根据船模试验得到的型值表光顺船体尾部型线，包括纵剖面线和各横剖面线，并根据螺旋桨安装要求在尾部型线图上标识出尾端面的精确位置，同时标识出主机轴中心线高度信息;
步骤S3，查看轮机的轴系布置图，将其中的尾轴衬套和尾轴管复制到包含船体中纵剖面线的尾部型线图中;
步骤S4，根据尾轴出口处的船体型线变化情况，在尾部型线图的中纵剖面上选取合适的后轴壳长度，在尾轴衬套前端面作直线与主机轴线上方的船体中纵剖面线相交于A点，A点到尾端面的水平距离L1即为后轴壳位于主机轴线上方的长度;
接下来在A点处画出尾部船体外板，并量出A点处外板的升高值YA;根据各肋位距尾端面的距离x，按公式计算出各处的升高值Yx，连接各肋位上的Yx高度点并绘制成一条曲线，这条曲线即为后轴壳位于主机轴线上方的外表面的钢铸件中纵剖面线;
步骤S5，确定后轴壳的壁厚;
步骤S6，确定后轴壳上部的形状;
步骤S7，确定后轴壳下部的长度;
步骤S8，后轴壳下部在中纵剖面上长度确定;
步骤S9，确定后轴壳水平面形状;
步骤S10，确定后轴壳内腔形状上下过渡的规则和后轴壳前端面的形状;
步骤S11，绘制完整的后轴壳剖面图。
优选的，步骤S4中，最终获得第四图;
步骤S5中，计算出后轴壳需要的最小厚度，补充完整后轴壳在尾轴管至尾轴衬套之间的部分，将尾轴管内壁延伸到尾轴衬套前端面，将尾轴管外壁按1：3的坡度延伸至与后轴壳体相交，获得第一图;
步骤S6中，在第一图中的A点作船体中纵剖面线的切线，并将该切线以A点为中心沿逆时针方向旋转18°，旋转后的切线即后轴壳在A点处的坡度线，以预设长度为半径作坡度线与后轴壳厚度表面线相切的圆弧，以形成后轴壳上部的内腔形状，获得第二图;
步骤S7中，在第二图中作一条垂直于主机轴中心线的直线，并使该直线与后轴壳上部的圆弧相切，切点为E，该直线与主机轴中心线相交于C点，与主机轴中心线下方的船体中纵剖面线相交于B点，B点到尾端面的水平距离即为后轴壳下部的长度;重复S4，在B点画出尾部船体外板和后轴壳下部表面的钢铸件中纵剖面线;
步骤S8中，参照S5中在B点作后轴壳的坡度线，使其与B点的船体中纵剖面线成18°角，用预设长度为半径作坡度线与后轴壳厚度表面线相切的圆弧，以形成后轴壳下部的内腔形状;获得第三图。
优选的，步骤S9中，过主机轴中心线作一个水平剖面剖切船体，得到的一条曲线称为水线，过第三图中的B点作一个垂直于主机中心线的平面，与过主机轴中心线的水平面相交于一条水平线，下称水平线1;过尾轴衬套前端面作一个垂直于中机轴中心线的平面，与过主机轴中心线的水平面也相交于一条水平线，下称水平线2，水平线2与水线相交于M点和M’点，参照S4的方法和第四图分别在M点和M’点处画出船体外板，并绘制后轴壳外表面在水平剖面上的形状，过M点和M’点作后轴壳18°坡度线，绘制后轴壳最小厚度线，以坡度线、水平线1和最小厚度线为切线，作一个与三条线同时相切的圆，整理后可得出后轴壳在过主机轴中心线的水平剖面上的剖面形状;获得第五图。
优选的，步骤S10中，先确定后轴壳内腔形状上下过渡的规则：在第三图的基础上从主机轴中心线上的点C作后轴壳内腔下部圆弧的切线，切点为F，过EC作一个垂直于主机轴中心线的平面，下称平面1，平面1即为后轴壳上部内腔圆弧切点轨迹所形成的平面，过CF作一个垂直于船体中纵剖面的斜平面，下称平面2，平面2即为过主机轴中心线的水平剖面上，后轴壳内腔圆弧切点向中纵剖面上后轴壳内腔下部圆弧切点移动轨迹所形成的平面;
再确定后轴壳前端面的形状：继续在第三图的基础上操作，连接后轴壳上部前端点A和主机轴中心线上的点D，再连接主机轴中心线上的点D和后轴壳下部的前端点B;过AD作一个垂直于主机轴中心线的平面，下称平面3;平面3即为后轴壳上部前端各点轨迹所形成的平面，即后轴壳上部各前端点均在平面3上;过DB作一个垂直于船体中纵剖面的平面，称平面4;平面4为后轴壳下部各前端点轨迹形成的平面，即后轴壳在主机轴中心线以下部分的前端点均在平面4上;获得第六图。
优选的，步骤S11中，将第五图和第六图完善，绘制完整的后轴壳剖面图。
本发明的有益效果是：本发明通过有效的步骤设计，实现后轴壳的设绘，为后续建模提供了光顺的、可靠的线型背景，也为后续加工及装配作业降低了困难度，从而有效提高了船体的成型质量。
附图说明
图1是本发明的船舶后轴壳设绘方法的流程图;
图2是本发明中尾轴出口处船体型线图;
图3是本发明中尾轴衬套和尾轴管位置的示意图;
图4是本发明中主机轴线上方后轴壳长度及表面曲线确定的示意图;
图5是本发明中后轴壳最小厚度确定的示意图;
图6是本发明中后轴壳上部内腔形状确定的示意图;
图7是本发明中后轴壳下部长度确定的示意图;
图8是本发明中后轴壳下部内腔形状确定的示意图;
图9是本发明中后轴壳水平剖面形状确定的示意图;
图10是本发明中后轴壳端面及内腔过渡确定的示意图;
图11是本发明中船舶后轴壳剖面图;
图12是图11中H-H向的剖视图;
图13是船舶轴系布置图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
请参阅图1-12，本发明的船舶后轴壳设绘方法，包括下列步骤：
步骤S1，查看船舶轴系布置图，获取主机轴线高度、螺旋桨安装位置、尾轴尾管布置情况、轴径和管径尺寸信息;
步骤S2，根据船模试验得到的型值表光顺船体尾部型线，包括船体中纵剖面线和各横剖面线，并根据螺旋桨安装要求在尾部型线图上标识出尾端面的精确位置，同时标识出主机轴中心线高度信息，如图2所示。
步骤S3，查看轮机专业的轴系布置图，将其中的尾轴衬套和尾轴管复制到包含船体中纵剖面线的尾部型线图中，见图3。
步骤S4，根据尾轴出口处的船体型线变化情况，在尾部型线图的中纵剖面上选取合适的后轴壳长度，在尾轴衬套前端面作直线与主机轴线上方的船体中纵剖面线相交于A点，A点到尾端面的水平距离L1即为后轴壳位于主机轴线上方的长度。本船L1为1500mm。接下来在A点处画出尾部船体外板，并量出A点处外板的升高值YA。根据各肋位距尾端面的距离x，按公式计算出各处的升高值Yx，连接各肋位上的Yx高度点并绘制成一条曲线。这条曲线即为后轴壳位于主机轴线上方的外表面的钢铸件中纵剖面线，获得第四图，即图4。
步骤S5，确定后轴壳的壁厚。根据规范计算出后轴壳需要的最小厚度，本船计算值146.8mm，向上按5mm的倍数取整，因此本船后轴壳最小厚度取为150mm，见图5中的b。补充完整后轴壳在尾轴管至尾轴衬套之间的部分。将尾轴管内壁延伸到尾轴衬套前端面，将尾轴管外壁按1：3的坡度延伸至与后轴壳体相交，获得第一图，即图5。
步骤S6，确定后轴壳上部的形状。在图5(第一图)中的A点作船体中纵剖面线的切线，并将该切线以A点为中心沿逆时针方向旋转18°，旋转后的切线即后轴壳在A点处的坡度线。以R100为半径作坡度线与后轴壳厚度表面线相切的圆弧，以形成后轴壳上部的内腔形状，获得第二图，即图6。
步骤S7，确定后轴壳下部的长度。在图6(第二图)中作一条垂直于主机轴中心线的直线，并使该直线与后轴壳上部的R100的圆弧相切，切点为E。该直线与主机轴中心线相交于C点，与主机轴中心线下方的船体中纵剖面线相交于B点。B点到尾端面的水平距离即为后轴壳下部的长度。重复S4，在B点画出尾部船体外板和后轴壳下部表面的钢铸件中纵剖面线。见图7。
步骤S8，后轴壳下部在中纵剖面上长度确定。参照S5中在B点作后轴壳的坡度线，使其与B点的船体中纵剖面线成18°角，用R100为半径作坡度线与后轴壳厚度表面线相切的圆弧，以形成后轴壳下部的内腔形状。获得第三图，即图8。
步骤S9，确定后轴壳水平面形状。过主机轴中心线作一个水平剖面剖切船体，得到的一条曲线称为水线。本船主机轴中心线距基线高度为4700mm，因此称为4700水线。过图8(第三图)中的B点作一个垂直于主机中心线的平面，与过主机轴中心线的水平面相交于一条水平线，下称水平线1;过尾轴衬套前端面作一个垂直于中机轴中心线的平面，与过主机轴中心线的水平面也相交于一条水平线，下称水平线2。水平线2与4700水线相交于M点和M’点，参照S4的方法和图4(第四图)分别在M点和M’点处画出船体外板，并绘制后轴壳外表面在水平剖面上的形状。过M点和M’点作后轴壳18°坡度线，绘制后轴壳最小厚度线。以坡度线、水平线1和最小厚度线为切线，作一个与三条线同时相切的圆，整理后可得出后轴壳在过主机轴中心线的水平剖面上的剖面形状，获得第五图，即图9。
步骤S10，确定后轴壳内腔形状上下过渡的规则和后轴壳前端面的形状。
先确定后轴壳内腔形状上下过渡的规则。在图8的基础上从主机轴中心线上的点C作后轴壳内腔下部圆弧的切线，切点为F。过EC作一个垂直于主机轴中心线的平面，下称平面1。平面1即为后轴壳上部(主机轴中心线以上)内腔圆弧切点轨迹所形成的平面。过CF作一个垂直于船体中纵剖面的斜平面，下称平面2。平面2即为：过主机轴中心线的水平剖面上，后轴壳内腔圆弧切点向中纵剖面上后轴壳内腔下部圆弧切点移动轨迹所形成的平面。见图10。
再确定后轴壳前端面的形状。继续在图8的基础上操作，连接后轴壳上部前端点A和主机轴中心线上的点D，再连接主机轴中心线上的点D和后轴壳下部的前端点B。过AD作一个垂直于主机轴中心线的平面，下称平面3。平面3即为后轴壳上部(主机轴中心线以上)前端各点轨迹所形成的平面，即后轴壳上部各前端点均在平面3上。过DB作一个垂直于船体中纵剖面的平面，下称平面4。平面4为后轴壳下部各前端点轨迹形成的平面，即后轴壳在主机轴中心线以下部分的前端点均在平面4上。获得第六图，参见图10。
步骤S11，绘制完整的后轴壳剖面图。将图9(第五图)和图10(第六图)完善后可得到图11、12所示的船舶后轴壳剖面图，并合理设计后轴壳与船体内部结构的有效连接，以保证结构的完整性和力的有效传递。
以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。
