舵系的舵销轴承状况检查

“发现”号轮于1998年在德国进过坞，在坞修中发现舵销间隙过大，故而更换了新轴承(材料为青铜)。在这次我厂的坞检中，发现舵销左右间隙过大，超出船检规范要求，需要换新舵销轴承。

新舵销轴承的选取

在新舵销轴承的选取中，我们给船东提供了4种舵销轴承材料，它们是：飞龙(FEROFORM)、赛龙(THORDON)、奥科(ORKOT)和青铜。因为上次换新的舵销轴承材料是青铜，另外还因为铸造时间比较长，满足不了船东和船厂的要求而排除。在余下的3种材料选取中，我们主要从手中的资料，在耐磨性能、送货时间、价格差上比较，最后选取了飞龙T14作为新舵销轴承(因为在一般情形下都选用飞龙作为舵销轴承材料)。飞龙是一种无石棉的酚醛树脂合成纤维，它具有如下优点。

(1)在同类产品中，独具相对较低的损耗率及强大抗损耗能力。

(2)良好的形状稳定性，即使浸没在水中，仍具有良好的几何尺寸稳定性。

(3)即使其周围存在大量磨损粒子，仍具有强大抗磨损能力。

(4)超强弹性恢复性能，可承受强大震动冲击及巨大负载。

(5)良好的弹性，即使轴线产生偏心，也不会损坏或产生裂纹。

舵销轴承的换新及工艺

(1)填充物的选取

原填充物是一种类似贝尔佐纳(BELZONA)的物质，经咨询飞龙T14轴承和舵销轴承座之间填充物可以用贝尔佐纳，而且得到了船检认可，所以填充物用贝尔佐纳。

(2)舵销轴承的加工尺寸确定（外径和内径的确定）

①由于填充物用贝尔佐纳，是在新舵销轴承和舵销轴承座之间填充，涉及到填充问题，故舵销轴承外径由贝尔佐纳供应商决定，该轮的填充间隙是单边6 mm，这样外径就确定了。

②该轮的舵销还好，有0.20 mm的椭圆度，按船东要求上车床加工，消除了椭圆度，测量其外径。

③把舵销外径交给飞龙的供应商，他根据舵销轴承安装好的工况(外面是贝尔佐纳，下水后要吸水膨胀等等因素)，确定舵销轴承的内径。

④按照给定的舵销轴承外径和内径加工尺寸进行加工。

(3)舵销轴承的换新工艺（如图2所示）

①由于填充物用贝尔佐纳，为了保证贝尔佐纳的填充性能，故在填充前要对舵销轴承座彻底清洁，然后打砂使轴承座发白, 要防潮, 防止异物进入，交贝尔佐纳供应商检查合格。

②舵销的安装，按照常规的安装程序进行，要打紧舵销螺母。

③新舵销轴承的安装和定位：新舵销轴承试装，由于机加工的原因，轴承存在一定的椭圆度(机加工允许的范围)，在未固定舵销轴承前，用塞尺测量舵销与轴承的间隙，得到一个最小和最大值，再用相当最小值厚度的塞尺沿圆周复测一次；新舵销轴承的安装和定位，选用4个相当最小值厚度的塞尺(或大0.05 mm)，其长度比轴承长10 mm，分别放在前后左右4个位置，调整好间隙，保证相等。另外再用4个比较合适的压板，间隔90°压紧新舵销轴承即可；贝尔佐纳的填充，由贝尔佐纳供应商完成，注意要保护好舵销与轴承的间隙，最好用胶布保护，防止贝尔佐纳进入。填充好后，大概要过12 h才可以接触海水；间隙复核，在出坞前，对舵销与轴承的间隙进行检查，情况良好。 2100433B

舵销研究背景

上海外高桥造船有限公司(SWS)建造的17.5万吨散货船、10.5万吨原油船、17.7万吨散货船和10.8万吨原油/成品油船，以及正在设计的31.6万吨VLCC，采用的都是单舵销挂舵臂支撑舵。

ABS规范和GL规范分别要求其剪力、弯矩和反力要做模型计算。GL规范和ABS提供的模型是相同的，只是GL规范同时还提供了弯矩图和剪力图的图形特点，这对设计人员校核计算结果提供了帮助。

由于舵受力直接计算是舵系设计的必要条件，因此直接计算方法的获得就显得非常重要。研究的目的就是试图根据规范提供的舵计算模型推导出直接计算的方法，并整理出自动计算程序。只要输入模型中已知的参数，即可自动输出舵各支撑点的反力、主舵销B点的线位移、舵任意位置处截面内的弯矩和剪力。据此可以方便地画出剪力图和弯矩图。自动计算程序可使计算工作量大大减轻，输出数据也更可靠。

舵销实际举例

（1）将10.5/10.8万吨油船、17.7万吨散货船和31.6万吨VLCC的舵系的已知参数输入到计算程序中，得到剪力、弯矩和支撑反力的计算结果。分别见表1、表2和表3来表示。其中除悬臂式挂舵臂在B点的弹性系数K_h为作者根据挂舵臂的实际尺寸和材料计算得到的以外，其余输入参数与送审的舵系计算书完全一致(这是因为在送审的舵系计算书中没有引入该数值)。

（2）10.5/10.8万吨油船、17.7万吨散货船和31.6万吨VLCC的舵的剪力图和弯矩图分别如 图1所示(典型)。

舵销研究结论

通过对实例船直接计算所获得的计算结果与经船级社认可的舵系计算书中的数据进行比对，可以看出本文提出的直接计算方法是可行的，其结果可以为舵系设计所采用。值得一提的是，在ABS规范中对舵销直径设计时，提供了一个最小轴承反力，但同时指出该反力不能直接采用，必须与直接计算结果比较，取大者。从本文的计算结果可以看出，ABS推荐的R_Bmin是偏小的，而R_Dmin有时偏小有时偏大。GL规范I-1-1-14-E.4提供的舵的各轴承初步设计用轴承反力可以采用推荐的简化计算公式。从本文计算结果可以看出，用该简化计算公式得出的B₁反力和B₂反力都是偏安全的。为了进一步验证本文提供的计算方法的正确性，本文的全部实例用清华大学袁驷主编的结构力学计算软件“结构力学求解器V_2.02”进行了计算，所得结果与本文的计算结果完全相同。

舵销是用以将舵连在舵柱或挂舵臂上的销轴或螺柱。一般制成锥状体，按其部位和作用不同，分别称为上舵销、下舵销。

水流与舵叶水平剖面中心线存在一夹角(冲角)时，在舵叶的迎流面和背流面产生的水动力差值。舵压力是操纵船舶改变或保持航向的主要作用力。舵未转动时处于中央位置，由于左右两边流线对称，不产生舵压力。当舵转动某一角度之后，由于流线发生变化，从而舵面上各点的流速也发生变化，结果产生舵压力。

对于平板舵而言，舵角约35度时舵压力转船力距最大，通常将之定为满舵角。流线型满舵角为32度，一般内河船舶的满舵舵角在35度到45度的之间。作用于舵叶面的流速由船速、伴流速度和螺旋桨尾流速度合成，停船时的船速，伴流速度和螺旋桨尾流速度均为零，不产生舵压力；进车后所产生的螺旋桨尾流对舵起作用，当舵转至某一舵角后开始有舵效，随着船速的增加，舵压力逐渐增大。航进中停车后，螺旋桨尾流速度为零，只有淌航中的船速和伴流对舵起作用，舵压力大大下降，当船速下降到某值时，舵压力就会消失。倒车后退时，船尾伴流极小，仅有后退船速和螺旋桨来流对舵起作用，此时的舵压力要比正车前进时的舵压力小得多，故倒车后退时的舵效要比进车进舵时的舵效差得多。

如图1所示，当舵叶以某一舵角δ(这里所说的舵角是指敞水舵的舵角，即是攻角或冲角，与驾驶台舵角指示器所指机械舵角不完全一样)对水以相对速度做相对运动时，在舵的周围，除有平行于运动方向的平行水流外，还有由于操舵而产生环绕舵叶的附加水流。因此，在舵的迎流面由于平行流与附加流二者间的流向相反而使流速减小、压力增加，图中以正( )表示，在舵的背流面，由于平行流与附加流二者间的流向相同，而使流速增加，压力减小，图中以负(-)表示。这样，在舵叶的两面出现垂直于流速方向的升力P_y和平行于流速方向的阻力P_x，升力P_y和阻力P_x的矢量和P_R称为舵叶的水动力，把P_R分解在垂直弦线(舵叶两端点的连线)的分力P_N，称为舵压力，分解在舵叶弦线上的分力P_t称为摩擦力。