專利名稱：船舵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種按權(quán)利要求1前序部分所述的船舵。
背景技術(shù)：
^^舵系的耕筒由鍛鋼《咸，從而這種舵系具有很高的重量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，為結(jié)構(gòu)^^找到一種鍛鋼的#^#料。^獨(dú)替換 結(jié)構(gòu)懶沐上的材^^導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)困難，例如由于結(jié)構(gòu)，W^脅筒 剛性上的差別過大而超ityt許的最大軸承間隙。出于這一原因，同才f^^替換 4沐筒的材料，方法是提^-種重量輕的^筒，其盡管重量輕但仍具有很高
的抗彎強(qiáng)JL和^a強(qiáng)度。
該目的依據(jù)一種開頭所述類型具有權(quán)利要求1特征的皿以實(shí)現(xiàn)。 本發(fā)明的特征因》化于，舵系的M筒由舵葉、^4f構(gòu)成并iL^f筒由纖
維復(fù)合材料制成，并在船廠方面準(zhǔn)備的、船結(jié)構(gòu)外面一直達(dá)到壓頭箱底緣的桿
筒管內(nèi)插入和定向后進(jìn)行洗鑄或者粘接。
纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)的舵桿筒與船結(jié)構(gòu)的鋼結(jié)構(gòu)一體化如同尾管(stern tube)上
那樣進(jìn)行^4t筒插入船廠準(zhǔn)備的、在船結(jié)構(gòu)外面的一直達(dá)到壓頭箱M的
桿筒管內(nèi)、定向并然后'洗鑄或者津誠。為船結(jié)構(gòu)桿筒管的^^應(yīng)找到^^解決
方案(例如^^軟材料的楔形環(huán))，以^^i^E斷氐纖維復(fù)合材料的桿筒管內(nèi)的
局部應(yīng)力集中。
利用4沐筒依據(jù)本發(fā)明的構(gòu)成&'J以下優(yōu)點(diǎn)作為鍛鋼選##料的主要理 由是大型鍛件不易購置和高成本。在與有效的制造方法結(jié)合下使用纖維復(fù)合材 料帶來成本優(yōu)勢(shì)。^f^J纖維復(fù)合材料的^同樣需要替^t筒的材料。采用 纖維復(fù)合材料與鍛鋼結(jié)構(gòu)件相比的優(yōu)點(diǎn)是明顯減輕重量。借助津 法#^桿筒 ^^船結(jié)構(gòu)上準(zhǔn)備的船結(jié)構(gòu)內(nèi)帶來工藝優(yōu)勢(shì)，如可以更好定向、取消)tf^和焊 接艦。
^fe^有優(yōu)點(diǎn)的構(gòu)^A各^r權(quán)利要求的i^。
除了耕筒由纖維復(fù)合材料構(gòu)成外，按照本發(fā)明的另一實(shí)施方式，舵系統(tǒng) 的^f也由纖維復(fù)合材^^成。
纖維復(fù)合材料為碳素纖維復(fù)合材料或者由含有環(huán)氧樹脂基的碳素纖維^^ 或者為含有fJ旨樹脂基的玻璃纖維復(fù)合材料。
>^照另一種構(gòu)成，舵4f^/或者4沐筒按照纖^繞法(Filamentwinding)制造。
^^纖維復(fù)合材料的耕筒和/或者^f在一種^Ji特別具有優(yōu)點(diǎn)， 筒作為懸臂梁具有用于敘內(nèi)舵葉的舵桿的中心內(nèi)部長孔并構(gòu)成為 一直伸入到與
Mf端連接的舵葉內(nèi)，其中，用于支承M的軸承io:在M筒的內(nèi)部長孔內(nèi)，
4沐利用其自由端伸A^葉的間隙、條處或者這類部位內(nèi)，其中，賄在其
端區(qū)內(nèi)以一個(gè)w^t筒引出并利用該段的末端與舵葉連接，其中，^沐與舵 葉的連接處于螺^m軸中心的上方以及其中用于在航桿筒內(nèi)支承船片的內(nèi)側(cè)軸 承iu在船扦筒的端區(qū)內(nèi)。
纖維復(fù)合材料船阡筒的高度穩(wěn)定性和抗彎強(qiáng)度可以^^沐的軸承i^在舵
桿筒的端區(qū)內(nèi)，而且即^^沐具有較大長度的情況下。只有M的這種支承
iM才可以^f吏作用于航的舵葉的壓力得到吸收。
jtUt, ^t具有由^r屬材料、特別是熟鐵制成的端,一個(gè)與端賴逸接的 由非金屬材彬'J成的桿中段。
按照另一種實(shí)施方式，4沐由4^^屬材^i且成的桿中段由碳素纖維復(fù)合材 料或者由碳素纖維，M由石墨纖維《咸。
著面的結(jié)構(gòu)部，所述結(jié)構(gòu)部以繞組的形式環(huán)繞端段上的栓柱形段，其中，碳素 纖#沿著桿中段的^4伸的整個(gè)^^且區(qū)域內(nèi)iM!洗##脂外^&和洗鑄。
M這種構(gòu)成帶來的優(yōu)點(diǎn)是，可以為水Jiit輸工具的舵制造大長度、大直 徑和高重量的舵桿，而整W沐無需為此均由熟鐵制成，因?yàn)?沐的端段由熟 鐵制成，而耕處于端段之間的中段由非金屬材琳'J成，而且特別是由碳素纖 維復(fù)合材料或者由碳素纖維、M由石墨纖維以^i船ff的桿中段方式形成， 其中，碳素纖維復(fù)合材料或碳素纖維的繞組一JJ^伸到賄端段的相對(duì)的末端 內(nèi)并與其固定連接。按照這種方iU^^^種樹，其端段由熟4A^并因此可
以承受最高負(fù)荷?！稺卜，船—的由熟4衫JA的端段將支承船ft的軸^^在舵 軒筒軸承內(nèi)。
如果整^t例如由碳素纖維復(fù)合材辨iJ成并按照纖^lMt^法制造的話， 可以取消熟鐵的端段。在這種構(gòu)成中，抗彎強(qiáng)度和^強(qiáng)度均不受影響。


附圖^^'J示出本發(fā)明的i^。其中
圖i示出船尾區(qū)域內(nèi)的舵設(shè)J^^HSM在賄筒內(nèi)的M的俏訴見圖2示出具有她筒、^f^舵葉的舵系的部純圖轉(zhuǎn)^^直剖面圖； 圖3示出圖2的放大部分A，具有一直伸A^頭箱^^并插W卜桿筒管內(nèi) 以及洗鑄或者豐^的4^t筒；
圖4示出具有單端面支^^t筒管內(nèi)并固定在舵葉上的M的舵系的部分
^L圖^I^^垂直剖面圖5示出具有熟鐵端面端和非金屬材料桿中段的挑圖；以及
圖6示出具有熟鐵的端部部#一個(gè)與端,鄉(xiāng)^^接的^ ^素纖維的桿
中段的*圖。 ^R^實(shí)施方式
在圖1和4所示 它系的實(shí)施方式中，10表示船體，20表示舵桿筒及其 兩個(gè)末端20a、 20b， 30表示舵葉和40表示舵桿。
作為懸臂梁構(gòu)成的管狀舵桿筒20利用其上端20a與船體10固定連接并具 有一個(gè)^MM 40的內(nèi)部孔25。 4沐筒20穿A^葉30內(nèi)，該舵葉與4沐40 穿ii^桿筒軸承20的內(nèi)部孔25的自由下端20b固定連接。用于容納舵桿筒20 的自由端20b的、在舵葉30內(nèi)構(gòu)成的、最好圓柱體的》)姊處35通過側(cè)面覆板 36、 37限定(圖4)。
^筒20具有一個(gè)用于敘內(nèi)用于舵葉30的* 40的中心內(nèi)部長孔25并 構(gòu)成為一直伸A5，j與M端連接的舵葉30內(nèi)，其中，為支承M40，至少一 個(gè)軸承7(HU在耕筒20的內(nèi)部長孔25內(nèi)，耕利用其自由端40a伸A^葉 30的間隙、》1姊處或者這類"^立內(nèi)，其中，賄40在其端區(qū)40a內(nèi)以一個(gè)段 40b^^桿筒20引出并利用該段40b的末端與舵葉30連接，其中，舵桿40與 舵葉30的連接最好處于螺^t^軸中心PM的上方。用于支承4沐40的內(nèi)側(cè)軸 承7(H^在倫筒20內(nèi)在4沐筒20的端區(qū)內(nèi)(圖4)。
為支承舵桿40，航桿筒20具有至少一個(gè)軸承。在圖4所示的實(shí)施例中具 有兩個(gè)軸承70、 71，即一個(gè)內(nèi)側(cè)軸承70和一個(gè)外側(cè)軸承71，其中，軸承70構(gòu) ^^舵桿筒軸承20的內(nèi)壁面上并且另一軸承71構(gòu)威^fc舵桿筒的外壁面上或者 構(gòu)成在iU在舵葉30上的軸承的內(nèi)壁面上。
支^fc^筒20內(nèi)的:^f40由熟4^JL^A者^^il樣構(gòu)成，使其兩個(gè)端 段41、 42由熟4衫M,其中，桿中段45由^^屬材辨'J成，特別是由碳素纖 維復(fù)合材料或者由>^素纖維，M由含或者不含環(huán)lt^脂基的石墨纖維^^(圖 5)。熟鐵是指碳"^J:低于0.8%的鐵。具有優(yōu)點(diǎn)的是，舵桿40按照公知的纖維 It^法(Filament Winding System)制造。
為固定舵桿40的舵桿中間段45可以采用不同的結(jié)構(gòu)形式。如圖5的實(shí)施 方式所示，兩個(gè)端段41、 42 tobf目對(duì)的端面具有^i形段51、 52，其^i^具 有外壁結(jié)構(gòu)部51a、 51b，以保證附著力和固定碳素纖維的桿中段45。碳素纖維
柱51、 52上，其中，^iait過兩個(gè)栓柱51、 52的圓周絲過桿中段45的整個(gè) ^4伸。為提高強(qiáng)度，碳素纖維利用洗##脂外^或洗鑄。
特別具有優(yōu)點(diǎn)的是，4沐20的構(gòu)成#&匕而言可以在最低重量的情況下作 為M非常大的M制造。長度例如為10m的賴干，其重量與完全由熟鐵制成 的4自目比減少50%以上。
依悟另一種實(shí)施方式，詔！在舵桿筒20內(nèi)的舵桿40在"^j:在航桿筒20 內(nèi)的軸承70、 71的區(qū)域內(nèi)具有材料加固部80，其中，^1材料加固部80處于 舵桿筒端20b的區(qū)域內(nèi)。這種材料加固部80在舵桿40上，優(yōu)i^ji舵桿40的端 段42 Ji^^EiU在^f筒20上的內(nèi)側(cè)軸承70的區(qū)域內(nèi)(圖4 )。
在圖2和3所示的實(shí)施方式中，^筒20由纖維復(fù)合材料100組成并插 入船廠方面準(zhǔn)備的、船結(jié)構(gòu)外面的、 一直達(dá)到壓頭箱ll的底緣lla并^A^葉 30內(nèi)的由鋼或者^it用材辦i]成的船結(jié)構(gòu)上的桿筒管90內(nèi)，其中，在糊S 桿筒20在船結(jié)構(gòu)的桿筒管90內(nèi)定向后，在兩個(gè)結(jié)構(gòu)件20、卯之間形成的間隙 利用洗4W脂95洗鑄或者兩個(gè)結(jié)構(gòu)件20、 90相互粘接。
通ii^桿筒20與桿筒管卯采用^fe^或者^^J洗4##脂連接，兩個(gè)結(jié)構(gòu)件 之間產(chǎn)生一種固定結(jié)合，從而可以為管狀舵桿筒和桿筒管使用薄壁材料，這樣 也減輕了重量，從而在大型舵設(shè)備的情況下具有特別重要的意義。
復(fù)合纖維纖結(jié)構(gòu)的^沐筒20與船結(jié)構(gòu)的鋼結(jié)構(gòu)，也才&與舵葉30—體化 類似于船的尾管Ji^樣進(jìn)行。^MW筒20插入船廠準(zhǔn)備的、船結(jié)構(gòu)外面的、一 直iiJiJ壓頭箱11 M lla的由鋼或者^it用材辨，J成的桿筒管90內(nèi)。將該 船結(jié)構(gòu)的桿筒管90裝A^葉30內(nèi)并固定。然后將纖維復(fù)合材料的M筒20在 船結(jié)構(gòu)的桿筒管90內(nèi)定向。船結(jié)構(gòu)的桿筒管卯與舵桿筒20之間的間隙然后例 如利用洗##脂95洗鑄或者將兩個(gè)結(jié)構(gòu)件相互粘接，從而在船結(jié)構(gòu)的桿筒管 卯與舵桿筒20之間產(chǎn)生一種固定連接(圖3 )。在這樣構(gòu)成的系統(tǒng)內(nèi)然后4W 桿40插A^f筒20內(nèi)并支^^舵葉30上以;ML端側(cè)與舵葉固定。船結(jié)構(gòu)桿筒 管90的絲的^^解決方案可以是例如^^軟材料的楔形環(huán)，以〗^ilEI^f氐 4沐筒20內(nèi)的局部應(yīng)力集中。
或者由環(huán)氧樹脂k的碳;纖維組成或者為含有聚酯樹脂基的玻璃纖維復(fù)合材 料。
無論^JS桿40還是舵桿筒20均按照纖維纏繞法(Filament Winding System)制造。
纖維復(fù)合材料與鍛4財(cái)目比具有明顯優(yōu)勢(shì)，因?yàn)楹协h(huán)lt^脂基的碳素纖維 復(fù)合材料與含有聚S旨樹脂基的玻璃纖維材料相比在剛性、耐抗l生和強(qiáng)度方面具
有更佳的材^性，條果是材料成本也更高。當(dāng)然，M筒的材^H^擇只能
結(jié)^&片的設(shè)計(jì)進(jìn)行，以確定兩個(gè)結(jié)構(gòu)^^f筒和船片的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。
作為一種鍛4P^^^料，如纖維復(fù)合材料的主要理由是大型鍛件不易購置
和高成本。在與有效的制妙法結(jié)合下^ 1纖維復(fù)合材料帶來成本優(yōu)勢(shì)。 ^mi纖維復(fù)合材料與鍛鋼結(jié)構(gòu)件相比的優(yōu)點(diǎn)是明顯減輕重量。 借助舉誠法，桿筒20裝入船結(jié)構(gòu)上準(zhǔn)備的船結(jié)構(gòu)內(nèi)帶來工藝上的優(yōu)勢(shì)，
如可以^定向、取消,和,變形。
如果為4沐筒20使用具有熟鐵特性的纖維復(fù)合材料，那么這樣構(gòu)成的舵
桿筒20也可以在無鋼制桿筒管90的中間連接的情況下使用。
jH^卜，本發(fā)明包括一種用于制ii^內(nèi)航桿40的、"^i在翻s的^:葉30內(nèi)
的M筒20的方法，其中，舵葉30內(nèi)^并固定一個(gè)由鋼或者^it當(dāng)材料
制成的船結(jié)構(gòu)夕h^的桿筒管90，然后在船結(jié)構(gòu)的桿筒管90內(nèi)^A纖維復(fù)合材
料100的舵桿筒20并在桿筒管90內(nèi)定向，然后，桿筒20與桿筒管90之間
的間隙利用洗##脂95填^者將兩個(gè)結(jié)構(gòu)件20、 90相互粘接。船結(jié)構(gòu)的桿 筒管90在此方面^ft^一直iif'j舵葉30的壓頭箱11的M lla。
附圖才射己清單
10 齡
11 壓頭箱 lla 緣
20 ^沐筒
20a 上锏沐筒軸絲
20b 下^^f筒軸^
25 內(nèi)部長孔
30 舵葉
31 雌處
35 圓柱體收縮處
36 側(cè)面^il
37 側(cè)面覆板
51 栓柱
40 40a 40b
41
42 45
端 」
卩t: 」段
軒軒端區(qū)段中
始稱^端端軒51a 表面結(jié)構(gòu)部
52 栓柱
52a 表面結(jié)構(gòu)部
60 碳素纖維^^且
70 內(nèi)側(cè)軸承
71 外側(cè)軸承
80 材料加固部
90 桿筒管
95 洗艦脂
100纖維復(fù)^^材料
PM 敏嫂軸中心。
權(quán)利要求
1. 船舵，包括舵葉(30)及保持和支承在舵桿筒(20)內(nèi)的舵桿(40)，其特征在于，舵桿筒(20)由纖維復(fù)合材料(100)制成并插入船廠方面準(zhǔn)備的、在船結(jié)構(gòu)外面的、一直達(dá)到壓頭箱(11)的底緣(11a)并裝入舵葉(30)內(nèi)的、由鋼或者其他適用材料制成的船結(jié)構(gòu)上的桿筒管(90)內(nèi)，其中，在將舵桿筒(20)在船結(jié)構(gòu)的桿筒管(90)內(nèi)定向后，兩個(gè)結(jié)構(gòu)件(20、90)之間形成的間隙利用澆鑄樹脂(95)澆鑄或者兩個(gè)結(jié)構(gòu)件(20、90)相互粘接。
2. 按權(quán)利要求1所述的舵，其特征在于，舵桿(40)由纖維復(fù)合材料 (100)制成。
3. 按4Wj要求1或2之一所述的舵，^#棘于，纖維復(fù)合材料(100)為碳素纖維復(fù)合材料或者由含有環(huán)氧樹脂基的碳素纖維^a^。
4. 按^U'J要求1或2之一所述的舵，*#棘于，纖維復(fù)合材料為含 有聚酯樹脂基的玻璃纖維復(fù)合材料。
5. 按前i^又利要求l - 4之一所述的舵，^#絲于，4沐(40)和/ 或者^ff筒(20)按照纖維纏繞法制造。
6. 按權(quán)利要求1所述的舵，^#棘于，樹(40)具有由金屬材料、 特別是熟鐵制成的端段(41、 42)和與端段(41、 42)連接的由非金屬材琳寸 成的桿中段(45 )。
7.按權(quán)利要求6所述的舵，其特征在于，舵桿(40)的由非^T屬材料 制成的桿中段(45)由碳素纖維復(fù)合材料或者由碳素纖維、優(yōu)選由石墨纖維制成o
8. 按前ii^L^要求6和7之一所述的舵，絲征在于，4沐(40)的 由熟鐵制成的兩個(gè)端段(41、 42)在它們相對(duì)的端面上具有軸頸式收縮的# 形段(51、 52)，所述栓柱形段的環(huán)形表面設(shè)有作為用于由碳素纖維制成的桿中 段(45)的附著面的結(jié)構(gòu)部(51a、 52a),所^構(gòu)部以繞組(60)的形式環(huán)繞 端段(41、 42)上的#形段(51、 52)，其中，碳素纖維在沿桿中段(45)的 ^j4伸的整個(gè)^^且區(qū)域內(nèi)^mi淺^t脂外^和洗鑄。
9. 按前ii^5U'j要求6-8之一所述的舵，^#絲于，耕(40)的各 端段(41、 42)和桿中段(45)的狄比為、2/3: V6。
10. 按前述權(quán)利要求 9之一所述的舵,其特征在于，賄(40)在設(shè) 置在紛筒軸承(20)內(nèi)的軸承(70、 71)的區(qū)域內(nèi)具有材料加固部。
11. 按^權(quán)利要求10所述的舵, 其特征在于，船片筒軸承端(20b)的區(qū) 域內(nèi)具有材料加固部(80)。
12. 按權(quán)利要求10或11所述的舵，其特征在于，材料加固部(80)構(gòu) i^LiO:在:^f筒軸承(20)上的內(nèi)側(cè)軸承(70)的區(qū)域內(nèi)。
13. 按前述權(quán)利要求1 — 12之一所述的舵，^#棘于，缺筒(20) 作為懸臂梁具有用于容納用于航葉(30)的4沐(40)的中心內(nèi)部長孔(25) 并構(gòu)成為一直伸AJiJ與^沐連接的舵葉(30)內(nèi)，其中，為支承M(40)，至 少一個(gè)軸承(70) iM在4沐筒(20)的內(nèi)部長孔(25)內(nèi)，耕以其自由端(40a)伸A^葉(30)的間隙、贈(zèng)處或者這類^M立(31)內(nèi)，其中，4沐(40) 在其端區(qū)(40a)內(nèi)以一個(gè)段(40b) ^^f筒(20)引出并利用該段(40b)的 末端與舵葉(30)連接，其中，舵桿(40)與舵葉(30)的連接最好處于螺旋 槳軸中心(PM)的上方，以A^于在M筒(20)內(nèi)支承M (40)的內(nèi)側(cè)軸 承(70HM在M筒(20)的端區(qū)內(nèi)。
14. 用于制造容納舵桿(40)的、在翻它的舵葉(30)內(nèi)iO:的M筒 (20)的方法，其特#于，在舵葉(30)內(nèi)^并固定由鋼或者適當(dāng)材辨'J成的船結(jié)構(gòu)夕h^的桿筒管(卯)，然后在船結(jié)構(gòu)的桿筒管(90)內(nèi)^由纖 維復(fù)合材料(100)制成的4沐筒(20)內(nèi)并^f筒管90內(nèi)定向，然后糊沐 筒(20)與桿筒管(90)之間的間隙利用洗4W脂(95)填M者將兩個(gè)結(jié)構(gòu) 件(20、 90)相互津誠。
15. 按權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，將船結(jié)構(gòu)的桿筒管(90) 一直插7v^舵葉(30)壓頭箱(11)的M (lla )。
全文摘要
在包括舵葉(30)及保持和支承在舵桿筒(20)內(nèi)的舵桿(40)的船舵中，舵桿筒(20)由纖維復(fù)合材料(100)組成的并插入船廠方面準(zhǔn)備的、在船結(jié)構(gòu)外面的、一直達(dá)到壓頭箱(11)的底緣(11a)并插入舵葉(30)內(nèi)的、由鋼或者其他適用材料制成的船結(jié)構(gòu)上的桿筒管(90)內(nèi)，其中，在將舵桿筒(20)在船結(jié)構(gòu)的桿筒管(90)內(nèi)定向后，兩個(gè)結(jié)構(gòu)件(20、90)之間形成的間隙利用澆鑄樹脂(95)澆鑄或者兩個(gè)結(jié)構(gòu)件(20、90)相互粘接。
文檔編號(hào)B63H25/06GK101380996SQ200810095179
公開日2009年3月11日 申請(qǐng)日期2008年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月5日
發(fā)明者亨寧·庫爾曼, 馬蒂亞斯·克盧格 申請(qǐng)人:貝克船舶系統(tǒng)有限及兩合公司