CN105366003A - 一种锚唇及其轮廓生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种仿生螺旋锚唇轮廓生成方法，包括确定锚唇内轮廓线、锚唇顶端轮廓线、锚唇底端轮廓线、锚唇内部槽口轮廓线及锚唇内部槽口旋转中心轨迹线；将锚唇内轮廓线沿着锚唇顶端轮廓线和锚唇底端轮廓线的曲线进行扫描，得到锚唇内轮廓面；将锚唇顶端轮廓线与锚唇底端轮廓线分别沿锚唇内轮廓面向左右方向各旋转90°进行可变截面扫描，扫描得到的轮廓接合后，得到锚唇外部轮廓，然后将锚唇内部槽口轮廓线沿着锚唇内部槽口旋转中心轨迹线旋转360°，得到锚唇的内部轮廓。锚唇内轮廓表面具有优异的螺旋结构，有利于锚唇的设计与制造，尤其是为浇铸过程提供理论依据，锚唇内部进行开槽处理，有利于锚唇和锚台面的焊接。

Description

一种锚唇及其轮廓生成方法

技术领域

本发明涉及一种船舶部件，具体是一种锚唇及其轮廓生成方法。

背景技术

随着现代化造船事业的发展，在提高船舶各种性能的同时，为了增大船体货舱的舱容，相应缩短了首尾尖舱容。这样一来就给船体的拉锚试验及甲板锚系布置带来很大的困难。尤其是现代船舶为了提高航速，把艏部吃水部分设计成球鼻型。锚唇，作为一个船体的重要部件，在收锚和放锚过程中起着至关重要的作用，其主要作用一是防止锚链与锚台面摩擦；二是利用锚唇的高度及上表面斜度在起锚完成后锚冠与锚唇，锚爪锚台面稳固的贴合，更重要的是在起锚过程中利用锚唇有效地把锚体沿原设计轨道顺畅的与锚台面紧密贴合，完成整个拉锚过程。

现役锚唇主要为固定轨道式结构和传统螺旋结构。其中，固定轨道式结构，在锚唇内轮廓面开设一条固定轨道，促使锚柄的一个表面沿固定轨道向上运行，从而达到一个锚爪接触外板(锚台面)并与其相切，促使锚爪向上翻转，实现拉锚。但是，固定轨道式结构锚唇的轨道难于设计加工，并且精度较低，常常出现锚柄不能顺利进入轨道里面，导致锚爪在在翻转过程中出现与外板(锚台面)卡死现象，造成拉锚失败；同时，传统螺旋式结构锚唇，众所周知，新港船舶重工公开了一种螺旋锚唇的专利(公开号：CN202765234U)，在传统锚唇的基础上，将内轮廓面设计为螺旋形，形成螺旋轨道，使锚杆紧贴螺旋内轮廓面进行上升，促使锚爪向上翻转，实现拉锚。但是，传统螺旋结构不能保证在锚爪翻转上升时的稳定性，造成锚杆与锚爪结合出的断裂，不能找到锚爪在完成翻转上升结束时在锚唇处的具***置，并且设计制造困难，成本较高。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种锚唇及其轮廓生成方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种锚唇轮廓生成方法，包括确定锚唇内轮廓线、锚唇顶端轮廓线、锚唇底端轮廓线、锚唇内部槽口轮廓线及锚唇内部槽口旋转中心轨迹线；将锚唇内轮廓线沿着锚唇顶端轮廓线和锚唇底端轮廓线的曲线进行扫描，得到锚唇内轮廓面；将锚唇顶端轮廓线与锚唇底端轮廓线分别沿锚唇内轮廓面向左右方向各旋转90°进行可变截面扫描，扫描得到的轮廓接合后，得到锚唇外部轮廓，然后将锚唇内部槽口轮廓线沿着锚唇内部槽口旋转中心轨迹线旋转360°，得到锚唇的内部轮廓。

优选地，所述锚唇内轮廓线的轨迹通过下式计算得到，

$\left\{\begin{array}{c}x=330e^{0.12t}\cos t\\ y=330e^{0.12t}\sin t\end{array}\right.$

其中，e为常数，t为螺旋线旋转的角度，螺旋线旋转角度t的范围为0°到360°；

所述锚唇顶端剖面轮廓线的轨迹通过下式计算得到，

$\left\{\begin{array}{c}x=250e^{0.12t}\cos t\\ y=250e^{0.12t}\sin t\end{array}\right.$

其中，e为常数，t为螺旋线旋转的角度，螺旋线旋转角度t的范围为0°到360°；

所述锚唇底端剖面轮廓线的轨迹通过下式计算得到，

$\left\{\begin{array}{c}x=284e^{0.12t}\cos t\\ y=284e^{0.12t}\sin t\end{array}\right.$

其中，e为常数，t为螺旋线旋转的角度，螺旋线旋转角度t的范围为0°到360°；

所述锚唇内部槽口截面轮廓线的轨迹通过下式计算得到，

$\left\{\begin{array}{c}x=198e^{0.12t}\cos t\\ y=198e^{0.12t}\sin t\end{array}\right.$

其中，e为常数，t为螺旋线旋转的角度，螺旋线旋转角度t的范围为0°到360°；

所述锚唇内部槽口旋转中心轨迹线的轨迹通过下式计算得到，

$\left\{\begin{array}{c}x=561e^{0.06t}\cos t\\ y=561e^{0.06t}\sin t\end{array}\right.$

其中，e为常数，t为螺旋线旋转的角度，螺旋线旋转角度t的范围为0°到360°。

一种锚唇，该锚唇包括锚唇内轮廓面，锚唇顶端轮廓，锚唇底端轮廓，锚唇内部槽口；

将锚唇内轮廓线沿着锚唇顶端轮廓线和锚唇底端轮廓线的曲线进行扫描，得到锚唇内轮廓面；将锚唇顶端轮廓线与锚唇底端轮廓线分别沿锚唇内轮廓面向左右方向各旋转90°进行可变截面扫描，扫描得到的轮廓接合后，得到锚唇外部轮廓，然后将锚唇内部槽口轮廓线沿着锚唇内部槽口旋转中心轨迹线旋转360°，得到锚唇的内部轮廓；将上述各轮廓相结合，得到仿生螺旋锚唇的整体轮廓。

有益效果：本发明的一种锚唇及其轮廓生成方法，具有以下优点：

1、采用了具有良好生物特性的螺壳结构，使得锚唇内轮廓表面具有优异的螺旋结构，所以进行收锚时，在拉锚过程中锚柄进入锚链筒后还没有接触外板(锚台面)时，螺旋轨道促使锚柄的一个面沿螺旋轨道向上紧贴内轮廓面做螺旋转动，从而达到一个锚爪接触外板(锚台面)并与其相切，最终使锚爪向上翻转，有效的完成拉锚过程。

2、由于本发明中的锚唇的内外轮廓表面都依据具体的仿生螺旋线方程得到，所以有利于锚唇的设计与制造，尤其是为浇铸过程提供理论依据。

3、由于本发明中的锚唇内部进行开槽处理，所以有利于锚唇和锚台面的焊接，而且使其轻量化，节约材料，降低成本。

附图说明

图1为本发明的正视图；

图2为图1的背视图；

图3为本图1的A-A向剖面视图；

图4为将锚唇顶端轮廓线2与锚唇顶端轮廓线3的旋转扫描方向示意图；

图5为锚唇锚杆运动接触点示意图；

图6为锚唇内轮廓螺旋线在坐标系下的形状示意图；

图7为锚唇顶端轮廓线在坐标系下的形状示意图；

图8为锚唇底端轮廓线在坐标系下的形状示意图；

图9为锚唇内部槽口轮廓线在坐标系下的形状示意图；

图10为锚唇内部槽口旋转中心轨迹线在坐标系下的形状示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

以自然界中螺壳的壳体形状为研究对象，找到一种对数螺旋线方程r＝a·e^b·θ(其中a＝e^c，c是积分常数)满足螺壳壳体的形态曲线，于是在50个不同螺壳的壳体分别取100个点，应用ORGIN软件将各个点连成线，与对数螺旋线进行拟合，得到仿生螺旋线方程r＝1.4e^0.12θ。根据仿生螺旋线方程，并参照锚唇设计规范，设计本发明的仿生螺旋锚唇。

如图1至图4所示，本发明的一种锚唇轮廓生成方法，包括确定锚唇内轮廓线1、锚唇顶端轮廓线2、锚唇底端轮廓线3、锚唇内部槽口轮廓线5及锚唇内部槽口旋转中心轨迹线4；将锚唇内轮廓线1沿锚唇顶端轮廓线2和锚唇顶端轮廓线3的曲线进行扫描，方向如图3中箭头所指方向，得到锚唇内轮廓面；将锚唇顶端轮廓线2与锚唇顶端轮廓线3分别沿锚唇内轮廓面向左右方向各旋转90°进行可变截面扫描，方向如图4中箭头所示，扫描得到的轮廓接合后，得到锚唇外部轮廓，然后将锚唇内部槽口轮廓线5沿着锚唇内部槽口旋转中心轨迹线旋转360°，得到锚唇的内部轮廓。

在上述仿生螺旋线方程的基础上，根据具体需要生产的锚唇的尺寸，分别计算锚唇各个部分的尺寸及各条螺旋线的形状。

锚唇内轮廓线1的螺旋线轨迹通过下式(1)计算得到，

$\left\{\begin{array}{c}x=330e^{0.12t}\cos t\\ y=330e^{0.12t}\sin t\end{array}\right.---\left(1\right)$

其中，e为常数，t为螺旋线旋转的角度，螺旋线旋转角度t的范围为0°到360°；

锚唇顶端轮廓线2的螺旋线轨迹通过下式(2)计算得到，

$\left\{\begin{array}{c}x=250e^{0.12t}\cos t\\ y=250e^{0.12t}\sin t\end{array}\right.---\left(2\right)$

其中，e为常数，t为螺旋线旋转的角度，螺旋线旋转角度t的范围为0°到360°；

锚唇底端轮廓线3的螺旋线轨迹通过下式(3)计算得到，

$\left\{\begin{array}{c}x=284e^{0.12t}\cos t\\ y=284e^{0.12t}\sin t\end{array}\right.---\left(3\right)$

其中，e为常数，t为螺旋线旋转的角度，螺旋线旋转角度t的范围为0°到360°；

锚唇内部槽口轮廓线5的螺旋线轨迹通过下式(4)计算得到，

$\left\{\begin{array}{c}x=198e^{0.12t}\cos t\\ y=198e^{0.12t}\sin t\end{array}\right.---\left(4\right)$

其中，e为常数，t为螺旋线旋转的角度，螺旋线旋转角度t的范围为0°到360°；

锚唇内部槽口旋转中心轨迹线4的螺旋线轨迹通过下式(5)计算得到，

$\left\{\begin{array}{c}x=561e^{0.06t}\cos t\\ y=561e^{0.06t}\sin t\end{array}\right.---\left(5\right)$

其中，e为常数，t为螺旋线旋转的角度，螺旋线旋转角度t的范围为0°到360°。

式(1)所示的螺旋线在坐标系下的形状如图6所示。式(2)所示的螺旋线在坐标系下的形状如图7所示。式(3)所示的螺旋线在坐标系下的形状如图8所示。式(4)所示的螺旋线在坐标系下的形状如图9所示。式(5)所示的螺旋线在坐标系下的形状如图10所示。

一种锚唇，该仿生螺唇包括锚唇内轮廓面，锚唇顶端轮廓，锚唇底端轮廓，锚唇内部槽口；将锚唇内轮廓线1沿着锚唇顶端轮廓线2和锚唇顶端轮廓线3的曲线进行扫描，得到锚唇内轮廓面；将锚唇顶端轮廓线2与锚唇顶端轮廓线3分别沿锚唇内轮廓面向左右方向各旋转90°进行可变截面扫描，扫描得到的轮廓接合后，得到锚唇外部轮廓，然后将锚唇内部槽口轮廓线沿着锚唇内部槽口旋转中心轨迹线旋转360°，得到锚唇的内部轮廓；将上述各轮廓相结合，得到仿生螺旋锚唇的整体轮廓。

本发明的一种锚唇的制备方法，采用了具有良好生物特性的螺壳结构，使得锚唇内轮廓表面具有优异的螺旋结构，所以进行收锚时，在拉锚过程中锚柄进入锚链筒后还没有接触外板(锚台面)时，螺旋轨道促使锚柄的一个面沿螺旋轨道向上紧贴内轮廓面做螺旋转动，从而达到一个锚爪接触外板(锚台面)并与其相切，最终使锚爪向上翻转，有效的完成拉锚过程。由于本发明中的锚唇的内外轮廓表面都依据具体的仿生螺旋线方程得到，所以有利于锚唇的设计与制造，尤其是为浇铸过程提供理论依据。由于本发明中的锚唇内部进行开槽处理，所以有利于锚唇和锚台面的焊接，而且使其轻量化，节约材料，降低成本。

如图5所示，拉锚时在拉力的作用下，锚体向上运动。锚柄进入锚链筒后与C点接触，这时锚爪还没有与外板(锚台面)接触，此时锚柄长度大于锚爪的长度，这时锚柄已经开始顺时针向上旋转。在重力与拉力及摩擦力的作用下，促使锚体沿螺旋轨道向上螺旋转动。锚柄横截面与C点接触，在合力的作用下促使锚柄的一面延螺旋轨道向上螺旋转动到C点与B点之间。此时锚爪才与外板(锚台面)接触，由于螺旋面的作用从原来锚的双爪接触外板(锚台面)，改为锚的单爪接触外板(锚台面)。锚的单爪接触外板(锚台面)时，锚爪方向已不指向外板(锚台面)，而是锚爪与外板(锚台面)相切。在拉力的作用下，锚爪只能按设定螺旋轨道向上翻转，使两个锚爪在A点处与外板(锚台面)紧密贴合，从而顺利完成整个拉锚过程。

Claims (3)

1.一种锚唇轮廓生成方法，其特征在于：包括确定锚唇内轮廓线、锚唇顶端轮廓线、锚唇底端轮廓线、锚唇内部槽口轮廓线及锚唇内部槽口旋转中心轨迹线；将锚唇内轮廓线沿着锚唇顶端轮廓线和锚唇底端轮廓线的曲线进行扫描，得到锚唇内轮廓面；将锚唇顶端轮廓线与锚唇底端轮廓线分别沿锚唇内轮廓面向左右方向各旋转90°进行可变截面扫描，扫描得到的轮廓接合后，得到锚唇外部轮廓，然后将锚唇内部槽口轮廓线沿着锚唇内部槽口旋转中心轨迹线旋转360°，得到锚唇的内部轮廓。

2.根据权利要求1所述的一种锚唇轮廓的生成方法，其特征在于：

所述锚唇内轮廓线的轨迹通过下式计算得到，

$\left\{\begin{array}{c}x=330e^{0.12t}\cos t\\ y=330e^{0.12t}\sin t\end{array}\right.$

其中，e为常数，t为螺旋线旋转的角度，螺旋线旋转角度t的范围为0°到360°；

所述锚唇顶端剖面轮廓线的轨迹通过下式计算得到，

$\left\{\begin{array}{c}x=250e^{0.12t}\cos t\\ y=250e^{0.12t}\sin t\end{array}\right.$

其中，e为常数，t为螺旋线旋转的角度，螺旋线旋转角度t的范围为0°到360°；

所述锚唇底端剖面轮廓线的轨迹通过下式计算得到，

$\left\{\begin{array}{c}x=284e^{0.12t}\cos t\\ y=284e^{0.12t}\sin t\end{array}\right.$

其中，e为常数，t为螺旋线旋转的角度，螺旋线旋转角度t的范围为0°到360°；

所述锚唇内部槽口截面轮廓线的轨迹通过下式计算得到，

$\left\{\begin{array}{c}x=198e^{0.12t}\cos t\\ y=198e^{0.12t}\sin t\end{array}\right.$

其中，e为常数，t为螺旋线旋转的角度，螺旋线旋转角度t的范围为0°到360°；

所述锚唇内部槽口旋转中心轨迹线的轨迹通过下式计算得到，

$\left\{\begin{array}{c}x=561e^{0.06t}\cos t\\ y=561e^{0.06t}\sin t\end{array}\right.$

其中，e为常数，t为螺旋线旋转的角度，螺旋线旋转角度t的范围为0°到360°。

3.一种锚唇，其特征在于：该锚唇包括锚唇内轮廓面，锚唇顶端轮廓，锚唇底端轮廓，锚唇内部槽口；

将锚唇内轮廓线沿着锚唇顶端轮廓线和锚唇底端轮廓线的曲线进行扫描，得到锚唇内轮廓面；将锚唇顶端轮廓线与锚唇底端轮廓线分别沿锚唇内轮廓面向左右方向各旋转90°进行可变截面扫描，扫描得到的轮廓接合后，得到锚唇外部轮廓，然后将锚唇内部槽口轮廓线沿着锚唇内部槽口旋转中心轨迹线旋转360°，得到锚唇的内部轮廓；将上述各轮廓相结合，得到仿生螺旋锚唇的整体轮廓。