船舶動(dòng)力裝置課程設(shè)計(jì)軸系計(jì)算說明書

1、 船舶與海洋工程學(xué)院船舶與海洋工程學(xué)院輪機(jī)工程專業(yè)輪機(jī)工程專業(yè)民用船舶動(dòng)力裝置民用船舶動(dòng)力裝置課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)軸系計(jì)算說明書軸系計(jì)算說明書 一、一、軸系計(jì)算軸系計(jì)算 (一)、概述本船為內(nèi)河船，設(shè)單機(jī)單槳。主機(jī)經(jīng)減速齒輪箱減速后將扭矩通過中間短軸傳給螺旋槳軸和螺旋槳?？紤]到長(zhǎng)江水質(zhì)較差，泥沙較多，若采用水潤(rùn)滑，則污物可能進(jìn)入艉軸裝置造成堵塞，故潤(rùn)滑方式采用油潤(rùn)滑。本計(jì)算按ccs 鋼質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范（2009 年） （簡(jiǎn)稱鋼內(nèi)規(guī) ）進(jìn)行。(二)、已知條件2.1 主機(jī)：型號(hào)8pc2-6型式四沖程，直列，不可逆轉(zhuǎn)，渦輪增壓，空冷船用柴油機(jī)缸數(shù)8缸徑/行程400/460mm最大功率（mcr）44005

2、20kw；rpm持續(xù)服務(wù)功率3960520kw；rpm燃油消耗率186 +5%g/kwh滑油消耗率1.4g/kwh起動(dòng)方式壓縮空氣 31.2mpa生產(chǎn)廠陜西柴油機(jī)廠 2.2 齒輪箱：型號(hào)gwc66.75減速比2.986：1生產(chǎn)廠杭州前進(jìn)齒輪箱集團(tuán)股份有限公司 2.3 軸：材料35#鋼抗拉強(qiáng)度530mpa屈服強(qiáng)度315mpa 2.4 鍵：材料45#鋼抗拉強(qiáng)度600mpa屈服強(qiáng)度355mpa 5螺栓：材料35#鋼抗拉強(qiáng)度530mpa屈服強(qiáng)度315mpa (三)、軸直徑的確定根據(jù)鋼內(nèi)規(guī)8.2.2 進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算列表 4.1 如下：序號(hào)名 稱代號(hào)單 位公 式數(shù) 值1軸傳遞的額定功率nekw已知4400

3、2主機(jī)額定轉(zhuǎn)速nr/min已知5203齒輪箱減速比i已知2.9864軸傳遞 ne時(shí)的轉(zhuǎn)速ner/minn/i174.155中間軸系數(shù)1k查鋼內(nèi)規(guī)表 8.2.2.1（1）1.06螺旋槳軸系數(shù)2k查鋼內(nèi)規(guī)表 8.2.2.1（2）1.267軸材料抗拉強(qiáng)度rmmpa已知5308中間軸最小直徑dmm3mee1)160r560(nn100kd274.139螺旋槳軸直徑dmm3mee2)160r560(nn100kd344.87表 4.1 軸直徑計(jì)算根據(jù)計(jì)算結(jié)果，取螺旋槳軸直徑為 350 mm，中間軸直徑為 280 mm。二、二、強(qiáng)度校核強(qiáng)度校核1.尾軸強(qiáng)度驗(yàn)算軸設(shè)計(jì)過程中艉軸承、密封裝置、聯(lián)軸節(jié)的選型如下

4、：a艉軸軸承選自東臺(tái)市有銘船舶配件廠，規(guī)格如下： 前軸承：材料白合金內(nèi)徑355mm全長(zhǎng)440mm質(zhì)量148kg 后軸承：材料白合金內(nèi)徑360mm全長(zhǎng)880mm質(zhì)量305kgb油潤(rùn)滑艉軸密封裝置選自東臺(tái)市有銘船舶配件廠，規(guī)格如下： 艉軸前密封裝置：型號(hào)ymq2-380襯套外徑380mm最大軸徑355mm艉襯套長(zhǎng)度215mm 艉軸后密封裝置：型號(hào)ymh3dw-380襯套外徑380mm最大軸徑355mm艉襯套長(zhǎng)度215mmc聯(lián)軸節(jié)采用船廠自制。 尾軸危險(xiǎn)段面的確定根據(jù)圖 4-1 計(jì)算如下：圖 4-1 尾軸管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖（1）相關(guān)尺寸確定 已知 l=880mm，l =440mm，r=350mmab螺旋槳軸

5、尾部錐長(zhǎng) l=（1.63.3）r=2.2*r=780mm，z對(duì)于白合金軸承，支撐點(diǎn)到后端面的距離 u=0.5l=0.5*880=440mm。而后密封裝置的長(zhǎng)度為 215mm，再加上適當(dāng)間距約為 60mm，則： 螺旋槳軸尾部錐面中心至后軸承中心距離 a 為： a=780/2+440+215+60=1105mm 螺旋槳軸尾部錐面后端面至后軸承中心距離 b 為： b=1105+780/2=1495mm 由布置總圖得后軸承的后端面距前軸承中心約為 4739mm，則：前后軸承支撐點(diǎn)距離 l 為：l=4739-440=4299mm 因?yàn)楹筝S承后端面距齒輪箱有約 7130mm，考慮到齒輪箱的周和聯(lián)軸節(jié)等，法

6、蘭端面到前軸承支撐點(diǎn)距離為：d=7130-4299-440-769=2391mm因?yàn)槁?lián)軸節(jié)長(zhǎng) 845mm，則法蘭重心到前軸承支撐點(diǎn)距離為：c=2391-845=1546mm（2）雙支承軸承負(fù)荷計(jì)算：a后軸承壓力= 15873.21 n式中：g9.81n/kg 1前后軸承支撐點(diǎn)距離，4.299m a-螺旋槳中心至后軸承中心距離，1.105m b槳轂后端面到后軸承支撐點(diǎn)距離，1.495m c法蘭重心到前軸承支撐點(diǎn)距離，1.546md法蘭端面到前軸承支撐點(diǎn)距離，2.391m g0法蘭重量，1180kg qb螺旋槳及附件重量，4079.51kg qc軸本身重量產(chǎn)生的均布負(fù)荷 ，qc=0.00622cd

7、=0.00623502=759.5kg/mb前軸承總壓力 laql 2bqlc)(lgl 2dlqgb2c02c）（br= 4596.65 n 式中：g9.81n/kg 1前后軸承支撐點(diǎn)距離，4.299m a-螺旋槳中心至后軸承中心距離，1.105m b槳轂后端面到后軸承支撐點(diǎn)距離，1.495m c法蘭重心到前軸承支撐點(diǎn)距離，1.546md法蘭端面到前軸承支撐點(diǎn)距離，2.391m g0法蘭重量，1180kg qb螺旋槳及附件重量，4079.51kg qc軸本身重量產(chǎn)生的均布負(fù)荷 ，qc=0.00622cd=0.00623502=759.5kg/m1截面 ee 的彎矩 /2a2lqg2lr2la

8、gqm2acaaabee= 63745.48nm式中：g9.81n/kg qb螺旋槳及附件重量，4079.51kg a螺旋槳中心至后軸承中心距離，1.105m ra后軸承支反力，15873.21 n la后軸承長(zhǎng)度，0.88m qc軸本身重量產(chǎn)生的均布負(fù)荷qc=0.00622cd=0.00623502=759.5kg/m 其中 dc為尾軸直徑，350mm2截面 kk 的彎矩c2babkk2gq)q-(ragqmg= 5093.61nm式中：g9.81n/kg qb螺旋槳及附件重量，4079.51kg a螺旋槳中心至后軸承中心距離，1.105m ra后軸承支反力，15873.21 n qc軸本身

9、重量產(chǎn)生的均布負(fù)荷qc=0.00622cd=0.00623502=759.5kg/m 其中 dc為尾軸直徑，350mm kkeemm，取eem=63745.48nm 作為計(jì)算彎曲力矩。尾軸強(qiáng)度計(jì)算如下表 4.2:表 4.2 尾軸強(qiáng)度計(jì)算序號(hào)名 稱代號(hào)單位公 式數(shù)值1尾軸截面 ee 直徑dcm已知條件0.352主機(jī)最大功率pekw已知條件44003主要最大轉(zhuǎn)速ner/min已知條件5204齒輪箱減速比i已知條件35齒輪箱效率已知條件0.966尾軸扭矩ttn.minp9550teet2.327x1057由扭矩引起的扭應(yīng)力cmpa361016ctcdt27.6428螺旋槳推力fn)1 (ftvpse

10、6.607x1039由推力引起的壓應(yīng)力ympa26104cydf6.867x10-210尾軸最大彎曲力矩me-enm根據(jù) mk-k和 me-e計(jì)算6.375x10411由彎曲力矩引起的彎曲應(yīng)力wmpa-6e ew3c32m10d15.14512合成應(yīng)力cmpa2c2wyc3)(50.19513軸材料屈服強(qiáng)度smpa已知條件（35 號(hào)鋼）31514所求安全系數(shù)sccscs6.27615許用安全系數(shù)sc鋼性直接傳動(dòng)的軸2.85.8計(jì)算結(jié)果所求安全系數(shù)大于許用安全系數(shù) scsc。故尾軸強(qiáng)度復(fù)合要求。2.尾軸承負(fù)荷計(jì)算(雙支承軸承)計(jì)算如下表 4.4：表 4.4 尾軸承負(fù)荷計(jì)算序號(hào)名 稱代號(hào)單位公 式

11、數(shù)值1前后軸承中心距離l1m由尾軸尾管總圖4.2992螺旋槳重心到后軸承中心距離am由尾軸尾管總圖1.1053槳轂后端面到后軸承中心bm由尾軸尾管總圖1.4954法蘭端面到前軸承中心距離dm由尾軸尾管總圖2.3915法蘭重心到前軸承中心距離cm由尾軸尾管總圖1.5466尾軸之重度qckg/m已知條件759.57螺旋槳及附件重量qbkg已知條件4079.518法蘭重量g0kg已知條件11809后軸承之總壓力ran由軸承壓力計(jì)算15873.2110前軸承之總壓力rbn同上4596.6511后軸頸直徑damm由尾軸尾管總圖36012前軸頸直徑dbmm由尾軸尾管總圖35513后軸承長(zhǎng)度lamm由尾軸尾

12、管總圖88014前軸承長(zhǎng)度lbmm由尾軸尾管總圖44015后軸承單位面積所受壓力pampaaaaaldrp0.05016前軸承單位面積所受壓力pbmpabbbbldrp 0.02917軸承許用單位面積壓力pmpa對(duì)高分子軸承0.3計(jì)算結(jié)果所求軸承單位面積所受壓力均小于高分子軸承單位面積許用壓力，本船采用用高分子軸承，故安全。至此軸系校核全部完成。三、三、主推進(jìn)裝置及軸系布置圖主推進(jìn)裝置及軸系布置圖當(dāng)主機(jī)和螺旋槳選型定好后，就要確定其在機(jī)艙中的位置；并對(duì)軸系中軸承位置和間距進(jìn)行確定。然后結(jié)合船體布置圖，畫出布置草圖。由于本船軸系長(zhǎng)不超過 9 米，不存在中間軸承，因此不需要考慮中間軸承位置安排不當(dāng)

13、。該船采用的是單機(jī)單槳，對(duì)于主機(jī)的布置應(yīng)布置于船舶縱中剖面。詳細(xì)布置圖見附錄一。四、四、尾軸管裝置的結(jié)構(gòu)形式尾軸管裝置的結(jié)構(gòu)形式尾軸管裝置的任務(wù)是用來支承尾軸或螺旋槳軸，并使其能可靠的通出船外，不使舷外水大量漏入船內(nèi)，同時(shí)，亦不使滑油外泄。為了承擔(dān)上述任務(wù)，尾軸管裝置一般由尾管、尾軸承、密封裝置以及潤(rùn)滑與冷卻系統(tǒng)等部分組成。本船利用油來潤(rùn)滑與冷卻，前后都用白合金軸承來支承尾軸。為防止滑油外泄和水的滲入，尾管前后采用骨架式密封裝置。尾管采用了無縫鋼管，與齒輪箱連接的是可拆式法蘭。由于尾軸管裝置位于水下，船舶使用可靠及壽命長(zhǎng)短與它的密封裝置很大關(guān)系。尾軸密封裝置就其布置的位置而言，可以分為首部密封

14、與尾部密封。尾軸管裝置布置總圖（1）尾軸基本直徑的確定 要畫出尾軸管總圖，必須先計(jì)算出尾軸基本直徑。按內(nèi)河鋼船建造規(guī)范 （2009）計(jì)算： 3mee2)160r560(nn100kd 式中： 柴油機(jī)組額定功率為 4400kwen 螺旋槳轉(zhuǎn)速為 174.15en 軸材料的抗拉強(qiáng)度，35 號(hào)鋼取=530n/2mmmrmr k 按規(guī)范取 1.26 計(jì)算出直徑為 344.87 mm 考慮到內(nèi)河有可能繼續(xù)航行，軸徑應(yīng)在計(jì)算的基礎(chǔ)上增大 10%。故最終取 350 mm（2）各部分尺寸的確定 根據(jù)定下的艉軸直徑查找相關(guān)的配件產(chǎn)品手冊(cè)，選擇合適的前后軸承。對(duì)于本船軸徑的要求是前小后大，因?yàn)榭紤]到以后的維修方便，便于拆卸，容易更換磨損元件，這也是非常必要的?？紤]到適當(dāng)?shù)拈g隙，故選擇基本軸徑 355mm，長(zhǎng)為 440mm 的艉管白合金前軸承，及基本軸徑 360mm，長(zhǎng)為 880mm 的艉管白合金后軸承。在前軸承上安有前軸承支撐，與一塊復(fù)板相連接，增加可靠性，以免負(fù)荷分布不均勻。尾管厚度在 10-15mm 范圍內(nèi)選定 13mm，采用無縫鋼管。對(duì)于螺母尺寸的確定可根據(jù)軸的直徑大小選取，取 m16的能滿足要求。（3）尾軸管裝置總圖 當(dāng)上述步驟完成后尾軸管裝置總圖可以有計(jì)算機(jī)繪出，詳圖見附錄二。 另附可拆聯(lián)軸器零件圖一張，詳圖見附錄三。