Chapter15第3節(jié) 推進(jìn)系統(tǒng)的傳遞設(shè)備

1、第三節(jié) 推進(jìn)系統(tǒng)的傳遞設(shè)備 在間接傳動的推進(jìn)系統(tǒng)中，為了完成各種傳動功能，必須設(shè)置諸如：齒輪傳動裝置（減速器、增速器）、聯(lián)軸器、離合器、制動器等傳遞設(shè)備，這些設(shè)備所起的作用： 1）匯集（對多機單槳）或分配（對單機帶雙槳或軸帶發(fā)電機）主機功率； 2）將主機轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)荷所需要的轉(zhuǎn)速（螺旋槳需要的低轉(zhuǎn)速或軸帶負(fù)荷所需的高轉(zhuǎn)速或恒定轉(zhuǎn)速）； 3）實現(xiàn)主機和螺旋槳的離合； 4）使不可反轉(zhuǎn)主機所帶的螺旋槳實現(xiàn)倒順轉(zhuǎn)； 5）減振和消除螺旋槳對主機的沖擊作用。一、齒輪傳動裝置一、齒輪傳動裝置 1、減速齒輪傳動裝置 當(dāng)中速大功率柴油機作為主機驅(qū)動螺旋槳時，需要通過中間齒輪減速器，以獲得較高的推進(jìn)效率。目前大功

2、率中速機的轉(zhuǎn)速多為400500r/min左右，單缸功率已達(dá)1300KW，單機功率超過22000KW，因此所要求的齒輪減速器的減速比并不高，而傳遞的功率卻很大?，F(xiàn)代工業(yè)能提供功率大、尺寸小、重量輕的減速器，這也是大功率中速機推進(jìn)裝置得到迅速發(fā)展的的一個重要原因。 1）異心齒輪減速器：輸入軸與輸出軸中心線不在同一直線上的減速齒輪裝置，稱為異心齒輪減速器。又主機的功率傳給螺旋槳只有一條途徑，所以屬于單路減速齒輪裝置。（1）單機單槳 主機與減速器之間裝有彈性聯(lián)軸器，其作用是緩和主機交變扭矩的沖擊性，改善減速器的工作條件，還可補償主機和減速器之間的對中偏差。氣胎式制動器可通過充氣來制動主機，使之迅速停車

3、，以利于主機換向，提高動力裝置的機動性。推力軸承布置在減速齒輪箱內(nèi)，使結(jié)構(gòu)簡化、鋼性增加。 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，主機重心低，兩主機間的距離（對雙機雙槳船）容易得到保證。 缺點：占機艙面積較大。（2）雙機單槳 主機與減速器之間用彈性聯(lián)軸器或液力偶合器連接，為實現(xiàn)并車運行設(shè)置氣胎式離合器，并可實現(xiàn)單機運行和柴油機檢修。液力偶合器作為聯(lián)軸器使用時在傳動中有滑動（差），效率要比彈性聯(lián)軸器低1-2%，但正是有滑動，它的減振性能和并車性能較好。 采用并車傳動的優(yōu)點： A）提高船舶的生命力。如其中一臺主機發(fā)生故障，可實現(xiàn)不停航檢修； B）在需要低航速時可只開一臺主機，使柴油機處于較為經(jīng)濟(jì)狀態(tài)運行，節(jié)省燃料，且可

4、輪換使用主機，延長動力裝置壽命； C）尺寸小、重量輕。裝置高度可降低1/21/3，重量可減輕1/4； D）單軸功率增大，擴(kuò)大了中速機與低速機競爭領(lǐng)域。 并車傳動裝置的缺點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜；各臺主機間負(fù)荷分配不均時會造成某臺主機過載；主機臺數(shù)多，操縱控制復(fù)雜。 2）同心齒輪減速器： 輸入軸與輸出軸的中心線在同一直線上的齒輪減速裝置，稱為同心齒輪減速器。且主機的功率傳給螺旋槳有兩條途徑，屬于多路減速齒輪裝置。（1）普通同心齒輪減速器 它克服了異心齒輪減速器的缺點，但由于增加了過橋齒輪，使結(jié)構(gòu)復(fù)雜，傳動效率降低，成本提高。（2）行星齒輪減速器 其輸入軸驅(qū)動太陽輪太陽輪 轉(zhuǎn)動，從而帶動三個行星三個行星齒輪在

5、內(nèi)齒圈轉(zhuǎn)動，帶動系桿和輸出軸轉(zhuǎn)動。當(dāng)太陽輪順時針轉(zhuǎn)動時，其帶動行星齒輪繞本身軸線逆時針轉(zhuǎn)動，這是行星齒輪的自轉(zhuǎn)；當(dāng)行星齒輪自轉(zhuǎn)時，因與內(nèi)齒圈嚙合，內(nèi)齒圈固定不動，它便在內(nèi)齒圈做順時針滾動，這是行星齒輪軸線繞太陽輪的軸線的公轉(zhuǎn)。行星齒輪在在公轉(zhuǎn)中帶動系桿產(chǎn)生順時針方向的轉(zhuǎn)動，與系桿連成一體的輸出軸也進(jìn)行順時針方向的轉(zhuǎn)動，因此，這種減速器的輸入軸與輸出軸轉(zhuǎn)向相同。 輸入軸轉(zhuǎn)速n1與輸出軸轉(zhuǎn)速n2之比即為減速比i： i = n1/n2 = 1+Z3/Z1 式中：Z1與Z3分別為太陽輪和內(nèi)齒圈的齒數(shù)，所以減速比與行星齒輪的齒數(shù)無關(guān)。 行星齒輪減速器的突出優(yōu)點是：尺寸小，重量輕、能傳遞大的功率和扭矩、傳

6、動效率高。不僅廣泛應(yīng)用于大功率中速柴油機，也適用于大型低速柴油機，以獲得更高的推進(jìn)效率。2、倒順車減速齒輪裝置 中、高速柴油機作為主機時，需要減速裝置和倒順車裝置。如圖裝置由兩個行星齒輪裝置與多片式摩擦離合器、制動器構(gòu)成倒順車離合器和減速器組成。當(dāng)正車時，制動器脫開，離合器接合，兩對行星齒輪裝置相對于離合器殼體無相對運動，相當(dāng)于聯(lián)軸器，輸入軸與輸出軸處于剛性連接；當(dāng)開倒車時，制動器使離合器殼體不動，且離合器脫開，輸入軸通過兩對行星齒輪使輸出軸倒轉(zhuǎn)；空車時，制動器和離合器都脫開，離合器殼體隨輸入軸轉(zhuǎn)動，而輸出軸則停止不動。3、恒速齒輪傳動裝置（齒輪增速器） 恒速齒輪傳動裝置的核心部件和行星齒輪減

7、速器類似，所不同的是恒速齒輪傳動裝置的內(nèi)齒輪不是固定不動的，它將根據(jù)輸入軸轉(zhuǎn)速的變化而轉(zhuǎn)動，其轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向取決于輸入轉(zhuǎn)速的高低。因此，隨著輸入轉(zhuǎn)速的變化，它的傳動比將相應(yīng)發(fā)生變化，以獲得恒定的輸出轉(zhuǎn)速。此外，恒速齒輪傳動裝置的輸入軸和系桿相連，輸出軸和太陽輪相連，因此實質(zhì)上它是一種增速器。工作原理 當(dāng)柴油機在中性轉(zhuǎn)速（此時主機的轉(zhuǎn)速剛好滿足發(fā)電機的需要）下運行時，變向變量泵無排量，因此液壓馬達(dá)不轉(zhuǎn)動，即內(nèi)齒輪不動，此時恒速齒輪傳動裝置就是一個普通的行星齒輪增速器。當(dāng)主機轉(zhuǎn)速偏離中性轉(zhuǎn)速時，變向變量泵按要求的方向給出排量，液壓馬達(dá)、控制輪和內(nèi)齒輪就相應(yīng)地按一定的轉(zhuǎn)向進(jìn)行轉(zhuǎn)動，以補償輸入軸轉(zhuǎn)速偏離中

8、性點造成輸出軸轉(zhuǎn)速的變化，即保持輸出軸轉(zhuǎn)速恒定。 太陽輪轉(zhuǎn)速n2既和輸入軸轉(zhuǎn)速n1有關(guān)，也和內(nèi)齒輪轉(zhuǎn)速n3有關(guān)，它們之間的關(guān)系可由速比公式求得： n2 = n1（d d3 +d d2）/d d2 + n n3d d3/d d2 式中：d2、d3分別為太陽輪和內(nèi)齒輪的直徑。 當(dāng)d d2=d d1時，則d d3=3d d2，從而， n n2 = 4n n1 + 3n n3 n n3 = 1/3n n2 4/3n n1 為了使n2保持不變，只要把n3作為n1的函數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)即可，這個調(diào)節(jié)作用由液壓系統(tǒng)完成。變向變量泵根據(jù)n1轉(zhuǎn)速的變化產(chǎn)生有一定方向和一定數(shù)量的排量，使液壓馬達(dá)產(chǎn)生一個相應(yīng)方向與相應(yīng)轉(zhuǎn)速

9、的轉(zhuǎn)速輸出，并通過控制輪帶動內(nèi)齒輪作相應(yīng)的轉(zhuǎn)動，其結(jié)果使輸出軸保持恒速。RCF恒速齒輪傳動裝置 RCF是一種液壓機械式動力系統(tǒng)和電子式控制系統(tǒng)相結(jié)合的恒速裝置。當(dāng)柴油機工作時，其自由端通過彈性聯(lián)軸器、增速齒輪、離合器和RCF裝置帶動恒頻交流發(fā)電機?？刂扑俦鹊目刂戚営梢簤厚R達(dá)帶動，液壓馬達(dá)的液壓油由液壓泵供給。液壓泵為變向變量泵，其供液方向和排量均由泵的伺服角（相當(dāng)于斜盤型軸向變向泵中傾斜盤的傾角）控制。液壓馬達(dá)為可反轉(zhuǎn)式，其轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速分別由液壓泵的供液方向和排量控制。 本裝置的中性點設(shè)在主機標(biāo)定轉(zhuǎn)速的85%，傳動裝置此時的傳動比為4，此時，液壓馬達(dá)不轉(zhuǎn)，內(nèi)齒輪由制動器剎住不轉(zhuǎn)，發(fā)電機轉(zhuǎn)速正好1

10、800r/min。當(dāng)主機轉(zhuǎn)速超過標(biāo)定轉(zhuǎn)速的85%時，制動器松開，液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)動并通過控制輪帶動內(nèi)齒輪轉(zhuǎn)速，以便對太陽輪提供附加轉(zhuǎn)速，以消除主機轉(zhuǎn)速變化對發(fā)電機轉(zhuǎn)速的影響。當(dāng)主機轉(zhuǎn)速低于標(biāo)定轉(zhuǎn)速的85%時，內(nèi)齒輪產(chǎn)生相反方向的轉(zhuǎn)速，以便對太陽輪提供轉(zhuǎn)速補償，使發(fā)電機仍保持原有轉(zhuǎn)速。 輸入軸轉(zhuǎn)速n n1、輸出軸轉(zhuǎn)速n n2和內(nèi)齒輪轉(zhuǎn)速n n3之間的關(guān)系如圖所示。 當(dāng)主機轉(zhuǎn)速在標(biāo)定轉(zhuǎn)速的70100%范圍內(nèi)變化時，發(fā)電機可以正常工作。在輸入軸轉(zhuǎn)速由371r/min變至529r/min的整個過程中，內(nèi)齒輪的轉(zhuǎn)速由106r/min（轉(zhuǎn)向與輸入軸相同）逐步降為零，然后又逐漸放反方向增加至106r/min；輸出

11、轉(zhuǎn)速與輸入轉(zhuǎn)速之比由1800/371連續(xù)減為1800/529，因此它是一個無極變速裝置。 RCF裝置控制箱的主要功能： （1）發(fā)出控制液壓泵伺服角的信號。當(dāng)輸入轉(zhuǎn)速偏離中性轉(zhuǎn)速時，這一轉(zhuǎn)速變化信號送入控制箱經(jīng)微機處理后送出一個控制伺服角的信號，時伺服角發(fā)生相應(yīng)的變化； （2）監(jiān)視RCF的重要參數(shù)（如油壓、油溫、濾器堵塞等）。當(dāng)偏差超過正常范圍時發(fā)出報警信號，必要時停止傳動裝置或主機工作； （3）提供允許RCF軸帶發(fā)電機與其它發(fā)電機并聯(lián)運行所需的各種參數(shù)。 RCF裝置帶動發(fā)電機有三種工作方式： （1）變功率工作方式：當(dāng)外界用電量變化時，軸帶發(fā)電機和它一起并聯(lián)運行的發(fā)電機按速度降特性進(jìn)行負(fù)荷分配；

12、 （2）等功率工作方式：當(dāng)外界用電量發(fā)生變化時，軸帶發(fā)電機的負(fù)荷仍不變，外界負(fù)荷的變化均由其它發(fā)電機承擔(dān)； （3）經(jīng)濟(jì)工作方式：此時RCF變?yōu)橐粋€普通行星齒輪增速裝置，因此這時不再存在液壓部分的功率損失，產(chǎn)生最高的工作效率。但由于此時頻率控制失效，只能用在主機轉(zhuǎn)速接近標(biāo)定轉(zhuǎn)速的85%的情況下，否則，控制箱即自行使RCF的液壓部分恢復(fù)正常功能。二、摩擦離合器 離合器是根據(jù)工作的需要，將主動軸與從動軸接合或脫開的一種傳動設(shè)備。一般處于主機和減速齒輪裝置之間，有機械式、液力式和電磁式。摩擦離合器屬于機械式，在船上應(yīng)用最為廣泛，其靠摩擦力矩來傳遞扭矩。 1、摩擦離合器的作用和優(yōu)缺點 1）作用 （1）實

13、現(xiàn)主機空載啟動和空轉(zhuǎn)。離合器在脫開情況下啟動主機，軸系和螺旋槳都不轉(zhuǎn)動，主機的啟動阻轉(zhuǎn)矩小，易于啟動，節(jié)省壓縮空氣，并可在主機空轉(zhuǎn)狀態(tài)下對主機做某些運行狀態(tài)下的檢查。 （2）可采用不可反轉(zhuǎn)主機。船舶進(jìn)退由倒順車離合器完成，主機結(jié)構(gòu)簡單，可靠性提高。 （3）使船舶的機動性提高。因為摩擦離合器的離、合動作迅速，同時當(dāng)主機在低速運轉(zhuǎn)時利用離合器的時離時合可使船舶超低速運行。 （4）可保護(hù)主機和軸系。當(dāng)螺旋槳碰到冰塊、礁石等意外情況時，摩擦離合器可打滑，起到緩沖作用。 （5）在并車傳動裝置中實現(xiàn)主機并車、切換和航行中修理。 船規(guī)規(guī)定，摩擦離合器在正常運轉(zhuǎn)時不得有打滑現(xiàn)象；在空車運轉(zhuǎn)時，其帶排（主、從摩

14、擦片間的拖帶）扭矩不得使其聯(lián)接的推進(jìn)軸系有帶轉(zhuǎn)現(xiàn)象。離合器所傳遞的最大扭矩一般應(yīng)不小于主機標(biāo)定扭矩的1.5倍。對于可倒順車的離合器，其換向時間不大于15S。 2）優(yōu)點：傳動效率高、離合動作迅速、尺寸小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單。 3）缺點；在結(jié)合和分離的動態(tài)過程中產(chǎn)生打滑、磨損、發(fā)熱和消耗功率。 2、摩擦離合器的類型 1）按結(jié)合力的來源：機械式、液壓式、電磁式； 2）按摩擦面的工作狀態(tài)：干式、濕式、半干式； 3）按摩擦面的形狀特征：盤片式（圓片式）、圓錐式、圓柱式。 （1）盤片式摩擦離合器 摩擦元件為盤片狀，有單片式（摩擦副一對），雙片式（摩擦副兩對），多片式。多片式能傳遞較大的扭矩，應(yīng)用較多。但由于

15、摩擦片多，摩擦片間的鼓風(fēng)或剩余油膜（濕式）的影響較大，當(dāng)輸出軸軸承的摩擦阻力矩小于帶排力矩時，輸出軸會有很慢的轉(zhuǎn)動。（2）圓錐式摩擦離合器 摩擦元件為內(nèi)外錐體，工作面為圓錐面。分為單錐面和雙錐面。如圖所示為雙錐面高彈性摩擦離合器。主動摩擦錐體通過法蘭和主機輸出軸相連，從動錐體則通過四個盆形橡膠彈性元件和從動軸相連。當(dāng)需要接合時，來自從動軸中孔的壓縮空氣通過空氣管通至由兩個從動摩擦錐體之間形成的氣缸中，氣缸外側(cè)與內(nèi)側(cè)有密封裝置，以防壓縮空氣漏泄。在壓縮空氣的作用下，兩個從動錐體被分別推向左、右方，與主動摩擦錐體逐步壓緊，完成離合器接合。 一般主動錐體為鑄鐵或鑄鋼件，從動錐體的外表面鑲有耐磨耐熱摩

16、擦材料。當(dāng)放掉氣缸中的壓縮空氣時，靠彈性元件的彈力使主、從動摩擦錐體分開，離合器便不傳遞扭矩。這種摩擦離合器為干式，結(jié)合力來源于壓縮空氣，優(yōu)點是： （1）摩擦力作用半徑大，摩擦系數(shù)大，可傳遞較大扭矩； （2）主、從動軸間的扭矩通過彈性元件傳遞，具有良好的隔振性能和對中性能，摩擦面磨損后能自動調(diào)整； （3）彈性元件離摩擦面較遠(yuǎn)，在接合與脫開的過渡過程中產(chǎn)生的摩擦熱對橡膠元件影響小； （4）便于遙控。（3）圓柱式摩擦離合器 摩擦元件為內(nèi)外圓柱體，工作面為圓柱面。如圖，當(dāng)0.7-1.0MPa的壓縮空氣充入輪胎時，它的容積膨脹，離合器處于接合狀態(tài)，反之則脫開。這種型式還常用于軸的制動器。三、液力偶合器

17、 1、工作原理 利用液體的動能來傳遞功率的液力傳動裝置。 主要部件是：泵輪、渦輪、轉(zhuǎn)動外殼。泵輪與渦輪對稱布置，尺寸完全相同，輪內(nèi)都有一定數(shù)量的葉片，形成很多工作腔。兩輪在軸向存在一定間隙，彼此無機械連接，泵輪的進(jìn)、出口正好和渦輪的出、進(jìn)口相對。工作腔一般充有油，靠油在工作腔中流動而傳遞能量。轉(zhuǎn)動外殼一般和泵輪相連，隨泵輪一起轉(zhuǎn)動，阻止油外漏。2、液力偶合器傳遞的扭矩 當(dāng)泵輪在原動機帶動下回轉(zhuǎn)時，油從泵輪的內(nèi)半徑處（進(jìn)口）進(jìn)入泵輪工作腔，吸收能量后從泵輪外半徑處（出口）進(jìn)入渦輪外半徑處（進(jìn)口），在渦輪工作腔中釋放能量后，又從渦輪內(nèi)半徑處（出口）排離渦輪重新進(jìn)入泵輪工作腔。因此，偶合器工作腔中油

18、的運動是一種復(fù)合運動：既有葉片帶動下繞偶合外器轉(zhuǎn)軸的牽連運動，又有在離心力作用下沿著葉片由內(nèi)緣向外緣的相對運動，油的絕對運動是由這兩種運動的合成。油在工作腔中的這種流動形成環(huán)流。3、偶合器的基本結(jié)構(gòu)形式 1）離合器型偶合器 根據(jù)需要將油全部充滿工作腔或全部從工作腔排出，使主動軸和從動軸實現(xiàn)連接或脫開。如圖轉(zhuǎn)動外殼隨泵輪轉(zhuǎn)動，起防止漏油的作用，其外壁面設(shè)置一個隨外殼轉(zhuǎn)動的環(huán)狀放油閥（滑環(huán)）。在轉(zhuǎn)動外殼和滑環(huán)圓周上的相應(yīng)位置開有幾個排油孔。當(dāng)操縱手柄處于右邊位置時，排油孔被滑環(huán)封死，充油閥被打開，使油進(jìn)入工作腔；當(dāng)手柄處于左邊位置時，滑環(huán)右移將排油孔打開而充油閥被關(guān)閉，工作腔內(nèi)的油在離心力作用下排出。 2）聯(lián)軸器型偶合器 工作腔中充滿油后不再排出。 3）調(diào)速器型偶合器 由于偶合器傳遞扭矩能力與環(huán)流量成正比，因此改變工作腔中油的充滿度就可以改變偶合器傳遞扭矩能力和轉(zhuǎn)速差。四、聯(lián)軸器 將各軸段連接成為整體的專門設(shè)備。 1、鋼性聯(lián)軸器 主要型式