船舶動(dòng)力裝置軸系方案具體方案模板計(jì)算

1、軸系強(qiáng)度計(jì)算在推進(jìn)裝置中，從主機(jī)（機(jī)組）的輸出法蘭到推進(jìn)器之間以傳動(dòng)軸為主的整套設(shè)備稱為軸系。軸系的基本任務(wù)是：連接主機(jī)（機(jī)組）與螺旋槳，將主機(jī)發(fā)出的功率傳達(dá)給螺旋槳，同時(shí)又將螺旋槳所產(chǎn)生的推力經(jīng)過(guò)推力軸承傳給船體，以實(shí)現(xiàn)推進(jìn)船舶的使命。當(dāng)機(jī)艙地址確定，主機(jī)部署好后，即可考慮軸系設(shè)計(jì)和部署。軸系的部署傳動(dòng)軸的組成和基本軸徑傳動(dòng)軸一般由螺旋槳軸(尾軸)、中間軸和推力軸，以及將它們相連接的聯(lián)軸器所組成。本船因其推力軸承已放置在減速齒輪箱中，所以不設(shè)推力軸。而且本船螺旋槳軸不分段制造，最后本船傳動(dòng)軸組成設(shè)計(jì)成1根中間軸和1根螺旋槳軸。軸的基本直徑d(mm)應(yīng)不小于按下式計(jì)算的值（考慮到標(biāo)準(zhǔn)化的要求，

2、各軸軸徑一般取不小于計(jì)算值的整數(shù)）d100C3Peb(608)nebb176.5100C31470(608)170.9530176.5=mmC=中間軸的直軸部分，d191.88mm，取200mm作為設(shè)計(jì)尺寸。C=對(duì)于油潤(rùn)滑的且擁有認(rèn)可型油封裝置的，或裝有連續(xù)軸套（或軸承之間包有合適保護(hù)層）的擁有鍵的螺旋槳軸d191.881.27=mm，設(shè)計(jì)時(shí)取250mm。C=尾尖艙隔艙壁前的尾軸或螺旋槳軸的直徑可按圓錐減小，但在聯(lián)軸器法蘭處的最小直徑應(yīng)不小于C=計(jì)算所得的值。d191.881.05=mm，即螺旋槳軸在聯(lián)軸器法蘭處的最小直徑應(yīng)不小于mm。一般的，船舶縱向傾角另一個(gè)端點(diǎn)為螺旋槳的中心，此二端點(diǎn)間的

3、距離，即為軸線的基本長(zhǎng)度。本船軸系長(zhǎng)度為（傳動(dòng)軸的實(shí)質(zhì)長(zhǎng)度尚應(yīng)試慮螺旋槳中心后用來(lái)裝螺旋槳的尾軸伸出和螺紋部分）。（2）軸線的傾角軸系部署的要求傳動(dòng)軸位于水線以下，工作條件比較惡劣，在其運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，還將碰到螺旋槳所產(chǎn)生的阻力矩和推力的作用，使傳動(dòng)軸產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)應(yīng)力和壓縮應(yīng)力；軸系自己重量使其產(chǎn)生的波折應(yīng)力；軸系的安裝誤差、船體變形、軸系振動(dòng)以及螺旋槳的水動(dòng)力等所產(chǎn)生的附加應(yīng)力等。上述諸力和力矩，經(jīng)常還是周期變化的，在某些時(shí)候表現(xiàn)更為突出，比方船舶在緊急停車(chē)、顛繁倒車(chē)或轉(zhuǎn)彎，或是在暴風(fēng)大浪中碰到激烈縱搖或橫搖時(shí)，使傳動(dòng)軸所受負(fù)荷更大，有時(shí)甚至使它產(chǎn)生發(fā)熱或損壞。為了保證傳動(dòng)軸工作可靠，且有較長(zhǎng)的壽命，在

4、設(shè)計(jì)時(shí)必定使其有足夠的強(qiáng)度、剛度、有合理酌結(jié)構(gòu)尺寸，并盡可能減少其長(zhǎng)度和重量，還必定考慮怎樣有利于制造和管理等問(wèn)題。軸系的部署本船軸系部署從齒輪箱法蘭開(kāi)始，至螺旋槳為止，包括：軸承地址及間距的選擇；各種輔助設(shè)備選擇與地址的決定；滑油與冷卻水管系的部署。詳盡內(nèi)容以下。1、軸線的長(zhǎng)度、數(shù)量、地址和傾角（1）長(zhǎng)度的確定這是軸系設(shè)計(jì)第一碰到的環(huán)節(jié)。軸線長(zhǎng)度是由兩個(gè)端點(diǎn)來(lái)決定，一個(gè)端點(diǎn)為主機(jī)(或齒輪箱)輸出法蘭的中心；約在0050之間。有些雙軸系的船舶，贊成軸線在水平投影上走開(kāi)船舶的中線面向外或向內(nèi)偏斜，偏斜角在0030之間。由于軸系傾斜給主機(jī)帶不良的工作狀態(tài)，降低螺旋槳有效推力，而且軸系重量也產(chǎn)生軸向

5、分力，該力與推力方向相反，進(jìn)一步降低了螺旋槳的有效推力，所以軸線最好設(shè)計(jì)成沒(méi)有縱向傾角和橫向偏斜角的形式。本船軸系設(shè)計(jì)成沒(méi)有縱向傾角和橫向偏斜角。（3）軸線的數(shù)量和地址本船是雙軸系拖輪，軸線數(shù)量是2。軸線地址和主機(jī)與螺旋槳的部署地址有關(guān)。螺旋槳的部署地址“2900kW近海拖輪總部署圖”中已經(jīng)確定，距設(shè)計(jì)水線，而主機(jī)地址在機(jī)艙部署圖中給出，距設(shè)計(jì)水線也是，故軸線地址求出以下：軸高度：（無(wú)縱向傾角）軸橫向地址：距船中縱剖面，平行分布其兩側(cè)（無(wú)橫向偏斜角）軸前后地址：螺旋槳中心線經(jīng)過(guò)3號(hào)肋骨。2、軸承的地址、數(shù)量與間距（1）軸承地址的確定方法為了減少船體變形對(duì)軸承負(fù)荷的影響，一般將中間軸承盡量湊近艙

6、壁部署，某些小型船舶甚至能夠直接將軸承部署在艙壁上。軸線的地址是靠各軸承的部署地址來(lái)保證的，對(duì)本船來(lái)說(shuō)采用拉線或望光法找到各檔軸承的中心地址，這樣軸承沿高低及水平方向的地址也就確定了。本船是中型船舶螺旋槳重量不重，沒(méi)必要對(duì)軸線常采用曲線安裝法。（2）中間軸承的數(shù)量和間距a、軸承的數(shù)量本船每道軸系設(shè)計(jì)1根中間軸，采用1其中間軸承。b、軸承的間距軸承間距的大小，對(duì)軸的波折變形、柔性和應(yīng)力均有很大影響。合適減少軸承的數(shù)量，增加此間距，雖會(huì)增加一些由其自己重量所引起的彎矩和軸承負(fù)荷，但由于軸系變形的管束減少、軸系的柔性增加，軸承的附加負(fù)荷也會(huì)減少，工作更為可靠。最小軸承的間距：lmin24.93dz2

7、（）24.93202cmm式中：dz軸徑，20cm故在進(jìn)行軸系部署設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)力求使軸承的間距l(xiāng)lmin1.83m。一般軸徑的軸承間距參照以下2組經(jīng)驗(yàn)公式蘇聯(lián)作者尼古拉也夫介紹的公式l125dz=12520=559cm=cm（）式中：dz中間軸直徑，cm。西德勞氏船級(jí)社介紹的公式l142dz=m（）軸承間距也不能夠獲取太大，由于軸系部署設(shè)計(jì)受工藝與安裝工藝的限制，回旋振動(dòng)(包括橫向振動(dòng))的限制，而且軸承的間距太大就會(huì)使相應(yīng)軸段的撓度因其重量的增加有所增大，造成軸承負(fù)荷分配的不均勻性。綜合考慮以上各因素今后，本船中間軸長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為。（3）軸的法蘭與軸承的間距在不影響裝卸的前提下，軸承應(yīng)盡量湊近法蘭部

8、署，并盡可能使軸承中心到二連接法蘭中心線的距離等于0.2l=（l為中間軸長(zhǎng)度）3、尾軸承的數(shù)量和間距螺旋槳軸一般均用兩道尾軸承支承,本船尾軸很長(zhǎng)，每根螺旋槳軸設(shè)計(jì)3道尾軸軸承。在船舶設(shè)計(jì)中，對(duì)尾軸承的間距要求比中間軸承嚴(yán)格。經(jīng)過(guò)計(jì)算和實(shí)船檢查，軸承間距l(xiāng)和尾軸基本直徑d的比值介紹采用以下數(shù)據(jù)：d400650mmld12d230400mmld1425d80230mmld1640本船d=250，設(shè)計(jì)成ld=，m軸系設(shè)計(jì)計(jì)算軸的資料軸一般用優(yōu)秀碳素鋼或合金鋼鍛造，民用船舶廣泛采用優(yōu)秀碳素鋼，快艇及小艇需要減少重量時(shí)可用合金鋼。目前國(guó)內(nèi)適用于軸系的鋼材牌號(hào)是25，30，35號(hào)優(yōu)秀鋼。依照本船種類，軸系

9、各種軸都采用優(yōu)秀碳素。而35號(hào)鋼在同類優(yōu)質(zhì)鋼中資料性能最好，一般民用船舶軸系資料也都采用35號(hào)優(yōu)秀鋼，所以本船軸的資料采用35號(hào)優(yōu)秀鋼?；据S徑計(jì)算前面已經(jīng)計(jì)算出，本船采用軸系的基本軸徑：中間軸200mm；螺旋槳軸250mm；本船齒輪箱自帶推力軸，推力軸不需要設(shè)計(jì)。螺旋槳軸它位于軸系的最后端，尾端裝有螺旋槳，首部則與中間軸相連。為了滿足螺旋槳從船外向內(nèi)安裝的要求，螺旋槳軸首端接可拆聯(lián)軸節(jié)。故螺旋槳軸采用兩端為錐體形式。1、軸頸軸頸是用來(lái)直接與尾軸承相按觸的部分，它除擔(dān)當(dāng)傳達(dá)動(dòng)力外，還有磨耗費(fèi)失，軸頸比軸干的直徑大530mm。本船尾軸設(shè)計(jì)成從外向里進(jìn)行安裝，為了便于安裝，將前后的軸頸直徑制成略有

10、5mm差值(差值取值范圍約2l0mm)，其首部軸頸直徑略小。為了防范或減少應(yīng)力集中，在軸于與軸頸的連接處，采用圓弧或斜錐過(guò)渡；為了減少軸的重量，有時(shí)可采用空心軸的結(jié)構(gòu)，但是本船都是實(shí)心軸。依照軸干取值250mm設(shè)計(jì)軸頸直徑：前軸頸直徑260mm；中軸頸直徑265mm；后軸頸直徑270mm。2、錐體與螺紋部分軸的首、尾端制成錐體，主要為了便于裝、拆和緊固聯(lián)軸器或螺旋槳。在軸系工作時(shí)，錐體部分承受著螺旋槳正倒車(chē)推力產(chǎn)生的壓縮應(yīng)力和拉應(yīng)力，還承受著傳達(dá)扭矩及某些振動(dòng)力等。在錐體上的鍵槽及安裝在它里面的鍵則承受著剪切應(yīng)力及壓應(yīng)力；螺紋部分則用來(lái)安裝緊固螺旋槳(聯(lián)軸器)的螺帽，它主要承受拉應(yīng)力及某些沖擊

11、載荷。為了滿足強(qiáng)度要求，它們應(yīng)有必定的結(jié)構(gòu)尺寸。對(duì)于首端的結(jié)構(gòu)尺寸可按以下經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選定(拜會(huì)以以下圖)(尾端裝聯(lián)軸器處的尺寸可按船標(biāo)有關(guān)數(shù)據(jù)選定)；DK-錐體大端直徑；dK-錐體小端直徑；lK-錐體長(zhǎng)；lj-鍵(槽)長(zhǎng)；d紋-螺紋直徑；l紋-螺紋長(zhǎng)；2k-錐角；b-鍵(槽)寬。圖尾端的結(jié)構(gòu)尺寸錐形部分計(jì)算a、錐度K可用錐體大小兩個(gè)橫斷面直徑差值與斷面間距離的比值表示：DKdK2tg1KK=15（）LK我國(guó)現(xiàn)有船舶軸系的錐度，以采用1：15最多，依照這點(diǎn)，本船軸系錐度亦采用1：15。b、錐長(zhǎng)：LK(1.63.3)DK=2Dk（）250=665mm式中：Dk尾軸直徑，250mm。c、小端直徑：dK

12、DkKLk（）=250-115665mm依照“鋼質(zhì)海船入級(jí)與建筑規(guī)范”在聯(lián)軸器法蘭處的最小直徑，即螺旋槳軸在聯(lián)軸器法蘭處的最小直徑應(yīng)不小于mm。式中：C=將小端直徑dk與海規(guī)要求最小直徑d作差，dkd，滿足了條件。d、大端直徑Dk=250mm，前面計(jì)算得。鍵的主要尺寸a、鍵長(zhǎng)LjLj(0.90.98)LK=LK（）665mmb、鍵寬b（單鍵）b(0.20.3)DK=Dk（）250mmc、鍵高h(yuǎn)(0.50.6)b=mm尾端錐體的鍵槽是引起局部應(yīng)力集中的原因之一。最危險(xiǎn)的部位經(jīng)常是錐體大直徑周邊負(fù)載重的軸段，實(shí)質(zhì)上錐體多數(shù)情況的疲倦裂紋是從鍵槽的銳角上開(kāi)始，為了減少局部應(yīng)力，鍵槽的棱角應(yīng)做成圓角，

13、鍵槽底也應(yīng)有R13mm的圓角，首端應(yīng)制成雪橇形。螺紋部分a、螺紋直徑d紋(0.750.90)DK=DK=mmb、螺紋長(zhǎng)度l紋d紋mm小端直徑dkd紋，滿足了設(shè)計(jì)條件。3、軸干的保護(hù)層軸套與螺旋槳常由青銅或黃銅制成，銅材與鋼軸在海水中就會(huì)形成一對(duì)電極，使螺旋槳軸碰到電化腐化；其余，海水對(duì)鋼軸也會(huì)產(chǎn)生化學(xué)腐化，故在海中運(yùn)轉(zhuǎn)的螺旋槳軸，必定考慮防腐措施。為了防范腐化損壞，采用“陰極保護(hù)法”和海水間隔的“覆蓋保護(hù)法”。前者是把鋅塊焊或用螺栓固緊在被保護(hù)的尾軸上，以腐化鋅塊而保護(hù)尾軸；后者是涂防腐油漆，鍍金屬，用玻璃鋼包覆，軸上包橡膠覆蓋層等方法。中間軸中間軸一般設(shè)在尾軸與推力軸之間,中間軸還常被用來(lái)安

14、裝制動(dòng)器、軸帶發(fā)電機(jī)及轉(zhuǎn)速發(fā)訊器等附件。中間軸按其兩端連接件的不同樣樣，主要有兩各種類:帶整鍛法蘭的中間軸,兩端為錐體的中間軸。本船采用帶整鍛法蘭的中間軸。中間軸的直徑由計(jì)算求得，今后向標(biāo)準(zhǔn)化直徑靠攏；中間軸的長(zhǎng)度和數(shù)量以及軸頸離法蘭的間距等前面已算出。軸頸處或在中間軸經(jīng)過(guò)水密隔艙填料函處的軸段，都要合適地加粗，因該處與相應(yīng)的軸承要發(fā)生摩擦和磨損的緣故，以供維修歲月車(chē)之用。一般這些部位比軸干加粗520mm即可(按不同樣樣軸徑采用)。本船中間軸直徑：200mm軸頸等加粗部位直徑：210mm推力軸本船有減速齒輪箱，其推力軸已放在減速齒輪箱中，所以不設(shè)推力軸。傳動(dòng)軸的強(qiáng)度校核1、中間軸的強(qiáng)度計(jì)算將軸

15、看作一根自由放置在兩支點(diǎn)上的簡(jiǎn)支梁，其所受外力以以以下圖。這里不考慮相鄰跨距影響。取跨距最大一段。其中G0為法蘭重量，a,b為法蘭離支點(diǎn)距離。圖中間軸受力表示圖螺旋槳推力估計(jì)：T1945.2PmaxoVs=1470110%0.514=式中：T螺旋槳最大推力，N；Pmax傳達(dá)的最大功率，kW，按110%Peb計(jì)算；Vs船舶的航速，kn;o螺旋槳效率，拖輪：o=，取。（1）由主機(jī)轉(zhuǎn)距引起的剪應(yīng)力：MtWw80150.601570.50=Ncm式中：Mt主機(jī)最大功率時(shí)的轉(zhuǎn)距，Ncm；Ww中間軸抗扭截面模數(shù)，cm3。Mt9550Pmaxignmax1470110%=95503147077510%2=c

16、mnmax主機(jī)最大功率時(shí)轉(zhuǎn)速，rmin，依照最大功率與轉(zhuǎn)速關(guān)系計(jì)算；減速箱的傳動(dòng)比；減速箱的傳動(dòng)效率。Wdz3(1m4)16=203(10)16cm3式中：dz中間軸直徑，cm；m中孔系數(shù)，md0，實(shí)心軸m=0；dzd0中孔直徑，cm。（2）由中間軸自己重量所產(chǎn)生的波折應(yīng)力：3dz4WMw(1m)203=32=cm3式中：dz中間軸直徑，cm；m中孔系數(shù)，實(shí)心軸m=0支反力RA：RAqlG0b2l=24.5360438.882882360=式中：q軸自重產(chǎn)生的均布負(fù)荷，q0.0062dz2=Ncm。得最大彎距為MW1和MWP為：MW1RA22q=4761.102224.5=Ncm(RG)2MW

17、PA0G0a2q=(4761.10438.88)2438.8872224.5=NcmMW1MWP，應(yīng)選MW1計(jì)算。W462614.51785.25Ncm2（3）由螺旋槳推力產(chǎn)生的壓縮應(yīng)力：112335.3102Ncm2式中：FW中間軸截面積，cm2。（4）由安裝誤差引起的波折應(yīng)力：MWWMWTFW按經(jīng)驗(yàn)采用1471.52943Ncm2，軸系強(qiáng)度校核時(shí)最好取最壞情況考慮2943Ncm2。（5）合成應(yīng)力：H(yww1)232（）=(357.58589.122943)2351.033Ncm2安全系數(shù)：KsH（）274403940.61=K=（）2H傳動(dòng)軸靜強(qiáng)度計(jì)算的合成應(yīng)力，Ncm2；中間軸強(qiáng)度校核

18、合格。2、螺旋槳軸的強(qiáng)度計(jì)算第一要確定槳軸的危險(xiǎn)斷面。對(duì)于一般船舶，槳軸的危險(xiǎn)斷面在E-E截面，但是當(dāng)槳軸兩軸間距大，槳又較輕，槳軸的最大波折應(yīng)力即可能在兩軸承間的某個(gè)截面K-K。（見(jiàn)圖）。El1EK-K圖螺旋槳軸危險(xiǎn)截面表示圖（1）槳與槳自重產(chǎn)生的波折應(yīng)力：EE截面彎距計(jì)算：MEEQB(cl1)RAl1q(l12c)2222=25000(12090)37287.869024.5(45120)2222=式中：QB槳及附件的重力，N；q軸自重產(chǎn)生的均布負(fù)荷，Ncm支點(diǎn)反作用力RA=qlQBcl2l=24.5420250001204202420=NK-K截面的彎距計(jì)算：MKKCQB1(RAQB)22q=1202500021(37287.8625000)224.5=比較，MEEMKK，所以槳軸的危險(xiǎn)斷面在E-E處，槳與槳自重產(chǎn)生的波折應(yīng)力按E-E處計(jì)算。槳及軸自重引起的波折應(yīng)力ME-EWKWW（）2780552.551533.2Ncm2式中：WW軸的抗彎截面模數(shù)，cm3。WWd3j(1m4)（）32253(10)32cm3式中：dj槳軸直徑，cm；m中孔系數(shù)，md0，實(shí)心軸m=0；djd0中孔直徑，cm。（2）由螺旋槳推力產(chǎn)生的拉、壓應(yīng)力