船舶軸系與軸系布置設計

1、項目：軸系,能力目標：掌握軸系布置設計方法；掌握軸承間距、負荷計算方法。 知識目標：掌握軸系的組成、任務以及軸系布置的設計原理。,軸系的定義和任務,軸系是指主機的輸出端至螺旋槳之間的一整套設備，其任務是連接主機（推進機組）與螺旋槳，將主機發(fā)出的功率傳遞給螺旋槳，同時又將螺旋槳所產(chǎn)生的推力通過推力軸承傳給船體，以實現(xiàn)推進船舶的使命。,軸系的組成,軸系的組成主要包括傳動軸（中間軸、推力軸、尾軸或螺旋槳軸等），軸承（中間軸承、推力軸承及尾軸承等）以及軸系附件（剛性聯(lián)軸節(jié)、軸系制動器、隔艙填料函等）等三個部分。 具體到各個船舶，其傳動軸的數(shù)目、組成、軸承及軸系附件的配置等可能會有所不同，這與船舶的大小

2、、船型、船體線型、機艙位置以及動力裝置型式等因素有關。例如有些船舶的軸系中沒有設置獨立的推力軸和推力軸承；有些軸線較短的船，可以不設中間軸，而只用一根螺旋槳軸直接與主機的輸出法蘭相連。,對軸系的要求,軸系的各傳動軸及主要部件必須滿足規(guī)范要求，有足夠的強度和剛度，以保證軸系安全可靠運行，并有較長的使用壽命。 傳動軸和軸系附件盡量采用標準化結構。這不僅給制造、安裝以及維護帶來方便，還能縮短修造船周期、降低成本、提高經(jīng)濟效益，而且對產(chǎn)品的質量提供了可靠的保證。 傳動損失小。正確選擇軸承數(shù)目、型式、布置位置和潤滑方式，將傳動損失降底到最小限度，以提高推進效率。 良好的抗振性能。為了保證船舶軸系在營運轉

3、速范圍內(nèi)不產(chǎn)生扭轉共振和橫振共振，必須在軸系設計階段進行振動臨界轉速的計算。 對船體變形的敏感性小。船體變形會使軸承產(chǎn)生位移而導致軸系產(chǎn)生附加應力和附加負荷。軸系設計和布置時就要考慮使這種影響盡可能小一點。 良好的密封性，防止海水進入船艙和滑油的外漏。 重量尺寸要小。,項目：軸系布置設計,能力目標：掌握軸系布置設計方法；掌握軸承間距、負荷計算方法。 知識目標：掌握軸系布置設計方法；掌握軸線確定中螺旋槳和主機布置的相關知識；掌握軸承間距、負荷計算的相關知識。,前言,軸系布置設計內(nèi)容：軸線確定、軸段配置、軸承的布置 軸系布置設計的前提：船舶總體設計，包括船舶主尺度、線型、總布置及結構設計完成之后，

4、機艙位置、主機和螺旋槳選型已初步確定。,軸系布置設計流程,首先確定軸線及軸段的配置； 再決定軸承位置和間距等，繪制相關草圖；在根據(jù)規(guī)范計算確定了基本軸徑、且軸的主要尺寸初步確定的前提下，即可進行軸系的強度校核。有些船舶軸系還要進行必要的振動計算和合理校中計算； 然后進行軸系部件結構設計及選型; 最后繪制軸系布置圖、尾軸尾管總圖及有關部件圖紙。,軸線的確定,主機（或推進機組）輸出法蘭中心與螺旋槳中心的連線稱為軸線，也稱軸系理論中心線。,何為螺旋槳中心？,軸線的數(shù)目,軸線的數(shù)目取決于船型、航行性能、生命力、主機型式和數(shù)量、經(jīng)濟性、可靠性等因素。軸線的數(shù)目早在總體初步設計階段已決定。 大型貨船、油船

5、多采用單軸線； 對于要求航速高、操縱靈活、機動性好、工作可靠，而吃水受到一定限制的客船、拖船、集裝箱船及其他有特殊要求的船舶，多采用兩根軸線； 軍船為了提高生命力、航速和機動性，多采用三根，甚至四根軸線。,三峽游船幾根軸線 ？,軸線及軸段長度的確定,軸線是一根線段，它的長度與位置決定于兩個端點。前端點為主機（或推進機組）的輸出法蘭中心，后端點為螺旋槳的槳轂中心。 在軸線總長度確定之后，統(tǒng)籌考慮船體尾部線型和結構、隔艙壁位置、各軸承負荷情況、工廠的加工能力以及軸系在機艙內(nèi)的裝拆要求等因素，決定螺旋槳軸、中間軸等傳動軸的配置及各軸段長度。,主機位置布置原則如下,對稱布置：考慮到設備重量的平衡以及布

6、置和操作的便利。 單軸系的軸線一般布置在船舶的縱中剖面上； 雙軸系的軸線一般對稱布置于船舶縱中剖面兩側，即對稱布置在船舶兩舷； 三根軸系的船舶，一根布置在船舶的縱中剖面上，其余兩根對稱布置在左右兩舷。多軸系的間距由船舶總體設計確定。,軸線最好布置成與船體基線平行。 當推進機組位置較高，而船舶吃水較淺時，為了保證螺旋槳的浸沒深度，不得不使軸線向尾部傾斜一定角度。軸線與基線的夾角稱為傾角。有些雙軸系和多軸系的船舶，為了保證螺旋槳葉的邊緣離船殼外板有一定的間隙，或出于機槳布置的需要，允許軸線在水平投影面上不與縱舯剖面平行，向外或向內(nèi)傾斜，形成夾角，稱為偏角。 當軸線出現(xiàn)傾角和偏角時，將使螺旋槳的推力

7、受到損失，因此必須對傾角和偏角加以控制。 一般將傾角控制在05之內(nèi)，高速快艇軸線的傾角可放大到1216；偏角則控制在03之內(nèi)。 思考：為何高速船舶的傾角要放大？,主機應盡量靠近機艙后艙壁布置，以縮短軸線長度。 應考慮主機左、右、前、底與上部空間是否滿足船舶規(guī)范，另外還需要考慮拆裝與維修要求以及吊缸的高度是否足夠等因素。比如高度方向，一般應使主機的油底殼不碰到船的雙層底或肋骨，并使它們之間留有向隙，還應留出油底殼放油所需的操作高度。,螺旋槳的布置與定位,螺旋槳的布置與定位由船體總體設計決定，其原則是保證螺旋槳可靠而有效地工作。 螺旋槳應有一定的浸沒深度。單槳船的浸沒深度e=（0.25-0.30）

8、D，雙槳船的浸沒深度e=（0.4-0.5）D。D為螺旋槳直徑； 螺旋槳不應超出船體中部輪廓之外； 葉梢應盡量高于船體基線以避免螺旋槳在淺水區(qū)域航行時被碰壞； 葉梢與尾柱距離d不能太小，否則受葉梢處的高速水流沖刷，尾柱易被浸蝕； 槳和舵葉之間也要留有一定間隙； 螺旋槳和船體外板間距c不應太小，以免造成船體的振動及不必要的附加阻力。,軸承的設置,軸承數(shù)目、間距的大小和位置安排，對軸的彎曲變形、應力和軸承的工作狀態(tài)均有很大的影響。若處理不當，會使軸承負荷不均勻，造成發(fā)熱和加速磨損，從而影響軸系運轉的可靠性。,軸承的數(shù)量,螺旋槳軸一般設兩道軸承。如果螺旋槳軸過長（如雙軸系船），也可以設三道軸承。對于一

9、些軸線非常短的單機單槳尾機型船舶，其螺旋槳軸前軸承甚至可以取消，即只設一道軸承。 每根中間軸一般只設一道中間軸承，因為減少軸承數(shù)量會降低軸系變形牽制和軸承附加負荷，使船體變形對軸系的影響減弱，對軸系工作有利。一些很短的中間軸甚至不設中間軸承。如果中間軸過長，也可以設兩道中間軸承。,軸承的間距,中間軸承最小間距：lmin=24.9d2/3 (cm) 式中：d軸徑，cm 緣由：中間軸承底座通過螺栓與船體剛性連接，船體因受水壓、裝載等因素影響而產(chǎn)生變形（尤其垂向），軸承隨之變位，從而產(chǎn)生附加負荷。當變位量一定時，軸承間距愈小，當軸承變位時，它對軸線的牽制作用愈大，其附加負荷也愈大，故軸承的間距太小是

10、不利的，應對它有所限制。,中間軸承最大間距：lmax=7785 (mm) 緣由：加大軸承間距可以減小軸承的附加負荷，但軸承間距要受到下列因素的限制： 軸系臨界轉速的限制。軸承跨距過大，易產(chǎn)生軸系的回轉振動和橫向振動。 比壓和撓度的限制。增大軸承跨距，減少軸承數(shù)量，使軸承比壓增加，撓度增加，同時造成軸承負荷的不均勻性。 工藝條件的限制。增大軸承跨距給軸系的制造和安裝帶來困難。,關于軸承最大間距，各國規(guī)范有不同的規(guī)定，如GL的推薦公式是：lmax=k1d (mm) 式中：d軸承間直徑（mm）；k1=450（油潤滑白合金軸承）、280（油脂潤滑灰鑄鐵軸承）、280350（水潤滑橡膠軸承、軸支架） 當

11、轉速350r/min時: lmax=k2d /n 式中：n軸轉速，r/min；k2=8400（油潤滑白合金軸承）、5200（油脂潤滑灰鑄鐵軸承、水潤滑與軸支架橡膠軸承、）,尾軸承的間距 l/D值推薦采用以下數(shù)據(jù)（經(jīng)驗值） 當D=400650mm時 l/D12 當D=230400mm時 l/D1425 當D80230mm時 l/D1640 某些尾機型船舶，因受到空間位置限制，允許l/D值小于上述數(shù)據(jù)。,軸承的位置,軸承應安裝在船體結構較強、變形相對較小的部位。 中間軸承多安裝在靠近法蘭處。,軸承負荷,軸承負荷的大小用軸承比壓p表示 P=R/DL （N/mm） 式中：R軸承負荷，N； D軸頸直徑，

12、m； L軸承長度，m。,各軸承的比壓在許用范圍之內(nèi)，并力求使各軸承的負荷均勻。 如軸承負荷過重，超過了許用比壓，將導致軸承迅速磨損、發(fā)熱及其他事故。遇到這種情況，不能輕易用加大軸承長度的方法來降低比壓，一般可采用減小軸承間距、降低軸承高度的方法。 軸承負荷過小，甚至出現(xiàn)零值或負值，也是不允許的，這不僅影響軸承的正常工作，而且造成鄰近軸承負荷過重。這是因為當軸承負荷為零值或負值時，軸段與下軸瓦脫離，這樣，一方面使計算的負荷與實際不符，另一方面影響橫向振動的頻率的計算，設計者應加大軸承間距，甚至取消一道軸承，以改變受力情況，也可以降低或升高其高度。 鋼質海船建造與入級規(guī)范規(guī)定：每個軸承應為正壓力，且應不小于相鄰兩跨軸重量的20。,軸承負荷計算中支點位置的確定,中間軸承不長(約0.8倍軸徑)，軸頸和軸承接觸比較均勻，支承反力位置取軸承中點。 對于尾軸管前軸承，其支承反力位置與中間軸承相同，也取軸承中點。 對于尾軸管后軸承或靠近螺旋槳的最后一道