船舶動力裝置課程設(shè)計蘇星

1、一、設(shè)計目的1、 進一步掌握艦船動力裝置的基本概念和基本理論；2、 掌握船機漿設(shè)計工況選擇的理論和方法；3、 掌握工況船舶采用雙速比齒輪箱速比優(yōu)先選計算方法;4、 掌握主機選型的基本步驟方法；5、 初步掌握船機漿工況配合特性的綜合分析方法。二、基本要求1、 獨立思考，獨立完成本設(shè)計；2、 方法合適，步驟清晰，計算正確；3、 書寫端正，圖線清晰。三、已知條件1、船型及主要尺寸(1)船型：單機單槳拖網(wǎng)漁船主尺度序號尺度單位數(shù)值1水線長M2型寬M3型深M4平均吃水M5排水量T6漿心至水面距離M(3)系數(shù)名稱方形系數(shù)Cb菱形糸數(shù)Cp腫刻面系數(shù)數(shù)值海水密度p =M32、設(shè)計航速狀態(tài)單位數(shù)值自航KN拖航K

2、N3、柴油機型號及主要參數(shù)序號型號標定功率(KW)標定轉(zhuǎn)速(r/mi n)柴油消耗率(g/kw h)重量(kg)外形尺寸(LXAX H) mm16E150C-116375023825002012X 998X132526E150C-122075023832902553X 856X144038E150C-A217100022827002065X 1069 X140548E150C-A289100022835002591X 957X140556160A-13164100023839003380X 880X15556X6160ZC220100021837003069X 960X151276160A-1

3、16075023837003380X 880X15558N-855-M195100017511769NT-855-M267100017912581989X 930X151110TBD234V832010002124、齒輪箱主要技術(shù)參數(shù)序號型號額定傳遞能力kw/(r/m in)額定輸入 轉(zhuǎn)速(r/min)額定扭矩N*m額定推力KN速比1300-18004283-12858J J J J J J J J J J5、雙速比齒輪箱主要技術(shù)參數(shù)序號型號額定傳遞能力kw/(r/m in)額定輸入轉(zhuǎn)速(r/min)額定推力KN速比1-18002-63MCG4105SD300四、計算與分析內(nèi)容1、船體有效功率

4、，并繪制曲線2、確定推進系數(shù)3、主機選型論證4、單速比齒輪箱速比優(yōu)選，槳工況特性分析5、雙速比齒輪箱速比6、綜合評判分析五、參考書目1、漁船設(shè)計2、船舶推進3、船舶概論4、船舶設(shè)計實用手冊 (設(shè)計分冊) 六、設(shè)計計算過程與分析1、計算船體有效功率 經(jīng)驗公式：EHP=(EOA E)AV L式中：EHP-船體有效馬力,- 排水量(T), L- 船長(M) 在式中船長為時， E的修正量極微，可忽略不計。所以式可簡化為EHP=EA VL。 根據(jù)查漁船設(shè)計5、可知 E0 計算如下：船速 v= X 十=S, L=,Cp=;V/(L/10)3=- /(41 -10)3=;v/ Vgl= VX 41)=;通過

5、查漁船設(shè)計可得 E0=o(2)結(jié)果：EHP=EX AXV L =2、不確定推進系數(shù)(1)公式 PX C=P/PS= n cXn sXn pXn r式中PE：有效馬力；Ps：主機發(fā)出功率；n C：傳動功率；n S：船射效率；n P： 散水效率；n r :相對旋轉(zhuǎn)效率。( 2)參數(shù)估算伴流分數(shù)： w= =推力減額分數(shù)：由漁船設(shè)計得 t=n s= (1 t) / (1 w) = (1 ) / (1 )=取 n c=；n p=;n r=(3)結(jié)果 Px C=n cXn s Xn pXq r= xxx =3、 主機選型論證(1)根據(jù)EHP和Px C選主機主機所需最小功率 Psmin=FE/(P x C)

6、=馬力=參數(shù) 10%功率儲備： Ps=Psminx(1+10%)= 查柴油機型號及主要參數(shù)表選擇 NT-855-M 型柴油機 參數(shù)：額定轉(zhuǎn)速： 1000r/min額定功率： 267KW 燃油消耗率： 179g/( 2)設(shè)計工況點初選a、取漿徑為，葉數(shù)Z=4,盤面比為和b、確定漿轉(zhuǎn)速范圍225r/min左右4、 單速比齒輪速比優(yōu)選，槳工況點配合特性分析( 1 )設(shè)計思想：按自航工況下設(shè)計( 2)設(shè)計參數(shù)及計算：a、螺旋槳收到的馬力DHPDHP=EHP/n( sxn pxn r)= xx =馬力bVP*( DHP/p) =V()=c、槳徑D:D=d、自航航速Vs=拖航航速Vs =e、進速 va=V

7、s (1-w) =x()=f 、估計槳轉(zhuǎn)速： 225r/min根據(jù)圖譜計算(3)具體計算根據(jù)槳徑 D=,用B4-40和 B4-55圖譜計算轉(zhuǎn)速為200r/min ,225r/min,250r/min,275r/min,300r/min,航速為時槳的螺距比 H/D,敞水效率np，并繪制圖譜求得最佳n P和H/D(4)列表計算：序號計算項目1槳徑D(M)2槳轉(zhuǎn)速n(r/min)2002252502753003航速gkn)4進速VA(rw)5直徑系數(shù)S =VA6功率系數(shù)Bp=nVp/查B4-40圖譜7n p8H/D9H(M)查B4-55圖譜10n p11H/D12H(M)(5)作圖確定槳各項最佳參數(shù)

8、：(6)通過作圖確定槳的各相應(yīng)參數(shù):項目B4-40B4-55槳速r/min230225此時主機在設(shè)計負使船在自航設(shè)計航根據(jù)拖航工況選擇減速比,由上面自航時的兩種盤面比對應(yīng)的參數(shù)求出拖網(wǎng)時n PH/DH(M)D(M)通過作圖確定出此船在自航狀態(tài)下即航速 Vs二二時，槳的最佳轉(zhuǎn)速，從而準確 得出自航狀態(tài)下的減速比。(7)選擇單速比齒輪箱參數(shù)：a、主機輸出扭矩 Ne=9550 PJn N=267/1000 X 9550=2550N Mb、主機轉(zhuǎn)速 n=1000 r p mc、減速比i=根據(jù)以上參數(shù)選擇：齒輪箱型號：SCG3503外形尺寸：854X 880X 1312傳遞能力：r/min(8)分析自航

9、狀態(tài)下的機槳配合特性Pe Pp圖中A點為船自航狀態(tài)下的設(shè)計配合點，即額定工況點, 荷下工作，主機可發(fā)出額定功率，螺旋槳亦可發(fā)出設(shè)計推力， 速即航行。(9)雙速比齒輪箱速比優(yōu)選、槳工況配合分析D設(shè)計思想：再吸收全部主機功率情況下具有的最大推力的螺旋槳的轉(zhuǎn)速及減速比 n p n c(%設(shè)計參數(shù)：拖航航速：Vs=進速：Va= ( 1-W) =S具體計算(查船舶原理與推進P186)序號計算項目1槳徑D(M)2槳轉(zhuǎn)速2002252502753003航速VS(kn)4進速VA(rw)567查B4-40圖譜8H/D9KT10n P114376450645684638452312Te=T(1-t)366737

10、76382838873700查B4-55圖譜13H/D14KT15n P164346443145414582447317Te=T(1-t)36423713380538403659作圖確定最佳參數(shù)(10)通過兩種盤面比的螺距比確定槳的轉(zhuǎn)速、敞水效率項目B4-40B4-55D(m)H/Dn Pn(r/mi n)225220相應(yīng)減速比(11)空泡校核項目B4-40B4-55VS(k n)Va= ( 1-W)D(m)H/Dn P241p1276912689P-PV1651116581T(kg)45064414按表中的數(shù)據(jù)繪制成曲線圖AMIN根據(jù)上圖可得出螺旋槳設(shè)計參數(shù)自航與拖航的減速比盤面比螺距比自航

11、航速螺旋槳直徑自航n p拖航n p自航時減速比拖網(wǎng)時減速比(12)選擇雙速比齒輪箱型號: 額定輸入轉(zhuǎn)速：-1800(r/mi n)速比范圍：2-6(13)額定傳遞能力：機槳配合工況分拖航自航CPe p如上圖所示，曲線I為自航對槳推進特性曲線為拖網(wǎng)時推進特性曲線，A點B為設(shè)計工況點，即MCRoA自航時，機槳在設(shè)計工況下工作，即在 A點工作，此時主機發(fā)足功率，槳吸iIMPN一收全部功率，船以設(shè)計航速前行。n|/.nMi i拖網(wǎng)時，船阻力較大，p減小，槳推進曲線上移，此時若還用第一級傳動比 傳動，主機必須發(fā)出超出額定功率的功率， 這樣將不利于主機的工作和機槳的配 合。若用第二級傳動比傳動，可是機槳配

12、合點在 B 點，這樣主機能發(fā)足功率，槳 可以吸收全部扭矩來運轉(zhuǎn)， 使船在拖航時仍在設(shè)計航速下順利航行， 此時主機轉(zhuǎn) 速仍未額定轉(zhuǎn)速，因而船、機、槳均在設(shè)計工況（拖航）下運行。 （14）綜合評價分析：用單速比齒輪箱傳動時，拖航時主機功率不足，油耗大，經(jīng)濟性差，同時 主機功率有大量剩余， 而槳又吸收不到全部扭矩， 航速將降低， 在運行工況惡化 時甚至造成主機熱負荷大大增加，使主機不能正常工作。用雙速比齒輪箱傳動時， 可以使主機在拖航和自航中都發(fā)出全部功率， 使主 機在兩種工況下都能按額定轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)， 使主機處于最佳狀態(tài)， 提高了經(jīng)濟性。 漁 船在拖網(wǎng)時， 螺旋槳的效率相對自由航行時要低的多， 但考慮

13、與直接傳動定距槳 相比，由于槳速可以選配， 自由航行時效率可提高， 對于高增壓中速柴油機更好 適宜，同時配合特性曲線圖可以看出槳的最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。另一方面， 用了減速齒輪箱， 由于傳動比效率， 主機發(fā)出功率將被消耗掉一 部分，同時齒輪箱也占據(jù)了一部分空間，使機艙中布置更為緊湊。軸系設(shè)計與校核一、 設(shè)計任務(wù)書（一） 已知條件1、船舶基本參數(shù)船型：單機單槳拖網(wǎng)漁船船速：自航，拖航水線長： 型寬：型深：2、主要技術(shù)參數(shù)型號：NT-855-M型柴油機額定轉(zhuǎn)速：1000r/min額定功率：267KW 燃油消耗率：179g/3、 螺旋槳參數(shù)直徑：重量：1050kg材料：鑄鋼4、 軸線長度主機輸出法蘭1100

14、3000（二）、完成任務(wù)1、軸徑估算，強度初步校核；35002、確定各軸段，各部分結(jié)構(gòu)尺寸；3、選擇合適的傳動裝置，支承部件；4、進行軸系布置，并繪制軸系布置圖；5、軸系較中計算；&尾軸管置結(jié)構(gòu)設(shè)計，并繪制尾軸管總圖;7、繪制機艙軸承傳動部分的裝備圖。、軸徑估算，強度校核初步:（一）軸系軸徑計算序號名稱符號單位公式及來源數(shù)值1中間軸螺旋槳軸材料35#1 岡2中間軸螺旋槳軸標疋校核強度下限(T bN/mrm按航規(guī)3軸傳遞額定功率PnKm按主機說明書2674額定功率相應(yīng)轉(zhuǎn)速riNr/mi n按主機說明書10005中間軸直徑部分系數(shù)C按船規(guī)6螺旋槳直徑部分系數(shù)C2按船規(guī)7中間軸最小直徑d、2mm“爲

15、爲R 608 dE 100c3lV nr b 176.58螺旋槳軸最小直徑dkmm 608dk IO8231 -V nr b 176. 59選用中間軸基本直徑dzmm15010選用螺旋槳軸基本直徑dKmm180（二）軸系強度計算1、中間軸強度計算序號名稱符號單位公式及來源數(shù)值1中間軸基本軸徑dzcm152中間軸轉(zhuǎn)速nnr p m2253中間軸傳遞最大功率Pnkw2674中間軸的截面模數(shù)WZ3cm.,n ,3W =d z165中間軸傳遞最大扭矩MN cmRMi716209. 6 nn8158956扭矩引起的剪應(yīng)力TN/cmfT = Mn / W Z7螺旋槳效率n pn p=螺旋槳推力TNRT 1

16、943.2 PVs9螺旋槳推力引起的壓應(yīng)力c yN/cnfT4TyFN百10中間軸材料密度Pg/cm2機械零件設(shè)計手冊11單位長度負荷qN/cm2q dz g4y12整鍛法蘭(D=4M,b=GNG0 Db 2454113兩軸承間距l(xiāng)cm249l142 Jdz241014a段距離acm11015b段距離bcm29016軸承反作用力RxNbRAG0217軸承引起彎矩MWN cmRA - GoMv - Goa2q23926618軸承曲模數(shù)W3cmWZW 二二一一 dz 3/23233119軸重引起彎曲應(yīng)力(T wN/cm曲wWZw20合成應(yīng)力(T HN/cmf/ 2 2Hp WwZE3l 1改146

17、221由安裝誤差引起彎曲應(yīng)力T w1N/cnf200022安裝系數(shù)nN/cm2n H23許用安全系數(shù)n船舶設(shè)計手冊結(jié)論n n中間軸安全2、螺旋槳強度計算序號名稱符號單位公式及來源數(shù)值1螺旋槳軸最大扭矩MN cm9550*P/ nn*i10992692螺旋槳軸徑dtcm183螺旋槳軸截面系數(shù)wc3 cmwc dt31612414螺旋槳軸截面面積Fc2 cmFc dd45由扭矩引起的剪應(yīng)力TN/cm2Mc8846螺旋槳推力TN7由螺旋槳推力引起的剪應(yīng)力T yN/cm2TyFc1298系數(shù)1.02 - 1.069合成應(yīng)力(T HN/cm2HJ y23 2179210材料屈服極限(T SN/cm2按船

18、規(guī)2246011安全系數(shù)nn= T s/ T H12許用安全系數(shù)n按船舶設(shè)計使用手冊結(jié)論nn，安全滿足強度要求軸段各部分尺寸(一)槳軸280130150185190尺寸來源：取錐度k=1:15則有 Lk= () Dk= ()x 185=476mm dk=D；400 Lk= 585-1/15 X 476=153mm do=() dk= ()X 150=125mm取 Lo=125mm螺旋槳從里往外裝取后尾管徑190前尾軸頸為195后尾軸長 L2、= = () Dk=930mm取軸頸長為950前尾軸長 L= (3-4) Dk=610mm取軸頸長為650(二)中間軸195650660153610005

19、00（三）整段法蘭由 D=150得 D1=300mmD2=230mmb仁仁 40mm d1=38mm螺紋直徑為M36（四）傳動裝置與支撐部件1、傳動裝置主機是高速柴油機，因此采用齒輪箱傳動2、支承部件采用兩個尾軸承支承，因中間軸較長故也需設(shè)一個中間軸承， 軸承材料選用鐵梨木，需用壓力為前尾軸承 ds=190mm Ls=610mm后尾軸承 ds=195mm Ls=930mm四、 軸系較中計算（一）計算過程Q=1O69OA 26B3CGH1、建立計算模型（1）320各軸段載荷計算5011020002a、qAC= n /4d k r=2025N/M查表得=H A BCGq、AC= qAC=2673N

20、/M2b、qDF= n /4d z r=1436N/M查表得=qD= qDF=1536N/MC、qcD= ( q AC l CG+ q DF l GD) /l CD=M( 2 )各段截面慣性矩I BC= n /64 dz4=n /64 X =X 10-5miIEF=I DE= n /64 dE4= n /64 X =X 10-5m4I CD= (I BCX l CG+I DEX l DG)/l CD=X 10 m( 3)各軸段相對剛度KBC=IBC/LBC=X10-5/2550=X10-8KCD=ICD/LCD=X10-5/3100=X10-8KDE= I DE/L DE= X 1 0-5/9

21、00= X 1 0-8-5-8KEF=IEF/LEF=X10-5/500=5X 10-8(4) 各節(jié)點兩側(cè)分配系數(shù)入 BC=1入 CB=KBC/(K BC+KDD=入 cD=1-入 CB=入 DC=K：D/(K CD+KDE) =入 DE=1-入 DC=入 ED=K)E/(K DE+KEF)=入 EF=1-入 ED=入 FE=02、用力矩分配法列表計算各節(jié)點彎矩總和(1)求各節(jié)點初始固定彎矩2MAB=-QPX LHB=-7700N MMBc=qBc； X LBC/12=1292N M2MCD=qcD X LCD/12=1553N M2M)E=-MED=qDE X LDE/12=104N MM=

22、qEFX LEF712=32N M3、列表計算支點BCDEF分配系數(shù)10固定彎矩-770012921553 -1553104320-1292-104第一次分配(6408)（-261）（1449）（76）及傳遞6408-172-89420102925510-863204210-4412514025第二次分配（86）(-3414)（32）（-514）及傳遞86-1161923-3430-22534-580-1710-171-1126-851143第三次分配（1126）（-47）（665）（-11）及傳遞1126-16193472-70-3181 -8-40-3-15-2563236第四次分配（15

23、）(-644)（10）（-236）及傳遞15-21937-1570-4251 -108-790-78-2127-393第五次分配（212）（-8）(147)（-3）及傳遞212-33584-20-517-1-10-1-2041106第六次分配(2)(-123)(1)(-41 )及傳遞2-81-4201-14-270-4010-21-700-13第七次分配(40)(-1 )(28)(0)及傳遞400820000八次分配(0)(-24)(0)(0)及傳遞0-800000-160-40000-80第九次分配(8)(0)(4)(0)及傳遞8001300004000100第十次

24、分配(0)(-4 )(0)(-1 )及傳遞0-1000-10-3000000-10第十一次分配(1)(0)(0)(0)及傳遞10000000-1640 0000 000彎矩總和 -77007700336-16491649 454-454 -234-336(2)求各結(jié)點支反力:冗冗10690由刀 MC=0 得：X R-7700-336-10690 XX 2673X =0336 求得：FB=25535NRBRCI由刀 MB=0 得：X 艮汁X 2673X求得：Qi=-1428N由刀 MDi=0 得:RC2X +336+X 1940X =0-33求得：FC2=2403N由刀 Mh=0 得:-R RC

25、X +336+1536+X 194滋=0求得：FDi=3611N由49MEI=0得:RD2X .5 X 12X 1536=0454 RD2求得：FD2=2758NRE12由刀 hM=0 得:-R E1X 1-1536-454+ X 1 X 1536=0求得：FE1=-1222N由刀皿纟皿纟54得:RE2X +454+X 1536X =0234逑逑得：RE2=-992N R由刀 ME2=0 得:-RFX +454+234+X 1536X =0求得：R=1760N各支點反力為：FB=25535NC=975NRD=6369NRE=-2214NRF=1760N3、校核(1)支反力總和 R=R+R+R+

26、R+FF=25535+975+6369-2214+1760=32425N(2) 軸系載荷總和為 10690+2673X +1940X +1536X =31628N由以上可知支反力總和與載荷總和相等，故計算合格二、軸承負荷的調(diào)整1、支承B抬高時，各結(jié)點彎矩總和(1)B抬高時，產(chǎn)生彎矩10 8=6XX 10 XX 10- /=1116N M(2)列表計算支點BCDEF分配系數(shù)10固定彎矩11161116第一次分配-1116-379及傳遞-737-189-368-558第二次分配36836819064125及傳遞184184329562第三次分配-184-84-67-21及傳遞-162-28-11-

27、10-81-14-5CiRciDi-92-42-33第四次分配81703614331122及傳遞354071851611第五次分配-35-16-16-11及傳遞-31-7-5-5-15-3-2-17-8-8第六次分配157133735及傳遞3716132第七次分配-3-3-5-1及傳遞-5-2-20-2-1-1-1-1-2第八次分配2200202及傳遞1100011第九次分配-100001及傳遞-10000000彎矩總和1191-191163-3-16-1(3)求各結(jié)點支反力B由九 MCi=0 得 RBX =0RB=由刀 MB=0 得 RiX =02=RBC2由刀 MDi=0 得 RC2X +

28、191+16=0 二 RC2=由刀 MC2=0 得-RDIX +191+16=0 二 RDi=D2E1食16 3由刀 ME1=0 得 RD2X 1-3-16=0 二 RD2=19NRD2RE1由刀 MD2=0 得-RE1X 1-3-16=0 RE1=-19N-1-3由刀 M=0 得+3+仁0二 RE2=-8N由刀 ME2=02得+3+1=0二 R=8N RF各點總支反力為:R=R=R=R=-27NR=8N2、支承C抬高時，各結(jié)點彎矩總和(1)C抬高時，產(chǎn)生彎矩M DC=MCD=6E kcML CD=462N MM BC=MCB=-1116N M(2)列表計算支點BCDEF分配系數(shù)10固定彎矩-

29、1116-1116462462第一次分配1116432222-134-328及傳遞216558-67111-164第二次分配-216-167-32-7955109及傳遞-324-16-83-2754-162-39-108第三次分配162824233771326及傳遞4181162163813第四次分配-41-33-19-35及傳遞-64-8-13-17-32-4-6-20-16-9第五次分配3216861636及傳遞81634183第六次分配-8-7-3-5及傳遞-12-2-3-2-6-1-1-4-3-1第七次分配6321301及傳遞1301010第八次分配-1-10-10-1及傳遞-2000

30、00-10彎矩總和-1459361-36110151-459-101-1459(3)求各結(jié)點支反力由刀 MCi=0 得 RB X +459+1=0 FB=-f84N Rci=184NC2由刀 MDi=0 得 FC2X =0R= RD1=D2 -361由刀ME1=0得RD2=-462NRD2E2C1Rc1Df-459361RD1E1R)2X 1+361+101=0R E1=462NRE1-101101由刀 MF=0 得 RE2X =051RE2=304N RF=-304NRE2R=各支點支反力：R=-184NR=R=R=766NR=-304N3、支承D抬高時，各結(jié)點彎矩總和(1)D抬高時，產(chǎn)生彎

31、矩MC=MDc=-462N MMDE=ME=6E kDL DE3426N M(2)列表計算支點BCDEF分配系數(shù)10固定彎矩-46234263426-462第一次分配0305157-860-2104-2284及傳遞1520-43078-1142-1142-571-1052第二次分配-152284146143350351701及傳遞142-767173175175350第三次分配-14232-72-176-117及傳遞1-71-361-58-58-29-88第四次分配-171368202959及傳遞350418141029第五次分配-35-1-23-7及傳遞-3-9-3-3-1-40-1-17-

32、11第六次分配11470138及傳遞7003104第七次分配-700-1-300及傳遞0-3000-10第八次分配0210001由刀 MDi=0 得 FC2X +509+1080=0 -509FC= R D=Rc2D2E11080由刀 ME1=0 得 FD2X =0 FD2=2719N RE1=-2719ND1Ri)11639-1-108-820及傳遞1000000第九次分配-1000000及傳遞0000000彎矩總和-1509-50910801639-1639-1080-820(3)求各結(jié)點支反力BC1509 -1由刀 MC=0得 RBX +1=0 FB= Rc訊RClE2F由羽M3=0 得 RE2X +1639+820=0 RE2=-4918N R