船舶傳動軸結構

項目：傳動軸設計能力目標：掌握傳動軸結構設計方法；掌握傳動軸的強度計算；會繪制傳動軸圖紙。知識目標：掌握傳動軸的任務、組成、以及結構特點。㈠螺旋槳軸和尾軸（圖例）螺旋槳軸位于軸系的最后端，尾部安裝螺旋槳，首部通過聯(lián)軸節(jié)與中間軸或推進機組輸出法蘭相連。一般情況下螺旋槳軸即尾軸，只有當螺旋槳軸伸出船體過長時，才分為兩段，裝螺旋槳的一段軸稱為螺旋槳軸，通過尾軸管的一段軸稱為尾軸。⒈螺旋槳軸的尾部結構螺旋槳軸的尾部是供安裝螺旋槳之用，制成錐體，主要為了便于拆裝。主機的轉矩靠螺旋槳錐孔與槳軸錐體之間緊密配合產(chǎn)生的摩擦力以及鍵來傳遞。螺旋槳軸的尾部結構尺寸一般由規(guī)范計算所確定的尾軸直徑來進行估算。錐度K多采用1：15和1：12。螺紋直徑dW=(0.75～0.90)dTZ

，螺紋長度lW=dW為避免緊固螺帽松動，習慣上將尾螺紋的旋向設計成和槳的回轉方向相反。尾部錐體的鍵槽是引起局部應力集中的原因之一，最危險部分在錐體大端附近，大多數(shù)的疲勞裂紋是從鍵槽銳角上開始。為了減小局部應力，鍵槽的棱角應做成圓角，鍵槽底也應有圓角，《鋼質海船入級與建造規(guī)范》（2001）規(guī)定圓角半徑應不小于錐部大端直徑的1/25。螺旋槳軸的圓柱體與錐體交界處不應有凸肩或圓角。軸上鍵槽前端應平滑且呈湯匙形；也有船級社規(guī)定軸上鍵槽要做成雪橇形。軸上鍵槽前端到軸錐部大端的距離不小于0.2倍錐部大端的直徑。鍵應用螺釘固定在軸上，螺釘孔不應在距前端鍵長1/3的范圍內，螺孔的深度應不大于螺孔直徑。⒉軸干軸干位于螺旋槳軸的中間部位，其兩端與軸頸相連。軸干的直徑按相關的船舶規(guī)范中的有關公式求得，再按與其相近的標準化軸徑數(shù)值進行選定。此標準化軸徑是為了便于螺旋槳軸的設計、生產(chǎn)、加工及互換，由有關部門頒布的，供設計時選用。軸干的長度取決于軸系布置，與所采用的軸線數(shù)量，船體線型、船體總布置、各軸承負荷情況、工廠的加工能力及軸系在機艙內裝拆要求等因素等有關。

⒊軸頸軸頸是直接與尾軸承相接觸的部位，為了便于安裝以及軸頸在磨損后更換軸套時留有光車的裕量，以延長使用壽命，其直徑應比軸干略大，一般按其軸徑大小的不同，約增大5～30mm。另外，為了便于安裝，往往將前后的軸頸直徑制成略有差值(約2～10mm)。軸頸的長度一般略大于其軸承長度50～100mm左右，以保證在軸系安裝或調整中軸發(fā)生軸向位移時，仍能與軸承有較好地接觸。為了減少應力集中，在軸干與軸頸的連接處，應采用圓弧或斜錐過渡。軸套與軸頸配合的過盈量軸套一般采用紅套或液壓套合法裝配于軸上，軸套在其紅套軸上后應檢查其緊密性，在距離尾軸錐體端70mm長度上，嚴禁有配合不緊密的地方。軸套與軸頸配合的過盈量見下表：軸頸直徑＜120120～180180～260260～360360～500500～700過盈量0.10～0.140.14～0.200.20～0.260.26～0.320.32～0.400.40～0.50⑵軸套表面的圓度和圓柱度的要求見下表。加工時通常采取在銅套裝入艉軸后，同時光車軸頸銅套表面與艉軸法蘭外圓和端面的方法。

直徑D≤120120～180180～260260～500500～800＞800圓度圓柱度≤0.025≤0.035≤0.045≤0.055≤0.065≤0.075軸套表面的圓度和圓柱度螺旋槳軸銅軸套的厚度軸套的厚度可按下表選定:單位mmd是軸承檔處基本直徑分類軸承檔處新制最小厚度t非工作軸頸部位厚度光車修理厚度極限厚度厚度0.03d+7.50.75t0.02d+50.015d+3.5軸套卸荷槽⑷為減輕軸套紅套于軸上后的應力集中現(xiàn)象，常在軸套的兩端開卸荷槽，如圖2—28所示。⑸軸套經(jīng)常是制成一個整體，但當軸套過長時，也可以分段焊接。對非焊接的接縫應采用搭接縫。對搭接縫可用焊錫填補，這時搭口應車成燕尾槽形，也可采用機械滾壓法予以滾壓接平。分段連接起來的軸套，其接縫處必須保持水密。如圖2—29所示。⒌螺旋槳軸的首部螺旋槳軸的首部是為了安裝聯(lián)軸節(jié)之用，其結構型式有兩種：一種安裝可拆聯(lián)軸節(jié)，結構與螺旋槳軸的尾部錐體結構相似；另一種是整鍛法蘭，結構圖2—18的b圖所示。其結構和尺寸可按相關船舶標準有關數(shù)據(jù)選定。軸的防護螺旋槳與軸在海水中形成一對電極，存在一定的電位差，會使尾軸遭到強烈的電化腐蝕。另外水潤滑螺旋槳軸的軸干部分常裸露于海水中，海水對鋼軸也會產(chǎn)生化學腐蝕，所以對螺旋槳軸必須采取保護措施。一般船舶常常采用的是陰極保護法和覆蓋保護法。⒈陰極保護法。如圖2－30所示。鋅塊通過焊接或者以螺栓固定于船體上，用導線與碳刷連接，碳刷通過固定在螺旋槳軸上的集流環(huán)形成防蝕回路。⒉覆蓋保護法在軸上包覆玻璃鋼保護層是目前保護螺旋槳軸表面最可靠和完善的方法，因為固化后的玻璃鋼具有良好的物理、機械、絕緣和抗蝕性，它在海水、石油產(chǎn)品以及堿溶液中都不易損壞，故目前被廣泛應用。

㈡中間軸（圖例）中間軸一般設在尾軸與推力軸之間，也有的在柴油機的飛輪輸出端設置一根短軸及軸承，用以分擔飛輪的重量，調整曲軸的拐檔差，使之滿足規(guī)范的要求。中間軸還常被用來安裝軸系制動器、軸帶發(fā)電機及轉速發(fā)訊裝置等附件。根據(jù)軸端連接方式的不同，中間軸分為帶整鍛法蘭的中間軸和兩端為錐體的中間軸兩種型式。前者為目前大、中型船舶上所廣泛采用。其特點是：重量尺寸小，安裝方便，但需要有鍛制整鍛法蘭的鍛壓設備進行加工，不過法蘭也可以采用焊接連接的型式，可將軸端墩粗進行焊接，或采用v型接縫焊接。如圖2－34所示。后者一般用于采用滾動式中間軸承的軸。中間軸的軸頸是為安裝中間軸承之用，其數(shù)量與中間軸承的數(shù)量相等。一般每根軸采用一道中間軸承，其相應的軸頸也只有一個。但當中間軸過長時，也有用兩道中間軸承，相應的軸也會設兩個軸頸。另外當中間軸穿過水密隔艙壁時，也需要在設置隔艙填料函的部位設置軸頸。軸頸處要適當?shù)丶哟?，以供軸頸磨損后修理時光車之用。一般軸頸比軸干大5～20mm左右(按不同軸徑選用)。軸頸與軸干的過渡處須采用斜錐或圓弧過渡，以免應力集中，其連接法蘭一般靠近支承位置布置。㈢推力軸（圖例）在船舶軸系中，推力軸的一端與發(fā)動機或齒輪箱連接，一端與中間軸或尾軸連接。長度通常較短，只要能與推力軸承匹配就足夠了。推力軸兩端的結構有整鍛法蘭和可拆聯(lián)軸節(jié)兩種，除用滾動式推力軸承的推力軸外，一般使用滑動式推力軸承的推力軸均為整鍛法蘭型式，并設有推力環(huán)。在推力環(huán)的兩側有推力塊與其配合，用來承受和傳遞螺旋槳的推力。㈣傳動軸的材料

傳動軸的材料應具有高強度、可塑、耐疲勞和耐沖擊的良好機械性能，且易于機械加工。民用船舶廣泛使用30、35、45號優(yōu)質碳素鋼的鍛件做軸的材料。為降低成本，軸徑小于200mm的中間軸和螺旋槳軸也可用熱軋圓鋼來代替。一些裸露在水中的軸還常常選用不銹鋼，國際上常用的是316不銹鋼（美國AISI標準）。1Cr18Ni9Ti艦艇及高速船為減輕軸系重量，可采用合金鋼，但是合金鋼價格昂貴，且對各種形式的凹槽(如鍵槽)、表面?zhèn)酆洼S徑的突變等較敏感，機械加工要求較高，因此非必要時應盡量避免采用。用做軸材料的鍛件，其化學成分、機械性能均應符合規(guī)范規(guī)定的數(shù)據(jù)。詳見《軸系鍛件技術要求》CB/T1159-98。㈤傳動軸的加工技術要求傳動軸的工作軸頸、錐體以及非工作軸頸的徑向跳動；傳動軸法蘭徑向及端面跳動；推力環(huán)厚度偏差、推力軸的推力環(huán)平面和法蘭端