船舶传动轴计算.ppt

项目：传动轴计算项目：传动轴计算¡传动轴的计算主要包括传动轴的基基本本直直径径计计算算和强强度校核度校核两方面内容¡基本直径计算按照相关的船舶规范进行¡强度校核则是计算静载荷下的合成应力，再根据由经验所确定的许用安全系数许用安全系数来考虑动载荷的作用 ㈠按㈠按《《钢质海船入级与建造规范钢质海船入级与建造规范》》计算轴的基本直径计算轴的基本直径¡轴的直径d应不小于按下式计算的值：¡式中：d—轴的直径m m；¡F—推进装置型式系数；¡F＝95，对于涡轮推进装置具有滑动型联轴节的柴油机推进装置和电力推进装置¡F＝100，对于所有其他型式的柴油机推进装置¡C—不同轴的设计特性系数具体数值见表2－14；¡ne—轴传递的额定功率，k W；¡Ne—轴传递Ne的额定转速，r /min；¡σb—轴材料的抗拉强度对于中间轴若＞800MPa时，取800MPa；对于螺旋桨轴和尾管轴若＞600 MPa时，取600MPa 表2－14 不同轴的设计特性系数 具有下述型式的中间轴对在发动机外的推力轴具有下述型式的螺旋桨轴整体连接法兰液压无键套合联轴器键槽径向孔，横向孔纵向槽在推力环处，向外等于推力轴直径的部分，其余部分可按圆锥减小到中间轴直径在轴向轴承处，此处滚柱轴承用作推力轴承油润滑且具有认可型油封装置或装有连续轴套的无键套合或法兰连接的螺旋桨轴油润滑且具有认可型油封装置或装有连续轴套的有键螺旋桨轴适用于前两条规定的螺旋桨轴长度以前的螺旋桨轴或尾轴到尾尖舱舱壁部分的直径1.0①1.01.1②⑤1.1③⑤1.2④⑤1.11.11.221.261.15表表2－－14的说明的说明¡①法兰根部过渡圆角半径应不小于0.08d。

¡②至少在键槽及从键槽两端延伸到0.2d 的长度范围内，C取1.10在这个范围以外，轴的直径可以减至以C＝1.0的计算直径键槽底部横截面的过渡圆角半径应不小于0.0125d¡③至少在孔及从孔两边缘延伸到0.2d的长度范围内，C取1.10在这个范围以外轴的直径可以减至以C＝1.0的计算直径镗孔直径应不大于0.3d¡④至少在槽及从槽两边延伸到0.3d的长度范围内，C取1.2在这个范围以外，轴的直径可以减至以C＝1的计算直径键槽长度应不大于1.4 d，宽度应不大于0.2d¡⑤当遇到轴上有多种型式时，则其修正时，多个系数应连乘计算¡⑥其中d为以C＝1.0时计算所得的值¡尾尖舱舱壁前的桨轴或尾管轴直径可以向前逐渐减小到中间轴直径；¡螺旋桨轴在从螺旋桨桨毂前面到尾管后轴承前端轴段的直径应不小于按照C取1.22或1.26计算所得数值，如果这部分轴段长度小于规定直径的2.5倍，则符合规定直径的轴段应由尾管后轴承前端向前延伸，使具有规定直径轴段的长度不小于规定直径的2.5倍 ㈡按㈡按《《内河钢质船舶入级与建造规范内河钢质船舶入级与建造规范》》计算轴的基本直径计算轴的基本直径¡轴的直径d应不小于按下式计算的值：¡式中：d—轴的直径m m；¡K—不同轴的设计特性系数,按表2－5－9 (1)、(2)选取；¡ne—轴传递的额定功率，k W；¡Ne—轴传递Ne的额定转速，r /min；¡σb—轴材料的抗拉强度。

对于中间轴，若＞800MPa时，取800MPa；对于螺旋桨轴和尾管轴，若＞600MPa时，取600MPa 表表2－－15（（1）用于中间轴、推力轴的）用于中间轴、推力轴的K值值¡注：注：¡①①在键槽底部横截面处的圆角半径不得小于在键槽底部横截面处的圆角半径不得小于0.0125d¡②②孔径应不大于孔径应不大于0.3d¡③③纵向槽的长度应不大于纵向槽的长度应不大于1.4d；宽度应不大于；宽度应不大于0.2d¡④④距键槽端、横孔边缘距键槽端、横孔边缘0.2d长度以及距纵向槽道端长度以及距纵向槽道端0.3d长度长度以后的轴及推力轴在距推力环长度等于推力轴直径以外的轴以后的轴及推力轴在距推力环长度等于推力轴直径以外的轴径可以逐渐减少到以径可以逐渐减少到以K＝＝1算得的直径算得的直径与法兰为整体的轴与法兰联轴器为红套、推入或冷配合的轴开有键槽的轴①④有径向孔的轴②④有纵向槽的轴③④在推力环的两侧轴承处④1.01.01.11.121.201.1表表2－－15（（2）用于螺旋桨轴的）用于螺旋桨轴的K值值¡注：注：①① 轴直径可逐渐减小到按公式计算的中间轴直径轴直径可逐渐减小到按公式计算的中间轴直径。

序号适用范围K1从桨毂前面到相邻轴承前缘的轴段无键螺旋桨的轴1.22有键螺旋桨的轴1.262除1外，向前到尾轴管前填料函前端之间的螺旋桨轴段1.153尾轴管前填料函前端至联轴器的螺旋桨轴段1.15①㈢传动轴的强度校核㈢传动轴的强度校核¡传动轴在工作时，同时受到扭转、弯曲和压缩三种负荷，不仅承受静载荷，而且还有附加动载荷作用，受力情况很复杂，目前普遍采用的传动轴强度校核方法，是在按规范计算出传动轴基本轴径的基础上计算静载荷下的合成应力，再根据由经验所确定的许用安全系数（见表2－17）来考虑动载荷的作用，是一种近似计算方法 ⒈⒈许用安全系数的确定许用安全系数的确定¡许用安全系数的确定主要考虑下面几个问题：¡⑴轴的负荷情况：螺旋桨轴的工作条件恶劣，受力情况复杂而且与海水接触，安全系数应取大些；刚性连接的传动轴受到主机交变扭矩负荷，材料易疲劳，其安全系数应比柔性连接的传动轴要大些¡⑵材料的特性：如选择合金钢，其安全系数比碳钢要高，¡⑶船型：军用船舶的轴径是按照最大负荷进行计算的，但是实际上军用船舶多在较轻负荷下航行，为了减轻轴系重量，军用船舶多采用许用应力大的材料和较小的许用安全系数 推进方式类别一般船舶军用船舶刚性直接传动中间轴2.5～5.53.5螺旋桨轴2.8～5.84.5液力偶合器、电磁离合器或电传动中间轴1.7～2.52.0螺旋桨轴2.0～2.82.2⒈⒈中间轴的强度校核中间轴的强度校核 ¡将轴看成一根自由放置在两支点上的等截面的简支梁，其所受的外力为转矩、推力T、自重q和集中载荷G（G为联轴节重量）。

¡⑴由主机扭矩引起的剪应力τ=Mt/Ww N/ m² 式中：Mt―主机最大功率时扭矩 ；¡Mt=9550 Pmax/nmax i ηN/ m² 式中：Pmax—传递的最大功率，KW； nmax—最大功率时的转速，r/min； i—减速箱的减速比； η—减速箱的传动效率； ¡Ww―中间轴抗扭截面模数：Ww=πdz3（1-m4）/16 式中：dz—中间轴直径cm ； m―中空系数：m= do / dz do―中孔直径cm ¡⑵由中间轴重量所产生的弯曲应力：¡ σw =Mw/Ww N/ cm² 式中：Mw：由中间轴本身及其法兰重量所产生的最大弯矩（最大弯矩可以用力矩分配法计算，也可以用工程力学的方法计算） ；Ww：中间轴抗弯截面模数 ：Ww=πdz3（1-m4）/32 式中：dz—中间轴直径cm ； m―中空系数：m= do / dz do―中孔直径cm ¡⑶由螺旋桨推力产生的压缩应力 ：¡ σy = T /Fw N/ cm² 式中：T：螺旋桨最大推力，N；Fw ：中间轴截面积， cm² ¡⑷由安装误差引起的弯曲应力附加应力：¡按经验选取， σw1 =1471.5～2943 N/¡⑸合成应力： σH ={ (σw + σy + σw1)2+3τ2}½¡⑹安全系数：其安全系数应满足下式要求：¡按经验选取， k=σs /σH ＞［k］ 式中：σs—材料屈服强度； σH ―传动轴合成应力； ［k］ ―许用安全系数。

⒉⒉螺旋桨轴的强度校核螺旋桨轴的强度校核 ¡⑴由主机扭矩引起的剪应力τ；¡⑵由螺旋桨推力产生的压应力σy；¡⑶合成应力σH = §（σy 2+3τ2）½ 式中： ξ——弯曲应力系数，ξ＝1.02～1.06¡⑷安全系数：其安全系数应满足下式要求： 按经验选取， k=σs /σH ＞［k］ 式中：σs—材料屈服强度； σH ―传动轴合成应力； ［k］ ―许用安全系数⒊⒊转矩作用下的轴扭转角度的校核计算转矩作用下的轴扭转角度的校核计算¡⑴传动轴所发生的扭转角度：¡φ=18000Mt/IpGπ N/ m²式中：Mt―传动轴最大扭矩 ； G―传动轴材料的剪切弹性模数，N/cm2 Ip ―传动轴的截面惯性矩 ， cm4 Ip =πd3（1-m4）/32式中：d—轴直径cm ； m―中空系数：m= do / dz do―中孔直径cm¡⑵校核要求:φ=≯［φ］ 式中： ［φ］为最大许用扭转角度，大型船舶为0.45°/cm，一般小型船舶为2.5 °/cm ⒋⒋键强度校核键强度校核¡对于完全用键来传递扭矩时，则键受剪切的有效截面积应符合下式规定，且键材料的抗拉强度应等于或大于轴材料的抗拉强度。

¡BL≥d3 /2.35 dm式中：B—键的宽度，mm； L—键的有效长度，mm； d—计算的中间轴直径，mm； dm—在键中部处的轴直径，mm螺旋桨联轴节键2.6课堂小结课堂小结¡系数和单位的重要性。