船舶轴系与轴系布置设计.ppt

项目：轴系项目：轴系¡能力目标：掌握轴系布置设计方法；掌握轴能力目标：掌握轴系布置设计方法；掌握轴承间距、负荷计算方法承间距、负荷计算方法¡知识目标：掌握轴系的组成、任务以及轴系知识目标：掌握轴系的组成、任务以及轴系布置的设计原理布置的设计原理㈠轴系的定义和任务㈠轴系的定义和任务¡轴系是指主机的输出端至螺旋桨之间的一整轴系是指主机的输出端至螺旋桨之间的一整套设备，其任务是连接主机（推进机组）与套设备，其任务是连接主机（推进机组）与螺旋桨，将主机发出的功率传递给螺旋桨，螺旋桨，将主机发出的功率传递给螺旋桨，同时又将螺旋桨所产生的推力通过推力轴承同时又将螺旋桨所产生的推力通过推力轴承传给船体，以实现推进船舶的使命传给船体，以实现推进船舶的使命 ㈡轴系的组成㈡轴系的组成¡轴系的组成主要包括传动轴（中间轴、推力轴、尾轴系的组成主要包括传动轴（中间轴、推力轴、尾轴或螺旋桨轴等），轴承（中间轴承、推力轴承及轴或螺旋桨轴等），轴承（中间轴承、推力轴承及尾轴承等）以及轴系附件（刚性联轴节、轴系制动尾轴承等）以及轴系附件（刚性联轴节、轴系制动器、隔舱填料函等）等三个部分器、隔舱填料函等）等三个部分。

¡具体到各个船舶，其传动轴的数目、组成、轴承及具体到各个船舶，其传动轴的数目、组成、轴承及轴系附件的配置等可能会有所不同，这与船舶的大轴系附件的配置等可能会有所不同，这与船舶的大小、船型、船体线型、机舱位置以及动力装置型式小、船型、船体线型、机舱位置以及动力装置型式等因素有关例如有些船舶的轴系中没有设置独立等因素有关例如有些船舶的轴系中没有设置独立的推力轴和推力轴承；有些轴线较短的船，可以不的推力轴和推力轴承；有些轴线较短的船，可以不设中间轴，而只用一根螺旋桨轴直接与主机的输出设中间轴，而只用一根螺旋桨轴直接与主机的输出法兰相连法兰相连 ㈢对轴系的要求㈢对轴系的要求¡轴轴系系的的各各传传动动轴轴及及主主要要部部件件必必须须满满足足规规范范要要求求，，有有足足够够的的强强度和刚度，以保证轴系安全可靠运行，并有较长的使用寿命度和刚度，以保证轴系安全可靠运行，并有较长的使用寿命¡传传动动轴轴和和轴轴系系附附件件尽尽量量采采用用标标准准化化结结构构这这不不仅仅给给制制造造、、安安装装以以及及维维护护带带来来方方便便，，还还能能缩缩短短修修造造船船周周期期、、降降低低成成本本、、提提高经济效益，而且对产品的质量提供了可靠的保证。

高经济效益，而且对产品的质量提供了可靠的保证 ¡传传动动损损失失小小正正确确选选择择轴轴承承数数目目、、型型式式、、布布置置位位置置和和润润滑滑方方式，将传动损失降底到最小限度，以提高推进效率式，将传动损失降底到最小限度，以提高推进效率¡良良好好的的抗抗振振性性能能为为了了保保证证船船舶舶轴轴系系在在营营运运转转速速范范围围内内不不产产生生扭扭转转共共振振和和横横振振共共振振，，必必须须在在轴轴系系设设计计阶阶段段进进行行振振动动临临界界转速的计算转速的计算¡对对船船体体变变形形的的敏敏感感性性小小船船体体变变形形会会使使轴轴承承产产生生位位移移而而导导致致轴轴系系产产生生附附加加应应力力和和附附加加负负荷荷轴轴系系设设计计和和布布置置时时就就要要考考虑虑使这种影响尽可能小一点使这种影响尽可能小一点¡良好的密封性，防止海水进入船舱和滑油的外漏良好的密封性，防止海水进入船舱和滑油的外漏¡重量尺寸要小重量尺寸要小项目：轴系布置设计项目：轴系布置设计¡能力目标：掌握轴系布置设计方法；掌握轴能力目标：掌握轴系布置设计方法；掌握轴承间距、负荷计算方法承间距、负荷计算方法¡知识目标：掌握轴系布置设计方法；掌握轴知识目标：掌握轴系布置设计方法；掌握轴线确定中螺旋桨和主机布置的相关知识；掌线确定中螺旋桨和主机布置的相关知识；掌握轴承间距、负荷计算的相关知识。

握轴承间距、负荷计算的相关知识前言前言¡轴轴系系布布置置设设计计内内容容：：轴轴线线确确定定、、轴轴段段配配置置、、轴轴承承的的布置布置¡轴轴系系布布置置设设计计的的前前提提：：船船舶舶总总体体设设计计，，包包括括船船舶舶主主尺尺度度、、线线型型、、总总布布置置及及结结构构设设计计完完成成之之后后，，机机舱舱位位置、主机和螺旋桨选型已初步确定置、主机和螺旋桨选型已初步确定轴系布置设计流程轴系布置设计流程¡首先确定轴线及轴段的配置；首先确定轴线及轴段的配置；¡再再决决定定轴轴承承位位置置和和间间距距等等，，绘绘制制相相关关草草图图；；在在根根据据规规范范计计算算确确定定了了基基本本轴轴径径、、且且轴轴的的主主要要尺尺寸寸初初步步确确定定的的前前提提下下，，即即可可进进行行轴轴系系的的强强度度校校核核有有些些船船舶舶轴轴系系还还要要进进行行必必要要的的振振动计算和合理校中计算；动计算和合理校中计算；¡然后进行轴系部件结构设计及选型然后进行轴系部件结构设计及选型;¡最最后后绘绘制制轴轴系系布布置置图图、、尾尾轴轴尾尾管管总总图图及及有有关关部件图纸部件图纸㈠轴线的确定㈠轴线的确定¡主机（或推进机组）输出法兰中心与螺旋桨主机（或推进机组）输出法兰中心与螺旋桨中心的连线称为轴线，也称轴系理论中心线中心的连线称为轴线，也称轴系理论中心线。

何为螺旋桨中心？何为螺旋桨中心？⒈⒈轴线的数目轴线的数目¡轴线的数目取决于船型、航行性能、生命力、主机轴线的数目取决于船型、航行性能、生命力、主机型式和数量、经济性、可靠性等因素轴线的数目型式和数量、经济性、可靠性等因素轴线的数目早在总体初步设计阶段已决定早在总体初步设计阶段已决定¡大型货船、油船多采用单轴线；大型货船、油船多采用单轴线；¡对于要求航速高、操纵灵活、机动性好、工作可靠，对于要求航速高、操纵灵活、机动性好、工作可靠，而吃水受到一定限制的客船、拖船、集装箱船及其而吃水受到一定限制的客船、拖船、集装箱船及其他有特殊要求的船舶，多采用两根轴线；他有特殊要求的船舶，多采用两根轴线；¡军船为了提高生命力、航速和机动性，多采用三根，军船为了提高生命力、航速和机动性，多采用三根，甚至四根轴线甚至四根轴线 三峡游船几根轴线三峡游船几根轴线 ？？⒉⒉轴线及轴段长度的确定轴线及轴段长度的确定¡轴轴线线是是一一根根线线段段，，它它的的长长度度与与位位置置决决定定于于两两个个端端点点前前端端点点为为主主机机（（或或推推进进机机组组））的的输输出法兰中心，后端点为螺旋桨的桨毂中心出法兰中心，后端点为螺旋桨的桨毂中心。

¡在在轴轴线线总总长长度度确确定定之之后后，，统统筹筹考考虑虑船船体体尾尾部部线线型型和和结结构构、、隔隔舱舱壁壁位位置置、、各各轴轴承承负负荷荷情情况况、、工工厂厂的的加加工工能能力力以以及及轴轴系系在在机机舱舱内内的的装装拆拆要要求求等等因因素素，，决决定定螺螺旋旋桨桨轴轴、、中中间间轴轴等等传传动动轴轴的配置及各轴段长度的配置及各轴段长度⑴⑴主机位置布置原则如下主机位置布置原则如下¡①①对对称称布布置置：：考考虑虑到到设设备备重重量量的的平平衡衡以以及及布布置置和和操操作的便利作的便利¡单轴系的轴线一般布置在船舶的纵中剖面上；单轴系的轴线一般布置在船舶的纵中剖面上；¡双双轴轴系系的的轴轴线线一一般般对对称称布布置置于于船船舶舶纵纵中中剖剖面面两两侧侧，，即对称布置在船舶两舷；即对称布置在船舶两舷；¡三三根根轴轴系系的的船船舶舶，，一一根根布布置置在在船船舶舶的的纵纵中中剖剖面面上上，，其其余余两两根根对对称称布布置置在在左左右右两两舷舷多多轴轴系系的的间间距距由由船船舶总体设计确定舶总体设计确定¡②②轴线最好布置成与船体基线平行轴线最好布置成与船体基线平行¡当当推推进进机机组组位位置置较较高高，，而而船船舶舶吃吃水水较较浅浅时时，，为为了了保保证证螺螺旋旋桨桨的的浸浸没没深深度度，，不不得得不不使使轴轴线线向向尾尾部部倾倾斜斜一一定定角角度度。

轴轴线线与与基基线线的的夹夹角角称称为为倾倾角角有有些些双双轴轴系系和和多多轴轴系系的的船船舶舶，，为为了了保保证证螺螺旋旋桨桨叶叶的的边边缘缘离离船船壳壳外外板板有有一一定定的的间间隙隙，，或或出出于于机机桨桨布布置置的的需需要要，，允允许许轴轴线线在在水水平平投投影影面面上上不不与与纵纵舯舯剖剖面面平平行行，，向向外外或向内倾斜，形成夹角，称为或向内倾斜，形成夹角，称为偏角偏角¡当当轴轴线线出出现现倾倾角角和和偏偏角角时时，，将将使使螺螺旋旋桨桨的的推推力力受受到到损损失失，，因因此必须对倾角和偏角加以控制此必须对倾角和偏角加以控制¡一一般般将将倾倾角角控控制制在在0°～～5°之之内内，，高高速速快快艇艇轴轴线线的的倾倾角角可可放放大大到到12°～～16°；偏角则控制在；偏角则控制在0°～～3°之内¡思考：为何高速船舶的倾角要放大？思考：为何高速船舶的倾角要放大？¡③③主机应尽量靠近机舱后舱壁布置，以缩短轴线主机应尽量靠近机舱后舱壁布置，以缩短轴线长度¡④④应考虑主机左、右、前、底与上部空间是否满应考虑主机左、右、前、底与上部空间是否满足船舶规范，另外还需要考虑拆装与维修要求以足船舶规范，另外还需要考虑拆装与维修要求以及吊缸的高度是否足够等因素。

比如高度方向，及吊缸的高度是否足够等因素比如高度方向，一般应使主机的油底壳不碰到船的双层底或肋骨，一般应使主机的油底壳不碰到船的双层底或肋骨，并使它们之间留有向隙，还应留出油底壳放油所并使它们之间留有向隙，还应留出油底壳放油所需的操作高度需的操作高度 ⑵⑵螺旋桨的布置与定位螺旋桨的布置与定位¡螺旋桨的布置与定位由船体总体设计决定，其原则是保证螺螺旋桨的布置与定位由船体总体设计决定，其原则是保证螺旋桨可靠而有效地工作旋桨可靠而有效地工作¡①①螺旋桨应有一定的浸没深度单桨船的浸没深度螺旋桨应有一定的浸没深度单桨船的浸没深度e=（（0.25-0.30））D，双桨船的浸没深度，双桨船的浸没深度e=（（0.4-0.5））DD为螺旋桨直为螺旋桨直径；径；¡②②螺旋桨不应超出船体中部轮廓之外；螺旋桨不应超出船体中部轮廓之外；¡③③叶梢应尽量高于船体基线以避免螺旋桨在浅水区域航行时叶梢应尽量高于船体基线以避免螺旋桨在浅水区域航行时被碰坏；被碰坏；¡④④叶梢与尾柱距离叶梢与尾柱距离d不能太小，否则受叶梢处的高速水流冲不能太小，否则受叶梢处的高速水流冲刷，尾柱易被浸蚀；刷，尾柱易被浸蚀； ¡⑤⑤桨和舵叶之间也要留有一定间隙；桨和舵叶之间也要留有一定间隙；¡⑥⑥螺旋桨和船体外板间距螺旋桨和船体外板间距c不应太小，以免造成船体的振动不应太小，以免造成船体的振动及不必要的附加阻力。

及不必要的附加阻力 ㈡轴承的设置㈡轴承的设置¡轴轴承承数数目目、、间间距距的的大大小小和和位位置置安安排排，，对对轴轴的的弯弯曲曲变变形形、、应应力力和和轴轴承承的的工工作作状状态态均均有有很很大大的的影影响响若若处处理理不不当当，，会会使使轴轴承承负负荷荷不不均均匀匀，，造造成成发发热热和和加速磨损，从而影响轴系运转的可靠性加速磨损，从而影响轴系运转的可靠性⒈⒈轴承的数量轴承的数量¡螺旋桨轴一般设两道轴承如果螺旋桨轴过长（如螺旋桨轴一般设两道轴承如果螺旋桨轴过长（如双轴系船），也可以设三道轴承对于一些轴线非双轴系船），也可以设三道轴承对于一些轴线非常短的单机单桨尾机型船舶，其螺旋桨轴前轴承甚常短的单机单桨尾机型船舶，其螺旋桨轴前轴承甚至可以取消，即只设一道轴承至可以取消，即只设一道轴承¡每根中间轴一般只设一道中间轴承，因为减少轴承每根中间轴一般只设一道中间轴承，因为减少轴承数量会降低轴系变形牵制和轴承附加负荷，使船体数量会降低轴系变形牵制和轴承附加负荷，使船体变形对轴系的影响减弱，对轴系工作有利一些很变形对轴系的影响减弱，对轴系工作有利一些很短的中间轴甚至不设中间轴承如果中间轴过长，短的中间轴甚至不设中间轴承。

如果中间轴过长，也可以设两道中间轴承也可以设两道中间轴承⒉⒉轴承的间距轴承的间距¡⑴⑴中间轴承最小间距：中间轴承最小间距：lmin=24.9d2/3 (cm) 式中：式中：d—轴径，轴径，cm¡缘缘由由：：中中间间轴轴承承底底座座通通过过螺螺栓栓与与船船体体刚刚性性连连接接，，船船体体因因受受水水压压、、装装载载等等因因素素影影响响而而产产生生变变形形（（尤尤其其垂垂向向）），，轴轴承承随随之之变变位位，，从从而而产产生生附附加加负负荷荷当当变变位位量量△△一一定定时时，，轴轴承承间间距距愈愈小小，，当当轴轴承承变变位位时时，，它它对对轴轴线线的的牵牵制制作作用用愈愈大大，，其其附附加加负负荷荷也也愈愈大大，，故故轴轴承承的的间间距距太太小是不利的，应对它有所限制小是不利的，应对它有所限制 ¡⑵⑵中间轴承最大间距：中间轴承最大间距：lmax=7785 (mm)¡缘由：加大轴承间距可以减小轴承的附加负缘由：加大轴承间距可以减小轴承的附加负荷，但轴承间距要受到下列因素的限制：荷，但轴承间距要受到下列因素的限制：¡①①轴系临界转速的限制轴承跨距过大，易轴系临界转速的限制。

轴承跨距过大，易产生轴系的回转振动和横向振动产生轴系的回转振动和横向振动¡②②比压和挠度的限制增大轴承跨距，减少比压和挠度的限制增大轴承跨距，减少轴承数量，使轴承比压增加，挠度增加，同轴承数量，使轴承比压增加，挠度增加，同时造成轴承负荷的不均匀性时造成轴承负荷的不均匀性¡③③工艺条件的限制增大轴承跨距给轴系的工艺条件的限制增大轴承跨距给轴系的制造和安装带来困难制造和安装带来困难 ¡关关于于轴轴承承最最大大间间距距，，各各国国规规范范有有不不同同的的规规定定，，如如GL的推荐公式是的推荐公式是：：lmax=k1d½ (mm) 式式中中：：d—轴轴承承间间直直径径（（mm））；；k1=450（（油油润润滑滑白白合合金金轴轴承承））、、280（（油油脂脂润润滑滑灰灰铸铸铁铁轴轴承）、承）、280～～350（水润滑橡胶轴承、轴支架）（水润滑橡胶轴承、轴支架）¡当转速当转速>350r/min时时: lmax=k2d½ /n ½ 式式中中：：n—轴轴转转速速，，r/min；；k2=8400（（油油润润滑滑白白合合金金轴轴承承））、、5200（（油油脂脂润润滑滑灰灰铸铸铁铁轴轴承、水润滑与轴支架橡胶轴承、）承、水润滑与轴支架橡胶轴承、） ¡⑶⑶尾轴承的间距尾轴承的间距¡l/D值推荐采用以下数据值推荐采用以下数据（经验值）（经验值）¡当当D=400～～650mm时时 l/D≥12¡当当D=230～～400mm时时 l/D≈14～～25¡当当D＝＝80～～230mm时时 l/D≈16～～40¡某些尾机型船舶，因受到空间位置限制，允某些尾机型船舶，因受到空间位置限制，允许许l/D值小于上述数据。

值小于上述数据⒊⒊轴承的位置轴承的位置¡⑴轴承应安装在船体结构较强、变形相对较小的部位¡⑵中间轴承多安装在靠近法兰处L/5L连接法兰中间轴承中间轴⒋⒋轴承负荷轴承负荷¡⑴⑴轴承负荷的大小用轴承比压轴承负荷的大小用轴承比压p表示表示 P=R/DL （（N/mm²）） 式中：式中：R—轴承负荷，轴承负荷，N；； D—轴颈直径，轴颈直径，m；； L—轴承长度，轴承长度，m¡⑵⑵各轴承的比压在许用范围之内，并力求使各轴承各轴承的比压在许用范围之内，并力求使各轴承的负荷均匀的负荷均匀¡如轴承负荷过重，超过了许用比压，将导致轴承迅如轴承负荷过重，超过了许用比压，将导致轴承迅速磨损、发热及其他事故遇到这种情况，不能轻速磨损、发热及其他事故遇到这种情况，不能轻易用加大轴承长度的方法来降低比压，一般可采用易用加大轴承长度的方法来降低比压，一般可采用减小轴承间距、降低轴承高度的方法减小轴承间距、降低轴承高度的方法¡轴承负荷过小，甚至出现零值或负值，也是不允许轴承负荷过小，甚至出现零值或负值，也是不允许的，这不仅影响轴承的正常工作，而且造成邻近轴的，这不仅影响轴承的正常工作，而且造成邻近轴承负荷过重。

这是因为当轴承负荷为零值或负值时，承负荷过重这是因为当轴承负荷为零值或负值时，轴段与下轴瓦脱离，这样，一方面使计算的负荷与轴段与下轴瓦脱离，这样，一方面使计算的负荷与实际不符，另一方面影响横向振动的频率的计算，实际不符，另一方面影响横向振动的频率的计算，设计者应加大轴承间距，甚至取消一道轴承，以改设计者应加大轴承间距，甚至取消一道轴承，以改变受力情况，也可以降低或升高其高度变受力情况，也可以降低或升高其高度¡《《钢质海船建造与入级规范钢质海船建造与入级规范》》规定：每个轴承应为规定：每个轴承应为正压力，且应不小于相邻两跨轴重量的正压力，且应不小于相邻两跨轴重量的20％ ⑶⑶轴承负荷计算中支点位置的确定轴承负荷计算中支点位置的确定¡①①中中间间轴轴承承不不长长(约约0.8倍倍轴轴径径)，，轴轴颈颈和和轴轴承承接接触触比比较较均均匀匀，，支承反力位置取轴承中点支承反力位置取轴承中点 ¡②②对对于于尾尾轴轴管管前前轴轴承承，，其其支支承承反反力力位位置置与与中中间间轴轴承承相相同同，，也也取轴承中点取轴承中点¡③③对对于于尾尾轴轴管管后后轴轴承承或或靠靠近近螺螺旋旋桨桨的的最最后后一一道道轴轴承承，，由由于于受受到到较较重重的的螺螺旋旋桨桨的的悬悬臂臂力力矩矩，，其其受受力力情情况况不不均均匀匀，，不不能能假假设设支承点为轴承的中点。

支承点为轴承的中点¡如如为为木木质质或或橡橡胶胶轴轴承承，，如如其其长长度度为为l，，那那么么其其支支点点到到轴轴承承后后端端u常假定为：常假定为：u=(1/4～～1/3)l或者，取或者，取u=(0.5～～0.8)dj ¡如为白合金轴承，通常采用：如为白合金轴承，通常采用： u=0.5dj 式中：式中：dj——尾轴基本直径尾轴基本直径¡以以上上两两公公式式是是磨磨合合稳稳定定以以后后的的数数据据工工程程上上经经常常采采用用使使尾尾轴轴管管中中线线与与船船体体基基线线倾倾斜斜一一定定角角度度的的做做法法，，即即所所谓谓“斜斜镗镗尾尾轴轴管管”法 。