船舶轴系布置及设计
船舶动力装置课程设计轴系计算说明书
华中科技大学船舶与海洋工程学院轮机工程专业民用船舶动力装置课程设计轴系计算说明书一、轴系计算(一)、概述本船为内河船，设单机单桨。
主机经减速齿轮箱减速后将扭矩通过中间短轴传给螺旋桨轴和螺旋桨。
考虑到长江水质较差，泥沙较多，若采用水润滑，则污物可能进入艉轴装置造成堵塞，故润滑方式采用油润滑。
本计算按《CCS钢质内河船舶建造规范》（2009年）（简称《钢内规》）进行。
(二)、已知条件(三)、轴直径的确定根据《钢内规》8.2.2进行计算，计算列表4.1如下：表4.1轴直径计算根据计算结果，取螺旋桨轴直径为 350 mm，中间轴直径为 280 mm。
二、强度校核1.尾轴强度验算轴设计过程中艉轴承、密封装置、联轴节的选型如下：a．艉轴轴承选自东台市有铭船舶配件厂，规格如下：b．油润滑艉轴密封装置选自东台市有铭船舶配件厂，规格如下：c．联轴节采用船厂自制。
尾轴危险段面的确定根据图4-1计算如下：图4-1尾轴管结构简图（1）相关尺寸确定已知L=880mm，L b=440mm，R=350mma螺旋桨轴尾部锥长l=（1.6~3.3）R=2.2*R=780mm，z对于白合金轴承，支撑点到后端面的距离u=0.5L=0.5*880=440mm。
而后密封装置的长度为215mm，再加上适当间距约为60mm，则：螺旋桨轴尾部锥面中心至后轴承中心距离a为：a=780/2+440+215+60=1105mm螺旋桨轴尾部锥面后端面至后轴承中心距离b为：b=1105+780/2=1495mm由布置总图得后轴承的后端面距前轴承中心约为4739mm，则：前后轴承支撑点距离l为：l=4739-440=4299mm因为后轴承后端面距齿轮箱有约7130mm，考虑到齿轮箱的周和联轴节等，法兰端面到前轴承支撑点距离为：d=7130-4299-440-769=2391mm因为联轴节长845mm ，则法兰重心到前轴承支撑点距离为： c=2391-845=1546mm（2）双支承轴承负荷计算： a ．后轴承压力= 15873.21 N式中：g —9.81N/kg 1—前后轴承支撑点距离，4.299ma---螺旋桨中心至后轴承中心距离，1.105m b —桨毂后端面到后轴承支撑点距离，1.495m c —法兰重心到前轴承支撑点距离，1.546md —法兰端面到前轴承支撑点距离，2.391m G 0—法兰重量，1180kgQ B —螺旋桨及附件重量，4079.51kgq c —轴本身重量产生的均布负荷 ，q c=0.00622c d =0.0062×3502=759.5kg/mb ．前轴承总压力⎥⎦⎤⎢⎣⎡--+++=l a Q l 2b q l c)(l G l 2d l q g B 2c 02c）（B R = 4596.65 N 式中：g —9.81N/kg 1—前后轴承支撑点距离，4.299ma---螺旋桨中心至后轴承中心距离，1.105m b —桨毂后端面到后轴承支撑点距离，1.495m c —法兰重心到前轴承支撑点距离，1.546md —法兰端面到前轴承支撑点距离，2.391m G 0—法兰重量，1180kgQ B —螺旋桨及附件重量，4079.51kgq c —轴本身重量产生的均布负荷 ，q c=0.00622c d =0.0062×3502=759.5kg/m1．截面E —E 的弯矩/2a 2L q g 2L R 2L a g Q M 2A cA A AB EE ⎪⎭⎫⎝⎛+⋅⋅-⋅+⎪⎭⎫ ⎝⎛+⋅-=- = —63745.48N ·m式中：g —9.81N/kgQ B —螺旋桨及附件重量，4079.51kg a —螺旋桨中心至后轴承中心距离，1.105m R A —后轴承支反力，15873.21 N L A —后轴承长度，0.88m q c —轴本身重量产生的均布负荷q c=0.00622c d =0.0062×3502=759.5kg/m其中d c 为尾轴直径，350mm 2．截面K －K 的弯矩c2B A B KK 2gq )Q -(R a g Q M g ⋅+⋅⋅-=-= —5093.61N ·m式中：g —9.81N/kgQ B —螺旋桨及附件重量，4079.51kg a —螺旋桨中心至后轴承中心距离，1.105m R A —后轴承支反力，15873.21 N q c —轴本身重量产生的均布负荷q c=0.00622c d =0.0062×3502=759.5kg/m其中d c 为尾轴直径，350mmK K E E M M -->，取E E M -=—63745.48N ·m 作为计算弯曲力矩。
船舶轴系安装
吊 钩； 吊 环； 尾 轴； 木 墩； 螺旋桨；
卡箍
下降，插入锥孔内，然后再吊起尾轴。此时为防止螺旋桨与尾轴一起被吊起，应用大锤敲击
螺旋桨，使之与锥体易于脱开。
根据螺旋桨锥孔沾油情况刮磨锥孔，可用风砂轮刮磨，使锥孔与锥体贴合基本均匀，然
后可用刮刀进一步按技术要求刮磨。当刮配至贴合面积达到 左右时，将尾轴上的假键换
行刮配。通常只刮削锥孔而不刮削锥体（但对于大直径低速运转的尾轴，也可适当刮削其锥
体），所以一般在螺旋桨锥孔上留有刮削余量。
螺旋桨锥孔 与尾轴锥体刮配 后， 应保证其接合面在全长上均匀贴合，在销键装配后检查
时，贴合面积要求达到总接触面积的 以上，并用涂色检查，要求在
面积内不
少于
点。为不使尾轴小端负荷集中，螺旋桨锥孔与尾轴配合的大端，其接触情况应较
法兰如用圆柱形连接螺栓时，
其紧配螺栓数目应不少于连接螺栓
总数的 ， 但 至 少 为 只，并要
求松紧螺栓间隔排列。紧配螺栓与
螺栓孔的配合加工精度应按规定要
求，其不柱度方向应为顺锥（顺着
安装的方向），螺栓只准进口端
小，螺栓孔只准进口端大。
螺栓在装配后，应有拧紧余量
，其值为
，如图 所
示。螺栓头或螺母的支撑面与法兰
部分所代替。单轴系的轴系中线常布置在船 舶的中线面上，并与船体基线成水平。双轴 系的轴系中线一般对称地布置在两舷，且向 船尾与基线有一定的纵向倾斜角度，而某些 快艇或小艇其轴系中线则有较大的倾斜角。
图
轴系简图
主 机； 推力轴 推力轴承； 中间轴 隔
舱 壁 填 料 函； 中间轴承； 尾 轴； 尾轴 毂 ；
对于大型螺旋桨采用液压套合安装时，则螺旋桨锥孔与尾轴锥孔无需刮配，只需按技术
船舶推进轴系设计要点解析
第19卷 第11期 中 国 水 运 Vol.19 No.11 2019年 11月 China Water Transport November 2019收稿日期：2019-07-29作者简介：虞 凯，舟山兴舸船舶设计有限公司。
船舶推进轴系设计要点解析虞 凯，李永顺（舟山兴舸船舶设计有限公司，浙江 舟山 316000）摘 要：本文主要介绍船舶轴系设计的步骤和要点，按实际要求并根据船舶类型、营运水域合理设计轴系。
关键词：轴系；设计；条件；要求；计算中图分类号：U662 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2019）11-0078-03船舶推进轴系作为独立的系统，结构外形较为简单，但作用十分重大，其设计的合不合理直接影响到船舶的安全性能和运行成本。
船舶轴系主要由传动轴（推力轴、中间轴、螺旋桨轴等）传动设备（主机、联轴器、齿轮箱等）、支撑部件（推力轴承、中间轴承、尾管轴承等）、尾密封装置以及其它附件等组成。
轴系的基本作用：主要是连接主机和螺旋桨，并将主机产生的功率通过轴传递给螺旋桨，螺旋桨旋转后产生轴向推力通过轴系传给推力轴承，再由推力轴承传递于船体。
因此，螺旋桨能否正常高效的运转，主要取决于轴系工作的稳定性。
在设计前期轴系材质、强度、结构等需综合合理的考虑，以便船舶性能达到最佳状态。
一、轴系布置设计流程根据船舶类型、用途、吨位、航速；再按船舶主机的功率、转速以及相匹配离合器的传递能力。
确定轴线及轴段的配置；再以轴的长度来决定中间轴承位置、数量和间距等，绘制轴系布置图；在确定完主机和齿轮箱后，根据《规范》计算确定螺旋桨轴、中间轴基本轴径。
且轴的主要尺寸和轴的冷却方式初步确定的前提下，即可进行轴系的强度校核。
然后进行轴系部件结构设计及选型；最后绘制轴系布置图、艉轴尾管总图、螺旋桨轴图、中间轴图、可拆联轴器及有关部件图纸。
船舶轴系必需进行扭振计算，且轴径大于250mm 时需要合理校中计算。
二、轴系设计考虑的条件船体线型、主机参数、齿轮箱参数、螺旋桨参数、船体结构、主机位置、螺旋桨位置、尾轴尾管、尾柱／轴承支架位置、润滑和密封型式等。
船舶轴系安装
任务1 船舶轴系认知
• ①船舶轴系。 • a.推力轴如图3一1一1所示，推力轴连接主机与中间轴，有时与主机
制成一体。A为两端法兰，B为轴干，C为轴颈安装推力轴承，D为承 受轴向推力的推力环。 • b.中间轴如图3-1 -2所示，中间轴连接推力轴和尾轴，它直接连接主 机与尾轴，结构比较简单。A为两端法兰，B为主体轴干，轴的支承 处称轴颈C。轴颈C的直径比轴干B直径大，磨损后有足够的精加工 余量。 • c.尾轴如图3-1 -3所示，尾轴又称螺旋桨轴，它是轴系中最末一段轴， 它穿过尾轴管伸出船体，首端与中间轴相连，尾端安装螺旋桨。
• 中间轴承放在轴承座10的轴瓦4中，轴承盖2用螺钉固定在轴承座上， 轴承盖上设有盖板1，加油时可推开盖板，将滑油从其下面的油孔注 入，通过此孔可观察轴承的运行情况，油环3的直径比轴颈的要大， 因油环与轴非机械连接，故油环的角速度比轴的慢;当轴旋转时，它 依靠摩擦力随轴一起转动，环的下部浸入底部油池区，油池中的滑油 被转动的油环带到轴颈的上部，再由刮油器刮下，并使滑油沿着轴面 均匀分布;然后随轴转动，把油带到轴瓦4的油槽中，对轴颈与轴瓦的 摩擦面进行润滑;两摩擦面间的热滑油，在轴颈载荷的压力作用下， 有一部分从轴瓦的两端溢出，流回轴承底座的油池中。
• ③尾轴管两端的密封装置，也有各种不同的结构形式。常见的有:橡 皮环式密封装置、橡皮筒式端面密封装置、金属环式密封装置及首端 填料函密封装置等。
• ④隔舱壁填料函的作用是在轴系通过舱壁时，使舱壁保持水密，以保 证船舶的抗沉性。当机舱布置在尾部，就不用隔舱壁填料函。
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任务1 船舶轴系认知
• ③液体润滑阶段:如图3一1一10 (c)所示，当轴的转速提高，轴颈与轴 承间隙内的油量增加，润滑油膜中的压力逐渐形成，两表面完全被润 滑油隔开，油膜厚度大于两接触表面凸凹不平之和，摩擦因数显著下 降，最终达到与外载和相平衡的位置，这种状态称为液体润滑。
船舶动力装置轴系设计计算讲解
轴系强度计算在推进装置中，从主机（机组）的输出法兰到推进器之间以传动轴为主的整套设备称为轴系。
轴系的基本任务是：连接主机（机组）与螺旋桨，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传给船体，以实现推进船舶的使命。
当机舱位置确定，主机布置好后，即可考虑轴系设计和布置。
4.1轴系的布置4.1.1 传动轴的组成和基本轴径传动轴一般由螺旋桨轴(尾轴)、中间轴和推力轴，以及将它们相连接的联轴器所组成。
本船因其推力轴承已放置在减速齿轮箱中，所以不设推力轴。
而且本船螺旋桨轴不分段制造，最后本船传动轴组成设计成1根中间轴和1根螺旋桨轴。
轴的基本直径d(mm)应不小于按下式计算的值（考虑到标准化的要求，各轴轴径一般取不小于计算值的整数）d=(4.1)100=100)6.5=191.88C m mC=1.0——中间轴的直轴部分，d=m m，取200m m作为设计尺寸。
191.88C=1.27——对于油润滑的且具有认可型油封装置的，或装有连续轴套（或轴承之间包有适当保护层）的具有键的螺旋桨轴d=⨯=243.69m m，设计时取250m m。
191.881.2C=1.05——尾尖舱隔舱壁前的尾轴或螺旋桨轴的直径可按圆锥减小，但在联轴器法兰处的最小直径应不小于C=1.05计算所得的值。
191.881.0d=⨯=201.47m m，即螺旋桨轴在联轴器法兰处的最小直径应不小于201.47m m。
4.1.2 轴系布置的要求传动轴位于水线以下，工作条件比较恶劣，在其运转时，还将受到螺旋桨所产生的阻力矩和推力的作用，使传动轴产生扭转应力和压缩应力；轴系本身重量使其产生的弯曲应力；轴系的安装误差、船体变形、轴系振动以及螺旋桨的水动力等所产生的附加应力等。
上述诸力和力矩，往往还是周期变化的，在某些时候表现更为突出，例如船舶在紧急停车、颠繁倒车或转弯，或是在大风大浪中受到剧烈纵摇或横摇时，使传动轴所受负荷更大，有时甚至使它产生发热或损坏。
船舶动力系统教学课件 5-2 船舶推进轴系和传动设备
轴线的数目、长度、位置及布置
轴线：也称轴系理论中心，主机（推进 机组）输出法兰中心和螺旋桨中心的连 线
轴线的数目：取决于船舶类型、航行能 力、生命力、主机形势及数量、经济性、 可靠性等因素
一般民用船舶<=3
大型货船、油船：单轴线 客船、拖船、集装箱船：两根轴线 航速高、操纵灵活、机动性好、工作可靠， 吃水受限
工作可靠、寿命长：符合规范，有足够刚度、强度 尽可能采用标准化结构：安装维护容易，缩短修
船周期，提高可靠性
传动损失小：正确选择轴承数目、型式、布置位置、
润滑方式
良好抗震性能：在运营转速范围内不产生扭转共振、
横振共振，即设计阶段进行临界转速计算
对船体变形敏感性小：船体变形会引起 轴承位置变化，导致附加应力和负荷， 设计考虑
轴的额定转速 轴材料抗拉强度的下限值, N/mm2校核
以中间轴为例 1. 计算剪应力（主机扭矩引起） 2. 计算弯曲应力（中间轴自重产生） 3. 计算压缩应力（螺旋桨推理产生） 4. 计算弯曲应力（安装误差引起） 5. 合成应力 6. 计算安全系数，考察是否超过规定
军用舰船：三轴/四轴 提高生命力、航速、机动性
轴线是直线，其长度和位置取决于两个 端点（前：主机输出法兰，后：螺旋桨 桨毂中心）
轴线布置的原则
对称布置：设备质量的平衡、布置和操作 的便利
单轴系：纵舯剖面 双轴系 三轴系：
尽可能与船体基线平行：推进效率高
But，主机输出法兰位置较高，船舶吃水浅， 为保证螺旋桨的浸没深度倾斜角α
125 dzh lm 200 dzh
lm : 最大允许轴承跨距c，m dzh：中间轴直径， cm
实际设计中，采用较大的跨距受到多 方限制
轴系临界转速限制：轴系跨度大临界 转速下降，当临界转速进入主机转速区 内，会造成共振破坏
船舶轴系
§2—3 船船轴系的主要部件
1、螺旋桨轴、中间轴、推力轴及其轴承
（1）螺旋桨轴位于轴系最后端，其后端装有螺旋桨， 前端穿过尾轴管轴承与中间轴相连接。
（2）中间轴置于推力轴与螺旋桨抽之间。由中间轴 承支承。
（3）船舶轴系中都设置有推力轴，除了主机自带推力 轴承或齿轮箱附设推力轴承外，船舶轴系中都应设置推力 轴承。推力轴承的结构有滑动式和滚动式两种。
滑动式推力轴承
2、艉轴管装置
船舶尾轴管装置用来支承螺旋桨轴，并保证它能可 靠地通过船体，满足水密要求。
5、核动力推进装置——汽轮机齿轮减速式； 汽轮机电传动式。
图示为某船柴油机推进装置简图。 但是，在不同用途和要求的船上，其型式又有很大区别， 一般来说，有五种型式。
1．直接传动推进装置
这是一种最常见、最基本的推进装置。主机和螺旋桨之间除 了传递功率的抽系之外，没有其他传动设备，在任何工况下，螺 旋桨与主机具有相同的转速。
调距桨推 进装置能适应 工况多变的需 要。
4．电力传动推进装置 电力传动是主机驱动发电机，再由电动机驱动螺旋桨的
一种传动型式。
5．喷水推进装置 喷水推进装置是主机驱动水泵，产生高速、高压
水流推进的装置。一般用于高速船舶。
§2―2 船舶轴系的组成与布置
轴线尽量考虑成与船体龙骨线(基线)水平，若主机 位置不能放低，为保证螺旋桨浸入水面下一定距离，轴 线向尾部倾斜角α一般限制在0―5°之间，对小型高速 艇以小于15°为限，以保证较高的有效推力。双轴线与 船舶纵肿垂面偏角β在0―3°。 S应足够大，以防止碰 击和艉部振动。
（4）推力轴承的结构有滑动式和滚动式两种。
单油楔滑动式中间轴承
用于轴颈圆周速度为1.5—8米/秒， D=80~220的船用轴系上。
船舶轴系
船舶轴系设计2.1轴系的任务船舶轴系是船舶动力装置中的重要组成部分，承担着将主机发出的功率传递给螺旋桨，再将螺旋桨产生的轴向推力传递给船体实现推船航行的目的。
•船舶轴系的结构较为简单，但作用十分重大，维护管理好轴系，对保证船舶的安全航行至关重要。
2.2轴系的组成•船舶轴系是从主机输出端法兰起至艉轴为止，连接主机和螺旋桨。
对于直接传动的推进系统，包括传递功率的传动轴及其轴承等零部件，主要有:推力轴和推力轴承、中间轴和中间轴承、尾轴和尾轴承以及其他附件等；对于间接传动的推进系统，除有上述传动轴和轴承外，还有离合器、弹性联轴器和减速齿轮箱等部件。
3.轴系的种类•单轴系4.5.双轴系轴系工作条件及故障•船舶轴系的主要零件——中间轴、艉轴等虽然结构简单，但尺寸大，重量大，一般轴长无与轴径d之比均超过10，所以是扰性轴，容易产生变形。
轴系位于船体水线以下部位，运转时不仅受到主机传递的扭矩作用、轴系自重引起的弯曲变形，而且还受到螺旋桨产生的阻力矩和推力作用。
此外，还受到轴系校中、安装、船体变形、船舶振动及螺旋桨水动力等引起的附加应力的周期作用。
船舶主机的紧急停车、频繁机动操车，或者在台风、大浪中剧烈摇摆时，上述情况就更加严重，并使轴承负荷加重。
传动轴工作表面与轴承的相对运动还会产生过度磨损，在海水和滑油介质中受到腐蚀。
所以，船舶轴系在运砖中会产生声音异常、振动、轴承温度升高、传动轴磨损加剧、密封装置漏泄等损坏，严重对甚至产生断轴事故。
轮机人员应作好日常的维护修理，使轴系处于良好的技术状态并应掌握船舶轴系的有关理论知识和实际检验方法轴系布置设计流程•首先确定轴线及轴段的配置；•再决定轴承位置和间距等，绘制相关草图；在根据规范计算确定了基本轴径、且轴的主要尺寸初步确定的前提下，即可进行轴系的强度校核。
有些船舶轴系还要进行必要的振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; •最后绘制轴系布置图、艉轴尾管总图及有关部件图纸。
船舶轴系布置及设计PPT课件
▪ 知识目标
1、正确叙述和理解船舶推进装置的型式及特点； 2、正确理解和掌握船舶轴系的布置设计及结构设计； 3、熟悉船舶轴系的材料及性能。
▪ 能力目标
1、会根据船舶用途、航区、选择推进装置的型式； 2、会进行船舶轴系的布置设计； 3、会正确选用船舶轴系的材料。
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主要内容
▪ 推进装置型式及其特点 ▪ 船舶轴系的任务、组成、及设计要求 ▪ 船舶轴系的布置设计 ▪ 传动轴的计算及强度校核 ▪ 传动轴的结构设计 ▪ 传动轴承及尾轴管装置 ▪ 船舶轴系附件 ▪ 轴系材料
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直接传动推进装置
直接传动是主机直接通过轴系把功率传给螺旋桨的传动方 式，在主机与轴系中无其它传动设备，在任何工况下，螺 旋桨与主机具有相同的转速与转向。
结构简单； 使用寿命长； 燃料费用低； 维修保养方便； 噪声低； 传动损失小； 推进效率高
柴油机
重量与尺寸大；倒车必须利用可逆发动机，其 机动性差；非设计工况下运转时经济性差；低 速和微速航行受到柴油机最低稳定转速的限制
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主机的选型论证分析
▪ 主机选型是根据设计任务书中的技术要求以及船体 设计所提供的资料来进行的。
▪ 主机选型和螺旋桨的设计密切相关，包括推进装置 设备的选型等。
▪ 实际上是通过船、机、桨匹配计算和分析选定螺旋 桨参数和主机型号，在满足设计技术要求（如航速、 桨径、转速、功率）的基础上，同时考虑重量、尺 寸、油耗、造价、可靠性、可维度、使用寿命、吊 缸高度、振动等前提下，从而选择一套从主机到螺 旋桨的最佳的推进装置。
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轴系设计流程
轴系环境与条件： 船体型线、主机参数、螺旋桨参数、 船体结构、主机位置、螺旋桨位置、
船舶轴系的组成
第2节船舶轴系的组成、特点及布置
➢传动轴系的组成、作用和工作条件:
从曲轴动力输出端法兰到螺旋桨间的轴及其轴承统称为传 动轴系，简称轴系。
➢轴系的组成：
传动轴—包括推力轴(有的柴油机把推力轴和曲轴造为一 体)、中间轴和尾轴
轴承—推力轴承(有的柴油机推力轴承设在柴油机机座内)、 中间轴承和尾轴承
h
10
第一章船舶轴系及传动装置设计
第2节船舶轴系的组成、特点及布置
➢轴系的布置设计: ➢轴线的数目
从主机到螺旋桨间的轴系，往往是由几段位于同一直线的轴 互相连接起来的，这种位于同一直线上的轴互称为轴线。 轴线数目决定于船舶类型、航行性能、生命力、主机类型及 特性、装置在多种工况下的经济性及其工作可靠性等。 大型远洋商船往往采用1根 客船、港作船、集装箱船等有特殊要求及操纵性好的船舶 采用2根 军用船舶为提高航速、生命力及良好的机动性，一般采用2 根或3根，个别的达4根
➢轴线的长度与位置 主机(机组)位置的决定原则及主机(机组)布置原则： ➢对称布置:考虑到重量平衡及便于布置与方便操作。 单主机：一般布置在船舶纵中剖面上，即机舱首尾中心线 上。 双主机：一般对称布置于船舶纵中剖面两侧，即对称于机 舱中心线两侧。
h
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第一章船舶轴系及传动装置设计
第2节船舶轴系的组成、特点及布置
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第一章船舶轴系及传动装置设计
第2节船舶轴系的组成、特点及布置
➢轴系的布置设计:
➢轴线的长度与位置 轴系是一根直线，它的长度与位置决定于两个端点。 前端点为主机(机组)的输出法兰中心，后端点为螺旋桨的桨 毂中心。
h
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第一章船舶轴系及传动装置设计
船舶轴系和螺旋桨课件
智能监测和维护
采用先进的智能监测和维护技术，对轴系进行实时监测和故障诊断， 及时发现和解决潜在问题，提高轴系的使用寿命和可靠性。
03
船舶轴系安装与维护
船舶轴系的安装工艺
01
02
03
轴系定位与测量
在安装前，对轴系各部件 进行精确测量和定位，确 保轴系安装的准确性和稳 定性。
05
螺旋桨设计
螺旋桨设计的基本原则
高效推进
螺旋桨设计应追求高效的推进 效果，确保船舶在各种工况下
都能获得良好的推进性能。
稳定性
设计时应考虑螺旋桨的稳定性 ，避免因振动、空泡等原因导 致性能下降或损坏。
耐久性
螺旋桨应具备足够的耐久性， 能够承受长时间的使用和各种 环境因素的影响。
经济性
在满足性能要求的前提下，应 尽量降低螺旋桨的设计成本和
04
螺旋桨介绍
螺旋桨的定义与组成
总结词
螺旋桨是船舶推进系统的重要组成部分，由桨叶、桨毂和支承结构组成。
详细描述
螺旋桨是一种旋转推进器，通过高速旋转产生推力，使船舶前进或后退。它通 常由桨叶、 叶和传动轴的部分，支承结构则是用来固定螺旋桨的。
船舶轴系的应用与发展
总结词
船舶轴系作为船舶动力系统的重要组成部分，其应用 和发展受到广泛关注。
详细描述
随着航运业的发展和技术的不断进步，船舶轴系的应 用和发展也日益受到关注。一方面，为了提高船舶的 稳定性和舒适性，人们不断改进船舶轴系的设计和制 造工艺；另一方面，随着环保意识的提高和新能源的 推广应用，船舶轴系也在向节能、减排、环保的方向 发展。未来，随着科技的进步和应用需求的不断提高 ，船舶轴系将会更加智能化、高效化和环保化。
船舶轴系(上)
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2013-6-17
3. OK-HB联轴节 OK-HB联轴节主要是由两只高强度优质钢的套子组成，一个薄壁的内套和一个厚壁的外 套。薄壁内套的外表面有轻微的锥度，其锥度与外套内孔的锥度一致。内套的内孔直径比轴 的直径稍大一点，可以在拆装时使轴能容易地通过。另外螺在内套小端的大螺母及油封和内 外套组成一个密封腔室。 原理 密封腔室如果压进液压油，将推动外套与内套做相对运动，由于内外套的配合面的锥形 ，所以它们轴向相对移动产生了径向的相互作用，使内套直径缩小（受压缩），外套直径变 大，内套直径缩小结果使其与轴产生过盈，同样内外套的配合也产生了过盈。 在装配过程中为了减少内外套轴向相对移动时的摩擦阻力，利用高压油作用到内外套的 配合锥面上，使配合面产生了一层薄油膜克服摩擦作用，当外套直径达到正确的位臵时，径 向油泵减压泄油，使得内外套之间保持正常的摩擦作用。外套接触面的锥度在1:80左右，远 远小于它们之间静摩擦角，加上安装至设计位臵，内、外套之间、内套与轴之间有很大的过 盈应力作用，在轴系运转时，产生的摩擦力足以用来传递扭矩或克服拉力作用，而不产生滑 动，使联轴节实现其功能。 拆OK-HB联轴节时是很简单的。高压油注压进联轴节内外套之间，减少了摩擦作用，且 由于锥面的因素，高压油作用在外套上有一个轴向分力，导致外套从锥面下滑；而轴向液压 单元产生的作用力是上面轴向分力的平衡力，通过控制油腔放油速度，来控制外套的下滑速 度，防止其滑得过快。 下图为拆卸原理图
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外抽式尾轴
使用有键可拆法兰式联轴节和液压联轴节，此类结构复杂，但使用效果好。 1.有键可拆法兰式联轴节 卸前应联轴节与轴的轴向安装位臵及轴与螺帽径向相对位臵作好标记。 （a）联轴节与轴上的锥体应接触良好，接触面积在75%以上，且每25×25mm面积内不得 少于3个色点，塞尺检查大端时，0.03mm插入深度不得超过3mm，否则应研磨达到。 （b）安装时应按拆卸前的轴向标记把紧，把紧后用0.05mm塞尺检查螺帽与联轴节的接触 面，在周长的90%不应插入，并应有可靠的防松装臵。
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中、高速柴油机
减速齿轮箱 发电机
可发转减速齿轮箱 水泵
电动机
调距桨
定距桨 喷水推进器
推进装置的组合
▪ 船舶推进装置的发动机与传动设备的组合， 可分为下列五类：
1、柴油机推进装置：低速柴油机直接传动式；中、高速柴油机齿轮减速 器式；中、高速柴油机电传动式。 2、汽轮机推进装置；汽轮机齿轮减速器式；汽轮机电传动式。 3、燃气轮机推进装置：燃气轮机齿轮减速器式；燃气轮机电传动式。 4、联合式推进装置：柴油机燃气轮机齿轮减速器式；燃气轮机汽轮机齿 轮减速器式。 5、核动力推进装置：汽轮机减速器式；汽轮机电传动式。
货船、油船 客船
渡船、拖船、渔船 港作船
挖泥船、破冰船
Tips:在考虑推进装置型式时，要抓住主要矛盾，从全局的 经济性出发，权衡利弊，优化方案，采用最佳的推进装置型式。
推进装置的组合选择
发动机
传动设备
推进器
低速柴油机
可
反
往复蒸汽机
转
式 中速柴油机
汽轮机
减速齿轮箱
定距桨
不
低速柴油机
可 反
汽轮机
转
式
燃气轮机
优点
缺点
1、机组配置和布置比较灵活、方便，舱 室利用率高； 2、改变直流电动机的电流方向可使螺旋 桨转向改变，便于遥控，机动性和操纵性 好； 3、发电机转速不受螺旋桨转速的限制； 正倒车具有相同功率和运转性能，具有良 好的拖动性能。
1、能量经过两次转换，损 失大，传动效率低； 2、增加了发电机和电动机， 装置总的重量和尺寸较大， 造价和维修费用较贵。
▪ 有利于驱动辅助负载。
缺点
• 机构比较复杂，整个装 置制造、安装及维修保养 困难，造价高； • 桨毂尺寸较大，在设计 工 况下效率比定距桨低
可调螺距螺旋桨（调距桨）装置
电力传动推进装置
电力传动是主机驱动主发电机发电，然后网，再由电网供电给电动机驱动螺旋 桨的一种传动型式。主机和螺旋桨间没有机械联系，机、桨可任意距离布置。
电力传动推进装置
Z型传动推进装置
Z型传动推进装置
▪ 特点：
1、操纵性能好，螺旋桨的推力方向可以自由变化，使船舶操 纵性优于其它传动型式。 2、可以省掉舵尾柱和尾轴管结构，使船尾形状简单，船体阻 力减小。 3、可以使用重量轻、体积小的中、高速柴油机，不需要单独 的齿轮减速装置，不需要主机有换向机构，可以延长柴油机 的使用寿命。 4、由于这种装置垂直悬挂在船尾，吊装维修方便。由于结构 上的原因，传动功率受到一定限制，适用于狭窄航道的小型 船舶。
匹配设计的两个阶段
▪ 初步匹配设计
– 已知船舶主尺度 – 船体的有效功率曲线Pe(V) – 船舶要求的航速Vs – 螺旋桨的直径D或转速n
•确定螺旋桨的效率η0 •螺距比p/D •螺旋桨的最佳直径 •需主机的功率，便于主 机与 传动设备的选型。
匹配设计的两个阶段
▪ 终结匹配设计
– 主机的功率与转速 – 船舶的有效功率曲线 – 传动设备与轴系的传送效
率ηs， – 桨的收到功率Pd – 船身效率ηh等
直接传动推进装置
直接传动是主机直接通过轴系把功率传给螺旋桨的传动方 式，在主机与轴系中无其它传动设备，在任何工况下，螺 旋桨与主机具有相同的转速与转向。
结构简单； 使用寿命长； 燃料费用低； 维修保养方便； 噪声低； 传动损失小； 推进效率高
柴油机
重量与尺寸大；倒车必须利用可逆发动机，其 机动性差；非设计工况下运转时经济性差；低 速和微速航行受到柴油机最低稳定转速的限制
第二章 船舶轴系布置及设计
—— 熊振林
学习目标
▪ 知识目标
1、正确叙述和理解船舶推进装置的型式及特点； 2、正确理解和掌握船舶轴系的布置设计及结构设计； 3、熟悉船舶轴系的材料及性能。
▪ 能力目标
1、会根据船舶用途、航区、选择推进装置的型式； 2、会进行船舶轴系的布置设计； 3、会正确选用船舶轴系的材料。
主要内容
▪ 推进装置型式及其特点 ▪ 船舶轴系的任务、组成、及设计要求 ▪ 船舶轴系的布置设计 ▪ 传动轴的计算及强度校核 ▪ 传动轴的结构设计 ▪ 传动轴承及尾轴管装置 ▪ 船舶轴系附件 ▪ 轴系材料
推进装置的组合选择
• 按船舶用途、种类与要求 • 按主机总功率的大小 • 按船舶航区的吃水深度 • 按推进装置的经济性
燃气轮机—燃气轮机单桨齿轮减速联合传 动，调距桨，主机不反转
双机单桨电传动，定距螺旋桨，主机不 反转
柴油机动力装有较好的经 济性；
▪ 能适应船舶阻力的变化，充 分利用主机的性能；
▪ 主机或减速齿轮箱不必设换 向装置，使其结构简化；
▪ 可提高船舶的机动性和操纵 性；
减速齿轮箱 柴油机
主推进装置形式
单机单桨刚性直接传动，定距螺旋桨，主机反转 单机单桨刚性直接传动，调距桨，主机不反转 单机单桨齿轮减速传动，定距螺旋桨，双转 向齿轮箱， 主机不反转 双机单桨齿轮减速传动，定距螺旋桨，主机反转
三机单桨齿轮减速传动，调距桨，主机不反转
推进装置的形式
柴油机—燃气轮机单桨齿轮减速联合传 动，调距桨，主机不反转
▪ 主机选型是根据设计任务书中的技术要求以及船体 设计所提供的资料来进行的。
▪ 主机选型和螺旋桨的设计密切相关，包括推进装置 设备的选型等。
▪ 实际上是通过船、机、桨匹配计算和分析选定螺旋 桨参数和主机型号，在满足设计技术要求（如航速、 桨径、转速、功率）的基础上，同时考虑重量、尺 寸、油耗、造价、可靠性、可维度、使用寿命、吊 缸高度、振动等前提下，从而选择一套从主机到螺 旋桨的最佳的推进装置。
间接传动
间接传动是通过传动设备（机械的、电动的或液动 的），使主机与轴系连接在一起的一种传动方式。
*重量与尺寸小； *主机的转速不受螺旋桨要
求的转速限制；
*轴系布置方便； *带倒顺离合器时可选用不
可逆转的主机；
*有利于多机并车、单机分 车与轴带发电机布置。
* 结构复杂； * 传动损失大； * 效率低
推进装置的组合选择
• 按船舶用途、种类与要求 • 按主机总功率的大小 • 按船舶航区的吃水深度 • 按推进装置的经济性
货船、油船 客船
渡船、拖船、渔船 港作船
挖泥船、破冰船
Tips:在考虑推进装置型式时，要抓住主要矛盾，从全局的 经济性出发，权衡利弊，优化方案，采用最佳的推进装置型式。
主机的选型论证分析