轴系布置设计

⒉轴线及轴定于 两个端点。前端点为主机（或推进机组） 的输出法兰中心，后端点为螺旋桨的桨毂 中心。 在轴线总长度确定之后，统筹考虑船体尾 部线型和结构、隔舱壁位置、各轴承负荷 情况、工厂的加工能力以及轴系在机舱内 的装拆要求等因素，决定螺旋桨轴、中间 轴等传动轴的配置及各轴段长度。




⑵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 荷，但轴承间距要受到下列因素的限制： ①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。 ②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 时造成轴承负荷的不均匀性。 ③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。
课堂小结


轴系布置设计是船舶轮机设计的重点； 轴系布置不是孤立的环节，它与船舶总体布置设 计，船体结构设计，主机、螺旋桨等密切相关， 甚至与轴系零部件也有一定关系；同时，轴系布 置也会考虑一些工艺方面的因素，在后续学习中 会谈到 作业： 说明中间轴承布置时应该考虑哪些问题。 轮机中心的那条船，试述其推进装置和轴系的设 置情况，要求绘草图。
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。
连接法兰 中间轴 L L/3-L/4 中间轴承
⒋轴承负荷

⑴轴承负荷的大小用轴承比压p表示 P=R/DL （N/mm² ） 式中：R—轴承负荷，N； D—轴颈直径，m； L—轴承长度，m。



⑵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。 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 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。 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 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 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 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》规定：每个轴承应为 正压力，且应不小于相邻两跨轴重量的20％。


③主机应尽量靠近机舱后舱壁布置，以缩短轴线 长度。 ④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 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， 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。
⑵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 旋桨可靠而有效地工作。 ①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e=（0.4-0.5）D。D为 螺旋桨直径； ②螺旋桨不应超出船体中部轮廓之外； ③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； ④叶梢与尾柱距离d不能太小，否则受叶梢处的高速水流冲 刷，尾柱易被浸蚀； ⑤桨和舵叶之间也要留有一定间隙； ⑥螺旋桨和船体外板间距c不应太小，以免造成船体的振动 及不必要的附加阻力。
⑶轴承负荷计算中支点位置的确定


①中间轴承不长(约0.8倍轴径)，轴颈和轴承接触比较均匀， 支承反力位置取轴承中点。 ②对于尾轴管前轴承，其支承反力位置与中间轴承相同，也 取轴承中点。 ③对于尾轴管后轴承或靠近螺旋桨的最后一道轴承，由于受 到较重的螺旋桨的悬臂力矩，其受力情况不均匀，不能假设 支承点为轴承的中点。 如为木质或橡胶轴承，如其长度为l，那么其支点到轴承后 端u常假定为：u=(1/4～1/3)l或者，取u=(0.5～0.8)dj 如为白合金轴承，通常采用： u=0.5dj 式中：dj——尾轴基本直径。 以上两公式是磨合稳定以后的数据。工程上经常采用使尾轴 管中线与船体基线倾斜一定角度的做法，即所谓“斜镗尾轴 管”法。
⒉轴承的间距


⑴中间轴承最小间距：lmin=24.9d2/3 (cm) 式中：d—轴径，cm 缘由：中间轴承底座通过螺栓与船体刚性 连接，船体因受水压、装载等因素影响而 产生变形（尤其垂向），轴承随之变位， 从而产生附加负荷。当变位量△一定时， 轴承间距愈小，当轴承变位时，它对轴线 的牵制作用愈大，其附加负荷也愈大，故 轴承的间距太小是不利的，应对它有所限 制。


关于轴承最大间距，各国规范有不同的规定， 如GL的推荐公式是：lmax=k1d½ (mm) 式中： d—轴承间直径（mm）；k1=450（油 润滑白合金轴承）、280（油脂润滑灰铸铁轴 承）、280～350（水润滑橡胶轴承、轴支架） 当转速>350r/min时: lmax=k2d½ /n ½ 式中： n—轴转速，r/min；k2=8400（油润 滑白合金轴承）、5200（油脂润滑灰铸铁轴 承、水润滑与轴支架橡胶轴承、）
㈠轴线的确定

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。
何为螺旋桨中心？
⒈轴线的数目



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 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； 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 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， 甚至四根轴线。 三峡游船几根轴线 ？
㈡轴承的设置

轴承数目、间距的大小和位置安排，对轴的弯曲 变形、应力和轴承的工作状态均有很大的影响。 若处理不当，会使轴承负荷不均匀，造成发热和 加速磨损，从而影响轴系运转的可靠性。
⒈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。
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。
前言

轴系布置设计内容：轴线确定、轴段配置、轴承的 布置 轴系布置设计的前提：船舶总体设计，包括船舶主 尺度、线型、总布置及结构设计完成之后，机舱位 置、主机和螺旋桨选型已初步确定。



⑶尾轴承的间距 l/D(长径比)值推荐采用以下数据（经验值） 当D=400～650mm时 l/D≥12 当D=230～400mm时 l/D≈14～25 当D＝80～230mm时 l/D≈16～40 某些尾机型船舶，因受到空间位置限制，允 许l/D值小于上述数据。
⒊轴承的位置


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、尾轴尾管总图及有 关部件图纸。



②轴线最好布置成与船体基线平行。 当推进机组位置较高，而船舶吃水较浅时，为了保证螺旋桨 的浸没深度，不得不使轴线向尾部倾斜一定角度。轴线与基 线的夹角称为倾角。有些双轴系和多轴系的船舶，为了保证 螺旋桨叶的边缘离船壳外板有一定的间隙，或出于机桨布置 的需要，允许轴线在水平投影面上不与纵舯剖面平行，向外 或向内倾斜，形成夹角，称为偏角。 当轴线出现倾角和偏角时，将使螺旋桨的推力受到损失，因 此必须对倾角和偏角加以控制。 一般将倾角控制在0°～5°之内，高速快艇轴线的倾角可放 大到12°～16°；偏角则控制在0°～3°之内。
⑴主机位置布置原则如下



①对称布置：考虑到设备重量的平衡以及布置和操 作的便利。 单轴系的轴线一般布置在船舶的纵中剖面上； 双轴系的轴线一般对称布置于船舶纵中剖面两侧， 即对称布置在船舶两舷； 三根轴系的船舶，一根布置在船舶的纵中剖面上， 其余两根对称布置在左右两舷。多轴系的间距由船 舶总体设计确定。