船舶传动轴结构-精
船舶传动轴计算
目的和意义
随着船舶动力系统的不断发展， 对传动轴的性能要求也越来越 高。
精确的传动轴计算能够确保船 舶的安全运行，提高推进效率， 降低能耗和维护成本。
正确的计算方法对于船舶设计、 建造和运营具有重要意义。
02
船舶传动轴概述
船舶传动轴的定义和作用
定义
船舶传动轴是船舶动力系统中的重要组成部分，用于连接船舶发动机和推进器， 传递扭矩和功率。
03
船舶传动轴的计算方法
传动轴的直径计算
总结词
根据船舶的功率和转速，以及轴的材料和许用应力，计算出轴的最小直径。
详细描述
在确定船舶传动轴的直径时，需要考虑船舶的功率、转速、轴的材料以及许用应 力等因素。通常采用经验公式或有限元分析方法进行计算，以确保轴的强度和刚 度满足要求。
传动轴的转速计算
总结词
详细描述
在计算传动轴的扭转应力时，需要考虑轴上 的扭矩、截面尺寸、轴的材料以及许用应力 等因素。通常采用材料力学公式或有限元分 析方法进行计算，以确保轴的扭转应力在允 许范围内，并保证轴的强度和刚度。
传动轴的振动计算
总结词
根据轴上的动态载荷和支撑条件，以及轴的材料和阻尼特性，计算出传动轴的振动频率 和振幅。
作用
船舶传动轴的作用是将发动机产生的扭矩和功率传递给推进器，以推动船舶前 进。同时，传动轴还可以通过变速和转向装置实现船舶的变速和转向控制。
船舶传动轴的种类和特点
种类
根据不同的分类标准，船舶传动轴有多种类型。按照结构形 式可分为整体式和分段式；按照材料可分为钢、铸铁、铜合 金等。
特点
整体式传动轴结构简单，易于安装和维护；分段式传动轴可 以根据需要灵活配置，适用于大型船舶。钢制传动轴强度高 、耐腐蚀性好；铸铁传动轴成本低、易加工；铜合金传动轴 导热性好、可用于高速转动。
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
船舶动力系统教学课件 5-1 船舶推进轴系和传动设备
从消防和安全性方面考虑，可把发电机分成 几组(如全船共有6台发电机的情况下， 可以3台一组)布置在不同的舱室中
2. 可选用中高速主机，并工作于最佳工 况
主机转速不受螺旋桨转速限制，可选用 体积小重量轻的中、高速柴油机，运 行在恒定转速下
组成：主机+齿轮传动机组+轴系+ 螺旋桨 主机转速≠螺旋桨转速 使用场合：中、高速主机带螺旋桨
（中高速柴油机、蒸汽轮机、燃汽轮机） or配用低速大直径螺旋桨
单机单桨、多机单桨、联合动力
多机单桨的布置
三机 单轴
四机 单轴
多机多桨的布置
四机双轴
四机四 轴
单 机 单 轴 双机 单轴
三机三轴
特点：
质量尺寸小 主机转速不受螺旋桨转速的限制 轴系布置方便 带倒顺车离合器时，可选用不可反转的主
3. 提高了船舶的操纵性
改变电动机电流方向推进电动机转向变 螺旋桨转向变
改变电动机电流大小推进电机转速变
电力推进传动装置，螺旋桨转速的改变 迅速，船舶航速与船舶航向都得到了 更好的控制，启车停车快速，机动性 好，便于遥控，操作性能好
4. 振动小，噪音低 5. 省去了传动轴系，使振动噪声减小
5. 低速性好 6. 电动机可以获得很低转速（4-
喷水推进，水流基本上是轴向流流场，较稳 定,减少了空泡剥蚀的机会, 且航速越高喷 水推进泵所利用的冲压就越大
操纵性、动力定位性能优异 喷水推进，改变推进泵喷射出的高速水流方
向，实现舰船转向和倒航主机转速不变， 可实现无级变速、驻航、倒航
舵始终处于高速流中,可保持足够的舵效 如采用双机双桨,可实现船舶横移和原地回
第节船舶轴系的组成-文档资料
第一章船舶轴系及传动装置设计
第2节船舶轴系的Байду номын сангаас成、特点及布置
传动轴系的组成、作用和工作条件:
轴系的设计要求：
足够的强度和刚度，工作可靠并有较长的使用寿命 有利于制造和安装，在满足工作需要的基础上，力求简化，使制造与 安装方便并便于日常维护保养 传动动损失少，应合理选择轴承种类、数目及润滑方法 对船体变形适应性好，力求避免在正常航行状态下因船体变形引起轴 承超负荷 保证在规定的运行范围内不发生轴的扭转共振和横向、纵向共振 能够良好地密封、润滑和冷却 尽可能减小轴的长度和减轻轴的重量
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 主机(机组)位置的决定原则及主机(机组)布置原则： 轴线布置尽量与船体龙骨线〈基线〉平行。有时为保证螺 旋桨浸入水中有一定的深度，而主机位置又不能放低，只能 使轴线向尾部有一倾斜角，即轴线与基线的夹角 α ，一般在 0～ 5°之间。轴线与船舶纵中垂面偏角 β一般在 0～ 3°，以 保证轴系有较高的推力。对于小艇或高速快艇等由于吃水与 线形的关系，一般限制α可达12～16°。
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
传动轴系的组成、作用和工作条件:
轴系的工作条件：
轴系承受的扭矩在轴系中产生扭应力 推力将会产生压应力 轴系和螺旋桨本身的重量以及其他附件的作用，使轴系产生弯曲应力 安装误差、船体变形、轴系的扭转振动、横向振动、纵向振动以及螺 旋桨的不均匀水动力作用等产生附加应力 风浪天，螺旋桨上下运动的惯性力，使尾轴产生额外的周期变化的弯 曲应力和力矩 轴系在工作中，轴颈与轴承发生摩擦，当用海水做尾轴承润滑剂时， 尾轴管和轴颈还要受到腐蚀作用
第五章船舶推进装置
第五章船舶推进装置第五章船舶推进装置第⼀节船舶推进装置的传动⽅式船舶推进装置按传递到螺旋桨功率⽅式不同可分为以下⼏种。
⼀、直接传动直接传动是主机动⼒直接通过轴系传给螺旋桨的传动⽅式。
在这种传动⽅式中，主机和螺旋桨之间除了传动轴系外，没有减速和离合设备，运转中螺旋桨和主机始终具有相同的转向和转速。
它的主要优点是：（1）结构简单，维护管理⽅便。
只要安装时定位正确，平时管理中注意润滑冷却，⼀般不会出现⼤问题。
（2）经济性好，传动损失少，传动效率⾼。
主机多为耗油率低的⼤型低速柴油机。
螺旋桨转速较低，推进效率较⾼。
（3）⼯作可靠，寿命长。
因此普遍应⽤于⼤、中功率的民⽤船上。
其缺点是：整个动⼒装置的重量尺⼨⼤，要求主机有可反转性能，⾮设计⼯况下运转时经济性差，船舶微速航⾏速度受到主机最低稳定转速的限制。
⼆、间接传动间接传动是主机和螺旋桨之间的动⼒传递除经过轴系外，还经过某些特设的中间环节（离合器、减速器等）的⼀种传动⽅式。
根据中间传动设备的不同，⼜可分为只带齿轮减速器；只带滑差离合器和同时具有齿轮减速器和离合器三种。
它的主要优点是：（1）主机转速可以不受螺旋桨要求低转速的限制。
只要适当选择减速⽐，就可使主机的转速适应螺旋桨的转速要求。
（2）轴系布置⽐较⾃由。
主机曲轴和螺旋桨轴可以同⼼布置也可以不同⼼布置，以改善螺旋桨的⼯作条件。
（3）在带有倒顺车离合器的装置中，主机不⽤换向，使主机结构简单，⼯作可靠，管理⽅便，机动性提⾼。
（4）有利于多机并车运⾏及设置轴带发电机。
间接传动的主要缺点是轴系结构复杂，传动效率较低。
这种传动⽅式多⽤于中⼩型船舶以及以⼤功率中速柴油机、汽轮机和燃⽓轮机为主机的⼤型船舶。
近年来由于动⼒装置节能的需要，提⾼螺旋桨的推进效率越来越被⼈们重视，⽽采⽤⼤直径低转速螺旋桨是有效途径。
在70年代初，低速柴油机利⽤直接传动⽅式带动的螺旋桨转速多在100r/min以上，中速机通过减速箱减速⼀般也不低于90r/min。
第3节 船舶传动轴的组成与校核[精]
![第3节 船舶传动轴的组成与校核[精]](https://img.taocdn.com/s3/m/e3d9236b312b3169a451a446.png)
WZW—轴的抗弯截面模数
WW3dz32(1m4)
m d0 dz
M—轴的中孔系数，实心轴m = 0
dz—轴的最小直径 d0—中孔直径
第一章船舶轴系及传动装置设计
第3节传动轴的组成与设计
传动轴的强度校核
由安装误差引起的弯曲应力
W1150~03000
合成应力
P(YW W 1)23K 2
第一章船舶轴系及传动装置设计
第3节传动轴的组成与设计
传动轴的材料
船舶轴系的中间轴、推力轴、尾轴与螺旋桨轴等为锻钢部件。 民用船舶广泛采用优质碳素钢锻制。其中最普遍选用35号钢 舰艇及少数快速客船为减轻轴系重量，采用合金钢 小型海船，为了避免海水的腐蚀，常采用不锈钢轴(用于水润滑的轴系)。
作为传动轴材料的锻钢件，其化学成分、抗拉能力、耐冲击性能、低倍 组织检查和高倍金相分析等必须符合“海规”与“河规”的要求。
第3节传动轴的组成与设计
传动轴的组成
第一章船舶轴系及传动装置设计
第3节传动轴的组成与设计
传动轴的组成
螺旋桨轴和尾轴 螺旋桨轴的尾部结构
螺旋桨轴的尾部是供安装螺旋桨所 用，并传递和承受以下的负荷： 锥形部分用来承受正车推力 倒车推力由固定螺母来承受 主机的转矩则靠其键槽中所装的 键或者液压安装螺旋桨过盈配合锥 面的摩擦力传给螺旋桨 桨 轴 最 末 端 的 导 流 罩 ( 也 称 减 阻 帽)：为减少桨后面的涡流损失以 及保持轴末端的水密性而设置
第3节传动轴的组成与设计
传动轴的强度校核
由螺旋桨推力产生的压缩应力
YT/FW
T—螺旋桨推力 FW—轴的截面积(cm２)
第一章船舶轴系及传动装置设计
第3节传动轴的组成与设计
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。
传动轴的构造
传动轴的构造
传动轴是连接两个旋转装置的轴，其中一个装置将传递动力给另一个装置。
传动轴的构造取决于具体的应用和需求，常见的构造类型包括以下几种：
1. 实心传动轴：由一段实心的金属材料制成，简单且强度较高，适用于一些普通的传动需求。
2. 空心传动轴：内部为空心的结构，用于减轻传动轴的重量，提高传动效率。
常用于汽车和机械工业。
3. 弹性传动轴：由弹性材料制成的轴，可以在传递扭矩的同时吸收一定的振动和冲击力。
常用于汽车、船舶和风力发电等领域。
4. 斜齿传动轴：带有斜齿的轴，与其他传动齿轮咬合，通过齿轮传递动力。
常用于机械和工程设备中。
5. 高性能传动轴：采用先进材料、设计和制造技术制成，具有较高的强度和耐磨性，广泛应用于高性能汽车、航空航天和工程领域。
传动轴的构造还可以根据具体的应用需求进行定制，例如在一些特殊环境下需要防腐蚀、防水或耐高温的传动轴。
另外，还有一些特殊类型的传动轴，如万向节和柔性传动轴，用于解决轴的偏心、角度偏差等问题。
第二章-船舶推进装置-PPT
船舶推进装置
Marine Propulsion Installation
船舶推进装置
第一节 船舶推进装置的传动方式 第二节 传动轴系 第三节 动力传递设备 第四节 螺旋桨 第五节 可调螺距螺旋桨 第六节 侧推器及其管理 第七节 船舶推进装置的管理
船舶推进装置
第一节 船舶推进装置的传动方式 第二节 传动轴系 第三节 动力传递设备 第四节 螺旋桨 第五节 可调螺距螺旋桨 第六节 侧推器及其管理 第七节 船舶推进装置的管理
无轴隧：尾机舱 有轴隧：中机舱
轴隧高度：2米左右 轴隧设：水密门、逃生口
水密门要求：关闭时间<90秒；船横倾15 度时，两侧、远距离可操作；有指示、报警。
轴线的布置
基准点 首端：主机输出法兰中心或减速齿轮法兰中心 尾端：桨中心
理想轴线 应与船体的龙骨线平行
倾斜角α 轴线向尾部偏斜的角度。见图3 一般， α<= 5°
主机发电机
主配电板
主电动机
螺旋桨
优点： 1）机桨之间无机械联系 2）主机转速不受螺旋桨转速的限制 3）船舶机动性好 4）主电动机对外界负荷变化适应性好
缺点： 1）历经两次能量转换，传动效率低 2）动力装置重量、尺寸大，造价高
应用： 破冰船、拖船、渡船等
吊仓式推进器
吊仓式推进器的结构与Z型传动装置类似，但工作原理不同， 属于电力传动范畴
偏斜角β 轴线在水平投影面上偏离船舶纵中垂面的角度。见
图4 一般， β<=3°
图3 轴系的倾斜角α
图4 轴系的偏斜角β
轴承的布置
要求： 位置应位于船体刚性加强的部位 一段中间轴设一个中间轴承
中间轴承间距L的影响 过小：易产生附加负荷 过大：轴的挠度增加 轴承负荷不均匀 易横向振动 制造、安装困难 易产生共振
传动轴的构造和工作原理
传动轴的构造和工作原理传动轴是一种用于传递动力和扭矩的机械装置，常见于汽车、机械设备等领域。
它由轴管、万向节、连接套等组成，通过连接两个旋转部件，将动力从发动机传递给驱动轮或其他工作部件。
传动轴的构造和工作原理是实现这一功能的基础。
传动轴的构造主要包括轴管、万向节和连接套。
轴管是传动轴的主体部分，通常由钢材制成，具有足够的强度和刚性。
万向节则位于传动轴的两端，用于连接轴管和旋转部件。
万向节可以在不同角度下传递动力，并允许轴管在一定范围内调整角度。
连接套则用于连接万向节和轴管，确保其稳固性和转动的平衡性。
传动轴的工作原理基于转动传递动力的原理。
当发动机工作时，产生的动力通过离合器或变速器传递到传动轴上。
传动轴接收到动力后，通过轴管将动力传递到万向节。
万向节可以在不同角度下传递动力，并将其传递给驱动轮或其他工作部件。
通过传动轴的转动，动力可以从发动机传递到车辆的驱动轮，实现车辆的行驶或其他工作过程。
传动轴的工作过程需要考虑一些因素，如传动效率、转速和扭矩的传递等。
传动轴的设计要根据实际应用需求确定轴管的长度和直径，以及万向节的类型和数量。
在实际使用中，还需要考虑传动轴的安装位置和角度，以确保传动轴的工作效果和安全性。
传动轴在汽车领域有着广泛的应用。
在传统的后驱车型中，传动轴常用于将发动机的动力传递到后轮，驱动车辆行驶。
在前驱车型中，传动轴则用于将动力从发动机传递到前轮。
传动轴还常见于其他机械设备中，如工程机械、农业机械等，用于传递动力和扭矩，驱动各种工作部件的运转。
传动轴是一种用于传递动力和扭矩的机械装置，通过连接发动机和驱动轮或其他工作部件，实现动力的传递和转动。
传动轴的构造和工作原理基于轴管、万向节和连接套的组合，通过转动传递动力。
传动轴在汽车和机械设备领域有着广泛的应用，是实现动力传递的重要组成部分。
通过对传动轴的构造和工作原理的了解，可以更好地理解和应用传动轴在各种场景中的作用。
船舶动力系统与轴传动
随着环保要求的日益严格和能源结构的转变，船舶动力系统面临着减少排放、降 低能耗、提高可靠性等技术挑战，需要不断创新和研发新技术来应对。
PART 02
轴传动原理与结构
轴传动基本概念
轴传动定义
轴传动是指通过联轴器将动力源 （如发动机）的扭矩传递给船舶 推进器（如螺旋桨）的一种传动 方式。
轴传动优势
污。
定期保养
根据设备使用情况和厂家建议，制 定定期保养计划；对轴承、齿轮等 易损件进行定期检查、更换或维修 。
专业维护
委托专业维护团队进行定期全面检 查和维护保养，确保轴传动系统长 期稳定运行。
PART 06
故障诊断与排除方法
常见故障类型及原因分析
动力系统故障
可能由于发动机、涡轮机或电动机等 部件损坏、磨损、过热或润滑不良导 致。
。
强度计算与校核方法
有限元分析法
利用有限元分析软件对 轴传动系统进行强度计
算和应力分析。
经典力学法
基于材料力学和弹性力 学理论，采用经典力学 方法对轴传动系统进行
强度校核。
疲劳强度评估
考虑交变应力和疲劳载 荷对系统的影响，进行
疲劳强度评估。
实验验证
通过实验手段对强度计 算结果进行验证，确保 设计的安全性和可靠性
。
振动噪声控制策略
减振降噪设计
在轴传动系统设计中充分考虑减振降噪措施 ，如采用低噪声轴承、减振器等。
动态平衡技术
对旋转部件进行动平衡处理，降低因不平衡 引起的振动和噪声。
隔振措施
在船舶结构中设置隔振器或隔振垫，减少振 动传递和噪声辐射。
监测与诊断技术
应用振动和噪声监测与诊断技术，及时发现 并处理异常振动和噪声问题。
船舶轴系和螺旋桨
第八章船舶轴系和螺旋桨【学习目标】掌握船舶轴系的功用、基本组成、日常维护管理；掌握螺旋桨的基本组成和各部分名称；了解船舶轴系扭振及危害。
在船舶推进装置中，从齿轮箱（或主机）输出法兰到螺旋桨，其间以传动轴为主体的用于传递扭矩的装置称为轴系，螺旋桨通过轴系与齿轮箱（或主机）连接。
第一节轴系一、轴系的功用轴系的功用是将船舶柴油机输出的功率传递给螺旌桨，使螺旋桨旋转，以推进船舶航行。
轴系是齿轮箱（或主机）和螺旋桨之间的连接和传动机构，将柴油机输出功率传递给螺旌桨，以克服螺旌桨在水中转动的所消耗的功率，同时，又将螺旋桨在水中旋转产生的轴向推力通过推力轴承传递给船体，以克服船舶航行的阻力。
二、轴系的基本组成轴系包括传动轴（推力轴、中间轴、艉轴或螺旋桨轴）、轴承（推力轴承、中间轴承、艉轴承）、轴系附件（润滑、冷却、艉轴密封装置）等，如图8-1所示。
轴系是由多支承的传动轴所构成。
从机舱到船尾往往有一段距离，其传动轴往往较长，传动轴通常分为几段，并用联轴器将各轴段联接组合而成。
每段轴又按其所承担的任务分为推力轴、中间轴、艉轴或螺旋桨轴等，这些轴段依靠相应的轴承支撑。
传动轴的总长度、轴段数目及其附件的配置等，与船的大小、船型、船体线型、机舱位置、动力装置形式等因素有关。
对于轴线不长的小型船舶，为了缩短轴系，也可只用一根螺旋桨轴直接将螺旋桨与齿轮箱的输出法兰相连。
图8-1 轴系1、传动轴传动轴包括推力轴、中间轴和艉轴。
推力轴前端用法兰与齿轮箱（或主机）的输出法兰相连，后端的法兰则与中间轴法兰相连。
推力轴和推力轴承是一对组合部件。
中间轴用来连接推力轴和艉轴。
2、轴承轴承包括推力轴承、中间轴承和艉轴轴承。
推力轴承用于承受螺旋桨通过推力轴传递的推力，并通过它将推力传给船体。
中间轴承用于承受中间轴的径向负荷和重量。
艉轴轴承用于承受艉轴轴的径向负荷和重量。
3、轴系附件轴系附件包括隔舱填料函、艉管、油封、润滑管路和冷却管路。
隔舱填料函用于保持轴系穿过水密隔舱处的水密。