船舶轴系设计与计算

径 向 孔 ﹑ 横 向 孔
油润滑，
适用于
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
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
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
3.3.3.3 规定的螺 旋桨轴长 度以前的 螺旋桨轴 或尾管轴 到尾尖舱 舱壁部分
旋桨轴
的直径
1.0 1.0 ① ②⑤
1.10 ②⑤
1.10 ③⑤
1.20 ④⑤
1.10
1.10
1.20
1.26
1.15
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基本直径 计算 d = FC3 Ne ( 560 )
ne σ b +160
•对于中间轴，若σb >800N/mm2时，取800N/mm2 •对于螺旋桨轴和尾管轴，若σb >600 N/mm2时，取600 N/mm2。
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具有下述式的中间轴
设计系数C
对在发动机外的推力轴
具有下述型式的螺旋桨轴
液
整 体 连 接 法 兰
压 无 键 套 合 联 轴
键 槽
器
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可拆联轴器键的强度的验算
可拆联轴器用键安装在轴上,键的材料选用45#锻钢,键受剪 切的有效面积应大于按下式计算的值:
式中: B---- 键的宽度 B=50 mm L---- 键的有效长度 L=300 mm d----中间轴计算直径 d=175.75 mm dm---- 键中部处轴直径 dm=217.17 mm
545-230*0.447=442
长 Le = L − 0.447d
键槽距端面应至少15mm
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C距离不小于锥部大 端轴径的0.2倍。 键应用螺钉固定在轴 上，螺钉孔不应放在 距前端键长1/3范围 内，孔深不超过螺钉 直径。
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键和键槽
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设计主要内容
• 轴承间距的大小及其数 目，对轴的弯曲变形、柔 性和应力均有很大的影 响。间距适当增加使轴系 柔性增加，工作更为可 靠，对变形牵制小，使额 外负荷反而减小。
• 推荐公式： l ≤ 125 d
• 最小跨距：
l ≤ 142 d
lmin
≥
24.93
d
2 z
aj
=
840EI 5l 3
N
/ mm
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5）轴承的负荷计算
6）轴系主要零件的强度计算
7）尾轴、尾轴承设计计算
8）可拆联轴器设计计算
9）中间轴、尾轴静强度校核计算
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已 知条件
• G8300ZC18B（右机）、G8300ZC19B（左机） • 柴油机额定功率N＝1470kW，额定转速550r/min • 选用GWD52.59减速齿轮箱，减速比i＝2.4667:1。
注意：确定轴干轴颈直径时须综合考虑密 封、轴承的匹配。
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设计主要内容
• 确定轴系长度
– 确定轴系基本长度（见课本P35） – 选定尾轴承 – 选定密封装置 – 确定螺旋桨轴长度（见课本P42-44） – 确定中间轴长度（见课本P36-37） – 确定轴的实际长度；
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尾端结构
• 锥体部分的长度L=（1.6-3.3)dtz • 锥度K一般取1:15/1:12/1:10等 • 小端直径：dxz=dtz –k×L • 大端直径：dtz • 尾螺纹直径与长度：（或按课本）
d p = d − (k • Lg + 2h + Δ) hr = (0.75 ~ 0.90)d p • 键和键槽：
• 尾螺纹直径与长度：（或按课本）
dw = d − (k • Lg + 2h + Δ) h为键槽深度;⊿,5~15mm
• lw = (0.75 ~ 0.90)dw
课本
dW = (0.75 − 0.90)d XZ
lW = dW
Dw (167.4~201.3)，取170 Lw 170
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设计主要内容
– 选定密封装置
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尾轴前密封
设计主要内容
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尾轴后密封
设计主要内容
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设计主要内容
– 选定尾轴承
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设计主要内容
艉管前轴承
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可拆联轴器与中间轴艉端 法兰紧配螺栓的计算
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设计主要内容
• 中间轴及中间轴承设计
– 中间轴设计 – 确定中间轴承位置 – 选定中间轴承 – 中间轴静强度校核(见附录2) – 画中间轴结构简图
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中间轴承的位置与间距
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实例：轴颈比轴干 • 8000DWT，大15mm • 73.55m，大15mm • 2940kW，大30mm • 10000DWT，大15mm
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设计主Байду номын сангаас内容
• 轴颈比轴干大5-30mm
艉管后轴承
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设计主要内容
尾轴结构：直径 •轴干：240mm •前轴颈：255mm •后轴颈：260mm •前密封：240（wmax)，规格260 •后密封： 240（wmax)，规格260
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50>0.2×230=4尾6 端结构
• 锥体部分的长度L=（1.6-3.3)dtz
545,2.37倍
• 锥度K一般取:1:15/1:20等
1:15
• 小端直径： dxz=dtz –kL
约180
• 大端直径：
d=230
• 尾螺纹直径与长度：
150 150/180= 0.833
• 键槽 宽：50，长：470。
• 螺旋桨轴、轴承及尾管装置设计 – 确定尾轴承间距（见课本P38） – 确定螺旋桨轴结构 – 设计尾管装置 – 螺旋桨轴静强度校核(见附录1) – 画螺旋桨轴简图 – 画尾管装置总图
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尾轴承的布置
• 尾轴承的间距 :由于螺旋桨的重量较大，使其回 旋和横向振动的临界转速会有所降低，加之桨
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• 轴系设计计算
设计流程
1）基本轴径的计算
¾ 确定轴系材料（见课本P50和附录1）
¾ 轴径确定 （《钢规》第3篇11章轴系
与螺旋桨） – 中间轴直径计算： – 螺旋桨轴直径计算
d = FC3 Ne ( 560 )
ne σ b +160
¾ 还应考虑与选配的轴承匹配
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aj
=
840EI 5l 3
N
/ mm
• 间距太大，易产生回旋振动，因间距越大，其回旋振动的固有频率越 小，使在工作转速范围内；轴扰度增，使负荷分配不均；
• 间距不超过9米
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轴承负荷计算和临界转速计算
• 参考轴系计算书
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式中:Ne=1470kW；ne--- ne=500/2.4667=223r/min σb---- 采用35#钢σb=520 MPa F=100 C1---- 中间轴系数, C1 =1.0 ；C2---- 无键连接, C2=1.22
取中间轴基本直径φ230mm，取艉 轴基本直径φ250mm, 满足规范要求
0.2l
30
中间轴承的位置与间距
• 轴承间距的大小及其数目，对轴的弯曲变形、柔性和应力均有很大的 影响。间距适当增加使轴系柔性增加，工作更为可靠，对变形牵制 小，使额外负荷反而减小。
• 推荐公式： • 最小跨距：
l ≤ 125 d
l ≤ 142 d
lmin
≥ 24.93
d
2 z
• 间距太小，附加负荷大
h为键槽深度;⊿,5~15mm
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尾端结构
• 锥体部分的长度L=（1.6-3.3)dtz d=250，(400~825)，取550
• 锥度K一般取1:15/1:20等 • 小端直径：dxz=dtz –k×L • 大端直径：dtz
无键取1:20 250-550/20=223.25 250
• 可拆联轴器设计与选型
注：结构尺寸见《轮机工程手册 》下 册第418页，对应的图为第420页 图6.2.3 23
520 260 385 100 520 260 385 115 524 280 386 102
50 M38 50 M50 58 M48
86.5 135 88
8 50 8 50 8 50
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在运行时悬臂动载荷的影响，故尾轴承的间距 不宜增加太大
• d>400mm
l≥12d
• d=300～400mm
l= (14～25)d
• d<300mm
l=（16～40）d
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设计主要内容 ---可拆联轴器
实例
2940kW
230
8000DWT 230
查表 230
565 290 495 355 630 290 530 330 538 288 442 380
京：国防工业出版社,1999 • 内河船舶设计手册编写组.内河船舶设计手册（动力分册）
北京：人民交通出版社，1989 • 中国船级社，《钢质内河船舶入级与建造规范（2006）》
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P
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4
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• 轴系设计计算
设计主要内容
1）基本轴径的计算
2）轴系长度计算
3）轴系的布置
4）轴系结构确定
轴系设计与计算
热能工程系-胡义
2011年5月
P
1
2
3
参考资料
4
5
6
• 商圣义.民用船舶动力装置.北京：人民交通出版社，1996 • 张乐天.民用船舶动力装置.北京：人民交通出版社，1985 • 轮机工程手册编委会.轮机工程手册(下册). 北京：人民交通
出版社，1994 • 彭文生等.机械设计. 武汉：华中理工大学出版社,1996 • 王昆.机械设计课程设计.武汉：华中理工大学出版社,1999 • 中国船舶工业总公司.船舶设计实用手册（轮机分册）.北
5
传动轴的直径计算（海船）
d = FC3 Ne ( 560 )
ne σ b +160
dc
=
d
3
1
1
−
⎜⎜⎝⎛
d d
0 a
⎟⎟⎠⎞4
•d——轴的直径，mm； •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，对于所有其它型式的柴油机推进装置； •C——不同轴的设计特性系数； •Ne——轴传递的额定功率，kW； •ne——轴传递Ne的额定转速，r/min； •σb——轴材料的抗拉强度
25
联轴器法兰厚度
¾ 中间轴法兰 中间轴的法兰厚度: b1=0.2×d1=0.2×175.75 =35.15mm 实取中间轴法兰厚度: b=50mm ,满足规范要求。
¾ 可拆联轴器 可拆联轴器的法兰计算厚度:
b2=0.2×d2=0.2×214.42 =42.88mm
实取联轴节的法兰厚度: b=50mm,满足规范要求。
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• 轴系设计计算
设计流程
1）基本轴径的计算
螺旋桨轴直径 (仅供 参考 ）
参考《民用船舶动力装置》（张乐天）P40 表2-3-1
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• 轴系设计计算
1）基本轴径的计算 中间轴轴颈直径
设计流程
注：尽可能不选括号中直径 《轮机工程手册》下第236页表6.2.1-6