船舶动力系统教学课件 5-2 船舶推进轴系和传动设备

轴系布置实例
Z型推进装置
Z型推进装置轴系布置图 1－柴油机；2－弹性联轴器；3－离合器；4－万向联轴器； 5－中间轴承；6－中间轴；7－Z型减速齿轮箱；8－螺旋桨
主机和螺旋桨不在一个水平线上，柴油 机通过弹性联轴节、摩擦离合器、两 个弯向联轴节、两个中间轴把动力传 递给螺旋桨
由于输入轴法兰一般比主机曲轴输出法 兰高采用万向联轴节，使主机和z型 装置间布置自由，简化安装
轴承的位置和间距需布置合适
轴承的数量
中间轴承：每根中间轴一般只设一道 中间支承 削弱船体变形牵制，减小额外负荷。 很短的中间轴可以不设中间轴承
螺旋桨轴承：一般两道；轴线非常短 的单机单桨尾机型船舶，可取消螺旋 桨前端轴承，一道
轴承间距
船体变形大，变形状态多样的船舶， （如内河货船），要求轴系的适应力 强轴承间距宜大 船体刚性较大，抽吸适应船体变形的 要求低间距可小一些 轴承间距按照规范推荐公式确定，例
轴系的长短视主机位置而定，主机布 置靠近艉部，轴系短；主机布置在船前 部，轴系长一般主机布置在舯部偏艉
轴承设置
机舱布置在舯部的大型船舶，轴系长度 100米左右，需用几段中间轴靠法兰连 接起来，每根中间轴均需中间轴承支持。 轴承底座通过螺栓和船体刚性连接
轴承位置安排不当时，当船体变形时， 轴承负荷增加几倍，发热，迅速磨损
轴承的位置
中间轴承应安装在船体结构强度较强、变 形相对较小的部位，如舱壁附近、实肋板 附近
尽量不使两轴的连接法兰位置处于二轴承 间距的中部，以免产生过大的挠曲，使安 装困难。中间轴承应安装在靠近法兰处
轴承负荷
采用比压表示，P135 大型船舶各道轴承负荷分布不均， 常采用曲线安装的形式，根据计算 结果，调整各道中间轴承的高低位 置（合理校中设计）
轴承（中间轴承、推力轴承、尾轴承） 轴系附件（各轴联轴节、轴系制动器、
隔舱填料涵、密封装置等）
船舶大小、船型、船体线型、机舱位 置、动力装置型式等不同，传动轴的 数目、组成、轴承、轴系附件的配置 不同
轴系的要求
轴系位于水线以下，部分轴系长期在水中， 工作条件恶劣，受力复杂，受到船体变形、 装载的影响
高速快艇轴系布置图 1-连接法兰；2-螺旋桨轴；3-轴承；4-尾管密封装置；5-尾轴管；
6-尾管前人字架；7-尾管后人字架；8-螺旋桨
高速小艇，主机功率达、舰体吃水浅 倾角大
传动轴
传动轴主要由螺旋桨轴、尾轴、中间 轴、推力轴组成
推力轴：一端和发动机or齿轮箱相连， 另一端与中间轴or尾轴相连。轴径略 大于中间轴，长度较短，只需与推力 轴承匹配即可
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
轴系的计算
基本轴径计算和校核 振动计算
传动轴轴径估算
按照规范估算确定，并进行强度校核
先估算中间轴，再估算其他
空心轴的中空
轴传递的额定功率， kW 直径>0.4dm时，
修正
dm10C03
Pe 608
neb17.50
(m)m
中间轴 C＝1 ； 尾轴承油润滑无键
联接 C＝1.22； 尾轴承油润滑有键
联接 C＝1.27
轴的额定转速 轴材料抗拉强度的下限值, N/mm2 r/m
强度校核
轴系结构尺寸确定后进行强度校核
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
船舶动力系统
船舶推进轴系和传动设备
船舶推进轴系
轴系，位于主机输出法兰至螺旋桨之 间的所有传动设备、传动轴及辅助设 备和系统的总称
基本任务，连接主机和螺旋桨，将主 机发出的功率传递给螺旋桨，同时又 将螺旋桨产生的轴向推力通过轴系传 给船体，推动船舶运动
轴系的组成：
传动轴（中间轴、推力轴、尾轴/螺旋桨 轴）
密封良好：选择可靠的密封装置，防止 海水进入船舱、防止滑油外泄
质量、尺寸小
轴系的布置
船舶总体设计（主尺寸、线型、总布 置、结构设计）完成机舱、主机、 螺旋桨位置初步确定
进行轴系布置设计
1. 确定轴线长度，轴段配置 2. 轴承位置、间距 3. 确定基本轴径，强度校核 4. 必要的振动计算、合理校中计算 5. 轴系部件结构设计及选型 6. 图纸
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
间距过大，挠度增加，轴承负荷不均匀
安转工艺限制，过长的跨度造成安装不 便，一般<=9米
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
双轴系、多轴系船舶，为保证螺旋桨桨叶边 缘距离船壳有一定间隙or机桨布置要求， 轴线可向外/向内偏斜
实际布置时允许一定倾斜角α和偏斜角β， 一般α ＝0～7°，β＝0～3°
高速快艇α=12～16°
轴线的纵倾角和偏斜角
螺旋桨有效推力为
Te Tj coscos
扫雷艇、气垫船吃水很浅，如按常规布置 α很大，可用折角传动、Z型传动
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：主机输出法兰百度文库后：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