第二章 船舶轴系的组成与设计()

延长轴系寿命。
6)良好的密封性。选择性能良好的密封装置，既要防止海水 对轴系的腐蚀，又要防止滑 油的外漏而污染海洋环境。 7)重量尺寸要小。缩小轴系的重量尺寸，以省出更多空间来 装载货物或作其他用，对提高船舶的运行经济性也看好
处。
§2-2 轴系的布置设计
布置设计思路：

通过布置确定轴系长度，决定轴承位置和间距等。 根据规范计算确定基本轴径。 进行轴系的强度校核。 有些大型船舶轴系还要进行必要的振动计算和合理校中计
在进行船舶轴系设计时，传动轴的基本直径匀按有关船
舶建造规范进行计算，必要时再作强度校核予已补
充。 用何种规范作为船舶设计建造的依据，除了考虑船舶 的性质、航区等因素外，还要征得订货部门的意见。 为国外货主建造船舶，要用世界多数国家认可的劳氏 规范及货主国规范。
船舶建造规范的的性质
1）它是强制性的法规性文件，凡不符合规范要求的船舶，就 认为不合格，不能营运。
船周期、降底制造成本、提高经济 效益，而且对产品的
质量提供了可靠的保证。 3)传动损失小。在轴系设计时，要正确选择轴承数目、布置位 置和润滑方式，将传动损失 降底到最小限度，以提高推 进效率。
4)良好的抗振性能。保证轴系在营运转速范围内不产生扭转 共振和横振共振， 进行振动临界转速的计算。 5)对船体变形的敏感性小。因船体变形使轴系各支承产生位 移而导致轴系产生附加应力和附加负荷。轴系设计和布 置时就要考虑使这种影响尽可能小一点以减少传动损失
中间轴承支座布置图
如上图一长轴系，轴径在
400~650mrn之间，有三根连在一起 的等直径中间轴，每根轴分别由一个 中间轴承所支承，各轴承的跨距与各 轴的长度相等为L，已知最大轴承许
用比压取0.59MPa，轴承长度取轴径
的0.8倍,求两轴承最大间距 。
§2-3 传动轴的规范计算及强度校核
一、传动轴的基本轴径计算
三、轴系布置设计的其他问题
1、轴承负荷的分配和调整
轴承负荷比压过大或过小都是不适宜的。理想的状态是
使各道轴承比压值大致相等。我国1989年制订的《钢
质海船建造规范》规定"特 殊情况每个轴承所受的正
压力应不小于相邻两跨轴重量20%"。
2、中间轴承和尾轴管的后轴承支 承反力位置有何区别？
中间轴承不很长(约0.8倍轴径) ，一般 轴颈和轴承接 触比较均匀，故其 接触压力常用平均比压表示，其 支承反力位置也取轴承中点。但 对尾轴管的后轴承，由于受到螺 旋 桨悬臂力矩的作用，其受力情 况是不均匀的，后端轴承负荷 较 重，支反力的位置也相应后移。
相应减少，对轴系工作有利。
轴系间距确定原则：
在进行轴系布置时，应力求使两轴承的跨距
L≥ Lmin，以减小轴承的附加负 荷，但轴承的跨距也 不宜太大，跨距增大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，特别是轴系安装校中 时，要增加临时支承，以保 持轴系的稳定性。
轴系的多节性
传动轴较长，有的达100m以上。对于这样长 的轴系， 如果只用一整根轴，是困难和不方便的， 且没有必要。为了加工、制造、运输、拆装方便， 常常把传动轴分为许多节，并用数个联轴器将各 节轴段连接起来组合而成。
二、轴系的工作条件和要求
1、工作条件：
由于轴系位于水线以下，一部分轴系长期浸泡在水中，工作 条件恶劣，受力复杂；同时还受到船体变形、装载等的
① ②
主机功率有效地转变为螺旋桨推力的措施？ 轴线最好布置成与基线平行; 双轴系和多轴系的船舶中，最好将轴线布置成与船舶纵
肿剖面相平行和对称。
单轴系的安装
双轴系安装
由首尾两基准点位置确定，当主机和螺旋桨位置确定后，轴 线位置就随之而定。
1、主机位置 主机布置高度：使主机(或齿 轮箱)的油底壳不碰到船 的双层底或肋骨，并使它
算。

轴系部件进行结构设计及选型，最后绘制轴系布置图、尾 轴尾管总图及有关部件图纸。
一、轴线的数目、长度、位置及布置
轴线：发动机曲轴中心或减速器中心与螺旋桨中心的连线称为 轴线，也称轴系理论中心线。 （一般轴线由多段位于同一直线的轴相互连接而成）
（一）轴线的数目：取决于船舶的类型、航行性能、
生命力、主机型式和数量、经济性、可靠性。轴线 数目早在总体初步设计阶段已决定。
第二章 船舶轴系的组成与设计
§2-1 概述 §2-2 轴系的布置设计 §2-3 传动轴的规范计算及强度校核
§2-4 传动轴的结构设计
§2-5 中间轴承与推力轴承
§2-6 尾轴管装置
§2-1 概述
一、船舶轴系的任务、含义与组成
任务：将主机的功率传给螺旋桨，又将螺旋桨所产生的推 力传给船体，以实现推进船舶的使命。
们间 留有间隙，还应留
出油底壳放油所需的操作 高度。
2、螺旋桨的位置
螺旋桨的位置一般由船体设计人员确定。船体壳板产生振 动的原因之一，是螺旋桨叶尖与船体外板 没有足够的间 隙，致使螺旋桨在运转时水流冲击外板造成 的。
二、轴承的位置、数目和间距
1、轴承位置的确定
轴承破坏原因：
轴承中各支承轴承均与船体刚性连接，所以船体的变形将引 起轴承的径向位移，这种位移会使轴承的负荷增加许多 倍甚至十几倍，致使轴承处产生剧烈的磨损、发热，甚 至咬死烧坏。 当传动轴在支承轴承中运转时，船壳因受水压、装载等因素
影响。
如果轴系设计布置或安装不当，往往会导致轴系摩擦部位发
热、剧烈的磨损，甚至发生断轴事故。
2、轴系的要求
1)工作可靠且有较长的使用寿命。有足够的强度和刚度，满足 规范要求，保证轴系在各种恶劣的载荷情况下不致发 生 永久变形或断裂，使其在运行中安全可靠，并有较长使用
寿命。
2)尽量采用标准化结构。在满足工作需要的基础上，应尽量采 用标准化结构。这不仅给制造安装带来方便，还能缩短造
2）规范中的计算公式必定是可靠的，有权威性的，它既有理 论根据，又是长期实践经验的 总结。 3）规范中的公式是经过简化了的。许多须考虑的因素均用系 数来表达，使用方便。 4）具有不同种类的规范 区域划分：各个国家或地区自己的规范和相应的计算公式 用途划分：各种船舶级别、航区、用途的规范，如《钢质海船 人级与建造规范》、《长江水系钢船建造规范》、《长江 水系小型钢船建造规范》、《海军舰 艇建造规范》等。
他轴径的基础，就可大大简化规范公式。
所以，在确定了中间轴直径以后，推力轴、螺旋桨轴的 直径是在中间轴直径基础上，增加一个百分比求得。
圆轴扭转时横截面上的剪应力
已知：P＝7.5kW, n=100r/min,许用切应力＝40MPa, 空心圆轴的内外径之比 = 0.5。 求: 实心轴的直径d1和空心轴的外径D2。
（二）轴线及轴段长度的确定

轴线的基本长度L =首部端点为主机(或齿轮箱)的功
率输出法兰的中心，尾部端点为螺旋桨的中心。

轴段长度：在轴线总长度确定之后，根据船体尾部线型、 隔舱壁位置、各轴承比压、工厂的加工能力及轴系在机
舱内装拆要求，决定螺旋桨轴及中间轴长度。
（三）轴线的位置
单轴系的轴线：常布置在船舶的纵中剖 面上; 双轴系的轴线：对称布置在船舶两舷; 三根轴系：一根布置在船舶的纵中剖面上，其余两根对称布 置在机舱左右两舷。
组成：传动轴（中间轴、螺旋桨轴、推力轴及连接轴与轴 用的联轴器），轴承（中间轴承、推力轴承及尾轴 承），以及其他附件等。
图中为直接传动主机。如用高速不可反转主机，其后面须 设传动设备， 即离合器和齿轮箱。
（1）推力轴：它前端有法兰与主扭曲输出法兰相连接， 其后端的法兰与中 间轴法兰相连。
轴 系 关 键 部 件
特别是在需进行合理校中的轴系中，为取得校中的满意结果，
多方案的计算和论证。
为什么直线布置轴系对大型尾部机舱、短轴系的船舶是 不合适的？ 由于大型船舶螺旋桨较重，致使尾管尾部轴承的负荷 过大，超过尾管轴承材料许用比压。而尾管首部轴
承的负荷又过小，甚至出现负值，其他各轴承负荷
也会出现严重不均现象。为了使各档轴 承负荷分 配均匀，对轴系常常采用曲线安装方法，即通过各
中间轴承高低位置的升降调节，将轴系布置成光滑
曲线状态。这时轴承和高低位置就要根据计算结果 来确定。
2、中间轴承的数目和数目
为什么用增加轴承数目、减小轴间距来减小轴系的变形量
和轴承负荷，这种想法和做法是错误的？ 实践证明：目前绝大多数船舶已从每节两个轴承减到一 个。适当减少支承点会增加轴承弯矩，但轴系变形牵 制减 少，轴系附加负荷减少，船体变形对轴系影响
为什么轴系必须使各轴承的比压在许可范围内，并力求使各
轴承的负荷均 匀？如何控制？
一旦轴承发生负荷过重，超过了许用比压，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，一般采用减小轴承间距、
降低轴承的高度和比压；轴承负荷过小，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P 7.5 M=9549 = 9549 n 100
=716.2 N.m
3
M 16 M max= = =40 MPa 3 Wt1 d1
16 716. 2 =0.045 m=45 mm 40 106
d 1=
我国规范轴的基 本直径d计算值
二、 传动轴的强度校核
传动轴在工作时，同时受到扭转、弯曲和压缩三种负荷， 不仅承受静载荷，而且还有附加动载荷作用。目前国内 外主要根据规范公式计算轴径，而主要依据扭矩，即以 轴在额定工况时传递的平均扭矩所产生的扭应力τ，应 小于或等于许用扭转应力 ，并考虑一些经验数据推导 出来的。而没有明确考虑扭转、弯曲、压缩三种负荷的 综合作用。为了反映实际受力情况，以及对规范公式计 算出的轴径作进一步校核，有必要对传动轴的强度进行 计算和校核。 （一）中间轴的强度校核 （二）螺旋桨轴的强度校核 （三）联轴器的强度校核