第二章 船舶轴系布置及设计
第二章 船舶轴系布置及设计
缺点
• 机构比较复杂，整个装 置制造、安装及维修保养 困难，造价高； • 桨毂尺寸较大，在设计 工 况下效率比定距桨低
可调螺距螺旋桨（调距桨）装置
电力传动推进装置
电力传动是主机驱动主发电机发电，然后网，再由电网供电给电动机驱动螺旋 桨的一种传动型式。主机和螺旋桨间没有机械联系，机、桨可任意距离布置。
轴系设计流程
轴系环境与条件： 船体型线、主机参数、螺旋桨参数、 船体结构、主机位置、螺旋桨位置、 尾管、轴支架位置、密封型式等 轴系布置草图
有问题
轴径、轴材料 通过
扭振计算 纵振计算
有问题
轴承间距及负荷 尾轴尾管总图 轴系布置图 各部详图
通过
教中计算 回旋振动计算
轴系种类及设计要点
轴系应保证在船舶横倾15°、横摇22.5°、纵倾 5°、纵摇10°时以及上述几种情况同时发生时能 可靠的运行。 *轴系一般有单轴系和双轴系 单轴系
轴系种类及设计要点
双轴系 – 轴承间距与轴径比l/d较大时，特别要注意回旋 振动； – 注意轴线与基线及纵中心线的夹角，从而考虑 推进分量和主机的允许倾斜度； – 螺旋桨轴大部分在船体外，应注意防腐蚀。
轴系种类及设计要点
调距桨轴系 – 由于轴不仅承受螺旋桨的推力，还要承受调距推进杆(如用 推进杆调距时)的轴向力，所以轴系各部分尺寸均需考虑该 力的作用； – 由于调距桨在系泊时能发挥主机全功率, 系泊推力大,因此， 推力轴承及其他有关轴系部件均需考虑系泊推力的作用； – 配油器位置应尽量靠近尾舱(对使用推拉杆调距时)，推拉杆 最长不应大于20m； – 在相同的功率和转速下, 调距桨比定距桨重,所以对尾管后轴 承的受力应予仔细考虑
1、大、中型货船（散货船、油船、集装箱船）的要求：安 全可靠，运行经济性高。 配置方案：低速机+定距桨 2、中小型货船，特别是中小型集装箱船的要求：除安全可 靠经济性高外，考虑主机高度、船上运装更多的集装箱。 配置方案：中速机+减速箱+定距桨 3、客船（车客渡船、调查船等）的要求：安全性、操纵性、 设置双桨。 配置方案：中速机*2+定距桨 4、政务船（渔政船、海监船）的要求：具有尖峰负荷的功 能。 配置方案：中速机*2+调距桨
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％。
(完整版)船舶动力装置轴系设计计算
轴系强度计算在推进装置中，从主机（机组）的输出法兰到推进器之间以传动轴为主的整套设备称为轴系。
轴系的基本任务是：连接主机（机组）与螺旋桨，将主机发出的功率传递给螺旋桨，同时又将螺旋桨所产生的推力通过推力轴承传给船体，以实现推进船舶的使命。
当机舱位置确定，主机布置好后，即可考虑轴系设计和布置。
4.1轴系的布置4.1.1 传动轴的组成和基本轴径传动轴一般由螺旋桨轴(尾轴)、中间轴和推力轴，以及将它们相连接的联轴器所组成。
本船因其推力轴承已放置在减速齿轮箱中，所以不设推力轴。
而且本船螺旋桨轴不分段制造，最后本船传动轴组成设计成1根中间轴和1根螺旋桨轴。
轴的基本直径d(mm)应不小于按下式计算的值（考虑到标准化的要求，各轴轴径一般取不小于计算值的整数）d=(4.1)100=100=191.88C mmC=1.0——中间轴的直轴部分，d=mm，取200mm作为设计尺寸。
191.88C=1.27——对于油润滑的且具有认可型油封装置的，或装有连续轴套（或轴承之间包有适当保护层）的具有键的螺旋桨轴d=⨯=243.69mm，设计时取250mm。
191.88 1.27C=1.05——尾尖舱隔舱壁前的尾轴或螺旋桨轴的直径可按圆锥减小，但在联轴器法兰处的最小直径应不小于C=1.05计算所得的值。
d=⨯=201.47mm，即螺旋桨轴在联轴器法兰处的最小191.88 1.05直径应不小于201.47mm。
4.1.2 轴系布置的要求传动轴位于水线以下，工作条件比较恶劣，在其运转时，还将受到螺旋桨所产生的阻力矩和推力的作用，使传动轴产生扭转应力和压缩应力；轴系本身重量使其产生的弯曲应力；轴系的安装误差、船体变形、轴系振动以及螺旋桨的水动力等所产生的附加应力等。
上述诸力和力矩，往往还是周期变化的，在某些时候表现更为突出，例如船舶在紧急停车、颠繁倒车或转弯，或是在大风大浪中受到剧烈纵摇或横摇时，使传动轴所受负荷更大，有时甚至使它产生发热或损坏。
船舶轴系的安装
2.5.2 加工工具
由于镗孔工作经常在船台上进行,无法使用固 定的镗床.因此各船场根据需要设计镗孔专用工具,称 镗排。
图2－26一种典型结构的镗杆 1－进给箱；2－传动机构；3－推力轴承；4－支承轴承；5－轴承支架；6－平面刀架； 7－尾柱轴毂；8－刀架；9－中间轴承；10－尾隔舱壁；11－电动机；12、13－皮带轮
第二节 船舶轴系安装工艺的一般过 程
轴系安装的基本工作内容:轴系位于主机和 螺旋浆之间,担负着把主机的扭矩传给螺旋浆, 同时又把螺旋浆的作用力通过轴系中的推力 轴传给船体，使船舶根据驾使指令航行. 轴系安装任务是完成主机到螺旋浆的整个 轴系中的尾管及尾管轴承,螺旋浆与浆轴的安 装,中间轴及中间轴承,推力轴及推力轴承等部 件的安装任务.同时还涉及到主机的安装过程.
不柱度 0.02 椭圆度 0.01
0.02 0.01 0.015
0.03 0.02 0.02
0.03 0.02 0.02
螺栓
不柱度 0.015
椭圆度 0.01
0.01
0.15
0.15
2.3.2 尾轴的装配 一 尾轴红套
采用水润滑的尾轴,工作条件恶劣,且
与海水接触,因此需要有轴颈表面的铜包覆 层,主要起防腐作用,兼有改善轴与尾管轴承 之间的摩擦作用力。
第三节 轴系主要零部件的内场装配
2.3.1 轴的配对
船舶轴系是由尾轴,中间轴,推力轴等分别加 工,然后通过螺栓组合而成。 轴系配对是指各轴段置于同一直线上,保证其 同轴度要求,然后铰镗法兰上的螺栓孔,并配置相应的 螺栓,固紧等一系列工作的总称。 轴系的配对工作可以在平台上或长台车床上 进行,如下图2－3所示。
为了进行轴系安装工程,机电车间要进行内 场(车间内)加工装配和外场(一般在船台)加工 和安装. 内场(车间内)主要完成轴系零件的加工装配 外场(一般在船台)主要完成船体加工和安装,
第2节 船舶轴系的组成课件
构复杂化，如安装不好，易使各轴承受力不均 对于较短的尾轴也可以只用一道尾轴承
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:
➢尾轴承的数目和间距
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:
➢设计的大体思路: 在布置时首先要充分了解船舶总体、线形、肋距、结构等方 面的有关图纸，认真考虑轴系装卸运输路线、顺序、起重设 备与工具。高度重视调距桨的轴系，双轴线桨轴较长的轴系 布置、辅助设备的配合与安装工艺等。
第一章船舶轴系及传动装置设计
附近) 轴承间距过小—附加负荷越大 轴承间距过大—①安装困难，②轴的挠度过大，造成轴承 负荷不均匀，③轴的固有频率降低，容易造成在轴系的工 作转速范围内出现临界转速
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:
➢中间轴承的位置与间距
对于一般轴径，轴承跨距可参考以下公式估算： 俄罗斯尼古拉也夫推荐公式
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:
➢轴系的设计要求：
传递设备—主要有联轴器、减速器、离合器等 轴系附件—主要是润滑、冷却、密封设备等
第一章船舶轴系及传动装置设计
第二章 船舶轴系的组成和设计
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当轴线出现倾角a和偏角 时 当轴线出现倾角 和偏角b时，将使螺旋桨 和偏角 的推力受到损失，其有效推力： 的推力受到损失，其有效推力： T效=T桨cosa cosb 式中： 螺旋桨的推力； 式中： T桨—螺旋桨的推力； 螺旋桨的推力 T效—螺旋桨的有效推力。 螺旋桨的有效推力。 螺旋桨的有效推力 为了保证足够的螺旋桨有效推力， 为了保证足够的螺旋桨有效推力，必须对倾 角 a和偏角 加以控制，一般将倾角控制在0~5°， 和偏角b加以控制，一般将倾角控制在 ° 和偏角 加以控制 偏角控制在0~3°。 偏角控制在 °
船舶与海洋工程专业
船舶动力装置
授课人： 授课人：李德堂
第二章、 第二章、船舶轴系的组成和设计
基本内容
1、轴系的任务、组成与设计要求 、轴系的任务、 2、轴系的布置设计 、 3、传动轴的规范计算及强度校核 、 4、传动轴的结构设计 、 5、中间轴承与推力轴承 、 6、尾轴管装置 、
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二、螺旋桨轴和尾轴 （1）轴干和轴颈 ） （2）椎体与螺纹部分 ） 锥度K、椎体尺寸、尾螺纹部分的尺寸、 锥度 、椎体尺寸、尾螺纹部分的尺寸、 键的主要尺寸。 键的主要尺寸。 （3）轴套 ） （4）轴干的保护层 ） （5）螺旋桨和螺旋桨联轴器联接形式 ） 常见的联接形式主要有三种：机械联接、 常见的联接形式主要有三种：机械联接、 液压无键联接、环氧树脂粘接。 液压无键联接、环氧树脂粘接。
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三、轴系的工作条件及设计要求 轴系工作条件十分恶劣，设计时除满足布置上的要求外， 轴系工作条件十分恶劣，设计时除满足布置上的要求外，尚 有以下设计要求： 有以下设计要求： 1、有足够的强度和刚度，工作可靠并有较长的使用寿命； 、有足够的强度和刚度，工作可靠并有较长的使用寿命； 2、有利于制造和安装，在满足工作需要的基础上，力求简 、有利于制造和安装，在满足工作需要的基础上， 使制造与安装方便并便于日常的维护保养； 化，使制造与安装方便并便于日常的维护保养； 3、传动损失小、合理选择轴承种类、数目及润滑方法； 、传动损失小、合理选择轴承种类、数目及润滑方法； 4、对船体变形的适应性好，力求避免在正常航行状态下因船 、对船体变形的适应性好， 体变形引起轴承超负荷。 体变形引起轴承超负荷。 5、保证在规定的运行转速范围内不发生扭转、横向和耦合共 、保证在规定的运行转速范围内不发生扭转、 振； 6、避免海水对尾轴的腐蚀，尾管装置具有良好的密封性能； 、避免海水对尾轴的腐蚀，尾管装置具有良好的密封性能； 7、尽可能减小轴的长度和减轻轴的重量。 、尽可能减小轴的长度和减轻轴的重量。
典型商船的轴系布置与结构设计
典型商船的軸系佈置與結構設計摘要：文中主要介紹了商船軸系結構設計與佈置，安裝時應注意的問題目錄：1 軸系的任務,組成，與設計要求2 軸系的種類3 軸系工作條件及故障4 軸系佈置設計流程5 軸線的確定及數目6軸線及軸線長度的確定7 軸承的設置，間距和位置8 軸承負荷及負荷計算中支點位置的確定9 軸承的比壓許用範圍引言：船舶軸系的佈置與設計在船舶建造過程中是一個非常重要的環節，此設計的任務是使讀者獲得必要的專業入門知識，增加對商船軸系佈置與結構設計的瞭解和興趣。
開拓視野，拓展相關專業知識，以有利於學好本專業的其他課程和將來的工作。
本設計系統的介紹了商船軸系的工作原理，性能特點，典型結構，裝調要修要點等。
全文共分為10章，重點詳細介紹了軸系的佈置與結構設計。
由於本人水準有限，加之時間倉促，文中謬誤和不足之處懇請老師及讀者批評指正，以期日後改正。
1軸系的任務，組成與設計要求：軸系的任務：船舶軸系是船舶動力裝置中的重要組成部分，承擔著將主機發出的功率傳遞給螺旋槳。
在講螺旋槳產生的軸向推力傳遞給船體實現推船航行的目的。
船舶軸系的結構較為簡單。
但作用十分重大，維護管理好軸系，對保證船舶的安全航行至關重要。
軸系的組成：船舶軸系是主機輸出端法蘭起至艉軸為止，連接主機和螺旋槳。
對於直接傳動的推進系統，包括傳遞功率的傳動軸等零部件，主要有：推力軸和推力軸承，中間軸和中間軸承，尾軸承以及其他附件等；對於間接傳動的推進系統，除有上述傳動軸和軸承外，還有離合器，彈性聯軸器和減速齒輪箱等部件。
2軸系的種類單軸系：單軸系軸線佈置於船體的中縱剖面上，並平行於船體基線。
單軸系的長度主要由中間軸數目來定，而中間軸的數目則取決於機艙的位置。
中機艙的中間軸數量多軸系長。
凡具有兩節或兩節以上中間軸的軸系稱為長軸系；尾機艙的中間軸數量少，甚至沒有中間軸，軸系較短。
凡具有一節中間軸或無中間軸的軸系稱為短軸系。
軸系短不僅便於船艙佈置，節省船舶建造費用，而且便於維護管理。
第02章 船舶推进装置
第二章船舶推进装置一、选择题1、推进装置的间接传动方式的主要优点有：A.维护管理最方便B.轴系布置比较自由C.经济性最好D.船尾形状简单可使船体阻力减小2、下述哪一项，不能列为调距桨机动性能好的内容：A.螺距变化迅速B.可实现无级调速C.可驱动辅助负载D.主机不用换向3、船舶轴系修理后，在安装时应符合下列要求：Ⅰ.曲轴轴线稍高于尾轴轴线Ⅱ.总曲折为下开口A.ⅠB.ⅡC.Ⅰ+ⅡD.Ⅰ和Ⅱ都不对4、对传动轴系的主要要求是：Ⅰ.足够的刚度，强度Ⅱ.传动损失少Ⅲ.适应船体变形好A.Ⅰ+ⅡB.Ⅰ+ⅢC.Ⅱ+ⅢD.Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ5、一般中间轴承有：Ⅰ.上瓦和下瓦Ⅱ.下瓦Ⅲ.上下瓦可以互换A.仅Ⅰ对B.仅Ⅱ对C.Ⅰ+ⅢD.Ⅰ或Ⅲ6、中间轴承的布置，如果数量多、间距小：Ⅰ.则轴线变形的牵制作用增强Ⅱ.会给轴承增加附加负荷A.仅Ⅰ对B.仅Ⅱ对C.Ⅰ+ⅡD.Ⅰ或Ⅱ7、对短轴系轴线校中理解错误的是：A.刚性好B.挠度小C.对轴系偏差敏感D.对轴系偏差不敏感8、中间轴承由油环式改为油盘式是为了克服：Ⅰ.油环在低速下跟随性差的缺点Ⅱ.油环轴向窜动的缺点A.仅Ⅰ对B.仅Ⅱ对C.Ⅰ+ⅡD.Ⅰ和Ⅱ都不对9、调距桨操纵机构调距的实质是改变：Ⅰ.螺旋桨的直径Ⅱ.桨叶入水角度A.仅Ⅰ对B.仅Ⅱ对C.Ⅰ+ⅡD.Ⅰ和Ⅱ都不对10、螺旋桨与尾轴连接处扭矩的传递是依靠：Ⅰ.键与键槽的过盈配合Ⅱ.压紧接合面产生的摩擦力A.仅Ⅰ对B.仅Ⅱ对C.Ⅰ+ⅡD.Ⅰ和Ⅱ都不对11、大型船舶传动轴系，通常采用：Ⅰ.曲线安装法Ⅱ.直接安装法A.ⅠB.ⅡC.Ⅰ或ⅡD.Ⅰ和Ⅱ都不对12、SIMPLEX尾轴密封装置工作条件恶劣的主要原因：Ⅰ.轴系的振动Ⅱ.剧烈摩擦Ⅲ.摩擦高温A.Ⅰ+ⅡB.Ⅰ+ⅢC.Ⅱ+ⅢD.Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ13、对传动轴系理解正确的是：Ⅰ.长轴系刚性好，对偏差敏感Ⅱ.短轴系挠性好，对偏差不敏感A.ⅠB.ⅡC.Ⅰ或ⅡD.Ⅰ和Ⅱ都不对14、尾尖舱中的水在航行中不可排尽的原因是:A.防止轴系变形B.防止尾轴承过热C.防止船体变形D.防止船舶后倾15、尾轴螺母外边装有导流罩，其目的是：A.减少水力损失B.防止螺母松动C.防止螺纹腐蚀D.A和C16、螺旋桨的主要结构参数中有：A.进程比B.螺距比C.滑失比D.螺旋桨的重量17、船速为14kn的海船，螺旋桨材料应选用：A.不锈钢B.高锰铝青铜C.锰铁黄铜D.灰铸铁18、推力轴承调节圈的作用是调节：A.推力轴承间隙B.压板间隙C.轴系的偏移D.轴系的曲折19、水润滑的尾轴不必设：A.尾密封装置B.首密封装置C.阻漏环D.首、尾密封装置20、__________尾轴承虽价格昂贵，但结构简单，具有抗腐蚀性，在水中的润滑性好.A、白合金B、铁梨木C、桦木层压板D、橡胶21、螺旋桨的空泡腐蚀，定距桨多发生在________，调距桨还发生在_______。
第二章 船舶轴系
推进装置是动力装置的主体。各种不同类型的主发动机， 不同型式的推进器和传动方式可以组成多种型式的推进装置， 以适应各种类型船舶需要。
发动机与传动设备的组合可分为五大类：
1、柴油机推进装置——低速柴油机直接传动式； 中、高速柴油机齿轮减速式； 中、高速柴油机电传动式。 2、汽轮机推进装置——汽轮机齿轮减速式； 汽轮机电传动式。 3、燃气轮机推进装置——燃气轮机齿轮减速式； 燃气轮机电传动式。
§2—3 船船轴系的主要部件
1、螺旋桨轴、中间轴、推力轴及其轴承
（1）螺旋桨轴位于轴系最后端，其后端装有螺旋桨， 前端穿过尾轴管轴承与中间轴相连接。
（2）中间轴置于推力轴与螺旋桨抽之间。由中间轴 承支承。 （3）船舶轴系中都设置有推力轴，除了主机自带推力 轴承或齿轮箱附设推力轴承外，船舶轴系中都应设置推力 轴承。推力轴承的结构有滑动式和滚动式两种。 （4）推力轴承的结构有滑动式和滚动式两种。
2．齿轮传动推进装置 大直径低转 速螺旋桨能有效 地提高推进效率。 为了提高推进效 率、对中、高速 主机加装齿轮减 速箱ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 推进装置配 置了齿轮减速箱 后，不仅可以单 机单桨，而且还 可以多机并车驱 动一个螺旋桨。 这样便提高了推 进装置的功率使 用范围。
3．可调螺距螺旋桨推进装置 调距桨可 以调节，改变 桨叶· 在水中 的攻角，从而 变动螺旋桨的 性能参数，使 螺旋桨在较好 的效率下工作， 并能充分利用 主机功率。 调距桨推 进装置能适应 工况多变的需 要。
4、联合推进装置——柴油机、燃气轮机齿轮减速式； 燃气轮机、汽轮机齿轮减速式。
5、核动力推进装置——汽轮机齿轮减速式； 汽轮机电传动式。
图示为某船柴油机推进装置简图。 但是，在不同用途和要求的船上，其型式又有很大区别， 一般来说，有五种型式。
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。
第二章船舶轴系的组成与设计
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
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。
（8）冷却管路：给尾轴管、中间轴承、推力轴承供给冷 却水。
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
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。
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
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
9-2第二节 船舶轴系
第二节船舶轴系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。
船舶轴系是从主机输出端法兰起至尾轴为止，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。
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。
一、船舶轴系的种类根据船舶类型，用途和动力装置等的不同，船舶轴系的数目、布置和结构也不同。
对于民用船船来说，要有单轴系和双轴系之分；对于军用船来说，除单、双轴系外，还有多轴系。
1．单轴系单轴系的结构如图9-9所示。
单轴系轴线布置于船体的纵中剖面上，并平行于船体基线。
单轴系的长度主要由中间轴数目来定，而中间轴的数目则取决于机舱位置。
中机舱的中间轴数量多，轴系长。
凡具有两节或两节以上中间轴的轴系称为长轴系；尾机舱的中间轴数量少，甚至没有中间轴，轴系较短。
凡具有一节中间轴或无中间轴的轴系称为短轴系。
轴系短不仅便于船舱布置、节省船舶建造费用，而且便于维护管理。
所以目前造船趋势都是采用尾机舱或近尾机舱的船舶结构。
单轴系的特点是：直接传动、结构简单可靠、传动损失小，便于操纵。
单轴系多用于大型海船、拖轮及内河中小型船舶，如油船、集装箱船及散货船等。
2．双轴系双轴系结构如图9-10所示。
两个轴系分别平行对称布置在船体纵中剖面的两侧，相对体船基线略有倾斜，以保证螺旋桨充分没入水中。
由于船体结构的限制，螺旋桨至尾轴管距离较远，尾轴较长，需在船体外部设置人字架托住悬伸于船外的尾轴。
为了便于拆装将尾轴分为两段制造，中间用联轴器连接。
在船体尾轴管内的轴段仍称为尾轴；悬伸在船外的轴段与螺旋桨连接，并由人字架支承，这段轴称为螺旋桨轴。
船舶轴系和螺旋桨课件
智能监测和维护
采用先进的智能监测和维护技术，对轴系进行实时监测和故障诊断， 及时发现和解决潜在问题，提高轴系的使用寿命和可靠性。
03
船舶轴系安装与维护
船舶轴系的安装工艺
01
02
03
轴系定位与测量
在安装前，对轴系各部件 进行精确测量和定位，确 保轴系安装的准确性和稳 定性。
05
螺旋桨设计
螺旋桨设计的基本原则
高效推进
螺旋桨设计应追求高效的推进 效果，确保船舶在各种工况下
都能获得良好的推进性能。
稳定性
设计时应考虑螺旋桨的稳定性 ，避免因振动、空泡等原因导 致性能下降或损坏。
耐久性
螺旋桨应具备足够的耐久性， 能够承受长时间的使用和各种 环境因素的影响。
经济性
在满足性能要求的前提下，应 尽量降低螺旋桨的设计成本和
04
螺旋桨介绍
螺旋桨的定义与组成
总结词
螺旋桨是船舶推进系统的重要组成部分，由桨叶、桨毂和支承结构组成。
详细描述
螺旋桨是一种旋转推进器，通过高速旋转产生推力，使船舶前进或后退。它通 常由桨叶、 叶和传动轴的部分，支承结构则是用来固定螺旋桨的。
船舶轴系的应用与发展
总结词
船舶轴系作为船舶动力系统的重要组成部分，其应用 和发展受到广泛关注。
详细描述
随着航运业的发展和技术的不断进步，船舶轴系的应 用和发展也日益受到关注。一方面，为了提高船舶的 稳定性和舒适性，人们不断改进船舶轴系的设计和制 造工艺；另一方面，随着环保意识的提高和新能源的 推广应用，船舶轴系也在向节能、减排、环保的方向 发展。未来，随着科技的进步和应用需求的不断提高 ，船舶轴系将会更加智能化、高效化和环保化。
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轴系种类及设计要点
双轴系 – 轴承间距与轴径比l/d较大时，特别要注意回旋 振动； – 注意轴线与基线及纵中心线的夹角，从而考虑 推进分量和主机的允许倾斜度； – 螺旋桨轴大部分在船体外，应注意防腐蚀。
轴系种类及设计要点
调距桨轴系 – 由于轴不仅承受螺旋桨的推力，还要承受调距推进杆(如用 推进杆调距时)的轴向力，所以轴系各部分尺寸均需考虑该 力的作用； – 由于调距桨在系泊时能发挥主机全功率, 系泊推力大,因此， 推力轴承及其他有关轴系部件均需考虑系泊推力的作用； – 配油器位置应尽量靠近尾舱(对使用推拉杆调距时)，推拉杆 最长不应大于20m； – 在相同的功率和转速下, 调距桨比定距桨重,所以对尾管后轴 承的受力应予仔细考虑
第二节 轴系的任务、组成及设计要求
轴系—推进装置中，从发动机的输出法兰到推 进器之间，以传动轴为主的一整套设 备。是船舶动力装置的基本组成部分。
轴系的任务
轴系的基本任务是：连接主机(机组)与螺旋桨,将
主机发 出的功率传给螺旋桨,同时又将螺旋桨所产 生的推力通过 推力轴承传给船体,以实现推进船舶 的使命。
轴系设计要求
1)有足够的强度和刚度，工作可靠并有较长的使用寿命； 2)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的维护保养； 3)传动损失小、合理选择轴承种类、数目及润滑方法； 4)对船体变形的适应性好，力求避免在正常航行状态下因船 体变形引起轴承超负荷； 5)保证在规定的运行转速范围内不发生扭转、横向和耦合共 振； 6)避免海水对尾轴的腐蚀，尾管装置具有良好的密封性能； 7)尽可能减小轴的长度和减轻轴的重量。
减速齿轮箱
柴油机
主推进装置形式
单机单桨刚性直接传动，定距螺旋桨，主机反转
单机单桨刚性直接传动，调距桨，主机不反转 单机单桨齿轮减速传动，定距螺旋桨，双转 向齿轮箱， 主机不反转 双机单桨齿轮减速传动，定距螺旋桨，主机反转
三机单桨齿轮减速传动，调距桨，主机不反转
推进装置的形式
柴油机—燃气轮机单桨齿轮减速联合传 动，调距桨，主机不反转
低速柴油机 汽轮机 燃气轮机 中、高速柴油机 减速齿轮箱 发电机 电动机
调距桨
可发转减速齿轮箱
水泵
定距桨 喷水推进器
推进装置的组合
船舶推进装置的发动机与传动设备的组合， 可分为下列五类：
1、柴油机推进装置：低速柴油机直接传动式；中、高速柴油机齿轮减速 器式；中、高速柴油机电传动式。 2、汽轮机推进装置；汽轮机齿轮减速器式；汽轮机电传动式。 3、燃气轮机推进装置：燃气轮机齿轮减速器式；燃气轮机电传动式。 4、联合式推进装置：柴油机燃气轮机齿轮减速器式；燃气轮机汽轮机齿 轮减速器式。 5、核动力推进装置：汽轮机减速器式；汽轮机电传动式。
轴系设计流程
轴系环境与条件： 船体型线、主机参数、螺旋桨参数、 船体结构、主机位置、螺旋桨位置、 尾管、轴支架位置、密封型式等 轴系布置草图
有问题
轴径、轴材料 通过
扭振计算 纵振计算有问题源自轴承间距及负荷 尾轴尾管总图 轴系布置图 各部详图
通过
教中计算 回旋振动计算
轴系种类及设计要点
轴系应保证在船舶横倾15°、横摇22.5°、纵倾 5°、纵摇10°时以及上述几种情况同时发生时能 可靠的运行。 *轴系一般有单轴系和双轴系 单轴系
电力传动推进装置
Z型传动推进装置
Z型传动推进装置
特点：
1、操纵性能好，螺旋桨的推力方向可以自由变化，使船舶操 纵性优于其它传动型式。 2、可以省掉舵尾柱和尾轴管结构，使船尾形状简单，船体阻 力减小。 3、可以使用重量轻、体积小的中、高速柴油机，不需要单独 的齿轮减速装置，不需要主机有换向机构，可以延长柴油机 的使用寿命。 4、由于这种装置垂直悬挂在船尾，吊装维修方便。由于结构 上的原因，传动功率受到一定限制，适用于狭窄航道的小型 船舶。
缺点
• 机构比较复杂，整个装 置制造、安装及维修保养 困难，造价高； • 桨毂尺寸较大，在设计 工 况下效率比定距桨低
可调螺距螺旋桨（调距桨）装置
电力传动推进装置
电力传动是主机驱动主发电机发电，然后网，再由电网供电给电动机驱动螺旋 桨的一种传动型式。主机和螺旋桨间没有机械联系，机、桨可任意距离布置。
推进装置的组合选择
• 按船舶用途、种类与要求 • 按主机总功率的大小 • 按船舶航区的吃水深度 • 按推进装置的经济性
货船、油船 客船 渡船、拖船、渔船 港作船 挖泥船、破冰船
Tips:在考虑推进装置型式时，要抓住主要矛盾，从全局的 经济性出发，权衡利弊，优化方案，采用最佳的推进装置型式。
主机的选型论证分析
•计算船舶所能 达到 的航速 •螺旋桨的最佳 要素 (螺旋桨直径、螺距比 及螺 旋桨效率)
– 桨的收到功率Pd
– 船身效率ηh等
主机选型中考虑的问题
重量与尺寸
功率与转速 燃油与滑油 主机的造价、寿命及维修 振动与噪声
柴油机的热效率和燃油消
耗率
各类船舶与各类柴油机动力装置的 配合要点
–对短轴系(如尾机舱型),应注意螺旋桨抽出方案(包括抽出所需空间位置)。一般
考虑在船内抽出, 船内抽出不可能时，则向船外抽出。螺旋桨轴如向船内抽出， 则需考虑抽出空间，螺旋桨轴可用整锻法兰；向船外抽出时，螺旋桨轴应使用可 拆式联轴节。单轴系要注意轴承间距和校中计算，尤其是尾管前后轴承的负 荷分配。每一根中间轴一般只设一个中间轴承，对极短中间轴可不设中间轴承。 – 长轴系(如中机舱型)，则应注意轴承间距及回旋振动的计算。
1-舵 2-螺旋桨 3-尾轴 4-尾轴管 5-轴封 6-中间轴 7-中间轴承 8-隔舱填料函 9-推力轴 10-推力轴承 11-主机曲轴
轴系的组成
1. 传动轴：中间轴、推力轴、尾轴或螺旋桨轴 2. 支承轴承：中间轴承、推力轴承及尾管轴承 3. 联轴器：固定联接法兰、可拆联轴节、液压联轴节、弹性 联轴节、夹 壳联轴节、齿形联轴节、膜片联轴节、万向联轴节等 4. 轴系附体(用于连接传动轴的联轴器；制动器；隔舱填料 函、尾管密 封；还有中间轴承、推力轴承、尾管轴承的润滑与冷却管路 等) 5. 减速齿轮箱 6. 电气接地装置
直接传动推进装置
直接传动是主机直接通过轴系把功率传给螺旋桨的传动方 式，在主机与轴系中无其它传动设备，在任何工况下，螺 旋桨与主机具有相同的转速与转向。
结构简单；
使用寿命长； 燃料费用低； 维修保养方便； 噪声低； 传动损失小； 推进效率高 重量与尺寸大；倒车必须利用可逆发动机，其 机动性差；非设计工况下运转时经济性差；低 速和微速航行受到柴油机最低稳定转速的限制 柴油机
1、大、中型货船（散货船、油船、集装箱船）的要求：安 全可靠，运行经济性高。 配置方案：低速机+定距桨 2、中小型货船，特别是中小型集装箱船的要求：除安全可 靠经济性高外，考虑主机高度、船上运装更多的集装箱。 配置方案：中速机+减速箱+定距桨 3、客船（车客渡船、调查船等）的要求：安全性、操纵性、 设置双桨。 配置方案：中速机*2+定距桨 4、政务船（渔政船、海监船）的要求：具有尖峰负荷的功 能。 配置方案：中速机*2+调距桨
第二章 船舶轴系布置及设计
——
熊振林
学习目标
知识目标
1、正确叙述和理解船舶推进装置的型式及特点； 2、正确理解和掌握船舶轴系的布置设计及结构设计； 3、熟悉船舶轴系的材料及性能。
能力目标
1、会根据船舶用途、航区、选择推进装置的型式； 2、会进行船舶轴系的布置设计； 3、会正确选用船舶轴系的材料。
轴系设计的任务：根据船舶总体设计的要求，确定推进 轴系的布置和各部件的尺寸及材料，以保证整个轴系能 安全、平稳地完成各种工况下的推进和机动任务。 船舶总体设计的要求及推进轴系的具体特点全面分析 不断反复、调整的过程 必须整体考虑 国内螺旋桨由总体专业设计 主机由厂方提供必要的数据 减速齿轮箱、弹性联轴器等外购，也可成套 轴系零件应尽量选用标准件
主要内容
推进装置型式及其特点 船舶轴系的任务、组成、及设计要求 船舶轴系的布置设计 传动轴的计算及强度校核 传动轴的结构设计 传动轴承及尾轴管装置 船舶轴系附件 轴系材料
推进装置的组合选择
• 按船舶用途、种类与要求 • 按主机总功率的大小 • 按船舶航区的吃水深度 • 按推进装置的经济性
燃气轮机—燃气轮机单桨齿轮减速联合传 动，调距桨，主机不反转
双机单桨电传动，定距螺旋桨，主机不 反转
柴油机动力装置
*可调螺距螺旋桨（调距桨）装置
优点
在部分负荷下能有较好的经 济性； 能适应船舶阻力的变化，充 分利用主机的性能； 主机或减速齿轮箱不必设换 向装置，使其结构简化； 可提高船舶的机动性和操纵 性； 有利于驱动辅助负载。
功率概念描述
标定功率（也称额定功率）：在规定的环境状况（不同航区 有不同的规定，如无限航区环境条件：绝对大气压为 0.1MPa；环境温度为45℃；相对湿度为60％；海水温度 “中冷器进口处”为32℃）和转速下，柴油机可以安全持续 运转的最大有效功率或净有效功率，此档功率也可称最大持 续功率。其相应的转速为标定转速（习称额定功率）。国外 称此功率为MCR。 超负荷功率：在规定的环境状况下，允许柴油机在一定时间 内超负荷使用的最大功率。通常允许的超负荷功率是标定功 率的110％，允许的超负荷时间是每12h中运转1h。国外称 为OR。 经济功率：根据柴油机的用途和使用状况，在燃油消耗和维 修方面都比较经济的持续运转功率。一般为标定功率的85 ％～92％。国外有一种持续服务功率，称CSR，在海上航行 时，可持久运转的功率，约85％～90％MCR。