传动轴计算

㈡按《内河钢质船舶入级与建造规范》 ㈡按《内河钢质船舶入级与建造规范》 计算轴的基本直径
轴的直径d 轴的直径d应不小于按下式计算 的值：
Ne 570 d＝98 K 3 ne σ－157 b
式中：d 轴的直径m 式中：d—轴的直径m m； K—不同轴的设计特性系数,按表2－5－9 (1)、(2)选取； 不同轴的设计特性系数,按表2 ne—轴传递的额定功率，k W； ne—轴传递的额定功率， Ne—轴传递Ne的额定转速，r /min； Ne—轴传递Ne的额定转速， /min； σb— 轴材料的抗拉强度 。 对于中间轴 ， 若＞800MPa时 ， 取 轴材料的抗拉强度。 对于中间轴， 若＞ 800MPa 时 800MPa ； 对 于 螺 旋 桨 轴 和 尾 管 轴 ， 若 ＞ 600MPa 时 ， 取 800MPa 600MPa 600MPa。 600MPa。
项目：传动轴计算
能力目标：掌握传动轴的基本直径计算； 掌握传动轴的强度计算。 掌握传动轴的强度计算。 知识目标：掌握传动轴的基本直径计算； 掌握传动轴的强度计算。 掌握传动轴的强度计算。
传动轴的计算主要包括传动轴的基本直径计算 传动轴的计算主要包括传动轴的 基本直径计算 和 基本直径计算和 强度校核两方面内容。 强度校核两方面内容。 基本直径计算按照相关的船舶规范进行。 基本直径计算按照相关的船舶规范进行。 强度校核则是计算静载荷下的合成应力， 强度校核则是计算静载荷下的合成应力 ， 再根据 由经验所确定的许用安全系数 由经验所确定的 许用安全系数 来考虑动载荷的作 许用安全系数来考虑动载荷的作 用。
⑵由中间轴重量所产生的弯曲应力： σw =Mw/Ww N/ cm cm 式中： Mw：由中间轴本身及其法兰重量所产生的最大弯矩 （最大弯矩可以用力矩分配法计算，也可以用工程 力学的方法计算） ； Ww：中间轴抗弯截面模数 ：Ww=πdz3（1-m4）/32 式中：d 中间轴直径cm 式中：dz—中间轴直径cm ； m―中空系数：m= do / dz do―中孔直径cm m―中空系数：m= 中孔直径cm
表2－15（1）用于中间轴、推力轴的K值 15（ ）用于中间轴、推力轴的K
与法兰为 整体的轴 与法兰联 轴器为红 套、推入 或冷配合 的轴 1.0 开有键槽 的轴①④ 有径向孔 的轴②④ 有纵向槽 的轴③④ 在推力环 的两侧轴 承处④
1.0
1.1
1.12
1.20
1.1
注： 在键槽底部横截面处的圆角半径不得小于0.0125 ①在键槽底部横截面处的圆角半径不得小于0.0125d。 孔径应不大于0.3 ②孔径应不大于0.3d。 纵向槽的长度应不大于1.4 宽度应不大于0.2 ③纵向槽的长度应不大于1.4d；宽度应不大于0.2d。 距键槽端、横孔边缘0.2 长度以及距纵向槽道端0.3d长度 ④距键槽端、横孔边缘0.2d长度以及距纵向槽道端0.3d长度 以后的轴及推力轴在距推力环长度等于推力轴直径以外的轴 算得的直径。 径可以逐渐减少到以K＝1算得的直径。
螺旋桨 联轴节键2.6
课堂小结
系数和单位的重要性
⑵校核要求:φ=≯［φ］ 校核要求: 式中： ［φ］为最大许用扭转角度，大型船舶
为0.45°/cm，一般小型船舶为2.5 °/cm 。 0.45°/cm，一般小型船舶为2.5
⒋键强度校核
对于完全用键来传递扭矩时， 对于完全用键来传递扭矩时 ， 则键受剪切的有效 截面积应符合下式规定， 截面积应符合下式规定 ， 且键材料的抗拉强度应 等于或大于轴材料的抗拉强度。 等于或大于轴材料的抗拉强度。 BL≥d3 /2.35 dm 式中：B 键的宽度， 式中：B—键的宽度，mm； L—键的有效长度，mm； 键的有效长度， d—计算的中间轴直径，mm； 计算的中间轴直径， dm—在键中部处的轴直径，mm。 在键中部处的轴直径，
⒉螺旋桨轴的强度校核
⑴由主机扭矩引起的剪应力τ ⑴由主机扭矩引起的剪应力τ； ⑵由螺旋桨推力产生的压应力σ ⑵由螺旋桨推力产生的压应力σy； ⑶合成应力σ ⑶合成应力σH = §（σy 2+3τ2） 式中： ξ——弯曲应力系数，ξ＝1.02～1.06 ——弯曲应力系数，ξ 1.02～ ⑷安全系数：其安全系数应满足下式要求： 按经验选取， k=σs /σH ＞［k］ 式中：σ 式中：σs—材料屈服强度； σH ―传动轴合成应力； ［k］ ―许用安全系数。
表2－14 不同轴的设计特性系数
具有下述型式的中间轴
整 体 连 接 法 兰 液 压 无 键 套 合 联 轴 器 键 槽 径 纵 向 向 孔， 槽 横 向 孔
对在发动机外的 推力轴
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
具有下述型式的螺旋桨轴
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 适用于前 两条规定 的螺旋桨 轴长度以 前的螺旋 桨轴或尾 轴到尾尖 舱舱壁部 分的直径
注：① 轴直径可逐渐减小到按公式计算的中间轴直径。 轴直径可逐渐减小到按公式计算的中间轴直径。
㈢传动轴的强度校核
传动轴在工作时， 同时受到扭转 、 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 ， 种负荷 ， 不仅承受静载荷， 而且还有附加动载荷 作用， 受力情况很复杂 ， 作用 ， 受力情况很复杂， 目前普遍采用的传动轴 强度校核方法， 强度校核方法 ， 是在按规范计算出传动轴基本轴 径的基础上计算静载荷下的合成应力， 径的基础上计算静载荷下的合成应力 ， 再根据由 经验所确定的许用安全系数（见表2 17） 经验所确定的许用安全系数（见表2－17）来考虑 动载荷的作用，是一种近似计算方法。 动载荷的作用，是一种近似计算方法。
㈠按《钢质海船入级与建造规范》 ㈠按《钢质海船入级与建造规范》 计算轴的基本直径
轴的直径d 轴的直径d应不小于按下式计算 的值：
Ne d＝FC 3 ne
608 σ －160 b
式中：d 轴的直径m 式中：d—轴的直径m m； 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 95， 装置和电力推进装置 F＝100，对于所有其他型式的柴油机推进装置 100， C—不同轴的设计特性系数具体数值见表2－14； 不同轴的设计特性系数具体数值见表2 14； ne—轴传递的额定功率，k W； ne—轴传递的额定功率， Ne—轴传递Ne的额定转速，r /min； Ne—轴传递Ne的额定转速， /min； σb— 轴 材 料 的 抗 拉 强 度 。 对 于 中 间 轴 若 ＞ 800MPa 时 ， 取 800MPa 800MPa；对于螺旋桨轴和尾管轴若＞600 MPa时，取600MPa。 800MPa；对于螺旋桨轴和尾管轴若＞600 MPa时 600MPa。
推进方式 刚性直接传动 液力偶合器、电 磁离合器或电传 动 类别 中间轴 螺旋桨轴 中间轴 螺旋桨轴 一般船舶 2.5～ 2.5～5.5 2.8～ 2.8～5.8 1.7～ 1.7～2.5 2.0～ 2.0～2.8 军用船舶 3.5 4.5 2.0 2.2
⒈中间轴的强度校核
将轴看成一根自由放置在两支点上的等截面的简支梁，其所 受的外力为转矩、推力T、自重q和集中载荷G 受的外力为转矩、推力T、自重q和集中载荷G（G为联轴节 重量）。 ⑴由主机扭矩引起的剪应力τ=M ⑴由主机扭矩引起的剪应力τ=Mt/Ww N/ m m 式中：M 式中：Mt―主机最大功率时扭矩 ； Mt=9550 Pmax/nmax i ηN/ m m 式中：P 式中：Pmax—传递的最大功率，KW； 传递的最大功率，KW； nmax—最大功率时的转速，r/min； 最大功率时的转速，r/min； i—减速箱的减速比； η—减速箱的传动效率； Ww―中间轴抗扭截面模数：Ww=πdz3（1-m4）/16 中间轴抗扭截面模数：W 式中：d 中间轴直径cm 式中：dz—中间轴直径cm ； m―中空系数：m= do / dz do―中孔直径cm m―中空系数：m= 中孔直径cm
表2－15（2）用于螺旋桨轴的K值 15（ ）用于螺旋桨轴的K
序号 1 2 3 适用范围 从桨毂前面到相邻轴承前缘 的轴段 无键螺旋桨的轴 有键螺旋桨的轴 K 1.22 1.26 1.15 1.15① 1.15①
除1外，向前到尾轴管前填料函前端之间的螺旋 桨轴段 尾轴管前填料函前端至联轴器的螺旋桨轴段
⑶由螺旋桨推力产生的压缩应力 ： σy = T /Fw N/ cm cm 式中： T：螺旋桨最大推力，N； ：螺旋桨最大推力，N Fw ：中间轴截面积， cm cm ⑷由安装误差引起的弯曲应力附加应力： 按经验选取， σw1 =1471.5～2943 N/ =1471.5～
⑸合成应力： σH ={ (σw + σy + σw1)2+3τ2} ⑹安全系数：其安全系数应满足下式要求： 按经验选取， k=σs /σH ＞［k］ 式中：σ 式中：σs—材料屈服强度； σH ―传动轴合成应力； ［k］ ―许用安全系数。
⒊转矩作用下的轴扭转角度的校核计算
⑴传动轴所发生的扭转角度： φ=18000Mt/IpG N/ m m 式中：M 式中：Mt―传动轴最大扭矩 ； G―传动轴材料的剪切弹性模数，N/cm2 G―传动轴材料的剪切弹性模数，N/cm Ip ―传动轴的截面惯性矩 ， cm4 Ip =πd3（1-m4）/32 式中：d 轴直径cm 式中：d—轴直径cm ； m―中空系数：m= do / dz do―中孔直径cm m―中空系数：m= 中孔直径cm
在轴向 油润滑且 轴承处， 具有认可 此处滚 型油封装 柱轴承 置或装有 用作推 连续轴套 力轴承 的无键套 合或法兰 连接的螺 旋桨轴
1.0 1.0 1.1 1.1 1.2 1.1 ① ② ③ ④ ⑤ ⑤ ⑤
1.1
1.22
1.26
1.15
表2－14的说明 14的说明 ①法兰根部过渡圆角半径应不小于0.08d。 法兰根部过渡圆角半径应不小于0 08d ②至少在键槽及从键槽两端延伸到0.2d 的长度范围 至少在键槽及从键槽两端延伸到0 内，C取1.10。在这个范围以外，轴的直径可以减至 10。在这个范围以外， 以 C ＝ 1.0 的计算直径 。 键槽底部横截面的过渡圆角 的计算直径。 半径应不小于0 0125d 半径应不小于0.0125d。 ③ 至少在孔及从孔两边缘延伸到0.2d 的长度范围内 ， 至少在孔及从孔两边缘延伸到 0 的长度范围内， C 取 1.10 。 在这个范围以外轴的直径可以减至以 C ＝ 10。 在这个范围以外轴的直径可以减至以C 1.0的计算直径。镗孔直径应不大于0.3d。 的计算直径。镗孔直径应不大于0 ④至少在槽及从槽两边延伸到0.3d的长度范围内，C 至少在槽及从槽两边延伸到0 的长度范围内， 取1.2。在这个范围以外，轴的直径可以减至以C＝1 在这个范围以外，轴的直径可以减至以C 的计算直径。键槽长度应不大于1 的计算直径。键槽长度应不大于1.4 d，宽度应不大 于0.2d。 ⑤当遇到轴上有多种型式时，则其修正时，多个系 当遇到轴上有多种型式时 ，则其修正时， 数应连乘计算。 数应连乘计算。 ⑥其中d为以C＝1.0时计算所得的值。 其中d为以C 时计算所得的值。
⒈许Biblioteka Baidu安全系数的确定
许用安全系数的确定主要考虑下面几个问题： ⑴轴的负荷情况：螺旋桨轴的工作条件恶劣，受力情况复杂 而且与海水接触，安全系数应取大些；刚性连接的传动轴受 到主机交变扭矩负荷，材料易疲劳，其安全系数应比柔性连 接的传动轴要大些。 ⑵材料的特性：如选择合金钢，其安全系数比碳钢要高， ⑶船型：军用船舶的轴径是按照最大负荷进行计算的，但是 实际上军用船舶多在较轻负荷下航行，为了减轻轴系重量， 军用船舶多采用许用应力大的材料和较小的许用安全系数。