第3节 船舶传动轴的组成与校核[精]
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第3节传动轴的组成与设计
传动轴的组成
第一章船舶轴系及传动装置设计
第3节传动轴的组成与设计
传动轴的组成
螺旋桨轴和尾轴 螺旋桨轴的尾部结构
螺旋桨轴的尾部是供安装螺旋桨所 用，并传递和承受以下的负荷： 锥形部分用来承受正车推力 倒车推力由固定螺母来承受 主机的转矩则靠其键槽中所装的 键或者液压安装螺旋桨过盈配合锥 面的摩擦力传给螺旋桨 桨 轴 最 末 端 的 导 流 罩 ( 也 称 减 阻 帽)：为减少桨后面的涡流损失以 及保持轴末端的水密性而设置
第一章船舶轴系及传动装置设计
第3节传动轴的组成与设计
传动轴的强度校核
安全系数
传动轴的静强度校核计算结果应符合下式要求
K S [K] P
бs—材料屈服极限 бp—静强度计算的合成应力 [K]—许用安全系数
第一章船舶轴系及传动装置设计
第3节传动轴的组成与设计
传动轴的强度校核
安全系数 许用安全系数一般由经验来确定，选择时应考虑以下原则： 轴的负荷情况 尾轴工作条件较中间轴为差，受力复杂、与海水接触，安
第一章船舶轴系及传动装置设计
第3节传动轴的组成与设计
传动轴的计算
船舶轴系设计时，其直径一般都是按我国的相应“船规”进行计算，然 后作强度校核
对于钢质海船，根据《钢质海船入级与建造规范》，各段轴的直径d应不 小于按下式计算的值：
d10C03
Peb( 608 )
neb b17.56
Peb—轴传递的最大持续功率(kW) neb—轴传递Peb时的转速(r/min) бeb—轴材料的最小抗拉强度；C—适用系数
全系数应取大些 对刚性传动轴系，由于受到发动机交变扭矩负荷，材料易
发生疲劳，故其安全系数也应取得比柔性传动的轴大一些
第一章船舶轴系及传动装置设计
第3节传动轴的组成与设计
传动轴的强度校核
安全系数 许用安全系数一般由经验来确定，选择时应考虑以下原则： 材料性质及加工、装配质量
合金钢材料，对各变化与突变敏感，应力集中系数高，安 全系数取大值 军用船舶轴系的工作条件比商船有利，一般计算轴径时， 是按最大负荷做计算依据，实际上在轻负荷下航行较多，故 为了减轻轴的重量采用较高的许用应力和较低的安全系数
第一章船舶轴系及传动装置设计
第3节传动轴的组成与设计
传动轴的组成
推力轴和中间轴 中间轴
中间轴一般设在尾轴与推力轴之间，也有的在柴油机的飞轮输出端设置 一根中间短轴及轴承，用以分担重量，调整曲轴的拐挡差，使之满足规 范的要求
第一章船舶轴系及传动装置设计
第3节传动轴的组成与设计
传动轴的组成
推力轴和中间轴 中间轴
WZW—轴的抗弯截面模数
WW3dz32(1m4)
m d0 dz
M—轴的中孔系数，实心轴m = 0
dz—轴的最小直径 d0—中孔直径
第一章船舶轴系及传动装置设计
第3节传动轴的组成与设计
传动轴的强度校核
由安装误差引起的弯曲应力
W1150~03000
合成应力
P(YW W 1)23K 2
第一章船舶轴系及传动装置设计
第3节传动轴的组成与设计
传动轴的强度校核
由主机扭矩引起的剪应力
KMK/WW
MK—主机最大功率时平均扭矩 WW—轴的抗扭截面模数
WW1dz63 (1m4)
M—轴Βιβλιοθήκη Baidu中孔系数，实心轴m=0 dz—轴的最小直径 d0—中孔直径。
m d0 dz
第一章船舶轴系及传动装置设计
第一章船舶轴系及传动装置设计
第3节传动轴的组成与设计
传动轴的强度校核
转矩作用下的轴扭转角度的校核计算
在主机转动作用下，传动轴所发生的扭转弹性变形可按下式求出：
Mt 180102
IPG
IP
dz4
32
(1m4)
Mt—轴所受的最大转矩(N·cm)； G—剪切弹性模数(N/cm2)，对钢G=7.938×106N/cm2； Ip—截面惯性矩(cm4)。 要求 []
第一章船舶轴系及传动装置设计
第3节传动轴的组成与设计
传动轴的组成 螺旋桨轴和尾轴
轴干与轴颈 装有轴套或直接与尾轴承接触处称轴颈 轴颈之间的中间最细的部分为轴干 轴套和轴干保护层 轴套是套在尾轴轴颈上的金属圆筒，用来防止轴颈的擦伤 和腐蚀 采用水润滑轴承的海船尾轴轴颈上装有轴套(红套，过盈配 合) 轴干上包有玻璃钢包覆层
第一章船舶轴系及传动装置设计
第3节传动轴的组成与设计
传动轴的材料
船舶轴系的中间轴、推力轴、尾轴与螺旋桨轴等为锻钢部件。 民用船舶广泛采用优质碳素钢锻制。其中最普遍选用35号钢 舰艇及少数快速客船为减轻轴系重量，采用合金钢 小型海船，为了避免海水的腐蚀，常采用不锈钢轴(用于水润滑的轴系)。
作为传动轴材料的锻钢件，其化学成分、抗拉能力、耐冲击性能、低倍 组织检查和高倍金相分析等必须符合“海规”与“河规”的要求。
中间轴两端的连接件不同，主要有两种类型： 带整锻式法兰的中间轴。目前，大、中型船舶上采用这种中间轴。它 具有重量轻、尺寸小、安装方便等优点，但需要有锻压设备进行加工。 其法兰也可采用焊接结构。 两端为锥体的中间轴。一般用于小型船舶或采用滚动式中间轴承的船 舶。由于联轴器可拆，其重量加重、尺寸加大。
第3节传动轴的组成与设计
传动轴的强度校核
由螺旋桨推力产生的压缩应力
YT/FW
T—螺旋桨推力 FW—轴的截面积(cm２)
第一章船舶轴系及传动装置设计
第3节传动轴的组成与设计
传动轴的强度校核
轴段本身质量及法兰、螺旋桨等集中载荷以及曲线安装偏移 量引起的弯曲应力
WMW/WZW
MW—由轴系校中计算求得的最大弯矩
第一章船舶轴系及传动装置设计
第3节传动轴的组成与设计
传动轴的组成 传动轴的材料 传动轴的计算 传动轴的强度校核
第一章船舶轴系及传动装置设计
第3节传动轴的组成与设计
传动轴的组成
传动轴主要由螺旋桨轴、尾轴、中间轴和推力轴组成 轴段的数目和配置主要决定于船形、动力装置类型和机舱的 位置
第一章船舶轴系及传动装置设计
传动轴的组成
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第3节传动轴的组成与设计
传动轴的组成
螺旋桨轴和尾轴 螺旋桨轴的尾部结构
螺旋桨轴的尾部是供安装螺旋桨所 用，并传递和承受以下的负荷： 锥形部分用来承受正车推力 倒车推力由固定螺母来承受 主机的转矩则靠其键槽中所装的 键或者液压安装螺旋桨过盈配合锥 面的摩擦力传给螺旋桨 桨 轴 最 末 端 的 导 流 罩 ( 也 称 减 阻 帽)：为减少桨后面的涡流损失以 及保持轴末端的水密性而设置
第一章船舶轴系及传动装置设计
第3节传动轴的组成与设计
传动轴的强度校核
安全系数
传动轴的静强度校核计算结果应符合下式要求
K S [K] P
бs—材料屈服极限 бp—静强度计算的合成应力 [K]—许用安全系数
第一章船舶轴系及传动装置设计
第3节传动轴的组成与设计
传动轴的强度校核
安全系数 许用安全系数一般由经验来确定，选择时应考虑以下原则： 轴的负荷情况 尾轴工作条件较中间轴为差，受力复杂、与海水接触，安
第一章船舶轴系及传动装置设计
第3节传动轴的组成与设计
传动轴的计算
船舶轴系设计时，其直径一般都是按我国的相应“船规”进行计算，然 后作强度校核
对于钢质海船，根据《钢质海船入级与建造规范》，各段轴的直径d应不 小于按下式计算的值：
d10C03
Peb( 608 )
neb b17.56
Peb—轴传递的最大持续功率(kW) neb—轴传递Peb时的转速(r/min) бeb—轴材料的最小抗拉强度；C—适用系数
全系数应取大些 对刚性传动轴系，由于受到发动机交变扭矩负荷，材料易
发生疲劳，故其安全系数也应取得比柔性传动的轴大一些
第一章船舶轴系及传动装置设计
第3节传动轴的组成与设计
传动轴的强度校核
安全系数 许用安全系数一般由经验来确定，选择时应考虑以下原则： 材料性质及加工、装配质量
合金钢材料，对各变化与突变敏感，应力集中系数高，安 全系数取大值 军用船舶轴系的工作条件比商船有利，一般计算轴径时， 是按最大负荷做计算依据，实际上在轻负荷下航行较多，故 为了减轻轴的重量采用较高的许用应力和较低的安全系数
第一章船舶轴系及传动装置设计
第3节传动轴的组成与设计
传动轴的组成
推力轴和中间轴 中间轴
中间轴一般设在尾轴与推力轴之间，也有的在柴油机的飞轮输出端设置 一根中间短轴及轴承，用以分担重量，调整曲轴的拐挡差，使之满足规 范的要求
第一章船舶轴系及传动装置设计
第3节传动轴的组成与设计
传动轴的组成
推力轴和中间轴 中间轴
WZW—轴的抗弯截面模数
WW3dz32(1m4)
m d0 dz
M—轴的中孔系数，实心轴m = 0
dz—轴的最小直径 d0—中孔直径
第一章船舶轴系及传动装置设计
第3节传动轴的组成与设计
传动轴的强度校核
由安装误差引起的弯曲应力
W1150~03000
合成应力
P(YW W 1)23K 2
第一章船舶轴系及传动装置设计
第3节传动轴的组成与设计
传动轴的强度校核
由主机扭矩引起的剪应力
KMK/WW
MK—主机最大功率时平均扭矩 WW—轴的抗扭截面模数
WW1dz63 (1m4)
M—轴Βιβλιοθήκη Baidu中孔系数，实心轴m=0 dz—轴的最小直径 d0—中孔直径。
m d0 dz
第一章船舶轴系及传动装置设计
第一章船舶轴系及传动装置设计
第3节传动轴的组成与设计
传动轴的强度校核
转矩作用下的轴扭转角度的校核计算
在主机转动作用下，传动轴所发生的扭转弹性变形可按下式求出：
Mt 180102
IPG
IP
dz4
32
(1m4)
Mt—轴所受的最大转矩(N·cm)； G—剪切弹性模数(N/cm2)，对钢G=7.938×106N/cm2； Ip—截面惯性矩(cm4)。 要求 []
第一章船舶轴系及传动装置设计
第3节传动轴的组成与设计
传动轴的组成 螺旋桨轴和尾轴
轴干与轴颈 装有轴套或直接与尾轴承接触处称轴颈 轴颈之间的中间最细的部分为轴干 轴套和轴干保护层 轴套是套在尾轴轴颈上的金属圆筒，用来防止轴颈的擦伤 和腐蚀 采用水润滑轴承的海船尾轴轴颈上装有轴套(红套，过盈配 合) 轴干上包有玻璃钢包覆层
第一章船舶轴系及传动装置设计
第3节传动轴的组成与设计
传动轴的材料
船舶轴系的中间轴、推力轴、尾轴与螺旋桨轴等为锻钢部件。 民用船舶广泛采用优质碳素钢锻制。其中最普遍选用35号钢 舰艇及少数快速客船为减轻轴系重量，采用合金钢 小型海船，为了避免海水的腐蚀，常采用不锈钢轴(用于水润滑的轴系)。
作为传动轴材料的锻钢件，其化学成分、抗拉能力、耐冲击性能、低倍 组织检查和高倍金相分析等必须符合“海规”与“河规”的要求。
中间轴两端的连接件不同，主要有两种类型： 带整锻式法兰的中间轴。目前，大、中型船舶上采用这种中间轴。它 具有重量轻、尺寸小、安装方便等优点，但需要有锻压设备进行加工。 其法兰也可采用焊接结构。 两端为锥体的中间轴。一般用于小型船舶或采用滚动式中间轴承的船 舶。由于联轴器可拆，其重量加重、尺寸加大。
第3节传动轴的组成与设计
传动轴的强度校核
由螺旋桨推力产生的压缩应力
YT/FW
T—螺旋桨推力 FW—轴的截面积(cm２)
第一章船舶轴系及传动装置设计
第3节传动轴的组成与设计
传动轴的强度校核
轴段本身质量及法兰、螺旋桨等集中载荷以及曲线安装偏移 量引起的弯曲应力
WMW/WZW
MW—由轴系校中计算求得的最大弯矩
第一章船舶轴系及传动装置设计
第3节传动轴的组成与设计
传动轴的组成 传动轴的材料 传动轴的计算 传动轴的强度校核
第一章船舶轴系及传动装置设计
第3节传动轴的组成与设计
传动轴的组成
传动轴主要由螺旋桨轴、尾轴、中间轴和推力轴组成 轴段的数目和配置主要决定于船形、动力装置类型和机舱的 位置
第一章船舶轴系及传动装置设计