第二章船舶轴系的组成与设计()讲述案例
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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。