第二章 船舶轴系的组成与设计()

第19卷 第11期 中 国 水 运 Vol.19 No.11 2019年 11月 China Water Transport November 2019收稿日期：2019-07-29作者简介：虞 凯，舟山兴舸船舶设计有限公司。

船舶推进轴系设计要点解析虞 凯，李永顺（舟山兴舸船舶设计有限公司，浙江 舟山 316000）摘 要：本文主要介绍船舶轴系设计的步骤和要点，按实际要求并根据船舶类型、营运水域合理设计轴系。

关键词：轴系；设计；条件；要求；计算中图分类号：U662 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2019）11-0078-03船舶推进轴系作为独立的系统，结构外形较为简单，但作用十分重大，其设计的合不合理直接影响到船舶的安全性能和运行成本。

船舶轴系主要由传动轴（推力轴、中间轴、螺旋桨轴等）传动设备（主机、联轴器、齿轮箱等）、支撑部件（推力轴承、中间轴承、尾管轴承等）、尾密封装置以及其它附件等组成。

轴系的基本作用：主要是连接主机和螺旋桨，并将主机产生的功率通过轴传递给螺旋桨，螺旋桨旋转后产生轴向推力通过轴系传给推力轴承，再由推力轴承传递于船体。

因此，螺旋桨能否正常高效的运转，主要取决于轴系工作的稳定性。

在设计前期轴系材质、强度、结构等需综合合理的考虑，以便船舶性能达到最佳状态。

一、轴系布置设计流程根据船舶类型、用途、吨位、航速；再按船舶主机的功率、转速以及相匹配离合器的传递能力。

确定轴线及轴段的配置；再以轴的长度来决定中间轴承位置、数量和间距等，绘制轴系布置图；在确定完主机和齿轮箱后，根据《规范》计算确定螺旋桨轴、中间轴基本轴径。

且轴的主要尺寸和轴的冷却方式初步确定的前提下，即可进行轴系的强度校核。

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、螺旋桨轴图、中间轴图、可拆联轴器及有关部件图纸。

船舶轴系必需进行扭振计算，且轴径大于250mm 时需要合理校中计算。

二、轴系设计考虑的条件船体线型、主机参数、齿轮箱参数、螺旋桨参数、船体结构、主机位置、螺旋桨位置、尾轴尾管、尾柱／轴承支架位置、润滑和密封型式等。

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。

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。

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。

第二章船体结构与船舶管系第一节船体结构第二节船舶管系第一节船体结构一、概述1.概念1)主要构件：船体的主要支撑构件称为主要构件，如强肋骨、舷侧纵桁、强横梁、甲板纵桁、实肋板、船底桁材、舱壁桁材等。

2)次要构件：一般是指板的扶强构件，如肋骨、纵骨、横梁、舱壁扶强材、组合肋板的骨材等。

2.船体结构的作用船舶由主船体、上层建筑和许多其他各种设备所组成。

主船体是指上甲板以下包括船底、舷侧、甲板、舱壁和首尾等结构所组成的水密空心结构。

这些结构全部由板材和骨架组成，即由钢板、各种型钢、铸件和锻件等组成。

1)作用在船体上的力：无论是航行、停泊，还是在坞内，船舶都会不可避免地受到各种力的作用，归纳起来主要有：重力、浮力、货物的负载、水压力、波浪冲击力、扭力(如斜浪航行、货载对纵中线左右不对称等)、冰块挤压力、水阻力、推力和机械震动力及坞墩反力等外力的作用，这些力的最终效果就是使船舶产生总纵弯曲、扭转、横向及局部变形。

①总纵弯曲力矩：指作用于船体并使其沿船长方向发生弯曲的力矩。

由静水总纵弯矩与波浪总纵弯矩两部分叠加而成。

静水总纵弯矩：当船舶正浮于静水面上时，从表面上看，重力与浮力大小相等并处于平衡状态，但事实上组成船体各分段的重力与浮力的最终平衡值通常是不相等的。

这种重力与浮力沿船长方向的不均匀分布，在产生剪切应力的同时，也产生了总纵弯曲力矩，使船体发生总纵弯曲。

弯矩的最大值在船中附近，向首尾端逐渐减小。

波浪总纵弯矩：同样使重力与浮力沿船长方向分布不均匀而产生总纵弯矩。

且当波长与船长相等或接近时，该弯矩最为显著，对船体结构的威胁也最大。

对尾机型船而言：空载时中拱，满载时中垂。

船舶所受的最大剪切应力位于距首尾两端约1/4船长处。

②扭转力矩：发生在斜浪航行、货载对纵中线左右不对称时。

③横向作用力：水的侧压力、横浪引起的横摇→肋骨歪斜。

④局部作用力：有波浪冲击力、推力、机械震动力、机器与设备的重力及坞墩反力等外力的作用。