船舶轴系与轴系布置设计

华中科技大学船舶与海洋工程学院轮机工程专业民用船舶动力装置课程设计轴系计算说明书一、轴系计算(一)、概述本船为内河船，设单机单桨。

主机经减速齿轮箱减速后将扭矩通过中间短轴传给螺旋桨轴和螺旋桨。

考虑到长江水质较差，泥沙较多，若采用水润滑，则污物可能进入艉轴装置造成堵塞，故润滑方式采用油润滑。

本计算按《CCS钢质内河船舶建造规范》（2009年）（简称《钢内规》）进行。

(二)、已知条件(三)、轴直径的确定根据《钢内规》8.2.2进行计算，计算列表4.1如下：表4.1轴直径计算根据计算结果，取螺旋桨轴直径为 350 mm，中间轴直径为 280 mm。

二、强度校核1.尾轴强度验算轴设计过程中艉轴承、密封装置、联轴节的选型如下：a．艉轴轴承选自东台市有铭船舶配件厂，规格如下：b．油润滑艉轴密封装置选自东台市有铭船舶配件厂，规格如下：c．联轴节采用船厂自制。

尾轴危险段面的确定根据图4-1计算如下：图4-1尾轴管结构简图（1）相关尺寸确定已知L=880mm，L b=440mm，R=350mma螺旋桨轴尾部锥长l=（1.6~3.3）R=2.2*R=780mm，z对于白合金轴承，支撑点到后端面的距离u=0.5L=0.5*880=440mm。

而后密封装置的长度为215mm，再加上适当间距约为60mm，则：螺旋桨轴尾部锥面中心至后轴承中心距离a为：a=780/2+440+215+60=1105mm螺旋桨轴尾部锥面后端面至后轴承中心距离b为：b=1105+780/2=1495mm由布置总图得后轴承的后端面距前轴承中心约为4739mm，则：前后轴承支撑点距离l为：l=4739-440=4299mm因为后轴承后端面距齿轮箱有约7130mm，考虑到齿轮箱的周和联轴节等，法兰端面到前轴承支撑点距离为：d=7130-4299-440-769=2391mm因为联轴节长845mm ，则法兰重心到前轴承支撑点距离为： c=2391-845=1546mm（2）双支承轴承负荷计算： a ．后轴承压力= 15873.21 N式中：g —9.81N/kg 1—前后轴承支撑点距离，4.299ma---螺旋桨中心至后轴承中心距离，1.105m b —桨毂后端面到后轴承支撑点距离，1.495m c —法兰重心到前轴承支撑点距离，1.546md —法兰端面到前轴承支撑点距离，2.391m G 0—法兰重量，1180kgQ B —螺旋桨及附件重量，4079.51kgq c —轴本身重量产生的均布负荷 ，q c=0.00622c d =0.0062×3502=759.5kg/mb ．前轴承总压力⎥⎦⎤⎢⎣⎡--+++=l a Q l 2b q l c)(l G l 2d l q g B 2c 02c）（B R = 4596.65 N 式中：g —9.81N/kg 1—前后轴承支撑点距离，4.299ma---螺旋桨中心至后轴承中心距离，1.105m b —桨毂后端面到后轴承支撑点距离，1.495m c —法兰重心到前轴承支撑点距离，1.546md —法兰端面到前轴承支撑点距离，2.391m G 0—法兰重量，1180kgQ B —螺旋桨及附件重量，4079.51kgq c —轴本身重量产生的均布负荷 ，q c=0.00622c d =0.0062×3502=759.5kg/m1．截面E —E 的弯矩/2a 2L q g 2L R 2L a g Q M 2A cA A AB EE ⎪⎭⎫⎝⎛+⋅⋅-⋅+⎪⎭⎫ ⎝⎛+⋅-=- = —63745.48N ·m式中：g —9.81N/kgQ B —螺旋桨及附件重量，4079.51kg a —螺旋桨中心至后轴承中心距离，1.105m R A —后轴承支反力，15873.21 N L A —后轴承长度，0.88m q c —轴本身重量产生的均布负荷q c=0.00622c d =0.0062×3502=759.5kg/m其中d c 为尾轴直径，350mm 2．截面K －K 的弯矩c2B A B KK 2gq )Q -(R a g Q M g ⋅+⋅⋅-=-= —5093.61N ·m式中：g —9.81N/kgQ B —螺旋桨及附件重量，4079.51kg a —螺旋桨中心至后轴承中心距离，1.105m R A —后轴承支反力，15873.21 N q c —轴本身重量产生的均布负荷q c=0.00622c d =0.0062×3502=759.5kg/m其中d c 为尾轴直径，350mmK K E E M M -->，取E E M -=—63745.48N ·m 作为计算弯曲力矩。

一轴系安装的注意事项：1 在进行轴系吊装前应仔细检查吊运工具，如吊素、眼板、卸扣等应安全可靠。

2 在整个施工过程中要严格遵守有关安全操作规程。

二主要参考图纸资料：1 轴系布置图（M252-104）2 尾管轴承详细图（B01-A060-11922）3 主机安装图（M250-205）4 螺旋桨图（M252-105）5 机舱布置图（M250-107）6 分段划分图7 尾管密封装置工作图三. 机舱后部区域底层分段合拢精度控制要点：为了确保轴系安装的精度要求，在分段制造、合拢中应满足相关文件的精度要求。

(参见精度作业指导书)特别在进行机舱后部区域低层分段合拢时，要对相关各段的位置精度进行严格控制。

四轴系安装前——照光采用工具及布置图图1FIG. 1光靶“3”的材料为5mm钢板，高度约4米左右，外圆直径约为1米五轴系中心线确定的条件：1 机舱前壁以后，主甲板以下主船体成型。

2 舵机平台以下焊接完。

3 轴系区域内主要辅机机座装焊完成，除主机以外的一般设备就位。

4 船体垫墩、支柱受力均匀、稳定牢固，不允许随意移动。

5 照光所用的仪器及测量工具应校验合格。

六轴系中心线的确定轴系中心线的确定应根据季节温度变化来进行，夏天一般在晚上8-9点进行,冬天一般在下午5点左右进行, 或在阴天进行，在轴系中心线的确定过程中，船上不应有能够导致船体变形的工作在进行。

1 船体尾部理论轴中心面的确定。

①以坞底平面上船体中心线的延伸点为基准，调整激光经纬仪“1”的轴线直至与船中心线重合。

②将激光经纬仪“1”射出的光点延伸到船坞尾部光靶“3”上，根据机舱区域舱底龙骨平整度数据平均值为基线高度并在垂直方向向上平移轴系高度+船体板厚，则此点为轴系轴线上一点。

以此点作为基点并打好样冲点，同时将激光经纬仪旋转180°将光点投射到尾柱平面上，并打好样冲，这样就可初步确定轴系尾部理论垂线。

2 机舱内轴系中心线的确定在机舱与尾管前平面适当位置设立一激光经纬仪“2”，将光点延伸到船体外部的光靶“3”，使之与光靶“3”上的样冲点重合。

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。

船舶轴系和舵系安装过程受力分析与安全控制摘要：轴、舵系安装是船舶工业设计和制造的重要组成部分,直接关系到整个船舶设计和建造的质量和效果。

定位是轴安装中不可缺少的一部分,影响轴安装的效果。

因此,有必要加强对轴、舵系安装设计工作的研究,明确轴、舵系的安装要求、安装方法和安装点,以保证轴、舵系安装的准确性和质量,提高船舶机械设备制造的整体水平。

基于此，本文章对船舶轴系和舵系安装过程受力分析与安全控制进行探讨，以供参考。

关键词：船舶轴系；舵系；安装过程；受力分析；安全控制引言船舶轴、舵在设计和建造过程中，其安装状态直接影响船舶的安全和可靠性，而在安装前，需要经过机械的精加工处理和检验，因此需要进行强有力的精度控制。

船舶轴系的基本任务是将主机的功率传给螺旋桨，同时又将螺旋桨旋转产生的轴向推力传给船体，以推动船舶运动。

船舶舵系的基本任务是将舵机的扭矩传给舵叶，同时又将舵叶摆动产生的水流偏移推力传给船体，以推动船舶转向。

一、船舶轴系设计研究概述船舶轴系装置是船舶动力中的主要组成部分。

轴系的工作优劣，将直接影响船舶的推进特性和正常航行，并对船舶主机的正常运转有着直接的影响。

所以，轴系的设计、加工制造、安装及调试均需有较严格的技术要求，并且应符合有关船舶技术标准和船舶规范。

为满足现代船舶的要求，保证轴系能在各种航行工况和恶劣环境下可靠工作，轴系应具有：1）足够的小、强度和刚度，对船体变形适应性强； 2）传动损失；3）工作中避免发生横向、纵向和扭转的共振； 4）良好的密封、润滑和冷却；管理维护方便。

由于船的任务和要求不同，使得船体型线和动力装置型式不同，轴系所包括的具体组成部件也不完全一样。

一般情况下，从主机曲轴法兰起，到螺旋桨止，主要包括：弹性联轴节、减速齿轮箱、推力轴、推力轴承、中间轴、中间轴承、联轴节、艉轴和艉轴管等，另外还有离合器和隔舱填料函等总称为轴系（参见图1示意图）。

图1船舶主推进系统--轴系示意图1-导流罩 2-液压螺母 3-螺旋桨 4防渔网割刀 5-防渔网环 6-防护罩 7-艉管后密封 8-艉管9-螺旋桨轴10-艉管前密封 11-液压联轴节 12-液压紧配螺栓 13-中间轴承 14-中间轴15-液压紧配螺栓二、船舶舵系设计研究概述船舶舵系装置是船舶航向中的主要组成部分。

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。