船舶动力装置课程设计---轴系计算说明书.doc

船舶与海洋工程学院船舶与海洋工程学院 轮机工程专业轮机工程专业 民用船舶动力装置民用船舶动力装置 课程设计课程设计 轴系计算说明书轴系计算说明书 一、一、轴系计算轴系计算 (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 2.1 主机： 型号 8pc2-6 型式四冲程，直列，不可逆转，涡轮增压，空冷船用柴油 机 缸数 8 缸径/行程 400/460mm 最大功率（mcr） 4400520 kw；rpm 持续服务功率 3960520 kw；rpm 燃油消耗率 186 +5%g/kwh 滑油消耗率 1.4g/kwh 起动方式压缩空气 31.2 mpa 生产厂陕西柴油机厂 2.2 齿轮箱： 型号 gwc66.75 减速比2.986：1 生产厂杭州前进齿轮箱集团股份有限公司 2.3 轴： 材料35#钢 抗拉强度 530mpa 屈服强度 315mpa 2.4 键： 材料45#钢 抗拉强度 600mpa 屈服强度 355mpa 5螺栓： 材料35#钢 抗拉强度 530mpa 屈服强度 315mpa (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： 序号名 称代号单 位公 式数 值 1 轴传递的额定功率 nekw 已知 4400 2 主机额定转速 nr/min 已知 520 3 齿轮箱减速比 i 已知 2.986 4 轴传递 ne时的转速 ner/minn/i174.15 5 中间轴系数 1 k查钢内规表 8.2.2.1（1） 1.0 6 螺旋桨轴系数 2 k 查钢内规表 8.2.2.1（2） 1.26 7 轴材料抗拉强度 rmmpa 已知 530 8 中间轴最小直径 dmm 3 me e 1 ) 160r 560 ( n n 100kd 274.13 9 螺旋桨轴直径 dmm 3 me e 2 ) 160r 560 ( n n 100kd 344.87 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、二、强度校核强度校核 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： 前轴承： 材料白合金 内径355mm 全长440mm 质量148kg 后轴承： 材料白合金 内径360mm 全长880mm 质量305kg 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： 艉轴前密封装置： 型号ymq2-380 衬套外径380mm 最大轴径355mm 艉衬套长度215mm 艉轴后密封装置： 型号ymh3dw-380 衬套外径380mm 最大轴径355mm 艉衬套长度215mm 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 =440mm，r=350mm a b 螺旋桨轴尾部锥长 l =（1.63.3）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：g9.81n/kg 1前后轴承支撑点距离，4.299m a-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，1.546m d法兰端面到前轴承支撑点距离，2.391m g0法兰重量，1180kg qb螺旋桨及附件重量，4079.51kg qc轴本身重量产生的均布负荷 ，qc=0.0062 2 c d =0.00623502=759.5kg/m b前轴承总压力 l aq l 2 bq l c)(lg l 2 dlq g b 2 c0 2 c ）（ b r = 4596.65 n 式中：g9.81n/kg 1前后轴承支撑点距离，4.299m a-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，1.546m d法兰端面到前轴承支撑点距离，2.391m g0法兰重量，1180kg qb螺旋桨及附件重量，4079.51kg qc轴本身重量产生的均布负荷 ，qc=0.0062 2 c d =0.00623502=759.5kg/m 1截面 ee 的弯矩 /2a 2 l qg 2 l r 2 l agqm 2 a c a a a bee = 63745.48nm 式中：g9.81n/kg qb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 ra后轴承支反力，15873.21 n la后轴承长度，0.88m qc轴本身重量产生的均布负荷 qc=0.0062 2 c d =0.00623502=759.5kg/m 其中 dc为尾轴直径，350mm 2截面 kk 的弯矩 c 2 ba bkk 2gq )q-(r agqm g = 5093.61nm 式中：g9.81n/kg qb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 ra后轴承支反力，15873.21 n qc轴本身重量产生的均布负荷 qc=0.0062 2 c d =0.00623502=759.5kg/m 其中 dc为尾轴直径，350mm kkee mm ，取 ee m =63745.48nm 作为计算弯曲力矩。尾轴强度计 算如下表 4.2: 表 4.2 尾轴强度计算 序号名 称代号单位公 式数值 1尾轴截面 ee 直径dcm已知条件0.35 2主机最大功率pekw已知条件4400 3主要最大转速ner/min已知条件520 4齿轮箱减速比i已知条件3 5齿轮箱效率 已知条件0.96 6尾轴扭矩ttn.m i n p 9550t e e t 2.327x105 7由扭矩引起的扭应力 c mpa 3 6 1016 c t c d t 27.642 8螺旋桨推力fn )1 ( f tv p s e 6.607x103 9由推力引起的压应力 y mpa 2 6 104 c y d f 6.867x10-2 10尾轴最大弯曲力矩me-e nm 根据 mk-k和 me-e计算6.375x104 11由弯曲力矩引起的弯 曲应力 w mpa -6 e e w 3 c 32m10 d 15.145 12合成应力 c mpa 2 c 2 wyc 3)( 50.195 13轴材料屈服强度 s mpa已知条件（35 号钢）315 14所求安全系数sc c s c s 6.276 15许用安全系数sc钢性直接传动的轴2.85.8 计算结果所求安全系数大于许用安全系数 scsc。故尾轴强度复合要求。 2.尾轴承负荷计算(双支承轴承) 计算如下表 4.4： 表 4.4 尾轴承负荷计算 序号名 称代号单位公 式数值 1前后轴承中心距离l1m由尾轴尾管总图4.299 2螺旋桨重心到后轴承中心距离am由尾轴尾管总图1.105 3桨毂后端面到后轴承中心bm由尾轴尾管总图1.495 4法兰端面到前轴承中心距离dm由尾轴尾管总图2.391 5法兰重心到前轴承中心距离cm由尾轴尾管总图1.546 6尾轴之重度qckg/m已知条件759.5 7螺旋桨及附件重量qbkg已知条件4079.51 8法兰重量g0kg已知条件1180 9后轴承之总压力ran由轴承压力计算15873.21 10前轴承之总压力rbn同上4596.65 11后轴颈直径damm由尾轴尾管总图360 12前轴颈直径dbmm由尾轴尾管总图355 13后轴承长度lamm由尾轴尾管总图880 14前轴承长度lbmm由尾轴尾管总图440 15后轴承单位面积所受压力pampa aa a a ld r p 0.050 16前轴承单位面积所受压力pbmpa bb b b ld r p 0.029 17轴承许用单位面积压力pmpa对高分子轴承0.3 计算结果所求轴承单位面积所受压力均小于高分子轴承单位面积许用压力，本船采用 用高分子轴承，故安全。至此轴系校核全部完成。 三、三、主推进装置及轴系布置图主推进装置及轴系布置图 当主机和螺旋桨选型定好后，就要确定其在机舱中的位置；并对轴系中轴承位置和间 距进行确定。然后结合船体布置图，画出布置草图。由于本船轴系长不超过 9 米，不存在 中间轴承，因此不需要考虑中间轴承位置安排不当。该船采用的是单机单桨，对于主机的 布置应布置于船舶纵中剖面。详细布置图见附录一。 四、四、尾轴管装置的结构形式尾轴管装置的结构形式 尾轴管装置的任务是用来支承尾轴或螺旋桨轴，并使其能可靠的通出船外，不使舷外 水大量漏入船内，同时，亦不使滑油外泄。为了承担上述任务，尾轴管装置一般由尾管、 尾轴承、密封装置以及润滑与冷却系统等部分组成。 本船利用油来润滑与冷却，前后都用白合金轴承来支承尾轴。为防止滑油外泄和水的 渗入，尾管前后采用骨架式密封装置。尾管采用了无缝钢管，与齿轮箱连接的是可拆式法 兰。 由于尾轴管装置位于水下，船舶使用可靠及寿命长短与它的密封装置很大关系。尾轴 密封装置就其布置的位置而言，可以分为首部密封与尾部密封。 尾轴管装置布置总图 （1）尾轴基本直径的确定 要画出尾轴管总图，必须先计算出尾轴基本直径。按内河钢船建造规范 （2009） 计算： 3 me e 2 ) 160r 560 ( n n 100kd 式中： 柴油机组额定功率为 4400kw e n 螺旋桨转速为 174.15 e n 轴材料的抗拉强度，35 号钢取=530n/ 2 mm m r m r k 按规范取 1.26 计算出直径为 344.87 mm 考虑到内河有可能继续航行，轴径应在计算的基础上增大 10%。故最终取 350 mm （2）各部分尺寸的确定 根据定下的艉轴直径查找相关的配件产品手册，选择合适的前后轴承。对于本船 轴径的要求是前小后大，因为考虑到以后的维修方便，便于拆卸，容易更换磨损元件，这 也是非常必要的。考虑到适当的间隙，故选择基本轴径 355mm，长为 440mm 的艉管白合 金前轴承，及基本轴径 360mm，长为 880mm 的艉管白合金后轴承。在前轴承上安有前轴 承支撑，与一块复板相连接，增加可靠性，以免负荷分布不均匀。尾管厚度在 10-15mm 范 围内选定 13mm，采用无缝钢管。对于螺母尺寸的确定可根据轴的直径大小选取，取 m16 的能满足要求。 （3）尾轴管装置总图 当上述步骤完成后尾轴管装置总图可以有计算机绘出，详图见附录二。 另附可拆联轴