典型商船的轴系布置与结构设计.doc

典型商船的轴系布置与结构设计摘要：文中主要介绍了商船轴系结构设计与布置，安装时应注意的问题目录：1 轴系的任务,组成，与设计要求2 轴系的种类3 轴系工作条件及故障4 轴系布置设计流程5 轴线的确定及数目6轴线及轴线长度的确定7 轴承的设置，间距和位置8 轴承负荷及负荷计算中支点位置的确定9 轴承的比压许用范围引言：船舶轴系的布置与设计在船舶建造过程中是一个非常重要的环节，此设计的任务是使读者获得必要的专业入门知识，增加对商船轴系布置与结构设计的了解和兴趣。开拓视野，拓展相关专业知识，以有利于学好本专业的其他课程和将来的工作。本设计系统的介绍了商船轴系的工作原理，性能特点，典型结构，装调要修要点等。全文共分为10章，重点详细介绍了轴系的布置与结构设计。由于本人水平有限，加之时间仓促，文中谬误和不足之处恳请老师及读者批评指正，以期日后改正。1轴系的任务，组成与设计要求：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。在讲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。轴系的组成：船舶轴系是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。2轴系的种类单轴系：单轴系轴线布置于船体的中纵剖面上，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的位置。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。所以日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。双轴系：两个轴系分别平行对称布置在船体中纵剖面的两侧，相对船体基线略有倾斜，以保证螺旋桨充分没入水中。由于船体结构的限制，螺旋桨至尾轴管得距离较远，尾轴较长，徐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，并由人字架支撑，这段轴称为螺旋桨轴。双轴系船舶具有高速，机动性好和生命力强的特点。但双轴系为双机双桨，建造和修理工作量大，费用高。一般多用于客船和军用舰船。3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动的扭矩作用，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理作用。此外，还受到轴系校中，安装，船体变形，船舶振动及螺旋浆水动力等引起的附加应力的周期作用。船舶的紧急停车，频繁的动操车，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，船舶轴系在运转中会产生声音异常，振动，轴承温度过高，传动轴磨损加剧，密封装置泄漏等损坏，严重对甚至产生断轴事故。论及人员应做好日常的维护修理，使轴系处于良好的拘束状态并应掌握船舶轴系的有关理论知识和试验方法。4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，再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。有鞋船舶轴系还要进行必要的震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。5轴线的确定及数目主机或推进机组输出法兰中心与螺旋桨中心的连线称为轴线，也称为轴系理论中心线。轴线的数目：轴线的数目取决于船型，航行性能，生命力，主机型式和数量，经济型，可靠性等因素。轴线的数目早在总体初步设计阶段已决定。大型货船，油船多采用单轴线；对于要求航速高，操纵灵活，机动性好，工作可靠，而吃水受到一定限制的客船，拖船，集装箱船及其他有特殊要求的船舶，多采用两根轴线；军船为了提高生命力，航速，和机动性，多采用三根，甚至四根轴线。6轴线及轴段长度的确定轴线是一根线段，它的长度与位置决定于两个端点。前端点位主机或推进机组的输出法兰中心，后端点为螺旋桨的桨毂中心。在轴线总长度确定之后，统筹考虑船体尾部线型和结构，隔舱壁位置，各轴承负荷情况，工厂的加工能力以及轴系在机舱内的装拆要求等因素，决定螺旋桨轴，中间轴等传动轴的配置及各轴段长度。7轴承的设置轴承数目，间距的大小和位置安排，对轴的弯曲变形，应力和轴承工作状态均有很大的影响。若处理不当，会使轴承负荷不均匀，造成发热和加速磨损，从而影响轴系运转的可靠性。轴系的间距：（1）中间轴承最小间距Lmin=24.9d2/3(cm) 式中d-轴径，cm缘由：中间轴承底座通过螺栓与船体刚性连接，船体因受水压，装载等因素影响而产生变形（尤其垂向），轴承随之变位，从而产生附加负荷。当变位量一定时，轴承间距越小，它对轴线的牵制作用越大，其附加负荷也越大，故轴承的间距太小是不利的，应对他有所限制。（2）中间轴承最大间距Lmax=7785(mm) 缘由：加大轴间距可以减小轴承的附加负荷，但轴间距要受到下列因素限制。轴系临界转速的限制。轴承跨距过大，易产生轴系的回转震动和横向振动。比压和挠度的限制。增大轴承跨距，减少轴承数量，使轴承比压增加挠度增加，同时造成轴承负荷的不均匀性。工艺条件的限制。增大轴承跨距给轴系的制造和安装带来困难。轴承的位置：轴承应安装在船体结构较强，变性相对较小的部位。中间轴承多安装在靠近法兰处。8轴承负荷及负荷计算中支点的位置轴承负荷大小用轴承比压P表示p=R/DL(N/mm2)，中间轴承L/8L/4式中；R-轴承负荷， N；D-轴颈直径，m；L-轴承长度，m。轴系负荷计算中支点的位置中间轴承不长（约0.8倍轴径），轴颈和轴承接触比较均匀，支撑反力位置取轴承中点。对于尾轴管前轴承，其支撑反力位置与中间轴承相同，也取轴承中点。对于艉管后轴承或靠近螺旋桨的最后一道轴承，由于受到较重的螺旋桨的选力矩，其受力情况不均匀，不能假设支撑点位为轴承的中点。如为木质或橡胶轴承，如其长度为l那么其支点到轴承后端u常假定为u=(1/4-1/3)或者，取u=(0.5-0.8)dj如为白合金轴承，通常采用；u=0.5dj，式中；dj-艉轴基本直径。以上两公式是磨合稳定以后的数据。工程上经常采用使艉轴管中线与船体基线倾斜一定角度的做法，即所谓“斜镗艉轴管”法。9轴承的比压许用范围如轴承负荷过重，超过了许用比压，将导致轴承寻磨损，发热及其它事故。遇到这种情况，不能轻易用加大轴承长度的方法来降低比压，一般可采用减小轴承间距，降低轴承高度的方法。轴承负荷过小，甚至出现零值或负值，也是不允许的，这不仅影响轴承的正常工作，而且造成临近轴承负荷过重。这是因为当轴承负荷为零值或负值时，轴段于下轴瓦脱离，这样，一方面使计算的负荷与实际不符，另一方面影响横向震动的频率的计算，设计者应加大轴承间距；甚至取消一道轴承，以改变受力情况，也可以降低或升高其高度