船舶轴系与轴系布置设计（课堂PPT）

1、1项目：轴系项目：轴系能力目标：掌握轴系布置设计方法；掌握轴能力目标：掌握轴系布置设计方法；掌握轴承间距、负荷计算方法。承间距、负荷计算方法。知识目标：掌握轴系的组成、任务以及轴系知识目标：掌握轴系的组成、任务以及轴系布置的设计原理。布置的设计原理。2轴系的定义和任务轴系的定义和任务轴系是指主机的输出端至螺旋桨之间的一整轴系是指主机的输出端至螺旋桨之间的一整套设备，其任务是连接主机（推进机组）与套设备，其任务是连接主机（推进机组）与螺旋桨，将主机发出的功率传递给螺旋桨，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同时又将螺旋桨所产生的推力通过推力轴承传给船体，以

2、实现推进船舶的使命。传给船体，以实现推进船舶的使命。 345轴系的组成轴系的组成轴系的组成主要包括传动轴（中间轴、推力轴、尾轴系的组成主要包括传动轴（中间轴、推力轴、尾轴或螺旋桨轴等），轴承（中间轴承、推力轴承及轴或螺旋桨轴等），轴承（中间轴承、推力轴承及尾轴承等）以及轴系附件（刚性联轴节、轴系制动尾轴承等）以及轴系附件（刚性联轴节、轴系制动器、隔舱填料函等）等三个部分。器、隔舱填料函等）等三个部分。具体到各个船舶，其传动轴的数目、组成、轴承及具体到各个船舶，其传动轴的数目、组成、轴承及轴系附件的配置等可能会有所不同，这与船舶的大轴系附件的配置等可能会有所不同，这与船舶的大小、船型、船体线型、

3、机舱位置以及动力装置型式小、船型、船体线型、机舱位置以及动力装置型式等因素有关。例如有些船舶的轴系中没有设置独立等因素有关。例如有些船舶的轴系中没有设置独立的推力轴和推力轴承；有些轴线较短的船，可以不的推力轴和推力轴承；有些轴线较短的船，可以不设中间轴，而只用一根螺旋桨轴直接与主机的输出设中间轴，而只用一根螺旋桨轴直接与主机的输出法兰相连。法兰相连。 678对轴系的要求对轴系的要求轴系的各传动轴及主要部件必须满足规范要求，有足够的强轴系的各传动轴及主要部件必须满足规范要求，有足够的强度和刚度，以保证轴系安全可靠运行，并有较长的使用寿命。度和刚度，以保证轴系安全可靠运行，并有较长的使用寿命。传动

4、轴和轴系附件尽量采用标准化结构。这不仅给制造、安传动轴和轴系附件尽量采用标准化结构。这不仅给制造、安装以及维护带来方便，还能缩短修造船周期、降低成本、提装以及维护带来方便，还能缩短修造船周期、降低成本、提高经济效益，而且对产品的质量提供了可靠的保证。高经济效益，而且对产品的质量提供了可靠的保证。 传动损失小。正确选择轴承数目、型式、布置位置和润滑方传动损失小。正确选择轴承数目、型式、布置位置和润滑方式，将传动损失降底到最小限度，以提高推进效率。式，将传动损失降底到最小限度，以提高推进效率。良好的抗振性能。为了保证船舶轴系在营运转速范围内不产良好的抗振性能。为了保证船舶轴系在营运转速范围内不产生

5、扭转共振和横振共振，必须在轴系设计阶段进行振动临界生扭转共振和横振共振，必须在轴系设计阶段进行振动临界转速的计算。转速的计算。对船体变形的敏感性小。船体变形会使轴承产生位移而导致对船体变形的敏感性小。船体变形会使轴承产生位移而导致轴系产生附加应力和附加负荷。轴系设计和布置时就要考虑轴系产生附加应力和附加负荷。轴系设计和布置时就要考虑使这种影响尽可能小一点。使这种影响尽可能小一点。良好的密封性，防止海水进入船舱和滑油的外漏。良好的密封性，防止海水进入船舱和滑油的外漏。重量尺寸要小。重量尺寸要小。9项目：轴系布置设计项目：轴系布置设计能力目标：掌握轴系布置设计方法；掌握轴能力目标：掌握轴系布置设计

6、方法；掌握轴承间距、负荷计算方法。承间距、负荷计算方法。知识目标：掌握轴系布置设计方法；掌握轴知识目标：掌握轴系布置设计方法；掌握轴线确定中螺旋桨和主机布置的相关知识；掌线确定中螺旋桨和主机布置的相关知识；掌握轴承间距、负荷计算的相关知识。握轴承间距、负荷计算的相关知识。10前言前言轴系布置设计内容：轴线确定、轴段配置、轴承的轴系布置设计内容：轴线确定、轴段配置、轴承的布置布置轴系布置设计的前提：船舶总体设计，包括船舶主轴系布置设计的前提：船舶总体设计，包括船舶主尺度、线型、总布置及结构设计完成之后，机舱位尺度、线型、总布置及结构设计完成之后，机舱位置、主机和螺旋桨选型已初步确定。置、主机和螺

7、旋桨选型已初步确定。11轴系布置设计流程轴系布置设计流程首先确定轴线及轴段的配置；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；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然后进行轴系部件结构设计及选型;最后绘制轴系布置图、尾轴尾管总图及有关最后绘制轴系布置图、尾轴尾管总图及有关部件图

8、纸。部件图纸。12轴线的确定轴线的确定主机（或推进机组）输出法兰中心与螺旋桨主机（或推进机组）输出法兰中心与螺旋桨中心的连线称为轴线，也称轴系理论中心线中心的连线称为轴线，也称轴系理论中心线。何为螺旋桨中心？何为螺旋桨中心？1314轴线的数目轴线的数目轴线的数目取决于船型、航行性能、生命力、主机轴线的数目取决于船型、航行性能、生命力、主机型式和数量、经济性、可靠性等因素。轴线的数目型式和数量、经济性、可靠性等因素。轴线的数目早在总体初步设计阶段已决定。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；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，对于要求航速高

9、、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；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，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。甚至四根轴线。 三峡游船几根轴线三峡游船几根轴线 ？15轴线及轴段长度的确定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轴线是一根线段，它的长度与位置决定于两个端点。前端点为主机（或推进机组）的输个端点。前端点为主机（或推进机组）的输出法兰中心，后端点为螺旋桨的桨毂中心。出法兰中心，后端

10、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、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。的配置及各轴段长度。1617主机位置布置原则如下主机位置布置原则如下对称布置：考虑到设备重量的平衡以及布置和操对称布置：考虑到设备重量的平衡以及布置和操作的便利。作的便利。单轴系的轴线一般布置在船舶的纵中剖面上；单轴系的轴线一般布置在船舶的纵中剖面上

11、；双轴系的轴线一般对称布置于船舶纵中剖面两侧，双轴系的轴线一般对称布置于船舶纵中剖面两侧，即对称布置在船舶两舷；即对称布置在船舶两舷；三根轴系的船舶，一根布置在船舶的纵中剖面上，三根轴系的船舶，一根布置在船舶的纵中剖面上，其余两根对称布置在左右两舷。多轴系的间距由船其余两根对称布置在左右两舷。多轴系的间距由船舶总体设计确定。舶总体设计确定。18轴线最好布置成与船体基线平行。轴线最好布置成与船体基线平行。当推进机组位置较高，而船舶吃水较浅时，为了保证螺旋桨当推进机组位置较高，而船舶吃水较浅时，为了保证螺旋桨的浸没深度，不得不使轴线向尾部倾斜一定角度。轴线与基的浸没深度，不得不使轴线向尾部倾斜一定

12、角度。轴线与基线的夹角称为线的夹角称为倾角倾角。有些双轴系和多轴系的船舶，为了保证。有些双轴系和多轴系的船舶，为了保证螺旋桨叶的边缘离船壳外板有一定的间隙，或出于机桨布置螺旋桨叶的边缘离船壳外板有一定的间隙，或出于机桨布置的需要，允许轴线在水平投影面上不与纵舯剖面平行，向外的需要，允许轴线在水平投影面上不与纵舯剖面平行，向外或向内倾斜，形成夹角，称为或向内倾斜，形成夹角，称为偏角偏角。当轴线出现倾角和偏角时，将使螺旋桨的推力受到损失，因当轴线出现倾角和偏角时，将使螺旋桨的推力受到损失，因此必须对倾角和偏角加以控制。此必须对倾角和偏角加以控制。一般将倾角控制在一般将倾角控制在05之内，高速快艇轴

13、线的倾角可放之内，高速快艇轴线的倾角可放大到大到1216；偏角则控制在；偏角则控制在03之内。之内。思考：为何高速船舶的倾角要放大？思考：为何高速船舶的倾角要放大？192021主机应尽量靠近机舱后舱壁布置，以缩短轴主机应尽量靠近机舱后舱壁布置，以缩短轴线长度。线长度。应考虑主机左、右、前、底与上部空间是否应考虑主机左、右、前、底与上部空间是否满足船舶规范，另外还需要考虑拆装与维修要满足船舶规范，另外还需要考虑拆装与维修要求以及吊缸的高度是否足够等因素。比如高度求以及吊缸的高度是否足够等因素。比如高度方向，一般应使主机的油底壳不碰到船的双层方向，一般应使主机的油底壳不碰到船的双层底或肋骨，并使它

14、们之间留有向隙，还应留出底或肋骨，并使它们之间留有向隙，还应留出油底壳放油所需的操作高度。油底壳放油所需的操作高度。 22螺旋桨的布置与定位螺旋桨的布置与定位螺旋桨的布置与定位由船体总体设计决定，其原则是保证螺螺旋桨的布置与定位由船体总体设计决定，其原则是保证螺旋桨可靠而有效地工作。旋桨可靠而有效地工作。螺旋桨应有一定的浸没深度。单桨船的浸没深度螺旋桨应有一定的浸没深度。单桨船的浸没深度e=（0.25-0.30）D，双桨船的浸没深度，双桨船的浸没深度e=（0.4-0.5）D。D为为螺旋桨直径；螺旋桨直径；螺旋桨不应超出船体中部轮廓之外；螺旋桨不应超出船体中部轮廓之外；叶梢应尽量高于船体基线以避

15、免螺旋桨在浅水区域航行时叶梢应尽量高于船体基线以避免螺旋桨在浅水区域航行时被碰坏；被碰坏；叶梢与尾柱距离叶梢与尾柱距离d不能太小，否则受叶梢处的高速水流冲不能太小，否则受叶梢处的高速水流冲刷，尾柱易被浸蚀；刷，尾柱易被浸蚀； 桨和舵叶之间也要留有一定间隙；桨和舵叶之间也要留有一定间隙；螺旋桨和船体外板间距螺旋桨和船体外板间距c不应太小，以免造成船体的振动不应太小，以免造成船体的振动及不必要的附加阻力。及不必要的附加阻力。 2324252627轴承的设置轴承的设置轴承数目、间距的大小和位置安排，对轴的弯曲轴承数目、间距的大小和位置安排，对轴的弯曲变形、应力和轴承的工作状态均有很大的影响。变形、应

16、力和轴承的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。加速磨损，从而影响轴系运转的可靠性。28轴承的数量轴承的数量螺旋桨轴一般设两道轴承。如果螺旋桨轴过长（如螺旋桨轴一般设两道轴承。如果螺旋桨轴过长（如双轴系船），也可以设三道轴承。对于一些轴线非双轴系船），也可以设三道轴承。对于一些轴线非常短的单机单桨尾机型船舶，其螺旋桨轴前轴承甚常短的单机单桨尾机型船舶，其螺旋桨轴前轴承甚至可以取消，即只设一道轴承。至可以取消，即只设一道轴承。每根中间轴一般只设一道中间轴承，因为减少轴承每根中间轴一般只设一道

17、中间轴承，因为减少轴承数量会降低轴系变形牵制和轴承附加负荷，使船体数量会降低轴系变形牵制和轴承附加负荷，使船体变形对轴系的影响减弱，对轴系工作有利。一些很变形对轴系的影响减弱，对轴系工作有利。一些很短的中间轴甚至不设中间轴承。如果中间轴过长，短的中间轴甚至不设中间轴承。如果中间轴过长，也可以设两道中间轴承。也可以设两道中间轴承。29轴承的间距轴承的间距中间轴承最小间距：中间轴承最小间距：lmin=24.9d2/3 (cm) 式中：式中：d轴径，轴径，cm缘由：中间轴承底座通过螺栓与船体刚性缘由：中间轴承底座通过螺栓与船体刚性连接，船体因受水压、装载等因素影响而连接，船体因受水压、装载等因素影响

18、而产生变形（尤其垂向），轴承随之变位，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，从而产生附加负荷。当变位量一定时，轴承间距愈小，当轴承变位时，它对轴线轴承间距愈小，当轴承变位时，它对轴线的牵制作用愈大，其附加负荷也愈大，故的牵制作用愈大，其附加负荷也愈大，故轴承的间距太小是不利的，应对它有所限轴承的间距太小是不利的，应对它有所限制。制。 3031中间轴承最大间距：中间轴承最大间距：lmax=7785 (mm)缘由：加大轴承间距可以减小轴承的附加负缘由：加大轴承间距可以减小轴承的附加负荷，但轴承间距要受到下列因素的限制：荷，但轴承间距要受到下列因素的限制：轴系临界转速

19、的限制。轴承跨距过大，易轴系临界转速的限制。轴承跨距过大，易产生轴系的回转振动和横向振动。产生轴系的回转振动和横向振动。比压和挠度的限制。增大轴承跨距，减少比压和挠度的限制。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。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。制造和安装带来困难。 32关于轴承最大间距，各国规范有不同的规定，关于轴承最大间距，各国规范有不同的规定，如如GL的推荐公式是的推荐公式是：lmax=k1d (mm) 式中：式中：d轴承间

20、直径（轴承间直径（mm）；）；k1=450（油（油润滑白合金轴承）、润滑白合金轴承）、280（油脂润滑灰铸铁（油脂润滑灰铸铁轴承）、轴承）、280350（水润滑橡胶轴承、轴支（水润滑橡胶轴承、轴支架）架）当转速当转速350r/min时时: lmax=k2d /n 式中：式中：n轴转速，轴转速，r/min；k2=8400（油润（油润滑白合金轴承）、滑白合金轴承）、5200（油脂润滑灰铸铁轴（油脂润滑灰铸铁轴承、水润滑与轴支架橡胶轴承、）承、水润滑与轴支架橡胶轴承、） 33尾轴承的间距尾轴承的间距l/D值推荐采用以下数据值推荐采用以下数据（经验值）（经验值）当当D=400650mm时时 l/D12

21、当当D=230400mm时时 l/D1425当当D80230mm时时 l/D1640某些尾机型船舶，因受到空间位置限制，允某些尾机型船舶，因受到空间位置限制，允许许l/D值小于上述数据。值小于上述数据。34轴承的位置轴承的位置轴承应安装在船体结构较强、变形相对较小的部位。中间轴承多安装在靠近法兰处。L/5L连接法兰中间轴承中间轴3536轴承负荷轴承负荷轴承负荷的大小用轴承比压轴承负荷的大小用轴承比压p表示表示 P=R/DL （N/mm） 式中：式中：R轴承负荷，轴承负荷，N； D轴颈直径，轴颈直径，m； L轴承长度，轴承长度，m。37各轴承的比压在许用范围之内，并力求使各轴承各轴承的比压在许用

22、范围之内，并力求使各轴承的负荷均匀。的负荷均匀。如轴承负荷过重，超过了许用比压，将导致轴承迅如轴承负荷过重，超过了许用比压，将导致轴承迅速磨损、发热及其他事故。遇到这种情况，不能轻速磨损、发热及其他事故。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。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，而且造成邻近轴的，这不仅影响轴承的正常工作，而且造成邻近轴承负荷过重。这是因为当轴承负荷为零值或负值时，承负荷过重。这是因为当轴承负荷为零值或负值时，轴段与下轴瓦脱离，这样，一方面使计算的负荷与轴段与下轴瓦脱离，这样，一方面使计算的负荷与实际不符，另一方面影响横向振动的频率的