船舶动力系统教学课件 5-2 船舶推进轴系和传动设备.ppt

1、船舶动力系统,船舶推进轴系和传动设备,船舶推进轴系,轴系，位于主机输出法兰至螺旋桨之间的所有传动设备、传动轴及辅助设备和系统的总称 基本任务，连接主机和螺旋桨，将主机发出的功率传递给螺旋桨，同时又将螺旋桨产生的轴向推力通过轴系传给船体，推动船舶运动,轴系的组成： 传动轴（中间轴、推力轴、尾轴/螺旋桨轴） 轴承（中间轴承、推力轴承、尾轴承） 轴系附件（各轴联轴节、轴系制动器、隔舱填料涵、密封装置等） 船舶大小、船型、船体线型、机舱位置、动力装置型式等不同，传动轴的数目、组成、轴承、轴系附件的配置不同,1-舵；2-螺旋桨；3-艉轴；4-艉轴管；5-轴封；6-中间轴； 7-中间轴承；8-舱壁轴封；9

2、-推力轴；10-推力轴承； 11-主机曲轴,单轴系布置 1后尾管轴承；2前尾管轴承；3螺旋桨轴；4可拆联轴节； 5隔舱；6隔舱填料函；7推力轴； 8推力环；9减速齿轮；10联接法兰；11轴颈；12尾管前密封； 13尾管；14水密舱壁；15螺旋桨,轴系的要求,轴系位于水线以下，部分轴系长期在水中，工作条件恶劣，受力复杂，受到船体变形、装载的影响 工作可靠、寿命长：符合规范，有足够刚度、强度 尽可能采用标准化结构：安装维护容易，缩短修船周期，提高可靠性 传动损失小：正确选择轴承数目、型式、布置位置、润滑方式 良好抗震性能：在运营转速范围内不产生扭转共振、横振共振，即设计阶段进行临界转速计算,对船体

3、变形敏感性小：船体变形会引起轴承位置变化，导致附加应力和负荷，设计考虑 密封良好：选择可靠的密封装置，防止海水进入船舱、防止滑油外泄 质量、尺寸小,轴系的布置,船舶总体设计（主尺寸、线型、总布置、结构设计）完成机舱、主机、螺旋桨位置初步确定 进行轴系布置设计 确定轴线长度，轴段配置 轴承位置、间距 确定基本轴径，强度校核 必要的振动计算、合理校中计算 轴系部件结构设计及选型 图纸,轴线的数目、长度、位置及布置,轴线：也称轴系理论中心，主机（推进机组）输出法兰中心和螺旋桨中心的连线 轴线的数目：取决于船舶类型、航行能力、生命力、主机形势及数量、经济性、可靠性等因素,一般民用船舶=3 大型货船、油

4、船：单轴线 客船、拖船、集装箱船：两根轴线 航速高、操纵灵活、机动性好、工作可靠，吃水受限 军用舰船：三轴/四轴 提高生命力、航速、机动性,轴线是直线，其长度和位置取决于两个端点（前：主机输出法兰，后：螺旋桨桨毂中心） 轴线布置的原则 对称布置：设备质量的平衡、布置和操作的便利 单轴系：纵舯剖面 双轴系 三轴系：,尽可能与船体基线平行：推进效率高 But，主机输出法兰位置较高，船舶吃水浅，为保证螺旋桨的浸没深度倾斜角 双轴系、多轴系船舶，为保证螺旋桨桨叶边缘距离船壳有一定间隙or机桨布置要求，轴线可向外/向内偏斜 实际布置时允许一定倾斜角和偏斜角，一般 07，03 高速快艇=1216,轴线的纵

5、倾角和偏斜角,螺旋桨有效推力为 扫雷艇、气垫船吃水很浅，如按常规布置很大，可用折角传动、Z型传动 轴系的长短视主机位置而定，主机布置靠近艉部，轴系短；主机布置在船前部，轴系长一般主机布置在舯部偏艉,轴承设置,机舱布置在舯部的大型船舶，轴系长度100米左右，需用几段中间轴靠法兰连接起来，每根中间轴均需中间轴承支持。轴承底座通过螺栓和船体刚性连接 轴承位置安排不当时，当船体变形时，轴承负荷增加几倍，发热，迅速磨损 轴承的位置和间距需布置合适,轴承的数量,中间轴承：每根中间轴一般只设一道中间支承 削弱船体变形牵制，减小额外负荷。很短的中间轴可以不设中间轴承 螺旋桨轴承：一般两道；轴线非常短的单机单桨

6、尾机型船舶，可取消螺旋桨前端轴承，一道,轴承间距,船体变形大，变形状态多样的船舶，（如内河货船），要求轴系的适应力强轴承间距宜大 船体刚性较大，抽吸适应船体变形的要求低间距可小一些 轴承间距按照规范推荐公式确定，例,实际设计中，采用较大的跨距受到多方限制 轴系临界转速限制：轴系跨度大临界转速下降，当临界转速进入主机转速区内，会造成共振破坏 间距过大，挠度增加，轴承负荷不均匀 安转工艺限制，过长的跨度造成安装不便，一般=9米,中间轴承应安装在船体结构强度较强、变形相对较小的部位，如舱壁附近、实肋板附近 尽量不使两轴的连接法兰位置处于二轴承间距的中部，以免产生过大的挠曲，使安装困难。中间轴承应安装

7、在靠近法兰处,轴承的位置,采用比压表示，P135 大型船舶各道轴承负荷分布不均，常采用曲线安装的形式，根据计算结果，调整各道中间轴承的高低位置（合理校中设计）,轴承负荷,轴系布置实例,Z型推进装置,Z型推进装置轴系布置图 1柴油机；2弹性联轴器；3离合器；4万向联轴器； 5中间轴承；6中间轴；7Z型减速齿轮箱；8螺旋桨,主机和螺旋桨不在一个水平线上，柴油机通过弹性联轴节、摩擦离合器、两个弯向联轴节、两个中间轴把动力传递给螺旋桨 由于输入轴法兰一般比主机曲轴输出法兰高采用万向联轴节，使主机和z型装置间布置自由，简化安装,高速小艇，主机功率达、舰体吃水浅倾角大,高速快艇轴系布置图 1-连接法兰；2

8、-螺旋桨轴；3-轴承；4-尾管密封装置；5-尾轴管； 6-尾管前人字架；7-尾管后人字架；8-螺旋桨,传动轴,传动轴主要由螺旋桨轴、尾轴、中间轴、推力轴组成 推力轴：一端和发动机or齿轮箱相连，另一端与中间轴or尾轴相连。轴径略大于中间轴，长度较短，只需与推力轴承匹配即可,轴系的计算 基本轴径计算和校核 振动计算,传动轴轴径估算,按照规范估算确定，并进行强度校核 先估算中间轴，再估算其他,轴传递的额定功率， kW,轴的额定转速 r/m,轴材料抗拉强度的下限值, N/mm2,中间轴 C1 ； 尾轴承油润滑无键联接 C1.22； 尾轴承油润滑有键联接 C1.27,空心轴的中空直径0.4dm时，修正

9、,强度校核,轴系结构尺寸确定后进行强度校核 以中间轴为例 计算剪应力（主机扭矩引起） 计算弯曲应力（中间轴自重产生） 计算压缩应力（螺旋桨推理产生） 计算弯曲应力（安装误差引起） 合成应力 计算安全系数，考察是否超过规定 P141,轴系的振动计算,轴系有三种振动形式： 扭转振动 回旋振动 纵向振动,扭转振动：整个轴系的多个轴段发生来回摆动的强迫振动现象 产生原因：由于柴油机输出扭矩的不均匀性，使推进轴系在周期性交变力矩作用下引起，当交变力矩的频率和推进轴系的自振频率相同时，就产生共振 “船规” 规定，220kw以上船舶都要申报扭振计算书。如计算发现扭振应力、临界转速范围不符合规范 减振避振措施

10、，改进轴系型式、参数等,回旋振动 产生原因： 由于加工误差、材料密度不均匀、安装误差等原因，轴的中心与回转不重合，轴回转时产生离心力，转速愈高，离心力愈大，轴的挠度也愈大 由于螺旋桨质量使尾轴成为一悬臂梁，运转中产生陀螺效应 “船规” 规定，须核算轴系回旋振动临界转速值，该值应远离轴系的常用转速范围,纵向振动 产生原因：柴油机气缸爆发压力的纵向分力和螺旋桨不均匀推力而引起 柴油机装置轴系：纵向振动不会构成危害，but“船规” 有一定的要求 蒸汽轮机、燃气轮机装置轴系：纵振是主要危害的振动形式,中间轴承,中间轴承作用：支承中间轴的重量、减少轴系挠度、使轴系能围绕相对固定的中心线运转 受力：中间轴

11、重量，轴弯曲的径向负荷，回转运动的径向负荷；运转时受到摩擦和磨损 轴承型式： 大中型船舶，一般，滑动式 小型船舶，滑动式or滚动式,滑动中间轴承,由轴承座、 轴瓦、 润滑装置和密封装置等组成 工作可靠，维护简便，制造容易，成本低，安装修理简易；寿命短，耗油量大，机械效率低,轴瓦开设供油孔及油沟, 以便润滑油进入轴承并流到整个工作面上。 通常油沟的轴向长度约为轴瓦宽度的80%, 轴瓦两端留出封油部分, 防止润滑油的流失 轴瓦的油沟一般应开设在非压力区或剖分面上,滑动轴承,滑动中间轴承的分类（按其润滑方式分）： 单油环 双油环 油盘式,滚动中间轴承,摩擦系数小，摩擦损失小，机械效率高，滑油消耗少，

12、运转较可靠，能自动定位 结构复杂，安装维修难，中间轴一端需设置可拆轴节，抗冲击能力差，寿命低于滑动轴承,结构类型很多，船用中间轴承大多为 双列调心球面滚子轴承,调心滚子轴承,推力轴承,推力轴承，推进装置中不可缺少的部件，承受螺旋桨产生的轴向力传给船体，使船舶前进or后退，同时也承受推力轴的径向负荷 作用：卸载螺旋桨产生的推力，不让巨大的推力损坏主机 受力分析：螺旋桨产生的轴向力，一部分轴的径向负荷,直接传动的大型低速柴油机自带推力轴承 齿轮传动中，齿轮箱也自带推力轴承 以上两种形式，不需要另设推力轴承；其他的主机和减速箱内未设推力轴承，则需要单独设置推力轴承,推力轴承分类： 滑动式：大中型船，

13、小型船 滚动式：某些小型船,滑动式推力轴承，常为动块式，在推力轴中部的推力环两侧各安置一组独立的扇形推力块承受轴向推力，在两接触面上都浇有白合金，在推力块背面设有硬化的顶点，偏心的支承在支撑垫上，使推力块在推力环回转时有一定的浮动能力，以形成合理的楔型油膜，使其受力均匀且减少摩擦阻力,尾轴管装置,任务：支承螺旋桨轴，使其可靠的通出船外，不使舷外水大量漏入船内，不使滑油外泄 组成： 尾轴管 尾轴承 密封装置 润滑与冷却系统等,分类（按润滑方式分）： 水润滑 油润滑,螺旋桨轴由木质轴承支承，用水作为润滑剂，只需首部密封10、11等，有防腐蚀措施,水润滑的单轴系尾管装置 1-螺旋桨键；2-锁紧螺帽；

14、3-尾柱；4-尾轴承；7-尾管；6-螺旋桨轴； 7-轴承支座；8-隔舱壁；9-垫板； 10-密封填料；11-压盖；12-联轴器；13-尾轴承（前）；14-轴包覆；17-衬套,螺旋桨轴用金属轴承支承，油润滑，前后均密封，润滑油路输送滑油,油润滑的双轴系尾管装置 1-螺旋桨轴；2-防磨衬套；3-压盖；4-密封填料；5-密封件外壳； 6-尾轴承（后）；7-人字架毂；8-锁紧法兰；9-锁紧螺母；10-尾管；11-油管接头 12-尾轴承（前）；13-前支承；14-垫板；15-密封支座；16-密封填料；17-压盖； 18-前防磨衬套；19-锁紧环；20-联轴器；21-螺帽；22-放油螺塞,尾轴管,由轴承壳

15、体和尾管组成，内部装有尾轴承、螺旋桨轴、密封装置等 两种结构型式 整体式：一般用于单轴系船 连接式：双轴系船，借助法兰or罗纹式法兰固定在人字架毂和前支承上 材料： 整体铸造式：铸钢、铸铁、球墨铸铁 焊接式、连接式：钢管或无缝钢管,设在尾管or人字架中 工作条件恶劣，尤其是后尾轴承；船舶进坞时才能检修 工作可靠，结构坚固 分类（按润滑方式分） 水润滑尾轴承：铁梨木、橡胶、层压板、尼龙、塑料等 油润滑尾轴承：白合金、青铜、铸铁,尾轴承,防止水流入尾管内部或通过尾管流入机舱；油润滑时，防止润滑油外漏 分类（布置位置分） 首部密封 尾部密封 工作条件恶劣：磨损、摩擦高温，工作时轴径向跳动，横向串动，

16、海水腐蚀，泥沙，吃水深的远洋船，受到海水滑油压差作用,尾管密封装置,在水线下工作，只能进坞修理 结构简单，使用可靠，密封效果好，制造维修方便 小型船舶，多数采用填料函密封 中型、大型船舶，多数用simplex密封装置，有多种型号,舰船的后传动设备,后传动设备主要组成设备有离合器、齿轮箱、弹性联轴器三大部件 位于主机和传动轴之间。有操纵机构、润滑系统、冷却系统 构成独立的后传动机组 后传动设备的功能：组合or分配推进主机的功率，减速or变速，离合，倒车顺车，自动同步，减振抗冲击，满足布置上的特殊要求,摩擦离合器,摩擦离合器，利用摩擦副间的机械摩擦力，把扭矩由主动轴传到从动轴，根据工作需要可使主动

17、轴、从动轴结合或脱开的传动设备 一般位于主机和减速齿轮箱之间,在船舶中的作用： 实现主机空载启动、空转 在离合器脱开情况下启动主机，轴系和螺旋桨均不转动，主机启动时阻力矩小，易于启动，节约压缩空气； 可在主机空转条件下检查主机的某些运行状况 可采用不反转主机 倒顺车离合器船舶进退 主机结构简单，可靠性提高,提高船舶机动性 由于摩擦离合器离/合迅速主机低速时，利用离合器时离时合，实现船舶超低速运行 保护主机和轴系 螺旋桨碰冰块、礁石时，离合器打滑缓冲作用 并车传动装置中实现主机并车、切换、航行中修理,船规规定，摩擦离合器正常使用时不得有打滑现象，其带排扭矩不得带转其联接的推进轴系。可倒顺离合器的

18、切换时间=15s,片与片之间不能彻底脱离,工作原理,摩擦盘3固定在主动轴1（和发动机直接相联）上，摩擦盘4通过滑键套在从动轴2（和减速齿轮+传动轴相联）上 施加结合力Q，当传递的扭矩MT=maxQR，结合 去处Q，脱离,1主动轴；2从动轴 3主动摩擦盘；4从动摩擦盘,摩擦离合器的三种状态 结合工况：扭矩相等，转速相等，转向相同，传动效率=1 脱离工况 半接合滑动工况：转速不等，能量损失转化为热量，严重时会烧坏离合器 尽量应使接合过程平缓 摩擦离合器分离、接合时间短，一般不超过2s，小功率传动时0.2-0.3s,为了保证摩擦离合器的有足够的传扭能力，不致桨轴上稍有超扭，就产生滑擦，设计和选型应使

19、 MTmax=KMH （K=1.8-2.2，扭矩储备系数）,摩擦离合器分类（按摩擦面工作状态分） 干式：摩擦面直接接触，摩擦付间的摩擦系数高，传扭能力强，分离彻底； 靠空气冷却，摩擦付易磨损，寿命短 湿式：摩擦面浸浴在油等介质中，散热良好，工作面温度低 摩擦系数低，采用增大结合力or增加工作表面数量来获得很大的传扭能力 半干式：少量油 一般，船用气胎离合器、锥体摩擦离合器为干式/半干式，液压多片离合器为湿式,摩擦离合器的分类（按摩擦面形状分） 盘式 圆锥式 圆柱式,多片式摩擦离合器,输入：1、2 输出：14 顺车离合器：5 倒车离合器：17 顺车时：液压给力，顺车离合器结合，发动机扭矩1-2-

20、5-主动片-从动片-9-10-15-14 倒车：顺车离合器脱离，倒车离合器结合，扭矩1-2-6-18-17-16-15-14,1输入轴法兰；2输入轴；3返回油缸 4活塞；5顺车离合器外壳 6、18倒车齿轮；7从动摩擦片组 8主动摩擦片组；9空心套轴 10、16顺、倒车小齿轮；11-滚动轴承； 12、13-进出油路；14-输出法兰； 15输出轴大齿轮；17倒车离合器外壳,多片式摩擦离合器较单片式的优点： 径向尺寸大大减小 接合力减小 片数越多，离合器传递扭矩能力越大，且重量尺寸增加不多 多片式摩擦离合器是中、大功率高速发动机的优先选择，是倒顺车出动机组中离合器的主要形式 But，湿式片式离合器在

21、接合力撤去后，有带排，会造成离合器摩擦片加速磨损，发热，甚至烧坏 一定程度上限制了在更大功率更大扭矩传动中的应用,气胎离合器,一种圆柱摩擦离合器，压缩空气的压力为接合力 主动轴：1 从动轴：6 进气管：7 摩擦垫块：4，气胎摩擦垫块和摩擦轮之间，约有68mm的间隔 充气结合，放气脱离,双气胎离合器倒顺车减速传动机组,主动轴：1 从动轴：8 6+7：减速齿轮 2：顺车气胎 3：倒车气胎 顺车：扭矩1-2-4-6-7-8 倒车：扭矩1-3-10-11-9-6-7-8,气胎离合器的特点： 能吸收和缓和摩擦付上的机械振动，隔绝主机噪声通过轴系、螺旋桨传入水中 主动轴、从动轴有较大的轴线不平行时，仍能正常工作，可自动整位； 结构简单，工作可靠，寿命长，结合缓和，脱离迅速，可通过变化进气压力调整离合器所传递的扭矩 工作温度受限，-3050。C，气胎和摩擦面严格防止和油类接触 气胎充气产生的结合力随转速增加而呈2次方减小不适合高速转动的传动机组，一般在1000转/min以下,锥型高弹性离合器,特点： 摩擦面布置在外周，摩擦半径大，干式摩擦摩擦系数大能传递很大的扭矩 四个高弹性的橡胶元件隔振性能，主、从动轴对中性能比气胎离合器好 摩擦面距弹性元件较远，摩擦产生的高温，对橡