船舶轴系与轴系布置设计

1、项目：轴系,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。 知识目标：掌握轴系的组成、任务以及轴系布置的设计原理。,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，同时又将螺旋桨所产生的推力通过推力轴承传给船体，以实现推进船舶的使命。,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、轴承及轴系附件的配置等可能会有所不同，这与船舶的大小

2、、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法兰相连。,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

3、速范围内不产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。 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。 重量尺寸要小。,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。,前言,轴系布置设计内容：轴线确定、轴段配置、轴承的布置 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，

4、机舱位置、主机和螺旋桨选型已初步确定。,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、尾轴尾管总图及有关部件图纸。,轴线的确定,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。,何为螺旋桨中心？,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。 大型货船、油船

5、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。,三峡游船几根轴线 ？,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。 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。,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

6、置和操作的便利。 单轴系的轴线一般布置在船舶的纵中剖面上； 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； 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。多轴系的间距由船舶总体设计确定。,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，为了保证螺旋桨的浸没深度，不得不使轴线向尾部倾斜一定角度。轴线与基线的夹角称为倾角。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，称为偏角。 当轴线出现倾角和偏角时，将使螺旋桨的推力

7、受到损失，因此必须对倾角和偏角加以控制。 一般将倾角控制在05之内，高速快艇轴线的倾角可放大到1216；偏角则控制在03之内。 思考：为何高速船舶的倾角要放大？,主机应尽量靠近机舱后舱壁布置，以缩短轴线长度。 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。,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e=（0.25-0.30）

8、D，双桨船的浸没深度e=（0.4-0.5）D。D为螺旋桨直径； 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免螺旋桨在浅水区域航行时被碰坏； 叶梢与尾柱距离d不能太小，否则受叶梢处的高速水流冲刷，尾柱易被浸蚀； 桨和舵叶之间也要留有一定间隙； 螺旋桨和船体外板间距c不应太小，以免造成船体的振动及不必要的附加阻力。,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，造成发热和加速磨损，从而影响轴系运转的可靠性。,轴承的数量,螺旋桨轴一般设两道轴承。如果螺旋桨轴过长（如双轴系船），也可以设三道轴承。对于一

9、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。,轴承的间距,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，故轴承的间距太小是

10、不利的，应对它有所限制。,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荷，但轴承间距要受到下列因素的限制： 轴系临界转速的限制。轴承跨距过大，易产生轴系的回转振动和横向振动。 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。,关于轴承最大间距，各国规范有不同的规定，如GL的推荐公式是：lmax=k1d (mm) 式中：d轴承间直径（mm）；k1=450（油润滑白合金轴承）、280（油脂润滑灰铸铁轴承）、280350（水润滑橡胶轴承、轴支架） 当

11、转速350r/min时: lmax=k2d /n 式中：n轴转速，r/min；k2=8400（油润滑白合金轴承）、5200（油脂润滑灰铸铁轴承、水润滑与轴支架橡胶轴承、）,尾轴承的间距 l/D值推荐采用以下数据（经验值） 当D=400650mm时 l/D12 当D=230400mm时 l/D1425 当D80230mm时 l/D1640 某些尾机型船舶，因受到空间位置限制，允许l/D值小于上述数据。,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。,轴承负荷,轴承负荷的大小用轴承比压p表示 P=R/DL （N/mm） 式中：R轴承负荷，N； D轴颈直径，

12、m； L轴承长度，m。,各轴承的比压在许用范围之内，并力求使各轴承的负荷均匀。 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，而且造成邻近轴承负荷过重。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。 钢质海船建造与入级规范规定：每个轴承应为正压力，且应不小于相邻两跨轴重量的20。,轴承负荷计算中支点位置的确定,中间轴承不长(约0.8倍轴径)，轴颈和轴承接触比较均匀，支承反力位置取轴承中点。 对于尾轴管前轴承，其支承反力位置与中间轴承相同，也取轴承中点。 对于尾轴管后轴承或靠近螺旋桨的最后一道